生体分子系を模倣した動的秩序をもつ人工分子の開発

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: 25102007
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 佐藤 宗太 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任准教授 (40401129)
• 研究期間 (年度): 2013-06-28 – 2018-03-31
• キーワード: 自己組織化 / 動的秩序化 / 多成分錯体

研究実績の概要

本研究では，数十を超える相互作用がつくり出す多成分錯体を基軸に，その構築過程に動的な秩序形成を組み込むことを目的として研究を展開してきた．代表的成果として，構成成分数を増やす検討の中から，これまで分子の世界では生み出されなかった4価のゴールドバーグ多面体骨格を有する錯体分子の発見に至り，さらに，９０成分錯体から１４４成分錯体への大きな構造変化を伴う「秩序の相転移」とも呼ぶべき現象を見いだし，原著論文として報告した．また，この球状錯体骨格への官能基導入により多点分子認識を分子設計に取り込み，サイボーグ超分子の化学を展開してきた．骨格と官能基部位とのハイブリッド化により，巨大かつ精緻な構造の単分子を生み出すことができ，例えば，液晶性や動的な自己修復能を備えたゲルの創出に至り，原著論文として報告した．領域内の他班の研究グループとの共同研究も順調に進捗し，多成分錯体が形成されるダイナミクスが生み出される根本的な機構の解明に理論計算の手法を用いて取り組んできており，その成果を理論計算の研究グループとの原著論文として執筆中である．また，領域内の高分子合成の研究グループと，散乱解析の研究グループ，フランス原子力施設の研究グループとの4グループ体制での共同研究を展開し，動的にらせんのキラリティが切り替わる高分子システムに対して，中性子小角散乱による解析を行った．キラリティの起源が，個々の相互作用は弱いが高分子全体で積算されて効果が発現する溶媒和に起因することを実験的に明らかにした．この成果は国際共著の原著論文として報告した．多成分錯体の他にも，新たな動的秩序化超分子の化学に取り組んできており，湾曲したsp2炭素曲面が生み出す動的秩序化を自在に設計し，多様なピーポッド分子を合成した．代表的成果として，ピーポッド内のフラーレンが超高速に慣性回転することを見いだすに至り，原著論文として報告した．

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] Institut Laue-Langevin(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Institut Laue-Langevin
• [雑誌論文] Synthesis of 9,10-Diarylanthracenes via Mg(TMP)2_2LiCl-Mediated Benzyne Generation/[4+2] Cycloaddition and Deoxygenation of 9,10-Epoxyanthracene Intermediates (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto, N.; Nakazawa, Y.; Nakamura, T.; Okano, K.; Sato, S.; Sun, Z.; Isobe, H.; Tokuyama, H.
  • 雑誌名: Synlett 巻: 29 ページ: 513-518
  • DOI: 10.1055/s-0036-1591510
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magneto-electroluminescence effects in the single-layer organic light-emitting devices with macrocyclic aromatic hydrocarbons (2018)
  • 著者名/発表者名: Pham, S.-T.; Ikemoto, K.; Suzuki, K. Z.; Izumi, T.; Taka, H.; Kita, H.; Sato, S.; Isobe, H.; Mizukami, S.
  • 雑誌名: APL Mater. 巻: 6 ページ: 26103
  • DOI: 10.1063/1.5021711
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ratchet-Free Solid-State Inertial Rotation of a Guest Ball in a Tight Tubular Host (2018)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuno, Y. Nakai, S. Sato, Y. Maniwa, H. Isobe
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 9 ページ: accepted
  • 査読あり
• [雑誌論文] Elucidating the Solvent Effect on the Switch of the Helicity of Poly(quinoxaline-2,3-diyl)s: A Conformational Analysis by Small-Angle Neutron Scattering (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagata Yuuya、Nishikawa Tsuyoshi、Suginome Michinori、Sato Sota、Sugiyama Masaaki、Porcar Lionel、Martel Anne、Inoue Rintaro、Sato Nobuhiro
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 巻: 140 ページ: 2722～2726
  • DOI: 10.1021/jacs.7b11626
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthetic Approach to biomolecular science by cyborg supramolecular chemistry (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurihara Kensuke、Matsuo Muneyuki、Yamaguchi Takumi、Sato Sota
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta - General Subjects 巻: 1862 ページ: 358～364
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2017.11.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Room temperature magnetoresistance in an organic spin valve with an aromatic hydrocarbon macrocycle (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K. Z.; Izumi, T.; Zhang, X.; Sugihara, A.; Pham, S.-T.; Taka, H.; Sato, S.; Isobe, H.; Mizukami, S.
