生体分子の相互作用場を基盤にした蛍光性らせん超分子の構造転移と光機能制御

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23750229
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 坂尻 浩一 東京工業大学, 理工学研究科, 特任准教授 (90402213)
• Project Period (FY): 2011-04-28 – 2015-03-31
• Keywords: 超分子 / らせん構造 / らせん反転 / 液晶

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者が見出した媒体に応じて超分子構造を転移させることにより多彩な蛍光色を呈する新奇な現象について、多角的な検討を通して、当該有機化合物が形成する超分子構造と光学特性を制御する要因を解明することを目的に研究を行った。
対象とした化合物は置換基数やアミノ酸の種類が異なるトリスー、テトラキス―、ペンタキスー、ヘキサキスー（フェニルエチニルベンゼン）誘導体である。
今年度は、これまでに蓄積した結果を総括し、超分子構造と光学特性の相関を明確にし、らせん反転現象について追究した。
また前年に見出したサーモトロピック液晶を示す同族体について、置換基として導入する酸性アミノ酸の種類を変えて、溶液中及び固体状態における構造・物性の検討を行った。
種々の結果から、らせん反転は媒体の誘電率変化によって引き起こされることが確定的となった。誘電率が増加した場合においても、水素結合が維持できる会合力が必要であり、置換基数が４以上である当該誘導体がらせん反転現象を示す。量子化学計算を通して、らせん反転のメカニズムについて検討を行った結果、アミノ酸部位には複数の安定なコンホメーションが存在することが明らかとなった。誘電率に応じてアミノ酸部位のコンホメーションが変化することによって超分子構造の転移が起こるという推察に達することができた。
サーモトロピック液晶性を示す誘導体では、溶液中の超分子構造が安定ではなく、この課題を克服するため、継続して検討を行ってきた。酸性アミノ酸のα位ではないカルボキシル基が超分子構造の水素結合とπ―πスタッキングを阻害していることが明らかとなり、アミノ酸不斉炭素から該カルボキシル基が離れている化合物を合成した。その結果、溶液及び固体状態ともに液晶を発現し、熱にも安定な超分子らせん構造を形成させることに成功した。