2021 Fiscal Year Annual Research Report
大環状錯体内孔での化学反応を駆動力とする発動分子の創出
Publicly Offered Research
| Project Area | Molecular Engine: Design of Autonomous Functions through Energy Conversion |
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| Project/Area Number |
21H00382
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
中村 貴志 筑波大学, 数理物質系, 助教 (90734103)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 大環状分子 / 金属錯体 / 発動分子 / 反応場 / ロタキサン / 超分子 / ホストゲスト化学 / 分子認識 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
環状分子に軸状分子を貫通させたロタキサンは、外部エネルギーを機械的運動に変換する代表的な分子マシンであるが、その軸状分子は細い直径のものに限られていた。研究代表者が開発した大環状錯体M-hexapapは、直径1nm以上の巨大な内孔を有し、6つの金属原子がその配位サイトを内側に向けて固定される特徴をもつ。本研究では、このM-hexapapをロタキサンの輪成分として用い、巨大な内孔に取り込む複数の軸状分子/太い直径の軸状分子に対して、内孔の金属による多点配位捕捉や触媒反応を行い、化学エネルギーをもとに精密な軸状分子の合成と一次元運動を実現する分子システムを創出することを目指している。2021年度は、配位性基をもつ高分子を軸状分子として反応させる検討を行った。Zn-hexapap錯体の積層二量体はカルボキシラートを橋掛け配位して結合する部位を内孔に4箇所もつ。ここにカルボキシ基を持つ単量体を配位したのちに、重合反応を行ったところ、大環状錯体に複数の高分子が貫通したロタキサン構造を架橋点とする高分子ネットワークが得られたことを示唆する結果が得られた。対照的に、Zn-hexapap錯体に対して配位性高分子を添加して加熱した場合は沈殿が生じ、大環状錯体存在下での重合反応は均一なソフトマテリアルを構築するのに有用であることが示された。また、太い軸分子を貫通させたロタキサンの検討として、hexapap配位子およびその金属錯体の溶液に対して単層カーボンナノチューブを加え、超音波照射ののち加熱撹拌を行ったところ、大環状分子がナノチューブに吸着したことが確認された。また、研究の過程で、ピラノース環の5位にカルボキシ基をもつシクロデキストリン誘導体がカルボン酸同士の水素結合によって２量体となった輪成分が、二級アンモニウムを軸分子として包接する特異な[3]-擬ロタキサンが形成することが見出された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は、研究代表者が開発した独自の大環状分子およびその集合体の発動分子素子としての機能開拓を行うことを目的としている。2021年度に見出された、hexapap錯体内孔における反応、hexapapとカーボンナノチューブの相互作用、およびカルボキシ基をもつシクロデキストリン誘導体の[3]-擬ロタキサン形成は、いずれも本研究を遂行する上で重要な新しい知見である。今後、内孔の金属による多点配位捕捉の解析など、大環状分子と軸分子の相互作用様式を解明し、その挙動を厳密に制御することで、化学エネルギーをもとに精密な軸状分子の合成と一次元運動を実現する分子システムが創出できると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度で得られた研究成果について、それぞれの生成物の構造を核磁気共鳴分光、ゲル濾過クロマトグラフィー、質量分析などの手段を用いて解析し、成分同士の相互作用や反応効率を検証する。また、得られた知見に基づく新しい軸分子反応の開拓や、軸分子末端のキャッピング反応と輪成分移動反応の制御を検討する。開発した大環状分子のロタキサン様集合体を発動分子の素子として提供することで、領域の推進に大きく貢献する。高分子材料・一分子計測・理論計算を専門とする研究者との共同研究を通じ、発動分子の反応・運動機構の分子レベルでの詳細な理解を目指す。
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Research Products
(8 results)