  • 雑誌名: APL Mater. 巻: 5 ページ: 46101
  • DOI: 10.1063/1.4979548
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis and Bowl-in-bowl Assembly of a Geodesic Phenylene Bowl (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikemoto, K.; Kobayashi, R.; Sato, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 56 ページ: 6511-6514
  • DOI: 10.1002/anie.201702063
  • 査読あり
• [雑誌論文] Entropy-driven ball-in-bowl assembly of fullerene and geodesic phenylene bowl (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikemoto, K.; Kobayashi, R.; Sato, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Org. Lett. 巻: 19 ページ: 2362-2365
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b00899
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pentagon-embedded cycloarylene molecules with cylindrical shapes (2017)
  • 著者名/発表者名: Hitosugi, S.; Sato, S.; Matsuno, T.; Koretsune, T.; Arita, R.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 56 ページ: 9106-9110
  • DOI: 10.1002/anie.201704676
  • 査読あり
• [雑誌論文] [n]Cyclo-3,6-phenanthrenylenes: Synthesis, structure and fluorescence (2017)
  • 著者名/発表者名: Tian, Y.; Ikemoto, K.; Sato, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Chem. Asian J. 巻: 12 ページ: 2093-2097
  • DOI: 10.1002/asia.201700563
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assembly, thermodynamics and structures of a two-wheeled composite of a dumbbell-shaped molecule and cylindrical molecules with different edges (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, T.; Kamata, S.; Sato, S.; Yokoyama, A.; Sarkar, P.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 56 ページ: 15020-15024
  • DOI: 10.1002/anie.201709442
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced yet inverted effects of π-extension in self-assembly of curved π-systems with helicity (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuno, T.; Kogashi, K.; Sato, S.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Org. Lett. 巻: 19 ページ: 6456-6459
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b03534
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chiral intertwined spirals and magnetic transition dipole moments dictated by cylinder helicity (2017)
  • 著者名/発表者名: Sota, S.; Yoshii, A.; Takahashi, S.; Furumi, S.; Takeuchi, M.; Isobe, H.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 巻: 114 ページ: 13097-13101
  • DOI: 10.1073/pnas.1717524114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-Assembly of Giant Spherical Liquid-Crystalline Complexes and Formation of Nanostructured Dynamic Gels that Exhibit Self-Healing Properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Uchida Junya、Yoshio Masafumi、Sato Sota、Yokoyama Hiroyuki、Fujita Makoto、Kato Takashi
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 56 ページ: 14085～14089
  • DOI: 10.1002/anie.201707740
  • 査読あり
• [学会発表] An Obtuse-angled Corner Unit for Fluctuating Carbon Nanohoops (2018)
  • 著者名/発表者名: Sun, Z.; Miyamoto, N.; Sato, S.; Tokuyama, H.; Isobe, H.
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
• [学会発表] Synthesis and Molecular Recognition of Nanometer-sized Geodesic Phenylene Bowl (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikemoto, K.; Kobayashi, R.; Sato, S.; Isobe, H.
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
• [学会発表] らせん性をもつ湾曲π共役分子の自己集合におけるπ拡張の効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 古樫加奈子，松野太輔，佐藤宗太，磯部寛之
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
• [学会発表] キラル筒状分子の二重らせん型集積とキラル光学特性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤宗太，芳井朝美，高橋さつき，古海誓一，竹内正之，磯部寛之
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
• [学会発表] 末端構造の異なる筒状分子とダンベル状分子からなる二輪型複合体の形成・熱力学・構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松野太輔，鎌田翔，佐藤宗太，横山温和・サルカール パランタップ，磯部寛之
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
• [学会発表] Development of Dynamical Ordering of Artificial Molecules by Mimicking Biomolecular Systems (2018)
  • 著者名/発表者名: Sota Sato
  • 学会等名: 第6回国際シンポジウム Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions The 6th International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chemistry of Cyborg Supramolecules: Approaches to Biomolecular Science Taking Advantage of Artificial Biomolecular Interfaces (2018)
  • 著者名/発表者名: Sota Sato
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 多成分自己集合による液晶性超分子錯体の構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 内田淳也，吉尾正史，佐藤宗太，横山裕之，藤田誠，加藤隆史
  • 学会等名: 日本化学会第98春季年会
• [学会発表] Self-Sorting of Two Hydrocarbon Receptors with One Carbonaceous Ligand (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuno,T.; Sato, S.; Yokoyama,A.; Kamata,S.; Isobe,H.
  • 学会等名: Gordon Research Conference (Artificial Molecular Switches & Motors)
  • 国際学会
• [学会発表] 大環状芳香族炭化水素を用いた高効率有機ELデバイスの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 泉倫生, 薛, 池本晃喜, 高秀雄, 北弘志, 佐藤宗太, 磯部寛之
  • 学会等名: 有機EL討論会 第２４回例会
• [学会発表] Chiral Self-Sorting of Tubular Hydrocarbon Receptors Solely by Van Der Waals Forces (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuno,T.; Sato,S.; Kamata,S.; Isobe,H.
