分子表面の精密デザインに基づく人工系における自己組織化制御

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 生命分子システムにおける動的秩序形成と高次機能発現
• 研究課題/領域番号: 25102005
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 平岡 秀一 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (10322538)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: 超分子化学 / 分子認識 / 疎水効果 / van der Waals力 / 自己集合

研究実績の概要

「分子ほぞ」という新しい化学結合の概念を実践し、数種類の歯車状両親媒性分子(GSA)を合成し、自己集合を調べた。その結果、分解温度が130 °Cと水の沸点をはるかに超える高い安定性を示す箱型六量体「ナノキューブ」を開発した．また、このナノキューブに存在する1 nmの空隙を疎水分子で充填すると、分解温度が150 °Cを超え、超好熱菌タンパク質の中で最も安定なパイロコッカスホリコシイCutA1の持つ148.5 °Cを超えた．続いて、分子のかみ合いを可視化する新手法(SAVPR: Surface Analysis with Varing Probe Radii)を開発した。これはコンピューター上で分子表面を求めるプローブ球の大きさを変化させ、接触面積の面間距離分布を求める手法である。SAVPRにより一連のナノキューブのかみ合いを調べた結果、ナノキューブの安定性は分子のかみ合いと良い対応関係があり、ナノキューブがvan der Waals力により大きく安定化されていることがわかった。
自己集合性錯体の形成過程を我々が開発したQASAP (Quantitative Analysis of Self-Assembly Process)により調べた。Pd12L24錯体では、PdnL2n (n = 6, 8, 9)の閉じた構造とNMRで観測できない中間種が生成し、これらが最終構造へ至った。柔軟性の異なる二座配位子からなるPd2L4かご構造では、柔軟性が高いと、一過的に二次元シートを形成し、これが分解しかご構造へ変化した。また、Pd4L8四面体型、Pd4L8 double-walled triangleの形成過程も解明し、数百nmの中間体を一過的に生成することがわかった。また、キラルセルフソーティングの機構を世界で初めて解明し、自己集合のどの段階でソーティングが起こるかを突き止めた。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Leed/University of Edinburgh(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Leed/University of Edinburgh
• [国際共同研究] National Taiwan University(Taiwan)
  • 国名: その他の国・地域
  • 外国機関名: National Taiwan University
• [雑誌論文] Self-Assembly Process of a Pd2L4 Capsule: Steric Interactions between Neighboring Components Favor the Formation of Large Intermediates (2018)
  • 著者名/発表者名: Kai Shumpei、Nakagawa Masanori、Kojima Tatsuo、Li Xin、Yamashina Masahiro、Yoshizawa Michito、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 24 ページ: 3965～3969
  • DOI: 10.1002/chem.201705253
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-Assembly of a Pd4L8 Double-Walled Square Partly Takes Place Through the Formation of Kinetically Trapped Species (2018)
  • 著者名/発表者名: Tateishi Tomoki、Zhu Wenchao、Foianesi-Takeshige Leonardo Hayato、Kojima Tatsuo、Ogata Kazuho、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: European Journal of Inorganic Chemistry 巻: - ページ: 1192～1197
  • DOI: 10.1002/ejic.201800037
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chiral effects on the final step of an octahedron-shaped coordination capsule self-assembly (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumura Y.、Iuchi S.、Hiraoka S.、Sato H.
