金属架橋カプセルの構造／機能の異方的拡張

• Project Area: Coordination Asymmetry: Design of Asymmetric Coordination Sphere and Anisotropic Assembly for the Creation of Functional Molecules
• Project/Area Number: 19H04566
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 吉沢 道人 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (70372399)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 分子カプセル / 配位結合 / 異方性 / 錯体化学

Outline of Research at the Start

本研究の目的は、多環芳香族ナノ空間を有する金属架橋カプセルを基盤として、その有機配位子に異種の多環芳香族パネルを導入することで、新たな異方性ナノ空間を精密構築することである。また、その多環芳香族骨格に囲まれた特異ナノ空間の高い分子内包能を活用した、新空間機能と新空間材料の創出を目指す。これら目的の達成により、本領域研究が目指す独創的な「空間アシンメトリー」の化学の推進に貢献する。具体的には、密閉型ナノ空間を改良した開放型ナノ空間による結合能増幅、 新規高分子材料を指向した貫通型ポリマー複合体の動的機能、芳香環ナノ空間を連結した拡張型ナノ空間による新物性発現に挑戦する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、「多環芳香族ナノ空間」を有する金属架橋カプセルを基盤として、その有機配位子に異種の多環芳香族パネルを導入することで、新たな『異方性ナノ空間』を精密構築することである。また、その多環芳香族骨格に囲まれた特異ナノ空間の高い分子内包能を活用した、新空間機能と新空間材料の創出を目指す。これら目的の達成により、本領域研究が目指す独創的な「空間アシンメトリー」の化学の推進に貢献する。これまでに申請者は、アントラセン環を含む湾曲型の有機配位子と金属イオンの錯形成により、多環芳香族パネルに囲まれた約１ nmの孤立空間を有する金属架橋カプセルの構築を達成した。この孤立空間では、π-スタッキング・CH-π相互作用と疎水効果が三次元的および共同的に働くことで、特異機能が発現した。これらの知見を活かして、本研究では金属架橋カプセルの異方性展開を図った。
「研究成果１：アニソトロピック型ナノ空間の異性化制御」本年度は、２つのナフタレン環を持つ新規な二座配位子を設計および合成した。これらと金属イオンの錯形成で、最大で４２個の異性体を持つアニソトロピック型の金属架橋ケージを構築した。この金属架橋ケージにおいて、内包分子の種類に応じて異性化を制御することに成功した。具体的には、フラーレンC60を内包することで、１つの異性体構造に収束することをNMRや結晶構造解析で明らかにした。
「研究成果２：扁球型ナノ空間によるボウル反転制御」本年度は、金属架橋カプセルの異方的な空間縮小を達成した。２つのアントラセン環をオルトフェニレン鎖で連結した湾曲型配位子を活用して、扁球型の金属架橋カプセルの構築に成功した。また、空間機能を解明した。具体的には、温度可変のNMR解析から、ボウル型のスマネンを１分子内包することでその圧縮効果により、ボウル反転運動の顕著な加速を達成した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] An Atropisomeric M2L4 Cage Mixture Displaying Guest-Induced Convergence and Strong Guest Emission in Water (2020)
  • Author(s): T. Tsutsui, L. Catti, K. Yoza, M. Yoshizawa
  • Journal Title: Chem. Sci. Volume: 11 Issue: 31 Pages: 8145-8150
  • DOI: 10.1039/d0sc03223a
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anisotropic Contraction of a Polyaromatic Capsule and Its Cavity-Induced Compression Effect (2020)
  • Author(s): Kishida Natsuki、Matsumoto Kyosuke、Tanaka Yuya、Akita Munetaka、Sakurai Hidehiro、Yoshizawa Michito
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 142 Issue: 21 Pages: 9599-9603
  • DOI: 10.1021/jacs.0c02932
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] N‐Doping of Polyaromatic Capsules: Small Cavity Modification Leads to Large Change in Host?Guest Interactions (2020)
  • Author(s): Dobashi Hiroki、Catti Lorenzo、Tanaka Yuya、Akita Munetaka、Yoshizawa Michito
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 59 Issue: 29 Pages: 11881-11885
  • DOI: 10.1002/anie.202004168
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of a Black Dye with Absorption Capabilities Across the Visible-to-Near-Infrared Region: A MO-Mixing Approach via Heterometal Coordination of Expanded Porphyrinoid (2020)
  • Author(s): Wang Yue、Kai Hiroto、Ishida Masatoshi、Gokulnath Sabapathi、Mori Shigeki、Murayama Tomotaka、Muranaka Atsuya、Uchiyama Masanobu、Yasutake Yuhsuke、Fukatsu Susumu、Notsuka Yusuke、Yamaoka Yoshihisa、Hanafusa Mamiko、Yoshizawa Michito、Kim Gakhyun、Kim Dongho、Furuta Hiroyuki
