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気相-結晶相反応による有機ベイポクロミック結晶の創製と粉末結晶解析による機構解明

公募研究

研究領域ソフトクリスタル:高秩序で柔軟な応答系の学理と光機能
研究課題/領域番号 20H04661
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

植草 秀裕  東京工業大学, 理学院, 准教授 (60242260)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
キーワードベイポクロミズム / フォトクロミズム / 単結晶構造解析 / NSAID / ナトリウム塩 / 脱水和 / 粉末結晶解析 / 固相反応 / 結晶構造解析 / サリチリデンアニリン / 結晶相気相反応 / 結晶構造 / 粉末結晶構造解析 / 酸塩基反応
研究開始時の研究の概要

結晶構造科学によるベイポクロミズムの原理を構築し、それに基づいたベイポクロミズム有機結晶を創製するため、結晶合成および三次元の詳細な分子構造・結晶構造変化の解明を中心に研究展開する。本研究では、気相-結晶相反応を利用し気体分子を結晶内に取り込むことで、結晶構造、および結晶中の分子の電子状態変化を誘起し、それらにより結晶が色変化するという原理に注目し、ベイポクロミズム有機結晶の創製・解明を行う。特に、蒸気による結晶転移で単結晶が崩壊しても結晶解析が可能である、粉末結晶解析法を駆使して研究を推進することは大きな特徴である。

研究実績の概要

有機結晶に代表される分子性結晶は、結晶外部の環境変化により自在に構造/物性変化し「ソフトな結晶」として注目されている。結晶構造変化に対応した独特の物性変化や機能発現を用いて、他の手法では検出できない環境変化の「センサー物質」が設計可能である。本研究では、結晶構造科学によるベイポクロミズムの原理を構築し、それに基づいたベイポクロミズム有機結晶を創製するため、結晶合成および三次元の詳細な分子構造・結晶構造変化の解明を中心に研究展開する。特に気相-結晶相反応を利用し気体分子を結晶内に取り込むことで、結晶構造、および結晶中の分子の電子状態変化を誘起し、それらにより結晶が色変化するという原理に注目し、ベイポクロミズム有機結晶の創製・解明を行う。蒸気による結晶転移で単結晶が崩壊しても粉末結晶解析法を駆使して結晶構造を明らかにして研究を推進することは大きな特徴である。
第1年目は、結晶-ガスの酸・塩基反応系について研究を行った。フォトクロミック化合物であるサリチリデンアニリン類でカルボキシ基を持つ誘導体結晶が水性アンモニア蒸気と反応しアンモニア分子を取り込むことでフォトクロミック特性が出現・消失することを見いだし、2段階のアンモニア分子取り込みを結晶構造変化から明らかにした。
第2年目は、結晶-ガスの反応系では結晶から分子の出入りが起きることに興味を持ち、モデル系として水和物結晶からの脱水和・再水和現象をターゲットとした。特に一連のカルボン酸ナトリウム塩水和物結晶が特有のナトリウム陽イオン・カルボキシレート・水の配位構造を持つことを明らかにし、加熱により2段階の脱水和を示す様子を単結晶構造解析、および熱分析結果の測度論解析により解明した。
本研究により目的とする結晶-ガス反応を利用したクロミズム系の確立と構造解析による機構解明を行うという成果を得た。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (19件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 4件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 5件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] Bandung Institute of Technology/Universitas Andalas(インドネシア)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] AstraZeneca plc(スウェーデン)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Bandung Institute of Technology(インドネシア)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Dehydration and Rehydration Mechanisms of Pharmaceutical Crystals: Classification Of Hydrates by Activation Energy2022

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Michiko、Uekusa Hidehiro
    • 雑誌名

      Journal of Pharmaceutical Sciences

      巻: 111 号: 3 ページ: 618-627

    • DOI

      10.1016/j.xphs.2021.10.033

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intracrystalline Kinetics Analyzed by Real-Time Monitoring of a 1,2-Dioxetane Chemiluminescence Reaction in a Single Crystal2022

    • 著者名/発表者名
      Matsuhashi Chihiro、Fujisawa Hiroki、Ryu Meguya、Tsujii Tetsuya、Morikawa Junko、Oyama Hironaga、Uekusa Hidehiro、Maki Shojiro、Hirano Takashi
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 95 号: 3 ページ: 413-420

    • DOI

      10.1246/bcsj.20210445

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Solid-State Dehydration Mechanism of Diclofenac Sodium Salt Hydrates2021

    • 著者名/発表者名
      Oyama Hironaga、Miyamoto Takashi、Sekine Akiko、Nugrahani Ilma、Uekusa Hidehiro
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 11 号: 4 ページ: 412-412

