2019 Fiscal Year Research-status Report

有機結晶が発現する気体分子認識現象の原子レベルその場観察と機構解明に関する研究

Research Project

Project/Area Number	17K05833
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	津江広人京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (30271711)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2021-03-31
Keywords	有機結晶 / 気体分子認識 / 結晶構造解析
Outline of Annual Research Achievements	気体分子の吸着状態を解明することは，新たな多孔性材料の開発に向けて重要な知見を与えることが期待されるが，気体吸着状態を原子レベルで可視化した例は多くない．そこで本研究では，（Ａ）気体吸着状態を簡便かつ安全に結晶構造解析するための結晶マウントピンを開発し，これを用いて（Ｂ）研究代表者らが調製した有機結晶が発現する気体分子の認識現象のメカニズムを解明する．交付３年目である平成31年度においては，交付初年度の平成29年度から引き続いて，上記のＡとＢの２項目について研究を行った．（Ａ）気体分子を簡便かつ安全に封入するための結晶マウントピンは市販されていないため，本研究において独自の開発を進めている．交付初年度の平成29年度に作成したプロトタイプでは，ガス漏れが起こることが判明したため，平成30年度にその仕様を大幅に変更し，ガス漏れが起こらない改良版を作成した．この改良版での結果を受けて，交付３年目の平成31年度においては，さらなる改良を加えた．その結果，新たに作成した再改良版では，結晶を充填したガラスキャピラリー内部を真空排気するとともに，約５気圧までのガスを簡便に導入できるようになった．（Ｂ）当研究室でのこれまでの研究から，興味深い気体吸着挙動を示す有機結晶が見つかっている．そこで，上記Ａで開発した再改良版の結晶マウントピンを用いてＸ線結晶構造解析を行い，有機結晶中に気体分子が吸着した状態を原子レベルで解析することに成功した．また，その成果を学会で発表した．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 前述のとおり，本研究で開発する結晶マウントピンは市販されていないため，交付初年度の平成29年度にそのプロトタイプとなるものを製作した．しかし，プロトタイプでは，ガス漏れが起こることが明らかとなったため，交付２年目の平成30年度においては，その設計方針の再検討を行い，改良版の製作を行った．交付３年目である平成31年度においては，さらなる改良を加えた．このような結晶マウントピンの前例はなく，模倣できるものは皆無のため，その設計，部品の製作，ならびに使用するバネやO-リングなどの選定に時間を要した．そのため，当初の研究予定よりもやや遅れている状況ではあるが，この再改良した結晶マウントピンでは，真空漏れやガス漏れが起こらないことに加えて，約５気圧まで耐えることを確認できた．そこで，この再改良版を用いて，有機結晶の気体吸着状態についてのＸ線結晶構造解析を行った結果，気体分子の吸着状態を解析することに成功し，その興味深い気体吸着挙動の発現メカニズムを理論的に解析することができた．研究を遂行するための「道具」が揃ったことから，現在，この再改良版の結晶マウントピンを用いて，別の有機結晶についても気体吸着状態の結晶構造解析を進めているところである．
Strategy for Future Research Activity	当研究室でのこれまでの研究から，ジペプチド誘導体の有機結晶が，特異な気体吸着挙動を示すことが見出されている．そこで今後は，その類縁体の合成を行い，気体吸着挙動を評価する予定である．また，本研究で独自に開発した結晶マウントピンのさらなる改良を進めるとともに，有機結晶の気体吸着状態についての結晶構造解析を行って，気体吸着挙動の発現メカニズムを理論面から詳細に解析する予定である．なお，理論面からの解析には，これまで理論計算のための入力ファイルを手作業で作成する必要があったため，少なからずヒューマンエラーが起こっていた．そこで，この作業を円滑に進めるため，入力ファイルを半全自動的に作成するためのソフトウェアを開発する予定である．
Causes of Carryover	2020年3月22日～25日に東京理科大学野田キャンパスで開催予定であった日本化学会第100春季年会が，新型コロナウィルスの影響により中止となったため，その旅費が残ることとなった．平成31年度の残額は，本年度に開催予定の学会に参加するための旅費として使用する予定である．