  • 学会等名: Chirality 2017 ISCD-29
  • 国際学会
• [学会発表] Aromatic Hydrocarbon Macrocycles for Highly Efficient Single-layer Organic Light-emitting Devices (2017)
  • 著者名/発表者名: Ikemoto,K.; Xue, J.Y.; Isumi,T.; Yoshii, A.; Tian, Y.; Kobayashi, R.; Koretsune, T.; Akashi, R.; Arita, R.; Taka, H.; Kita, H.; Sato, S.; Isobe, H.
  • 学会等名: ISNA 2017 (17th International Symposium on Novel Aromatics)
  • 国際学会
• [学会発表] High-Capacity Negative Electrodes Materials with Macrocyclic Nanochannels for All-Solid-State Lithium Rechargeable Batteries (2017)
  • 著者名/発表者名: Sato,S.; Unemoto,A.; Ikeda,T.; Orimo,S.; Isobe,H.
  • 学会等名: ISNA 2017 (17th International Symposium on Novel Aromatics)
  • 国際学会
• [学会発表] Structural Chemistry of Belt-shaped Cyclonaphthylenes (2017)
  • 著者名/発表者名: Sun, Z.; Sarkar, P.; Suenaga, T.; Sato, S.; Kotani, M.; Isobe, H.
  • 学会等名: ISNA 2017 (17th International Symposium on Novel Aromatics)
  • 国際学会
• [学会発表] ナノメートルサイズのジオデシックフェニレンボウルの合成と構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 池本晃喜，小林良，佐藤宗太，磯部寛之
  • 学会等名: 第２８回基礎有機化学討論会
• [学会発表] ファンデルワールス力による筒状炭化水素分子のキラル選別 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松野太輔，鎌田翔，佐藤宗太，磯部寛之
  • 学会等名: 第２８回基礎有機化学討論会
• [学会発表] 高性能電荷輸送材料として機能するドナー・アクセプター部位導入型シクロメタフェニレンの設計・合成 (2017)
  • 著者名/発表者名: 芳井朝美，池本晃喜，泉倫生，北弘志，高秀雄，是常隆，有田亮太郎，佐藤宗太，磯部寛之
  • 学会等名: 第２８回基礎有機化学討論会
• [学会発表] Aromatic hydrocarbon macrocycles: from device application to nanometer-sized molecular architecture (2017)
  • 著者名/発表者名: 池本晃喜，小林良，佐藤宗太，磯部寛之
  • 学会等名: 第2回大津会議合同研究発表会
• [学会発表] Self‐Sorting of Two Hydrocarbon Receptors with One Carbonaceous Ligand (2017)
  • 著者名/発表者名: 松野太輔，佐藤宗太，横山温和，鎌田翔，磯部寛之
  • 学会等名: 第2回大津会議合同研究発表会
• [学会発表] Assembly, thermodynamics and structures of a two-wheeled composite of a dumbbell- shaped molecule and cylindrical molecules with different edges (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsuno T.; Kamata S.; Sato S.; Yokoyama A.; Sarkar P.; Hiroyuki I.
  • 学会等名: 第17回蓼科会議
  • 国際学会
• [学会発表] ナノチャンネルをもつ大環状芳香族分子の結晶によるリチウムイオン電池の大容量負極材料 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤宗太，宇根本篤，池田卓史，折茂慎一，磯部寛之
  • 学会等名: 第58回電池討論会
• [学会発表] タンパク質を丸ごと閉じ込める巨大カプセル分子の化学 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤宗太
  • 学会等名: SEST2017ミニシンポジウム「超分子化学の先端物質科学」
  • 招待講演
• [学会発表] 水を溶媒として用いたチタン錯体の開発およびそれらの構造と吸着特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林亮，坂部浩樹，奥原達也，加藤英樹，佐藤宗太，垣花眞人
  • 学会等名: 粉体粉末冶金協会 平成２９年度春季大会（第119回講演大会）
• [学会発表] Giant and Spherical Self-Assembly of Liquid-Crystalline Metal-Organic Complexes (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Uchida, M. Yoshio, S. Sato, H. Yokoyama, M. Fujita, T. Kato
  • 学会等名: ISNA 2017 (17th International Symposium on Novel Aromatics)
  • 国際学会
• [図書] 応用物理（研究紹介）"大環状芳香族分子のナノ細孔結晶を活用した全固体リチウムイオン電池の高容量電極材料" (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤宗太，磯部寛之
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 応用物理学会
• [図書] Comprehensive Supramolecular Chemistry II "Curved π-Receptors" (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Matsuno, S. Sato, and H. Isobe
  • 総ページ数: 18
  • 出版者: Elsevier
  • ISBN: 9780128031995, 9780128031988
• [図書] 化学 "芳香環で「笊」を編む －ナノメートルサイズのボウル分子のボトムアップ合成－" (2017)
  • 著者名/発表者名: 池本晃喜，佐藤宗太，磯部寛之
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 化学同人
• [備考] 佐藤宗太プロフィール
  • URL: http://www.jst.go.jp/erato/isobe/members/dr_sato_profile.html