2019 Fiscal Year Research-status Report
Molecular recognition using nano-space in metal-organic frameworks and its structural flexibility
| Project/Area Number |
19K05537
|
|---|
| Research Institution | Saitama University |
|---|
Principal Investigator |
半田 友衣子 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (20586599)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 金属ー有機構造体 / リン酸エステル / テトラキスリン酸 / ヌクレオチド |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、金属ー有機構造体(Metal-organic framework: MOF)の均一ナノ空間と結晶構造変化を利用する高感度・高選択的測定への展開を目指して，水溶液中での特異的物質認識の解析を目的としている。2019年度の成果を，１）電荷密度の序列だけには依存しない金属イオン認識，2) MOFのレティキュラーナノ空間への物質凝集，３）生体分子を用いるMOFの合成，の3つに分けて以下に記述する。
1) 電荷密度の序列だけには依存しない金属イオン認識：ランタノイド（Ln）―リン酸配位子が形成する2種類のMOFでのLn3+結節点における重希土特異性およびナノ空間中M+の金属交換反応における特異的イオン交換特性について、2種の金属イオンが共存する際に生じる結晶構造歪みや骨格構造のフレキシビリティが重要であることを示唆する結果が得られた。
2) MOFのレティキュラーナノ空間への物質凝集：2.5nm と2.9nm のケージが連なった構造を持つFe(Ⅲ)3 O(H2O)2F・(BTC)2(Fe-btc MOF)を固定層とするクロマトグラフィーにおいて，カルボン酸類の保持が極めて大きいことから，Fe(III)の配位不飽和サイトへのカルボン酸修飾を着想した。まずはキラル分離に応用するため，L-フェニルアラニンの修飾を試み，およそ30%の修飾率であることを確認した。
3) 生体分子を用いるMOFの合成：モノヌクレオチド(mNA)とランタノイドイオン(Ln3+)が高分子を形成する条件を見出した。そのうちいくつかは，わずかながら結晶性を有するものもあったがmNAとLn3+を混合するだけでは結晶性付与が困難であると判断し，合成条件の改良を試みている。これまでに，mNA-Ln3+ポリマーに結晶性を付与する方法を見つけることに成功している。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
1) では，ランタノイド（Ln）―リン酸MOFでの金属交換について様々な条件での現象を捉え，反応メカニズムを定性的に理解できるようになってきた。別のランタノイド（Ln）―リン酸での金属交換のメカニズムも概略が掴めてきており，定量的なモデルの確立には至っていないが，金属イオン選択性に寄与する重要なファクターの決定ができ，MOFが，一般的なイオン交換樹脂とも無機イオン交換体とも異なる特徴を有することを明らかにしつつある。
2) に関しては，物質配位不飽和サイトを修飾サイトとして利用することでMOFに新たな機能を付与できる可能性を明らかにした。
3) では，NAを用いる高分子を合成する際に重要なファクターを明らかにしつつある。
以上のように，MOFの均一ナノ空間と結晶構造変化を利用する高感度・高選択的測定への展開を目指して，MOFを利用する際の条件決定や水溶液中での特異的物質認識の解析がおおむね順調に進んでいる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
1)では金属イオン混合系で分離性能を評価する。新規に合成したMOFは未だ結晶構造が明らかではないため，単結晶の合成やX-線吸収微細構造等の分光法によるアプローチで結晶構造の解析を行い，金属交換反応との関連を調べる。
2)では，配位不飽和サイトの修飾に間するキャラクタリゼーションを進めるとともに，物質分離適用性を評価する。
3)では，引き続き目的の物質合成条件を探索し，その後，物質認識の機能性を評価する。
|
| Causes of Carryover |
予定していたよりも学会参加が少なく，旅費を予算通りに使用しなかった。
|