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 142 Issue: 14 Pages: 6807-6813
  • DOI: 10.1021/jacs.0c01824
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recognition and Stabilization of Unsaturated Fatty Acids by a Polyaromatic Receptor (2020)
  • Author(s): K. Niki, T. Tsutsui, M. Yamashina, M. Akita, M. Yoshizawa
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Volume: 59 Issue: 26 Pages: 10489-10492
  • DOI: 10.1002/anie.202003253
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Peanut-Shaped Polyaromatic Capsule: Solvent-Dependent Transformation and Electronic Properties of a Non-Contacted Fullerene Dimer (2019)
  • Author(s): K. Matsumoto, S. Kusaba, Y. Tanaka, Y. Sei, M. Akita, K. Aritani, M. Haga, M. Yoshizawa
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed., Volume: 58 Issue: 25 Pages: 8463-8467
  • DOI: 10.1002/anie.201903117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A polyaromatic receptor with high androgen affinity (2019)
  • Author(s): Yamashina Masahiro、Tsutsui Takahiro、Sei Yoshihisa、Akita Munetaka、Yoshizawa Michito
  • Journal Title: Science Advances Volume: 5 Issue: 4 Pages: 3179-3179
  • DOI: 10.1126/sciadv.aav3179
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Open versus Closed Polyaromatic Nanocavity: Enhanced Host Abilities toward Large Dyes and Pigments (2019)
  • Author(s): Tsutsui Takahiro、Kusaba Shunsuke、Yamashina Masahiro、Akita Munetaka、Yoshizawa Michito
  • Journal Title: Chemistry A European Journal Volume: 25 Issue: 17 Pages: 4320-4324
  • DOI: 10.1002/chem.201806409
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Pentacene-based Nanotube Displaying Enriched Electrochemical and Photochemical Activities (2018)
  • Author(s): Kuroda Kiyonori、Yazaki Kohei、Tanaka Yuya、Akita Munetaka、Sakai Hayato、Hasobe Taku、Tkachenko Nikolai V.、Yoshizawa Michito
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 58 Issue: 4 Pages: 1115-1119
  • DOI: 10.1002/anie.201812976
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 芳香環ナノ空間の機能：生体分子の見分け方 (2020)
  • Author(s): 角田瑠輝・◯吉沢道人
  • Organizer: 日本化学会 第101回 春季年会（オンライン）
  • Invited
• [Presentation] Polyaromatic Nanocapsules: from Rational Design to Host Functions (2019)
  • Author(s): M. Yoshizawa
  • Organizer: Department Seminar, Indian Institute of Technology (IIT)
  • Invited
• [Presentation] Polyaromatic Nanocapsules: from Rational Design to Host Functions (2019)
  • Author(s): M. Yoshizawa
  • Organizer: Department Seminar, Indian Institute of Scienece (IISc)
  • Invited
• [Presentation] Polyaromatic Nanocapsules: Selective Recognition of Biomolecules (2019)
  • Author(s): M. Yoshizawa
  • Organizer: Modern Trends In Inorganic Chemistry-XVIII (MTICXVIII)
  • Invited
• [Remarks] 吉沢研究室ホームページ
  • URL: http://www.res.titech.ac.jp/~smart/nspace.html
• [Remarks] 吉沢研究室
  • URL: http://www.res.titech.ac.jp/~smart/nspace.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 揮発性有機化合物の吸着方法 (2021)
  • Inventor(s): 角田瑠輝・吉沢道人
  • Industrial Property Rights Holder: 角田瑠輝・吉沢道人
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2021-011658
  • Filing Date: 2021