2015 Fiscal Year Annual Research Report
結晶相転移とプロトン移動互変異性化による結晶色調変化の解明
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25410005
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
植草 秀裕 東京工業大学, 理工学研究科, 准教授 (60242260)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 有機結晶 / ベイポクロミズム / 粉末結晶解析 / 結晶構造解析 / キノロン系抗生物質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、結晶周囲の環境である湿度や有機蒸気に応じて結晶が相転移し、色調変化を示すベイポクロミズム有機結晶に関するものである。この特異な現象の原理を明らかにし、さらに効率的に色変化を示す有機結晶を設計することを目的としている。特に三次元の詳細な分子構造変化を結晶解析により明らかにし色変化の原因を解明する。
広範囲な物質探索の結果、キノロン系抗生物質結晶がベイポクロミズムを示すことを発見した。ピペミド酸三水和物結晶はアセトニトリル蒸気・水蒸気適用により、結晶相脱水和・水和を起こし、無水和物結晶・三水和物結晶に可逆的に転移する。この際に無色から黄色への色調変化をベイポクロミズムとして示す。粉末未知結晶構造解析法を駆使した結晶構造解析の結果、分子間水素結合の変化を引き金とする分子内プロトン転移が起こり、分子軌道のエネルギーレベルが変化して色調変化を引き起こすメカニズムが明らかとなった。
エンロフロキサシン無水和物結晶は黄色であるが、代表的な塩基性分子であるモルフォリンやアンモニア蒸気と接触することにより、結晶内に蒸気中の分子を取り込む。結晶構造解析の結果、エンロフロキサシンは末端のカルボキシ基からプロトンが脱離したアニオンとなり、分子内水素結合やキノロン部位の共役が変化することで黄色から無色結晶へと色調変化するメカニズムを明らかにした。
エノキサシンと安息香酸誘導体との共結晶結晶を設計・作成した。この水和物結晶は薄茶色であるが、四種類のアルコール蒸気を結晶内に取り込み、黄色へと可逆的に変化する。この結晶構造変化により分子間のCT相互作用が変化し色調変化したことを明らかにした。
本研究ではこれら３種類のベイポクロミズム結晶を設計し、蒸気による結晶構造変化をという温和な条件で可逆的な色調変化に成功した。有機結晶の「蒸気センサー」としての応用を示唆していることは重要である。
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