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フレシブルな鎖状キラルホストによるキラルカチオン認識とその円偏光発光挙動

研究課題

研究課題/領域番号 21K05030
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分33010:構造有機化学および物理有機化学関連
研究機関地方独立行政法人大阪産業技術研究所

研究代表者

靜間 基博  地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究管理監 (40416318)

研究分担者 今井 喜胤  近畿大学, 理工学部, 教授 (80388496)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
キーワード円偏光発光 / 分子認識 / ホスト‐ゲスト化学 / キラリティー / ホスト-ゲスト化学 / キラル識別
研究開始時の研究の概要

本研究では円偏光発光 (CPL) による分子認識の精密検出システムを構築する。CPLは高輝度偏光発光光源や3Dディスプレイなど広い分野での応用が期待されている。分子認識能とCPLを示す性質を併せ持つ化合物を開発することで、CPLによるキラルゲスト分子識別の達成を本研究の目的とした。2つの蛍光発光部位を有する非環状型キラルホストを合成し、非環状ホスト分子に特有のゲスト分子との錯形成前後でのドラスチックなコンフォメーション変化を活用する。ゲスト分子によるホスト分子中の2つの蛍光発光部位の空間的位置制御とそれにともなうCPLの円偏光発光波長、強度、円偏光度変化を基に、ゲスト分子の精密な識別を行う。

研究実績の概要

円偏光発光(CPL)特性を有するフレキシブルな構造を有する分子認識化合物を合成し、ゲスト化合物の添加で容易にCPLのキラルスイッチングおよび発光波長制御ができる材料の創製を目的とする。今年度は分子認識化合物の合成ルートの改良と金属イオンゲストを添加したときの蛍光発光挙動測定、および、キラル有機アンモニウムイオンゲストに対するキラル識別能評価を行った。。
合成ルート内のケーニッヒ・クノール反応によるグリコシル化反応で仕込み比を工夫することで収率を向上することができた。合成したフレキシブルな構造を有する分子認識化合物はバインディングサイトにオキシエチレン鎖を有しており、そこにカチオンゲスト(アルカリ金属イオンおよびアルカリ土類イオン)を添加したときの蛍光発光挙動を調べた。リファレンスとして合成した1-ピレンメチル-β-ガラクトピラノシドの完全メチル化体ではモノマー発光のみを示し、カチオンゲスト添加でも発光挙動に変化がなかった。一方、合成した2つの1-ピレンメチル-β-ガラクトピラノシドをオキシエチレン鎖の両末端に有するフレキシブルなホストはフリーの状態でエキシマ―発光を示し、カチオンゲストを添加時にエキシマ―発光の消光挙動が観測された。オキシエチレン鎖が長くなるとイオンサイズの大きなゲストで消光度が大きくなる傾向が見いだされた。また、同程度のイオンサイズであってもアルカリ金属イオンに比べてアルカリ土類イオンの場合に消光度が大きくなった。これは2価のイオンになることで錯安定度定数が大きくなるためと推定された。
前年度に引き続き、質量分析法を活用して、光学活性有機カチオンであるアミノ酸エステルアンモニウムイオンに対するキラル識別能を評価した。オキシエチレン鎖の長さにより、同じキラルゲストに対してもキラル選択性が異なり、末端のピレン構造もキラル識別発現に寄与していることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

合成したホストのバインディングサイトであるオキシエチレン鎖の長さの違いにより、同じキラル有機アンモニウムイオンゲストに対しても、逆のキラル選択性を示すなど、興味深い挙動が観測されたため、それについて調べた。そのため、円偏光発光挙動を評価するまでに至らなかった。尚、1種類のゲストとホストの組み合わせで予備測定を行い、円偏光発光を示すことを確認しているので、次年度に本研究課題の計画をすべて進める目途を付けることができている。

今後の研究の推進方策

合成したホスト3種とリファレンスに対して、ゲスト(金属イオン類およびキラル有機アンモニウムイオン類)を添加した際の円偏光発光挙動を調べる。また、キラル識別挙動が同じゲストに対してもホストのバインディングサイトの違いで大きく異なることから、錯構造をNMR等を用いて調べる。また、金属イオンゲストおよび顕著なキラル識別能が観測されたキラルゲストに関しては化学量論評価及び錯安定度定数決定を行い、本研究の計画をすべて遂行する予定である。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2024 2023 2022 2021

