2020 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of unexplored molecular nanocarbons
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19H05463
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
伊丹 健一郎 名古屋大学, 理学研究科(WPI), 教授 (80311728)
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| Project Period (FY) |
2019-04-23 – 2024-03-31
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| Keywords | ナノカーボン / カーボンナノベルト / 自己組織化 / ナノカーボンバイオロジー |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、分子ナノカーボン合成を加速させる新合成法の開発、および分子ナノカーボンを起点としたカーボンナノチューブ、および分子ナノカーボンの機能開拓をおこなった。
新たに環化カップリング反応を開発し、8員環構造を含む3次元ナノカーボンを効率的に構築することに成功した。またPAHのみならずキュバンのような、立方体構造を有する炭化水素に対する反応開発も行い、新たなキュバン誘導体であるマルチアリールキュバン類の合成に成功した。
新たなカーボンナノベルト（CNB）合成を達成した。3種類のCNB（アームチェア型、キラル型、ジグザグ型）の中で、最も合成が困難とされていたジグザグCNBの合成、単離、構造解析に成功した。また、メチレン炭素で架橋されたカーボンナノベルト[6]MCPPを新たに設計し、その合成に成功した。加えて(6,6)CNBに対するアラインやアルキンとのマルチプル付加環化反応によって、これまでに合成された中で最大のイプチセンであるcyclotetracosipticeneの合成に成功した。
分子ナノカーボンの新たな機能開拓としては、負に湾曲したナノグラフェンの合成と一次元超分子自己組織化に成功し、グラファイトおよび関連するナノグラフェン分子の積層構造に関する知見を得た。この分子は電子線回折構造解析によって連続的なπ-πスタッキングによる二重らせん構造であることを明らかにした。ナノカーボンの植物分野への応用展開として、これまであまり行われていない生物活性や生体応用に関する知見を得た。ナノカーボン分子の植物への影響を調べるために、ナノカーボン分子を処理したシロイヌナズナの苗のトランスクリプトームを解析した。クラスタリング解析の結果、ナノカーボン分子のトランスクリプトームへの影響はほとんど見られず、植物に対するナノカーボン分子の毒性が低いことが示唆された。
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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
本年度は、新たに環化カップリング反応を開発し、8員環構造を含む3次元ナノカーボンを効率的に構築することに成功し、今後、本反応を用いた新たな湾曲三次元分子の合成に期待ができる。またマルチアリールキュバンの初のプログラム合成法を達成したことによりで、これら新規分子群の応用が期待される。ナノカーボンの分子科学・ナノグラフェンの精密合成を目指した研究にも非常に大きな進展が見られた。3種類のCNBの合成戦略が揃ったことで、CNTの精密合成に向けて大きく前進した。
また新たな機能開拓としては、負に湾曲したナノグラフェンの合成と一次元超分子自己組織化に成功し、グラファイトおよび関連するナノグラフェン分子の積層構造に関する知見を得た。この湾曲したナノグラフェンは、さまざまな有機溶媒中で自己組織化し、効率的な新規ゲル化剤として機能する。ナノファイバーの形成をAFMおよびTEM測定によって確認し、最終的に電子線回折構造解析によって連続的なπ-πスタッキングによる二重らせん構造であることを明らかにした。加えてナノカーボンの応用展開の新しい方向性のひとつとして、これまであまり行われていない生物活性や生体応用をおこなった。ナノカーボン分子の植物への影響を調べるために、シクロパラフェニレン、ワープドナノグラフェン、ヘキサベンゾテトラセンを処理したシロイヌナズナの苗のトランスクリプトームを解析し、植物に対するナノカーボン分子の毒性が低いことが示唆された。
以上のように、ナノカーボンの新たな合成法の確立、CNTの精密合成の足掛かりとなる全種類のCNBの合成、そして分子ナノカーボンの超分子分野、バイオロジー分野という新しい学術領域の開拓にも着手することができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
3種類のカーボンナノベルト(CNB)の合成戦略が揃ったため、より長尺のCNBの合成を試みる。またカーボンナノベルトの面にひねりを加えたメビウスカーボンナノベルトの合成にも挑戦する。その特異な構造から未知の機能が期待される分子である。 3次元ナノカーボン構造体の構築法として、含七員環ナノカーボン合成のための新しい方法論を確立する。これが達成できれば構造多様性に乏しかった含七員環ナノカーボンに新たな光が当たるきっかけとなり、狭いHOMO-LUMOギャップをもつ開殻分子の合成や、歪みに起因した高い溶媒溶解性をもつ巨大ナノカーボンの合成などにつながると期待される。またヘリセンやケクレンに類似したsp2炭素のみからなる3次元炭素構造体の新しいナノカーボンの合成を行う。分子ナノカーボン合成を加速させる新合成法の開発として難溶性ナノカーボンの効率的合成手法の開発をおこなう。平面性ナノカーボンは、分子量が大きくなるにつれ強い分子間相互作用により凝集して難溶性になることが知られているため、このような手法の開発は大きな平面性ナノカーボン合成に繋がる。 分子ナノカーボンの機能開拓の一環として主に生物応用に注力する。
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[Journal Article] Isoform-selective regulation of mammalian cryptochromes2020
Author(s)
Miller Simon、Son You Lee、Aikawa Yoshiki、Makino Eri、Nagai Yoshiko、Srivastava Ashutosh、Oshima Tsuyoshi、Sugiyama Akiko、Hara Aya、Abe Kazuhiro、Hirata Kunio、Oishi Shinya、Hagihara Shinya、Sato Ayato、Tama Florence、Itami Kenichiro、Kay Steve A.、Hatori Megumi、Hirota Tsuyoshi
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Journal Title
Nature Chemical Biology
Volume: 16
Pages: 676～685
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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