Design and synthesis of dynamic capsular molecules that can control the guest release by extension/contraction of the molecular length

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21206
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 34:Inorganic/coordination chemistry, analytical chemistry, and related fields
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: Akine Shigehisa 金沢大学, ナノ生命科学研究所, 教授 (30323265)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 分子カプセル / かご型分子 / 動的構造変換 / 包接化合物 / 応答性分子 / 分子認識 / 環状化合物 / 動的共有結合

Outline of Final Research Achievements

Capsule-shaped molecules have recently attracted much attention from the viewpoints of guest uptake into the inner space and physical properties and reactions in the inner space isolated from the bulk environment. However, it has been difficult to control the guest uptake/release rates in most capsule-shaped molecules. In this study, we aimed to develop a mechanism to change the aperture size of the capsule-shaped molecules that are obtained by linking two bowl-shaped subunits. We successfully achieved the structural transformation between the cyclic structure and the capsule structure in response to alkali metal ions in a biscalix[4]arene-type host with amide groups at the lower rim of the calix[4]arene to control the aperture size.

Free Research Field

超分子化学・錯体化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

カプセル状の分子は、内部空間への物質の取り込みや、外部から隔離された特異な空間での物性・反応などの観点から近年注目されている。特に、このような閉じた構造は、必要になるまで物質を閉じ込めておくための「分子の容器」としての応用が注目されているが、「容器」として活用するためには、その物質が必要になるまでは内部に確実に閉じ込めておき、必要になった際に速やかに物質を放出できるような開閉機構の確立が求められていた。本研究で達成できたカプセルの隙間の大きさの制御の手法は、このような開閉可能な「分子の容器」の開発における重要な知見となる。