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 20 ページ: 7383～7386
  • DOI: 10.1039/C7CP08237A
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multiple Pathways in the Self-Assembly Process of a Pd4L8 Coordination Tetrahedron (2018)
  • 著者名/発表者名: Tateishi Tomoki、Kojima Tatsuo、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 57 ページ: 2686～2694
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b03085
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hyperthermostable cube-shaped assembly in water (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhan Yi-Yang、Ogata Kazuho、Kojima Tatsuo、Koide Takuya、Ishii Kentaro、Mashiko Takako、Tachikawa Masanori、Uchiyama Susumu、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Communications Chemistry 巻: 1 ページ: 14
  • DOI: 10.1038/s42004-018-0014-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Flexibility of components alters the self-assembly pathway of Pd2L4 coordination cages (2018)
  • 著者名/発表者名: Kai Shumpei、Maddala Sai Prakash、Kojima Tatsuo、Akagi Shota、Harano Koji、Nakamura Eiichi、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 47 ページ: 3258～3263
  • DOI: 10.1039/C8DT00112J
  • 査読あり
• [雑誌論文] Semi-quantitative evaluation of molecular meshing via surface analysis with varying probe radii (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Naru、Zhan Yi-Yang、Ozawa Yuka、Kojima Tatsuo、Koide Takuya、Mashiko Takako、Nagashima Umpei、Tachikawa Masanori、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 ページ: 3335-3338
  • DOI: 10.1039/c8cc00695d
  • 査読あり
• [雑誌論文] Programed Dynamics Ordering in the Self-Organization Processes of a Nanocube: A Molecular Dynamics Study (2018)
  • 著者名/発表者名: Harada Ryuhei、Mashiko Takako、Tachikawa Masanori、Hiraoka Shuichi、Shigeta Yasuteru
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 20 ページ: 9115-9122
  • DOI: 10.1039/C8CP00284C
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chiral self-sorting process in the self-assembly of homochiral coordination cages from axially chiral ligands (2018)
  • 著者名/発表者名: Tateishi Tomoki、Kojima Tatsuo、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Communications Chemistry 巻: 1 ページ: 20
  • DOI: 10.1038/s42004-018-0020-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 歯車状両親媒性分子からなるナノキューブの置換基効果と溶媒効果の理論的研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 増子 貴子、平岡 秀一、長嶋 雲兵、立川 仁典
  • 雑誌名: Journal of Computer Chemistry, Japan 巻: 17 ページ: 31～37
  • DOI: 10.2477/jccj.2018-0010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unresolved Issues that Remain in Molecular Self-Assembly (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 90 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1246/bcsj.20180008
  • 査読あり
• [雑誌論文] How Does Chiral Self-sorting Take Place in the Formation of Homochiral Pd6L8 Capsules Consisting of Cyclotriveratrylene-based Chiral Tritopic Ligands? (2018)
  • 著者名/発表者名: Kai Shumpei、Kojima Tatsuo、Thorp-Greenwood F.L.、Hardie Michaele J.、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1039/c8sc01062e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Importance of Molecular Meshing for the Stabilization of Solvophobic Assemblies (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhan Yi-Yang、Tanaka Naru、Ozawa Yuka、Kojima Tatsuo、Mashiko Takako、Nagashima Umpei、Tachikawa Masanori、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: The Journal of Organic Chemistry 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1021/acs.joc.8b00495
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Balance Between van der Waals and Cation-π Interactions That Stabilizes Hydrophobic Assemblies (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhan Yi-Yan、Kojima Tatsuo、Koide Takuya、Tachikawa Masanori、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1002/chem.201801376
  • 査読あり
• [雑誌論文] Energy‐Landscape‐Independent Kinetic Trap of Incomplete Cage in the Self‐assembly of a Pd2L4 Cage (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa Masanori、Kai Shumpei、Kojima Tatsuo、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1002/chem.201801183
  • 査読あり
• [雑誌論文] Homochiral Self-Sorted and Emissive IrIII Metallo-Cryptophanes (2017)
  • 著者名/発表者名: Pritchard Victoria E.、Rota Martir Diego、Oldknow Samuel、Kai Shumpei、Hiraoka Shuichi、Cookson Nikki J.、Zysman-Colman Eli、Hardie Michaele J.
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 23 ページ: 6290～6294
  • DOI: 10.1002/chem.201701348
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A reaction model on the self-assembly process of octahedron-shaped coordination capsules (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsumura Yoshihiro、Hiraoka Shuichi、Sato Hirofumi
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 19 ページ: 20338～20342
  • DOI: 10.1039/c7cp03493h
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Effect of Solvent and Coordination Environment of Metal Source on the Self-Assembly Pathway of a Pd(II)-Mediated Coordination Capsule (2017)
  • 著者名/発表者名: Kai Shumpei、Sakuma Yui、Mashiko Takako、Kojima Tatsuo、Tachikawa Masanori、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry 巻: 56 ページ: 12652～12663
