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緑色嫌気性光合成細菌の膜外にある光収穫アンテナ部は、クロロフィル色素のみが自己集合してアンテナ色素部を構成していることが、研究代表者の研究によって明らかになり、どのようなクロロフィル色素分子をどのような環境下に置いたときに自己集積をするのかという基礎データも得られつつある。また、自己集積してJ会合体を形成するときに、構成分子の遷移モーメントを自己会合型超分子内でも揃えれば、光学的性質が会合度によって大きく変化することも明らかにしつつある。
そこで、クロロフィル自己集積体にもとづく光合成初期過程をモデルとした超分子ナノデバイスの創製を、(半・全)合成環状テトラピロール分子のJ会合体を利用して行うことを研究の目的とした。
1)会合性ポルフィリン類の合成
天然のクロロゾーム型クロロフィルをモデルとして、アキシャル配位子を取りやすいポルフィリン金属錯体をベースとして、π環系の周辺部位に配位性官能基を導入した化合物を合成した。特に、そのような分子群を、生体から天然産色素を抽出してその一部を有機化学的・生化学的に改変することで合成することに成功した。
2)J会合体の構築
1)で述べたような合成ポルフィリン分子を、水溶性ミセル(ミクロ疎水場)・低極性有機溶媒(マクロ疎水場)・フルオラス溶媒・高圧二酸化炭素中に分散することで、J会合体を形成させることに成功した。会合体の安定性を、他の置換基による付加的な相互作用(アルキル-アルキルやCH-πの疎水相互作用やF-F相互作用などの分子間力など)によって調整して、超分子構造を規制することにも成功した。
3)超分子構造を規制した会合体の構築
自己集積体のサイズ制御のために、会合環境を空間的に規制する堅い空間として、シリケートサブマイクロカプセルを利用して、一つのカプセル中に約一万個の分子を自己集積した系を作ることに成功した。
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