2019 Fiscal Year Annual Research Report
Theoretical and Experimental Studies on Nanostructures Based on Chiral Liquid Crystals
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19H02537
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
渡辺 豪 北里大学, 理学部, 助教 (80547076)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 純 北里大学, 理学部, 講師 (60585800)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | キラル液晶 / 分子動力学 / キラル金属錯体 / ソフトマテリアル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、計算科学的手法と実験科学的手法を連携した新規なアプローチにより、キラル分子に剛直な骨格を持つ八面体型金属錯体を用いたキラル液晶における金属錯体の分子構造ねじれと系全体に発現するらせん構造との相関関係の理解、さらにはナノスケールのらせん構造における制御因子の提案を目指している。
研究初年度の計算科学による研究では、分子レベルのミクロな描像を可視化する上で有用な分子動力学（MD）シミュレーションを用いて、キラル金属錯体の物性を予測するモデルの構築に取り組んだ。キラル分子の代表的な物性であるらせん誘起力を算出するために、液晶溶媒中にキラル錯体分子の光学異性体を同数ずつ混合したラセミ系のMDシミュレーションを用いた手法が提案されているが、高精度化を目指して、キラル分子の並進運動を取り除くような束縛条件を付与したモデルを新たに提案した。また、キラル錯体分子の液晶への溶解性がホスト液晶の拡散係数と相関があることを複数のキラル錯体分子、異なる濃度において確かめた。
合成実験では、汎用的なキラル錯体分子開発を可能にするため、二成分系の水素結合型キラル分子の合成に新たに取り組んだ。具体的には、オキシムとカルボン酸の強固な水素結合を利用するため、Ru錯体骨格（[Ru(acac)3]）にオキシム基を導入した金属錯体分子を合成した。溶液中でカルボン酸との水素結合形成を示唆する結果が得られたので、代表的な液晶への溶解性も確認した。
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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
計算科学サイドの研究は、初年度の計画通り、新たなモデルでのMDシミュレーションに取り組むことができており、一定の成果が出ている。また、実験で得られている物性をより精度よく再現するための知見も得られている。
実験サイドでは、従来型のキラル金属錯体分子だけでなく、より汎用的な分子開発を可能とする分子の合成にも着手している。本研究の一つの目標である、金属錯体を分子骨格にもつキラル液晶のデータベース化を推進する上で重要な研究が展開できていると考えられる。
よって、研究全体として概ね順調に進んでいるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
計算科学を用いる研究では、初年度に構築した新たなMDシミュレーションモデルによって様々なキラル金属錯体分子についてらせん誘起力を求める。また、ホスト液晶の拡散係数を算出することで、ホスト液晶との溶解性についても評価する。さらには、液晶溶媒中に錯体分子の凝集体を配置した系に対するMDシミュレーションを行うことで、錯体分子の拡散挙動も解析し、液晶溶解性を評価可能なパラメーターとなりうるかを検証する。
また合成研究においては、オキシム基を導入した新規金属錯体分子の光学分割に取り組むとともに、エナンチオ体が液晶中で水素結合を形成するかを調べる予定である。さらには、単成分系で新規のキラル液晶を発現することが予備実験で確かめられているキラル錯体分子について、X線構造解析、示差走査熱量測定や偏光顕微鏡観察を用いた構造解析を進めることも検討している。
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