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.7b02152
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Analysis of the Self-Assembly Process of a Pd12L24 Coordination Sphere (2017)
  • 著者名/発表者名: Kai Shumpei、Shigeta Taro、Kojima Tatsuo、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Chemistry - An Asian Journal 巻: 12 ページ: 3203～3207
  • DOI: 10.1002/asia.201701351
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative Analysis of Self-Assembly Process of a Pd2L4 Cage Consisting of Rigid Ditopic Ligands (2017)
  • 著者名/発表者名: Kai Shumpei、Marti-Centelles Vicente、Sakuma Yui、Mashiko Takako、Kojima Tatsuo、Nagashima Umpei、Tachikawa Masanori、Lusby Paul J.、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 24 ページ: 663～671
  • DOI: 10.1002/chem.201704285
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantitative Analysis of the Self-Assembly Process of Hexagonal PtII Macrocyclic Complexes: Effect of the Solvent and the Components (2017)
  • 著者名/発表者名: Baba Ayako、Kojima Tatsuo、Hiraoka Shuichi
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 24 ページ: 838～847
  • DOI: 10.1002/chem.201702955
  • 査読あり
• [学会発表] How does coordination self-assembly take place? (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Hiraoka
  • 学会等名: New Frontiers of Supramolecular Chemistry in Non-equilibrium Systems
  • 招待講演
• [学会発表] Ultra-Thermostable Cube-Shaped Assembly in Water (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Hiraoka
  • 学会等名: 新学術第6回国際シンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] Coordination Self-Assembly Process by QASAP (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Hiraoka
  • 学会等名: 新学術第6回国際シンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Self-assembly process of a Pd(II) tetrahedron and the conversion pathway from a major intermediate (2018)
  • 著者名/発表者名: TATEISHI, Tomoki; KOJIMA, Tatsuo; HIRAOKA, Shuichi
  • 学会等名: 新学術第6回国際シンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] 自己集合過程の解明と平衡に支配されない自己集合 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平岡 秀一
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会
  • 招待講演
• [学会発表] 軸不斉を有する配位子からなるPd2L4カゴ型錯体の自己集合過程およびキラルSelf-Sorting過程 (2018)
  • 著者名/発表者名: 立石友紀、小島達央、平岡秀一
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会
• [学会発表] Counter anion of metal source alters the self-assembly mechanism of Pd2L4 coordination cages (2018)
  • 著者名/発表者名: TAKESHIGE, Leonardo Hayato; ZHU, Wenchao; TATEISHI, Tomoki; KOJIMA, Tatsuo; KAI, Shumpei; AKAGI, Shota; HIRAOKA, Shuichi
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会
• [学会発表] Self-assembly of a Pd4L8 Double-walled Square Partly Takes Place through the Formation of Kinetically Trapped Species (2018)
  • 著者名/発表者名: ZHU, Wenchao; TAKESHIGE, Leonardo Hayato; KOJIMA, Tatsuo; HIRAOKA, Shuichi,
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会
• [学会発表] Control of Kinetic Stability of Nanocubes Assembled by Hydrophobic Effect (2018)
  • 著者名/発表者名: ZHAN, Yiyang, ISHII, Kentaro; KOJIMA, Tatsuo; SHOJI, Yoshiaki; HAKETA, Yohei; UCHIYAMA, Susumu; MAEDA, Hiromitsu; FUKUSHIMA, Takanori; HIRAOKA, Shuichi
  • 学会等名: 日本化学会 第98春季年会
• [学会発表] Nanocube: Ultra-Thermostable Self-Assemblies in Water (2017)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Hiraoka
  • 学会等名: Frontier Bioorganization Forum 2017: Dynamical ordering and integrated functions of biomolecular systems
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 疎水効果を駆動力とした、超熱耐性自己集合体の創製 (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhan Yiyang, Tatsuo Kojima, Shuichi Hiraoka
  • 学会等名: 第15回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
• [学会発表] Pd4L8 四面体型錯体の自己集合メカニズム: 主要中間体の同定・単離・反応性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 立石友紀、小島達央、平岡秀一
  • 学会等名: 第15回ホスト-ゲスト・超分子化学シンポジウム
• [学会発表] Nanocube: Ultra-thermostable Self-assemblies In Water (2017)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Hiraoka
  • 学会等名: International Symposium on Pure & Applied Chemistry 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Kinetic stability and encapsulation behavior of ultra-thermostable self-assembly (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhan Yiyang, Tatsuo Kojima, Shuichi Hiraoka
  • 学会等名: 第28回基礎有機化学討論会
• [学会発表] 光学活性な配位子からなるPd(II)カゴ型錯体の自己集合およびキラルソーティングのメカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 立石友紀、小島達央、平岡秀一
  • 学会等名: 第28回基礎有機化学討論会
• [学会発表] Coordination Self-Assembly Process and a Novel Method for the Formation of Coordination Self-Assemblies under Kinetic Control (2017)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Hiraoka
  • 学会等名: 錯体化学会 第67回討論会
  • 招待講演
• [学会発表] キラリティーを有するPd2L4カゴ型錯体の自己集合/キラルソーティング過程 (2017)
  • 著者名/発表者名: 立石友紀、小島達央、平岡秀一
  • 学会等名: 錯体化学会 第67回討論会
• [学会発表] Pd(II)四面体型錯体の自己集合過程とその主要中間体からの変換経路の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 立石友紀、小島達央、平岡秀一
  • 学会等名: 第7回CSJ化学フェスタ
• [図書] 溶液における分子認識と自己集合の原理：分子間相互作用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 平岡 秀一
  • 総ページ数: 232
  • 出版者: サイエンス社
  • ISBN: 978-4-7819-1403-9
• [備考] 平岡研究室
  • URL: http://hiraoka.c.u-tokyo.ac.jp/
• [備考] 新学術領域研究「動的秩序と機能」領域
  • URL: http://seimei.ims.ac.jp/