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (11件)

  • [雑誌論文] Controlling Excimer-Origin Circularly Polarized Luminescence of Bipyrenyl-Arginine Peptides by Cyclodextrin in Water2023

    • 著者名/発表者名
      Imai Yoshitane、Mimura Yuki、Motomura Yuki、Ikemura Ryoya、Shizuma Motohiro、Kitamatsu Mizuki
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 96 号: 3 ページ: 268-273

    • DOI

      10.1246/bcsj.20220306

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Circularly polarized luminescence from π-conjugated chiral perylene diimide luminophores: The bay position effect2021

    • 著者名/発表者名
      Kitahara, M.; Mishima, K.; Hara, N.; Shizuma, M.; Kanesaka, A.; Nishikawa, H.; Imai, Y.
    • 雑誌名

      Asian J. Org. Chem.

      巻: 10 号: 11 ページ: 2969-2974

    • DOI

      10.1002/ajoc.202100483

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 〇種市温人、下村修、川野真太郎、今井喜胤、靜間基博2024

    • 著者名/発表者名
      フレキシブルなキラルホストによるキラル識別と発光挙動
    • 学会等名
      日本化学会 第104春季年会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 質量分析スクリーニングを活用したクロマトグラフ用キラル固定相開発2023

    • 著者名/発表者名
      〇靜間基博、李翔太、松崎剛、朝野芳織、川野真太郎、佐藤博文、村岡雅弘、鈴木健之
    • 学会等名
      第71回質量分析総合討論会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] FABMSによるイヌリン誘導体のキラルアンモニウムイオンに対するキラル識別能評価2023

    • 著者名/発表者名
      〇靜間基博、李翔太、川野真太郎、松崎剛、朝野芳織、佐藤博文、鈴木健之、村岡雅弘
    • 学会等名
      モレキュラー・キラリティー シンポジウム2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] エレクトロスプレーイオン化質量分析によるキラル銅錯体を用いたアミノ酸の光学純度一斉評価2022

    • 著者名/発表者名
      中小路崇、佐藤博文、三宅弘之、三枝栄子、川﨑英也、篠田哲史、 荒川隆、築部浩、小野大助、〇靜間基博
    • 学会等名
      第70回質量分析総合討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 質量分析および分光分析法による溶液中のホスト‐ゲスト錯形成挙動評価2022

    • 著者名/発表者名
      〇靜間基博、鈴木健之、朝野芳織、松崎剛、 関輝、下村修、 川野真太郎、佐藤博文、小野大助
    • 学会等名
      第70回質量分析総合討論会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] π電子系を基軸とするソルバトクロミック円偏光発光(CPL)体の開発2022

    • 著者名/発表者名
      原健吾、岡田華奈、原 伸行、静間 基博、〇今井 喜胤
    • 学会等名
      第19回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 質量分析スクリーニングによるイヌリン誘導体型新規キラル固定相の開発2022

    • 著者名/発表者名
      〇李 翔太、川野 真太郎、松崎 剛、朝野 芳織、鈴木 健之、佐藤 博文、村岡 雅弘、靜間 基博
    • 学会等名
      第19回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ベイポジション効果によるπ共役光学活性ペリレン発光体からの円偏光発光(CPL)2021

    • 著者名/発表者名
      ○北原真穂、三嶋康平、原伸行、金坂青葉、靜間基博、西川浩之、今井喜胤
    • 学会等名
      2021年度色材研究発表会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ベイポジション効果によるπ共役光学活性ペリレン発光体からの円偏光発光(CPL)特性2021

    • 著者名/発表者名
      ○北原真穂、三嶋康平、原伸行、金坂青葉、靜間基博、西川浩之、今井喜胤
    • 学会等名
      第31回基礎有機化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] バイアリール発光体からの円偏光発光(CPL)および磁気円偏光発光(MCPL)2021

    • 著者名/発表者名
      ○岡田啓汰、戸田隼人、池田進太郎、靜間基博、宮坂誠、今井喜胤
    • 学会等名
      第31回基礎有機化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] アキラルなピレン発光体による磁気円偏光発光(MCPL)2021

    • 著者名/発表者名
      ○原健吾、岡田華奈、松平華奈、靜間基博、今井喜胤
    • 学会等名
      第31回基礎有機化学討論会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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