| Project/Area Number |
24K21756
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
森 俊文 九州大学, 先導物質化学研究所, 准教授 (20732043)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
井川 和宣 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 教授 (80401529)
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| Project Period (FY) |
2024-06-28 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2025: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
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| Keywords | 分子シミュレーション / 構造ダイナミクス / キラルカラム / キラル分子 / 糖鎖 / キラリティ |
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| Outline of Research at the Start |
キラリティを持つ分子とその鏡像異性体の分離は創薬や有機合成など多くの分野で不可欠であり、キラルカラムを用いた高速液体クロマトグラフィーが広く利用されている。ところが、キラルカラムとして用いられる高分子は構造が柔軟であり、吸着過程で見られるキラル分子との分子間相互作用は複雑となるため、分子レベルでのクロマトグラフィーの仕組みの理解は遅れている。本研究では、キラルカラムに対する分子シミュレーション手法を確立し、キラルカラムとキラル分子の間のダイナミックな分子間相互作用を明らかにすることで、キラルカラムクロマトグラフィーの原理解明と機能予測モデルを構築することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ある物体とその鏡像を重ね合わせることができない性質をキラリティと呼び、キラリティを持つ分子をキラル分子と呼ぶ。キラリティをもつ医薬品の多くは、一方が薬理作用を示し、もう一方が副作用を示すため、キラル分子をその鏡像異性体と分離することは重要であり、キラリティをもつキラルカラムを利用した分子の分離が盛んに行われている。一方で、キラルカラムが機能する基本原理は理解されていない。本研究では、分子シミュレーションを用いてキラルカラムとキラル分子の分子間相互作用のダイナミクスを明らかにすることで、キラルカラムの動作原理を解明し、分子設計指針を構築することを目的とする。
本研究の開始年度である本年度は、セルロースおよびアミロース誘導体からなるキラルカラムの分子モデルの構築と計算条件の検討を行った。キラルカラムの分子構造については、限られた分子については結晶構造が知られているものの、実際の溶液内では構造は大きく揺らぐことが予想される。これに対して、キラルカラムの構造揺らぎ、特にグルコースの側鎖の向きに関する検討はほとんど行われていない。そこで、複数のコンフォメーションを初期値として分子動力学シミュレーションを実行し、側鎖の配向がどのように変化するかを調べ、実際に様々なコンフォメーションを取りうることを明らかにした。さらに、セルロース誘導体ポリマー同士の相互作用なども検討した。次に、構造異性体を持つ有機分子を用いて、キラルポリマーとの相互作用を調べ、有機分子とキラルポリマーとの相互作用の強さが実験結果の傾向と一致することを確認した。
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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
キラルポリマーの分子モデルを作成し、シミュレーション条件の検討や、構造揺らぎの見積もりを行うことができた。また、構造異性体を持つ有機分子を使って、キラルポリマーと分子の相互作用が構造異性体の間で違うこと、さらにその相互作用の違いは実験的に知られている結合の強さの傾向と一致することを確認することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、キラル分子を用いたシミュレーションを行うことで、キラルカラムとキラル分子の相互作用のダイナミクス解析を行う。特に、分子のキラリティの違いがキラルポリマーとの相互作用にどのように違いを生み出すかを調べる。さらに、実験条件に合わせた混合溶媒を検討し、溶媒（組成）の違いがどのように分子間相互作用、さらにはその先のキラル分子の分離に影響するかを調べる。
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