Development and Application of Reversible Construction Strategy for Organic Molecular Assembly Using Carbon Dioxide
| Project/Area Number |
22K05228
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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 35020:Polymer materials-related
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| Research Institution | Shiga University of Medical Science |
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Principal Investigator |
古荘 義雄 滋賀医科大学, 医学部, 教授 (00281270)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 二酸化炭素 / 塩橋 / アミジン / カルバミン酸 / アミン / アルコール |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、構成成分として二酸化炭素（CO2）を組み込んだアミジン・CO2・アルコール塩橋、あるいはアミジン・CO2・アミン塩橋を用いて有機分子集合体を構築する方法を開発し、CO2ガスの添加／除去による集合状態のon/off制御法を確立することを目指す。さらに、この手法で構築した有機分子集合体の薬物や遺伝子のデリバリーシステムをはじめとする医用材料への展開を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2023年度はCO2ガスの添加・除去による塩橋形成のon/offに基づくネットワークポリマーの構造制御に関する検討を行い、以下の結果を得た。
ヘキサメチレンジアミンとオルト酢酸トリメチルをバルクで加熱し、生成するエタノールを減圧下で除去することにより、ポリ(ヘキサメチレンアセトアミジン) (PAmd6)を得た。1H NMRによる解析から、このPAmd6のMnは2,900と見積もられた。Pamd6と直鎖状のポリエチレンイミン（PEI, Mn 2,500）のDMF溶液（0.02 mol unit/L each）に室温でCO2ガスをバブリングしたところ、瞬時に白濁してゲル化した。このゲルを濾過して室温で乾燥させたもののFT-IRスペクトルを測定したところ、塩橋に特徴的な (i) 1,660 cm-1、(ii) 1,567 cm-1および1,388 cm-1の吸収が観測された。これらは、それぞれ、(i) アミジン基のνC=N+と (ii) カルバミン酸基のνCO2-に帰属され、このゲルがアミジン・カルバミン酸塩橋により架橋されていることを示している。CO2をバブリングして得られた白濁のゲル混合物に、40度でArガスをバブリングしたところ、直ちに透明の溶液に変化した。溶媒を除去して得られた混合物の1H NMRスペクトルより、CO2が除去され、PAmd6とPEIの混合物に戻っていることが確かめられた。
CO2バブリングによる架橋とArバブリングによる脱架橋は可逆であり、何度でも繰り返すことが可能であった。ただし、この系は水分に敏感であり、少量でも水が存在するとカルバミン酸生成反応と競争的に、炭酸が生成し、PAmd6が炭酸塩となり、架橋効率が落ちることがわかった。このことは、N,N'-ジシクロヘキシルアセトアミジンとジブチルアミンを使ったモデル反応でも確かめられた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
予想していた以上に、本系が水分の存在に敏感であることが判明した。その原因究明と解決のために多くの時間と労力を費やしてしまったが、可能なかぎり水分を除去した環境下では、ネットワークポリマー形成のon/offが極めて穏やかな条件下で、しかも短い時間で可能であることを明らかにすることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに得られた知見をもとに有機分子集合体形成のon/offを進め、DDSへの応用を視野に入れた高分子ベシクル（ポリイオンコンプレックス）への展開を進めていく予定である。可能であれば、アミジンやアミンの構造を変化させて、もう少し水分に強い系を探索する予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(8 results)
