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2019 年度 実施状況報告書

有限個の3次元ナノサイズ空孔の精密集積と機能創出

研究課題

研究課題/領域番号 19K05416
研究機関東京大学

研究代表者

堂本 悠也  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50790995)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード自己集合 / ナノ空間 / 空孔 / 配位結合 / 共結晶
研究実績の概要

本研究では、有限個のナノサイズ3次元空孔からなる集合体の構造一義的構築と応用を目指す。
有機配位子(L)と金属イオン(M)のなす金属配位を駆動力とした自己集合を制御することで、複数のナノ空孔を集積したオリゴマーを合成することを概念設計の出発点とし、これまで広く研究されているホストーゲスト間の相互作用に基づいたしくみからさらに一歩踏み込んだ、異種3次元空孔間における“ホストーホスト”コミュニケーションの発現機構を開発することを目標とした。今年度は、はじめにナノ空孔のモノマーを得るため独自に設計・合成したプロペラ型三座配位子と、種々の金属イオンを検討した。とりわけ、構造予測が容易と考えた直線2配位をとる1価金属イオン(M : Ag, Cu)との錯形成条件について種々検討したところ、予想された単純なM3L2型空孔錯体ではなく、2つのM3L2空孔がインターロックした分子が得られることがわかった。そこで、引き続き対アニオンや溶媒条件について種々検討を行った結果、直径が4 nm前後に及ぶ極めて複雑な構造をもつ空孔錯体が構築されることが、溶液NMRおよびX線結晶構造解析により明らかとなった。一連の構造について精査したところ、プロペラ型配位子が2つ重なったM3L2型の構造が共通のサブユニットとして得られ、これがオリゴマー化することで(M3L2)n多面体型(n=2,4,6)の各種構造が構築されたことを解明するに至った。加えて、構造解析のための単結晶作製の試みにおいて、液―液拡散法による結晶化の結果、上記の2量体空孔分子が、同じ金属と配位子から形成された細孔性シート状の無限錯体との構造相補的な共結晶化を起こすことを見出した。これは当初の目標とした、複数種類のホスト間におけるコミュニケーションのひとつの形として極めて有望な現象と期待される。

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

当初の設計とは異なる実験結果が得られているものの、(M3L2)n型多量化錯体の構築、および空孔分子と細孔性錯体の構造相補的共結晶化のいずれも目標とした異種空孔間におけるホスト-ホストコミュニケーションの発現という観点から大変有望な技術基盤を与えるものであり、計画を凌駕する成果に繋がることが期待される。

今後の研究の推進方策

前年度に得られた予想外の発見に基づき実験系を再構成し、引き続きディスクリートなナノ中空分子の異種混合系の構築を検討するとともに、これまでに得られた多量化空孔分子の溶液中における動的変換や、共結晶系におけるホスト-ゲスト化学について詳細に調べることで、ホスト間コミュニケーションの機能発現を実現するための分子システムを確立する。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Self‐Assembly of Coordination Polyhedra with Highly Entangled Faces Induced by Metal-Acetylene Interactions2020

    • 著者名/発表者名
      Domoto Yuya、Abe Masahiro、Kikuchi Takashi、Fujita Makoto
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 59 ページ: 3450~3454

    • DOI

      10.1002/anie.201913142

    • 査読あり
  • [学会発表] 金属―アセチレン配位を活用した絡まり部分構造に基づく多面体の構築2020

    • 著者名/発表者名
      阿部真大、堂本悠也、藤田 誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] トリアリールメタン骨格からなるディスクリートな絡まり錯体の共結晶化およびネットワーク架橋2020

    • 著者名/発表者名
      山本喜大、阿部真大、堂本悠也、藤田 誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] トリアリールメタン配位子の部分改変による絡まり型カプセル 錯体の自己集合デザイン2020

    • 著者名/発表者名
      堀江峻平、山本喜大、堂本悠也、藤田 誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] Roles of Metal-Acetylene Interaction on Oligomerization of Triarylmethane-Piled Subunits2020

    • 著者名/発表者名
      Takuma Homma, Masahiro Abe, Yuya Domoto, Makoto Fujita
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 未踏巨大球状錯体の自己集合と構造解析研究2020

    • 著者名/発表者名
      原 智章、堂本悠也、草木迫 司、濡木 理、藤田 誠
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] 結び目構造を面にもつ多面体型空孔錯体の創製2019

    • 著者名/発表者名
      堂本悠也、阿部真大、堀江峻平、藤田 誠
    • 学会等名
      第30回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] Development of Three-Dimensionally Multi-Interlocked Cages by Metal-Directed Self-Assembly of Twisted Triarylmethanes2019

    • 著者名/発表者名
      Yuya Domoto, Masahiro Abe, and Makoto Fujita
    • 学会等名
      14th International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry (ISMSC2019)
    • 国際学会
  • [学会発表] ねじれ型トリアリールメタン配位子に基づく3次元インターロック錯体の自己集合と共結晶化2019

    • 著者名/発表者名
      阿部真大、山本喜大、堂本悠也、藤田 誠
    • 学会等名
      第30回基礎有機化学討論会

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公開日: 2021-01-27  

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