2019 Fiscal Year Research-status Report
結晶スポンジレーザー脱離イオン化質量分析を活用した共結晶化有機分子の構造分離分析
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19K05447
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| Research Institution | Tokushima Bunri University |
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Principal Investigator |
山口 健太郎 徳島文理大学, 薬学部, 教授 (50159208)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 結晶スポンジ / X線解析 / 質量分析 / MALDI / 分子計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，結晶性が低く精密な構造を特定しにくい有機分子について，共結晶化により単結晶に誘導し,Ｘ線解析および質量分析により構造解析し，更に構造選択性を利用して分離精製を行う一連の構造分離分析手段を確立することを最終目的としている．本年度は，アダマンタンを含む空孔をもった新しい環状ホスト分子に関する研究を深め，この環状アダマンタン分子が２分子絡み合ってカテナンを生成することを見出した．このカテナンのX線解析，及びNMR解析による詳細な構造解析を行った．さらに，この環状アダマンタン分子をジクロロメタンより再結晶して得られた単結晶を用い，この空孔に生理活性アルコールである青葉アルコール及び青葉アルデヒドが包接されることを明らかとし，精密構造解析をX線解析により達成した．この青葉アルコール等は香料としてだけではなく2014年に昆虫生育抑制活性も併せ持つアルコールであることが明らかとなっているが，常温で液体のためX線解析はこれまで行われていない．一方，本研究では結晶性を有する細孔性錯体である結晶スポンジを用いて，その細孔内へ標的分子取り込み，レーザー脱離イオン化(LDI)を行う「結晶スポンジ-レーザー脱離イオン化」(CS-LDI)の開発に着手している．既にスチルベン誘導体，ベンゾジオキソール類等について当該イオン化法を適用しているがさらに単環状化合物に拡張した．これらの標的化合物は全てX線解析により結晶スポンジのフレーム内における配置が確定しているため，この幾何学データをもとに分子計算を行い，イオン化機構解明を試みた．その結果，フレームを構成するTPT分子と標的分子がπ-π結合しているとき，高い効率でイオン化することを見出した．CS-LDIはホスト分子のframeworkをmatrixと見立てたMALDIに類似するイオン化法であり，新しいイオン化場となる可能性が期待される．
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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
構造を特定しにくい有機分子について，共結晶化により単結晶に誘導しＸ線解析および質量分析等を用いて構造解析し，更に構造選択性を利用して分離精製を行う一連の構造分離分析手段を確立することが本研究の主目的である．これを達成するため，藤田グループが創生した結晶スポンジと独自に開発したアダマンタンを部分構造に持つ小空孔を形成する新たなホスト結晶を用いた標的分子包接実験を同時に実施している．この結果，多くの標的分子の取り込みが可能であり，単結晶X線構造解析にも成功した．一方，標的分子を包接した結晶スポンジにレーザーを照射しイオン化を行う結晶スポンジ-レーザー脱離イオン化にも成功している．さらに，NMR等の他の分析手法の連携も模索している．これらの実験結果に基づき総合的に分子構造を解明する手法開発を目指している．この手法は，基本的に共結晶化技術に立脚しているため，全ての標的分子に適用することは困難であると推察される．現時点では藤田結晶スポンジと数種類の環状アダマンタンホストを用いた共結晶化に限定されるが，当初の予定通り進展していると判断できる．現在，問題点として環状アダマンタンホスト結晶のレーザー脱離イオン化に成功していないことが挙げられるが，条件検討を進めており，克服できると考えている．X線解析に関する問題点として，ホスト内の標的分子のdisorderがある．特に標的が小分子である場合や柔軟性を有する場合解析が困難となる．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究は概ね当初の計画通り進行しており，大きな変更点はない．今後の課題としてX線解析のデータ解析手順を精査する必要性が指摘される．これは比較的分子量が小さく大きな自由度を持つ分子のホスト内におけるdisorderに起因して解析精度が充分得られないことがあるからである．これに関して，共結晶化条件の詳細な検討が必要となり，再結晶の際の温度，濃度，等及びソーキング条件を充分検討する必要がある．さらに，質量分析方面では環状アダマンタンホスト分子のイオン化の条件の検討があげられる．藤田結晶スポンジと同条件ではフレーム自体のイオン化が促進されないことがわかったため，現在さらなるイオン化条件検討を行っている．今後の推進方策としては，当初の計画と大きく異なるところはない．ホスト分子の開発と多岐にわたる標的分子への適用を進めるのみである．さらに解析精度を高めるためのX線解析及び質量分析におけるイオン化技術の精査を進める．本手法は，X線解析と組み合わせることが前提であり，複合解析法として有利である．特にMSの分子イオンからゲストの元素組成が，そしてMS/MSから骨格と側鎖情報が得られる可能性がある．MSと単結晶X線構造解析法の組み合わせは未知物質の分子構造解明に効果的であり，さらに微量分析への適用も可能である．現時点ではイオン化機構の初期過程の検討に着手したばかりであるが，今後，より詳しく定量的実験を重ねることによりイオン化機解析への道が開けると考える．
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大により学会開催が中止されたため，旅費が支出されなかった．この差額は次年度と合算し，当該研究遂行にかかる物品費等に当てる予定である．
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Research Products
(6 results)
