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金属架橋カプセルの構造/機能の異方的拡張

公募研究

研究領域配位アシンメトリー:非対称配位圏設計と異方集積化が拓く新物質科学
研究課題/領域番号 19H04566
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京工業大学

研究代表者

吉沢 道人  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (70372399)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード分子カプセル / 配位結合 / 異方性 / 錯体化学
研究開始時の研究の概要

本研究の目的は、多環芳香族ナノ空間を有する金属架橋カプセルを基盤として、その有機配位子に異種の多環芳香族パネルを導入することで、新たな異方性ナノ空間を精密構築することである。また、その多環芳香族骨格に囲まれた特異ナノ空間の高い分子内包能を活用した、新空間機能と新空間材料の創出を目指す。これら目的の達成により、本領域研究が目指す独創的な「空間アシンメトリー」の化学の推進に貢献する。具体的には、密閉型ナノ空間を改良した開放型ナノ空間による結合能増幅、 新規高分子材料を指向した貫通型ポリマー複合体の動的機能、芳香環ナノ空間を連結した拡張型ナノ空間による新物性発現に挑戦する。

研究実績の概要

本研究の目的は、「多環芳香族ナノ空間」を有する金属架橋カプセルを基盤として、その有機配位子に異種の多環芳香族パネルを導入することで、新たな『異方性ナノ空間』を精密構築することである。また、その多環芳香族骨格に囲まれた特異ナノ空間の高い分子内包能を活用した、新空間機能と新空間材料の創出を目指す。これら目的の達成により、本領域研究が目指す独創的な「空間アシンメトリー」の化学の推進に貢献する。これまでに申請者は、アントラセン環を含む湾曲型の有機配位子と金属イオンの錯形成により、多環芳香族パネルに囲まれた約1 nmの孤立空間を有する金属架橋カプセルの構築を達成した。この孤立空間では、π-スタッキング・CH-π相互作用と疎水効果が三次元的および共同的に働くことで、特異機能が発現した。これらの知見を活かして、本研究では金属架橋カプセルの異方性展開を図った。
「研究成果1:アニソトロピック型ナノ空間の異性化制御」本年度は、2つのナフタレン環を持つ新規な二座配位子を設計および合成した。これらと金属イオンの錯形成で、最大で42個の異性体を持つアニソトロピック型の金属架橋ケージを構築した。この金属架橋ケージにおいて、内包分子の種類に応じて異性化を制御することに成功した。具体的には、フラーレンC60を内包することで、1つの異性体構造に収束することをNMRや結晶構造解析で明らかにした。
「研究成果2:扁球型ナノ空間によるボウル反転制御」本年度は、金属架橋カプセルの異方的な空間縮小を達成した。2つのアントラセン環をオルトフェニレン鎖で連結した湾曲型配位子を活用して、扁球型の金属架橋カプセルの構築に成功した。また、空間機能を解明した。具体的には、温度可変のNMR解析から、ボウル型のスマネンを1分子内包することでその圧縮効果により、ボウル反転運動の顕著な加速を達成した。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 4件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] An Atropisomeric M2L4 Cage Mixture Displaying Guest-Induced Convergence and Strong Guest Emission in Water2020

    • 著者名/発表者名
      T. Tsutsui, L. Catti, K. Yoza, M. Yoshizawa
    • 雑誌名

      Chem. Sci.

      巻: 11 号: 31 ページ: 8145-8150

    • DOI

      10.1039/d0sc03223a

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Anisotropic Contraction of a Polyaromatic Capsule and Its Cavity-Induced Compression Effect2020

    • 著者名/発表者名
      Kishida Natsuki、Matsumoto Kyosuke、Tanaka Yuya、Akita Munetaka、Sakurai Hidehiro、Yoshizawa Michito
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 142 号: 21 ページ: 9599-9603

    • DOI

      10.1021/jacs.0c02932

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] N‐Doping of Polyaromatic Capsules: Small Cavity Modification Leads to Large Change in Host?Guest Interactions2020

    • 著者名/発表者名
      Dobashi Hiroki、Catti Lorenzo、Tanaka Yuya、Akita Munetaka、Yoshizawa Michito
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 59 号: 29 ページ: 11881-11885

