2014 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions |
|---|
| Project/Area Number |
25102007
|
|---|
| Research Institution | Tohoku University |
|---|
Principal Investigator |
佐藤 宗太 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 准教授 (40401129)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
|
| Keywords | 動的秩序化 / 球状錯体 / 中間体 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，弱い相互作用を通じて形成される秩序化分子の動的側面に焦点をあてている．複雑かつ精緻に定められた構造を有する秩序化分子は，ウイルスの球殻をはじめとして自然界に見いだされ，その構築原理を模倣することで人工合成が達成されてきている．分子構造という静的な側面からみれば，多様な構造・構成の秩序化分子が合成されてきており，その独自の３次元構造に由来する独特の物性が種々報告されているが，動的側面に焦点をあてた研究は限られており，段階的な分子の集合と離散を伴う秩序化を駆使して分子を構築し，また，その動的な挙動を活用した物性発現をねらうという構想は，国内外の研究に照らして新しい着眼点である.
本年度，数十を超える相互作用がつくり出す多成分錯体を基軸に,その構築過程に動的な秩序形成を組み込むことを目的とし，新たな分子設計を行った．これまでに，折れ曲がった二座の配位子（L）と遷移金属イオン（M）とからMnL2n (n = 6, 12, 24, 30, 60)組成の球状錯体が自己組織化し，そのnの値は配位子の折れ曲がり角度に依存することがわかってきている．今回，C-C，C-N原子間の結合長に着目して配位子を精密設計し，M12L24錯体の構築過程において，M8L16, M9L18錯体（放射光X線回折で構造決定）を経ることを見いだした．本成果は，多成分からなる錯体分子の動的秩序化の過程を実験的に明らかにできた点で重要であり，また，同じ出発物質を用いながらも秩序化条件の違いによって生成物の構造が大きく切り替わる「秩序の相転移」とも呼ぶべき現象を見いだせたことは，自然界にみられる「タンパク質輸送小胞」の特徴の一つを人工系で実現できたと評価でき，極めて重要である．また，高速な回転を示すピーポッド分子に対して，構造化学の手法と理論化学の手法を用いて調べ，その動的挙動の基礎的知見を明らかにできた．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度，多成分錯体の動的な秩序化過程の解明を目指して研究を行った．いくつかの，少なくとも観測できるような濃度・寿命で存在する中間体を経て錯体形成が進行するのか，それとも一気に多成分錯体が構築されるのか，経時変化する化学変化の過程を追跡した例はなかった．化学的性質も，物理的性質も類似した中間体化合物を同定することは極めて困難であり，実験的に明らかにすることは難しいという先入観があった．精密な配位子の分子設計を通じて，分光分析，質量分析，単結晶構造解析に適した多成分の秩序化システムの開発に成功したことで，中間単位を定量的に検出し，さらにその立体構造を詳細に構造決定することができた．この成果は，当初からねらっていた研究目標ではあるが，ここまで詳細かつ精密に動的過程を描き出せるかは検討を開始する前には予測できないものであった．さらに，秩序化条件が変わると，同様の出発物質を用いても生成物の構造が大きく切り替わるという点で，タンパク質輸送小胞の重要な性質の一つを示す分子システムであることもわかってきた．構造の切り替えを実現するためには，配位子の折れ曲がり角度を精密に調整し，準安定な状態を可能にする設計指針が得られてきた．
我々の研究グループだけでなく，関連研究者にも驚きをもってもらえた本研究成果は，原著論文として発表するに至り，招待講演を含めて複数の学会発表にて高い評価を得ることができた．当初計画の目標を，おおむね順調に達成できていると評価している．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後，錯体分子やピーポッド分子を題材に，秩序化過程や生成物の構造における動的側面に焦点をあて，新たな概念を示す例をつみあげていく．多成分からなる錯体の構成成分である配位子に官能基を化学修飾すれば，生成物である球状錯体の表面には，厳密に定まった位置に配位子と同じ数だけの官能基が整然と配置されることになる．機能性官能基の機能を余すところなく引き出すために，柔軟性をもたせて配置し，表面における多点認識を活用した生体高分子や無機基板認識をめざす．錯体表面への集積効果と柔軟性による最適位置での認識により，構造が明瞭に定まった分子システムにおける，他の手法では達成困難な強固な認識能の発現が期待される．錯体構築において，官能基導入による秩序化の阻害が問題となることがあるが，分子設計にたちかえって考察し，分子の集合と離散を伴う秩序化を活用することで望みの構造をうみだす例を示したい．さらに，錯体表面での認識を活用した構造制御法の開発へと展開することをめざす．また，ピーポッド分子の動的挙動に関連して，各種の分光学的手法を併用することで，定量的に分子運動を決定することをめざす．分子設計に基づく合成と詳細な構造決定，および，専門的な物性評価手法の適用を両輪として，湾曲したπ電子系分子の特異な化学を明らかにし，安定な分子でありながら滑らかに動く希有な分子システムの自在構築にむけた指導的原理を得る．
|
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] π伸長した分子ピーポッドの熱力学と構造2014
Author(s)
Matsuno, T.; Sato, S.; Iizuka, R.; Isobe, H.
Organizer
新学術領域「動的秩序と機能」第1回若手研究会
Place of Presentation
ラフォーレ蔵王（蔵王町）
Year and Date
2014-09-28 – 2014-09-28
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
