| 研究課題/領域番号 |
15H03532
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| 研究機関 | 京都府立大学 |
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研究代表者 |
沼田 宗典 京都府立大学, 生命環境科学研究科, 准教授 (70423564)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 超分子科学 / マイクロフロー / 水素結合 / 時空間制御 / 非平衡系 / 準安定構造 / 超分子重合 / ナノファイバー |
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| 研究実績の概要 |
本年度はマイクロフロー空間に沿って複数種の分子を同時に制御することにより、精緻かつ複雑性を内包したマイクロ超分子構造体の創製を目指した。２８年度までにオリゴフェニレンビニレン誘導体（OPV-1)が水素結合とπスタッキングを駆動力として、準安定な超分子ファイバーを与えることを見出している。この超分子ファイバーはチャンネル流出後６０分以内に末端から分解した。OPV-1はバイアル管中では会合能を持たないが、フロー内の特殊な分子拡散環境下において、会合能が一時的に増強され、準安定超分子の形成に結びついたと考えられる。今年度はOPV-1の超分子重合系をモデルとして、１）異種モノマー分子を取り込んだ超分子重合について、２）異種モノマー分子の取り込みが超分子ファイバーの安定性に及ぼす影響について、それぞれ検証した。まず、OPV-1と同じ骨格を持つが、水素結合部位のみが異なるOPV-2を設計・合成した。このOPV-2は協同的な水素結合とスタッキング相互作用によりバイアル管中においても安定な超分子ファイバーを与えた。さらにDFT計算の結果、OPV-1とOPV-2は協同的な水素結合とスタッキング相互作用により、安定な２量体を形成し得ることも示唆された。そこで、OPV-1とOPV-2を一定の割合で混合した溶液をマイクロ流路内に導入し、OPV-1の超分子ファイバー内にOPV-2が取り込まれるのかどうかを検証した。各種分光分析の結果、OPV-1の超分子ファイバー内にOPV-2が取り込まれていることが強く示唆された。さらにAFMによるモルフォロジー観察の結果、OPV1のファイバーの分解はOPV-2の取り込みにより完全に抑制されることが明らかとなった。マイクロフロー環境を超分子形成場とすることにより、異種分子種を取り込んだ超分子重合が可能であること、さらに準安定な超分子構造の安定性を制御できることを明確に示すことができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
オリゴフェニレンビニレン誘導体の超分子重合をモデルとして、超分子ファイバー内における水素結合の組み替えがファイバーの解重合の引き金になること、さらに異種分子間での相補的な水素結合がこの水素結合の組み替わりを効果的に抑制することを明確に示すことができた。準安定な超分子ファイバーはマイクロフロー空間内でのみ創出される。よって、こうした準安定超分子の形成に水素結合が及ぼす影響は、マイクロフロー空間を反応場とした本実験系で初めて明らかにすることができた。また、準安定な超分子は通常単離することが困難であり、その性質や機能を探求することはできない。本研究課題においては、準安定超分子種の形成だけでなく、準安定超分子を安定化し、容易にハンドリングする為の戦略を明確に示すことができた。本課題の知見を基にして、今後、準安定超分子種（高活性超分子種）の科学を展開していけるものと期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
１つの方向として、得られた準安定超分子ポリマーの機能化、ポリマーをビルディングブロックとしたさらなる階層化などを検討していく予定である。具体的には、ファイバー内に取り込まれた異種モノマー分子(OPV-2)に様々な分子認識部位を合成化学的に導入すれば、超分子ファイバーにさらなる自己組織性を付与することができると期待される。また、昨年度までに得られた水素結合に関する知見を基にして、他の相互作用、例えば配位結合やホストゲスト相互作用などを用いた超分子構造の創製にも取り組んでいく予定である。
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