    • DOI

      10.1002/anie.202004168

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthesis of a Black Dye with Absorption Capabilities Across the Visible-to-Near-Infrared Region: A MO-Mixing Approach via Heterometal Coordination of Expanded Porphyrinoid2020

    • 著者名/発表者名
      Wang Yue、Kai Hiroto、Ishida Masatoshi、Gokulnath Sabapathi、Mori Shigeki、Murayama Tomotaka、Muranaka Atsuya、Uchiyama Masanobu、Yasutake Yuhsuke、Fukatsu Susumu、Notsuka Yusuke、Yamaoka Yoshihisa、Hanafusa Mamiko、Yoshizawa Michito、Kim Gakhyun、Kim Dongho、Furuta Hiroyuki
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 142 号: 14 ページ: 6807-6813

    • DOI

      10.1021/jacs.0c01824

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Recognition and Stabilization of Unsaturated Fatty Acids by a Polyaromatic Receptor2020

    • 著者名/発表者名
      K. Niki, T. Tsutsui, M. Yamashina, M. Akita, M. Yoshizawa
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.

      巻: 59 号: 26 ページ: 10489-10492

    • DOI

      10.1002/anie.202003253

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Peanut-Shaped Polyaromatic Capsule: Solvent-Dependent Transformation and Electronic Properties of a Non-Contacted Fullerene Dimer2019

    • 著者名/発表者名
      K. Matsumoto, S. Kusaba, Y. Tanaka, Y. Sei, M. Akita, K. Aritani, M. Haga, M. Yoshizawa
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed.,

      巻: 58 号: 25 ページ: 8463-8467

    • DOI

      10.1002/anie.201903117

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A polyaromatic receptor with high androgen affinity2019

    • 著者名/発表者名
      Yamashina Masahiro、Tsutsui Takahiro、Sei Yoshihisa、Akita Munetaka、Yoshizawa Michito
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 5 号: 4 ページ: 3179-3179

    • DOI

      10.1126/sciadv.aav3179

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Open versus Closed Polyaromatic Nanocavity: Enhanced Host Abilities toward Large Dyes and Pigments2019

    • 著者名/発表者名
      Tsutsui Takahiro、Kusaba Shunsuke、Yamashina Masahiro、Akita Munetaka、Yoshizawa Michito
    • 雑誌名

      Chemistry A European Journal

      巻: 25 号: 17 ページ: 4320-4324

    • DOI

      10.1002/chem.201806409

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Pentacene-based Nanotube Displaying Enriched Electrochemical and Photochemical Activities2018

    • 著者名/発表者名
      Kuroda Kiyonori、Yazaki Kohei、Tanaka Yuya、Akita Munetaka、Sakai Hayato、Hasobe Taku、Tkachenko Nikolai V.、Yoshizawa Michito
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 58 号: 4 ページ: 1115-1119

    • DOI

      10.1002/anie.201812976

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 芳香環ナノ空間の機能:生体分子の見分け方2020

    • 著者名/発表者名
      角田瑠輝・◯吉沢道人
    • 学会等名
      日本化学会 第101回 春季年会(オンライン)
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Polyaromatic Nanocapsules: from Rational Design to Host Functions2019

    • 著者名/発表者名
      M. Yoshizawa
    • 学会等名
      Department Seminar, Indian Institute of Technology (IIT)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Polyaromatic Nanocapsules: from Rational Design to Host Functions2019

    • 著者名/発表者名
      M. Yoshizawa
    • 学会等名
      Department Seminar, Indian Institute of Scienece (IISc)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Polyaromatic Nanocapsules: Selective Recognition of Biomolecules2019

    • 著者名/発表者名
      M. Yoshizawa
    • 学会等名
      Modern Trends In Inorganic Chemistry-XVIII (MTICXVIII)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 吉沢研究室ホームページ

    • URL

      http://www.res.titech.ac.jp/~smart/nspace.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 吉沢研究室

    • URL

      http://www.res.titech.ac.jp/~smart/nspace.html

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] 揮発性有機化合物の吸着方法2021

    • 発明者名
      角田瑠輝・吉沢道人
    • 権利者名
      角田瑠輝・吉沢道人
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2021-011658
    • 出願年月日
      2021
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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