2020 Fiscal Year Annual Research Report

キラル認識プロセスの分子論的考察ー分子構造と光学非対称性からー

Research Project

Project/Area Number	20H00333
Research Institution	Osaka University
Principal Investigator	桑原裕司大阪大学, 工学研究科, 教授 (00283721)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	大須賀秀次和歌山大学, システム工学部, 准教授 (50304184) 森川良忠大阪大学, 工学研究科, 教授 (80358184) 齋藤彰大阪大学, 工学研究科, 准教授 (90294024) 服部卓磨大阪大学, 工学研究科, 助教 (10876965)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2024-03-31
Keywords	キラル認識 / 探針増強ラマン散乱分光 / ヘリセン誘導体
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、キラル認識のメカニズムを、その分子配向・電子状態、および光学非対称性の単一分子レベル解析を通して考察・解明することを目指す。キラル分子として、安定性、構造の単純性に優れたヘリセン誘導体を研究対象とし、各種ヘリセン誘導体の合成およびキラル分離、固体表面上での低次元自己組織化構造の制御を行ったのち、OA-TERSを中心としたナノスケール複合分析システムを用いて、局所的な分子配列・配向と、ラマン振動状態解析・光学活性計測とを連動して、実空間、分子スケールでの電子状態・光学特性・振動特性を総合的に評価するものである。本年度は、TERSシステムの高度化実験をおこなった。現存のラマン分光に使用している532nm波長のレーザーに加えて、シングルモード633nmダイオードレーザーを準備して計測系に組み込み、532nmレーザーと共有するシステムを構築し導入した。一方、新たな分担者として服部が加わり、主に高分解能のSTM像の取得を実現した。各ヘリセン誘導体について、ラセミ体、キラル分離したp-、m-体それぞれについて、分子配向・結合状態を観察する実験を開始した。またSTS計測による局所電子密度の評価も開始している。分子合成では、ヘテロヘリセン誘導体4種類のラセミ合成を行い、そののち、ヘリセンジフェニルを、キラルカラムにてエナンチオマー分離した。また、測定グループとの綿密な議論を継続し、得られた分子認識規則構造や、振動スペクトルの情報をフィードバックすることにより、特に共鳴ラマンモードに適した新たな分子の設計指針を探索した。また、ラマン光学活性評価のための計算プログラムを整備した。現有の“STATE”計算システムに、光学活性評価を含んだラマンスペクトル再現プログラムを準備し、分担者の服部も、計算プログラム整備の一部を分担した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 新規測定システムの改良として、現存のラマン分光に使用している532nm波長のレーザーに加えて、シングルモード633nmダイオードレーザーを準備して計測系に組み込み、532nmレーザーと共有するシステムの導入が完了した。二つの光源を効率よく交換し、また迅速に工学調整を行うためのTERS光学系を新たに提案・導入し、TERS計測までの準備時間を大幅に短縮することが可能になった。STM計測結果については、ヘリセンアルデヒド分子のSTM構造解析を論文として発表し、P. Krukowski, Y. Kuwahara et al. J. Phys. Chem.C 125, 9419-8211, 9427 (2021) IF 4.8)、着々と成果発表を行っている。.新たなヘリセン誘導体分子として、ヘリセンジベンゾイルの合成も完了し、STM計測を開始している。新たに加えた分担者の服部も、現有のSTM-TERSシステムを熟知し、理論計算への参入も順調で、大きな戦力となっている。
Strategy for Future Research Activity	今年度は、感染症の拡大により、特に海外での成果発表がほとんどなかった。また、共同研究先であるポーランドのグループから、ポスドク1名と、博士課程学生1名を受け入れたが、今後は、リモートでの情報交換を優先し、またon-lineでの国際・国内会議での成果発表も積極的に行う予定である。