Construction and application of chiral supramolecular structures emulated by assembly mechanisms of pseudo-enantiomers
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22K05023
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 32010:Fundamental physical chemistry-related
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
山田 泰教 佐賀大学, 理工学部, 教授 (20359946)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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| Keywords | 擬似エナンチオマー / ヘテロキラル相互作用 / キラル分子集積化 / キラル超分子構造 / キラル強発光 / キ ラル分子集積化 |
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| Outline of Research at the Start |
固体状態のキラリティーを対象とする分野では，新素材や機能物質創製に繋がるようなキラル分子集積化の核心に迫る展開が急務となっている。本研究では，キラル分子と非キラル分子間の非共有結合性相互作用の詳細を解明し，これを集積化の駆動力や制御に利用することで，個々の分子では実現できない“キラル強発光”のような新しい機能や物性を有するキラル超分子構造の構築法を確立する。また，この集積メカニズムを応用して，光機能性材料や発光素子，金属抽出剤，光学分割剤，不斉触媒等，新素材や機能性物質創製のみならず，生命現象解明を指向した研究を展開する。これにより基礎から応用に亘る新たな学術基盤の形成を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，１）静電的相互作用を利用したクラスターを構成要素とする強発光性キラル集積体の構築，２）水素結合性相互作用を利用した分子内積層型配位化合物を構成要素とする多重光機能性キラル集積体の構築，３）非共有性相互作用を利用した金属含有人工螺旋分子のキラリティー制御，という三つの課題を設定し，キラル分子と非キラル分子間の非共有結合性相互作用を利用した新しい機能や物性を有するキラル超分子構造の構築と共に，この特異な相互作用の詳細の解明と応用を目指している。本年度は，１）の課題に関して，サリチル酸系化合物やβ-ジケトン類の脱プロトン化体等，複数の金属イオンを架橋可能な配位子と希土類イオンを反応させることにより，幾種かのアニオン性クラスターを合成することに成功した。この際，キラルなアミンを塩基として用いることにより，非キラルなクラスター（アニオン）とキラルなアミンのプロトン付加体（カチオン）の集積化を試み，生成物の構造および分光学的性質を明らかにすると共に，静電的相互作用を利用した集積化について評価した。２）の課題に関しては，分子内積層型配位化合物を合成するための前駆体として，フェニルピリジン関連化合物を配位した平面型白金二価錯体を対象とし，その効率的な合成法を確立した。また，キラル分子との水素結合形成に有効な置換基の導入を含む分子設計に計算化学的手法を併用しつつ，上記の前駆錯体とピリジンチオレート系架橋配位子の反応より，平面型白金二価ユニット二つを上下に積層した構造を有する分子内積層型配位化合物（多核錯体）の幾つかを合成することができた。さらに，擬似エナンチオマー間の集積メカニズムを模倣したキラル超分子構造の構築に有効な有機化合物や金属錯体等，他の化合物群の探索も行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記１）の課題については，サリチル酸系化合物やβ-ジケトン類の脱プロトン化体等，複数の金属イオンを架橋可能な配位子と希土類イオンを反応させることにより，幾種かのアニオン性クラスターを合成しているが，キラルなアミンのプロトン付加体（カチオン）との集積体については，今のところX線構造解析に適した各種単結晶を得るには至っていない。２）の課題に関しては，前駆体となるフェニルピリジン関連化合物を配位した平面型白金二価錯体とピリジンチオレート系架橋配位子の反応より，平面型白金二価ユニット二つを上下に積層した構造を有する分子内積層型配位化合物（多核錯体）の幾つかを得ているが，今のところ単結晶X線構造解析には至っておらず，キラル分子との集積化に向けた相互作用部位の詳細な把握に至っていないものが残されている。一方で，当初対象としていなかった有機化合物や金属錯体等，擬似エナンチオマー間の集積メカニズムを模倣したキラル超分子構造の構築に適した新たな系の開拓に多数成功している。これらの事実を総合的に勘案し，本研究課題は概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度の成果を踏まえ，１）の課題に関しては，既に得られている化合物を用いて単結晶育成条件について検討する共に，新しいタイプのクラスターの合成や静電的相互作用に基づく集積化について方法論も含め追究する。２）の課題では，単結晶X線構造解析には至っていない系の単結晶育成法を検討する。新たに得られた有機化合物や金属錯体については，擬似エナンチオマー間の集積メカニズムを模倣したキラル超分子構造の構築を目指す。また，１）と２）の両者に関して，固体状態の円偏光スペクトル，発光量子収率や発光寿命，DFT計算等により，生成物の構造や物性を実験と理論の両面から評価する。３）の課題に関しては，非共有結合性相互作用に有効な置換基を導入した新たな螺旋分子を合成し，この螺旋分子の置換基と相互作用可能なキラル分子を溶液内で作用させることにより，キラリティー発現に関する基礎的情報の獲得を目指す。
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Report
(1 results)
Research Products
(13 results)