    • DOI

      10.3390/cryst11040412

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Crystal Structures of Antiarrhythmic Drug Disopyramide and Its Salt with Phthalic Acid2021

    • 著者名/発表者名
      Tamboli Majid Ismail、Okamoto Yushi、Utsumi Yohei、Furuishi Takayuki、Wang Siran、Umeda Daiki、Putra Okky Dwichandra、Fukuzawa Kaori、Uekusa Hidehiro、Yonemochi Etsuo
    • 雑誌名

      Crystals

      巻: 11 号: 4 ページ: 379-379

    • DOI

      10.3390/cryst11040379

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] New Sodium Mefenamate ? Nicotinamide Multicomponent Crystal Development to Modulate Solubility and Dissolution: Preparation, Structural, and Performance Study2021

    • 著者名/発表者名
      Nugrahani Ilma、Fisandra Felicia、Horikawa Ayano、Uekusa Hidehiro
    • 雑誌名

      Journal of Pharmaceutical Sciences

      巻: 110 号: 9 ページ: 3246-3260

    • DOI

      10.1016/j.xphs.2021.05.022

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Two-step crystal?crystal phase transformation of N-salicylidene-p-aminobenzoic acid by gas?solid reaction with aqua?ammonia vapour2021

    • 著者名/発表者名
      Sugiyama Haruki、Uekusa Hidehiro
    • 雑誌名

      Acta Crystallographica Section C Structural Chemistry

      巻: 77 号: 1 ページ: 56-60

    • DOI

      10.1107/s2053229620016411

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal Structure and Chromic Properties of an Iron(II) Complex Salt of a <i>N</i>-Salicylideneaniline Derivative2020

    • 著者名/発表者名
      SUGIYAMA Haruki、UEKUSA Hidehiro
    • 雑誌名

      X-ray Structure Analysis Online

      巻: 36 号: 0 ページ: 31-32

    • DOI

      10.2116/xraystruct.36.31

    • NAID

      130007886539

    • ISSN
      1883-3578
    • 年月日
      2020-08-10
    • 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] Enantioselective Synthesis of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH)‐Based Planar Chiral Bent Cyclophanes by Rhodium‐Catalyzed [2+2+2] Cycloaddition2020

    • 著者名/発表者名
      Aida Yukimasa、Nogami Juntaro、Sugiyama Haruki、Uekusa Hidehiro、Tanaka Ken
    • 雑誌名

      Chemistry - A European Journal

      巻: 26 号: 55 ページ: 12579-12588

    • DOI

      10.1002/chem.202001450

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Salt Cocrystal of Diclofenac Sodium-L-Proline: Structural, Pseudopolymorphism, and Pharmaceutics Performance Study2020

    • 著者名/発表者名
      Nugrahani Ilma、Kumalasari Rizka A.、Auli Winni N.、Horikawa Ayano、Uekusa Hidehiro
    • 雑誌名

      Pharmaceutics

      巻: 12 号: 7 ページ: 690-690

    • DOI

      10.3390/pharmaceutics12070690

    • 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 / 国際共著
  • [雑誌論文] Relationship between Crystal Structure, Crystal Morphology, and Mechanochromic Luminescence of Triphenylimidazolylbenzothiadiazole Derivatives2020

    • 著者名/発表者名
      Suguru Ito, Sayaka Nagai, Takashi Ubukata, Takuya Ueno, Hidehiro Uekusa
    • 雑誌名

      Crystal Growth & Design

      巻: - 号: 7 ページ: 4443-4453

    • DOI

      10.1021/acs.cgd.0c00253

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Mechanism elucidation of Stepwise dehydration of pharmaceutical hydrate crystals by structure determination from powder diffraction data2021

    • 著者名/発表者名
      Hidehiro Uekusa, Akiko Egami, Hironaga Oyama, Akiko Sekine
    • 学会等名
      IUCr 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pharmaceutical Multi-component crystals: concept and application2021

    • 著者名/発表者名
      Hidehiro UEKUSA
    • 学会等名
      ICCSCP 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Crystal structure and property relationship of pharmaceutical co-crystals2021

    • 著者名/発表者名
      Hidehiro UEKUSA
    • 学会等名
      Pacifichem 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Pharmaceutical Co-crystals - Crystal Structure and Property Relationship -2020

    • 著者名/発表者名
      Hidehiro Uekusa
    • 学会等名
      The 1st International Conference on Pharmaceutical Sciences and Pharmacy
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Crystal Structure Analysis of Stereoisomers of Loxoprofen NSAID2020

    • 著者名/発表者名
      Hironaga Oyana, Akiko Sekine, Hidehiro Uekusa
    • 学会等名
      Molecular Chirality Asia 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 研究室ホームページ

    • URL

      http://www.chemistry.titech.ac.jp/~uekusa/

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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