2016 Fiscal Year Research-status Report
放射性Cs-137及びSr-90の光学的検出のための蛍光化学センサーのデザイン
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15K05580
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | センサー・モニタリング / 量子計算科学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成2８年度は、ククルビツリル（CB）大環状分子の共有結合から得られた二次元（2D）層状物質を設計した。この結果は、ククルビツリル大環状分子からなる共有結合性フレームワークのデザインのための新しい戦略に基づいている。この戦略では密度汎関数理論（DFT）計算を使用する。 この新しい戦略は、CB分子の高い対称性と有機化学基を持つCB分子を機能化する可能性の両方に基づいている。最初に、CB分子をベンゼン環で機能化した。 ベンゼン環は、メチレン架橋された１対のCBに融合され、CB-ベンゼンモノマーを生成する。2つのCB-ベンゼンモノマーを接続するには、ベンゼン部分を1つのヒドロキシル基（-OH）および1つの臭素基（-Br）で官能基化することが必要である。 これら2つのモノマーは、1対のエーテルブリッジを含むCBダイマーを生成する縮合反応によって互いに反応することができる。もしこのプロセスを6つの官能基化ベンゼン環を含むCBマクロサイクルを用いて繰り返す場合、酸素架橋を介して互いに結合したCB分子からなる2Dネットワークを得ることが可能となる。得られた2Dナノシートは、汚染された水溶液中に存在するCs +イオンの捕捉のためのナノフィルターとして使用することができた。 Cs+イオンは、4つまたは5つのCs-O結合の形成を介して捕捉することができる。これらの結合は、CB：Cs +錯体の結晶構造において観察されるものと同じタイプである。 さらに、この2Dナノシートは、ピペラジンなどの窒素含有分子を使用することによって3D固体に拡張することができる。これらの分子は、分子ブリッジの酸素原子とN-H:::O水素結合を形成する能力を有し、したがって、異なるナノシート間の結合を提供する。
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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
大きな問題がなく、計算が順調に進んだため、良好である。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究では、1つ以上のフェニル（-Ph）基を付加することによってククルビツリル（CB）大員環を修飾する予定である。 フェニル基は、炭素 - 炭素結合の形成を介してCBの中央間部分に結合することができる。フェニル基の使用を選択する理由は、π電子とCs+イオンとの間の引力的な相互作用（Cs+ / pi）が形成され得るからである。 予備的な密度汎関数理論（DFT）計算では、Cs+ / pi相互作用が約1-2kcal / molのエネルギーを有することを示している。したがって、これらのCs+ / pi相互作用は、Cs+イオンの錯体化に対するCB大環状化合物の選択性を高めるために使用することができると考えられる。 さらに、CBに結合したフェニル基は、ヒドロキシル基（-OH）およびカルボキシル（-COOH）基などの酸素原子を含む化学基で官能化することができる。これらの化学基はCs+イオンに対して強い親和性を示す。 これらの化学基は塩基を用いて脱プロトン化することができ、得られたアニオン性基はCs+イオンと強い静電相互作用を形成することができると予想される。
さらに、Cs+イオンに加えて、Sr2+イオンも、これらのアニオン性基との静電相互作用を用いて捕捉することができるであろう。 Cs+およびSr2+に対する受容体の選択性は、CBに結合するフェニル基の数および各フェニル基に結合する化学基の数を変えることによって制御することができることになる。目標は、汚染された水中のこれらのイオンの濃度に応じて、Cs+またはSr2+に選択的に結合することができる大員環をデザインすることである。ナフタレン基を加えることによって、これらのイオンの光学的検出にその蛍光を使用することができる。
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