金属-有機構造体の均一ナノ空間と結晶構造変化を利用する物質認識

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K05537
• 研究機関: 埼玉大学
• 研究代表者: 半田 友衣子 埼玉大学, 理工学研究科, 助教 (20586599)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 金属-有機構造体 / 配位高分子 / 結晶構造変化 / イオン交換 / リン酸エステル / ランタノイド

研究実績の概要

本研究課題では、金属ー有機構造体(MOF)の均一ナノ空間と結晶構造変化を利用する高感度・高選択的測定への展開を目指して，特異的物質認識場の創出とその反応機構の解明を目的とした。2020年度までに，ランタノイドイオン（Ln3+）―リン酸エステル配位子が形成する2種類のMOFで極めて珍しい選択性の金属イオン認識が起こることを明らかにし，新たな固体材料としてもっとも身近なリン酸エステルである核酸とLn3+で配位高分子（CP）を形成することを見出した（ここでは，結晶性のあるCPをMOFとする）。
2021年度は，bis(4-nitrophenyl)phosphate（L）が形成するリン酸エステルMOFでのLn3+結節点金属交換の反応メカニズムの解明に取り組んだ。金属イオン交換が起こることでMOFが混合金属状態となり，2種の金属の混合割合が大きい場合には結晶―結晶構造転移を起こす。金属イオン交換はMOF粒子表面でしか進行しないが，構造転移によって粒子内部が新たな反応表面となるため，構造転移する場合には金属交換反応が加速されると考察した。この反応機構が，ランタノイド金属種での反応性に大きな差を生じる原因と考えている。
また，数種類の金属イオンとヌクレオチドを混合し，金属種によって配位部位を制御したCPを合成した。核酸塩基が金属に配位するCPでは，ランタノイドイオンによるリン酸基の加水分解反応が起こることを見出した。リン酸基が金属に配位するCPでは，核酸塩基が相補塩基対を形成することによって，溶液中のオリゴヌクレオチドを吸着することを明らかにしつつある。新規CPでのこれらの反応は，新たな物質認識系の設計の一助となると期待する。

研究成果

• [雑誌論文] Lanthanide ion exchange modulated via crystalline phase transition of a mixed-metal coordination polymer based on bis(4-nitrophenyl) phosphate (2022)
  • 著者名/発表者名: Tasaki-Handa Yuiko、Tsuda Shiori、Shibukawa Masami、Saito Shingo
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry Communications 巻: 140 ページ: 109428～109428
  • DOI: 10.1016/j.inoche.2022.109428
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alkali Metal Ion-exchange in a Metal-Organic Framework Based on Lanthanum and 1,4-Phenylenebis(methylidyne)tetrakis(phosphonic acid) (2021)
  • 著者名/発表者名: TASAKI-HANDA Yuiko、TSUDA Shiori、SHIBUKAWA Masami、SAITO Shingo
  • 雑誌名: Analytical Sciences 巻: 37 ページ: 1835～1837
  • DOI: 10.2116/analsci.21N022
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of coexisting alkali metal ions on the variation in the coordination mode of 1,4-phenylenbis(methylidyne)tetrakis(phosphonic acid) in a lanthanum(III) metal-organic framework (2021)
  • 著者名/発表者名: Tasaki-Handa Yuiko、Shibukawa Masami、Saito Shingo
  • 雑誌名: Inorganic Chemistry Communications 巻: 128 ページ: 108560～108560
  • DOI: 10.1016/j.inoche.2021.108560
  • 査読あり
• [学会発表] 鉄(Ⅲ)と1,3,5-ベンゼントリカルボン酸が形成する多孔性配位高分子を固定相に用いるLCでの物質保持の評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 渋谷 和樹，吉川 真帆，半田 友衣子，齋藤 伸吾
  • 学会等名: 第37回イオンクロマトグラフィー討論会
• [学会発表] Cation Exchange in Lanthanide-Phosphoester Crystalline Coordination Polymers with Exceptional Selectivities (2021)
  • 著者名/発表者名: Yuiko Tasaki-Handa
  • 学会等名: The 2020 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies
  • 国際学会
• [備考] 埼玉大学 理工学研究科 齋藤研究室
  • URL: http://www.apc.saitama-u.ac.jp/bunseki/accomplishments.html
• [備考] 埼玉大学研究者総覧
  • URL: http://s-read.saitama-u.ac.jp/researchers/pages/researcher/GCLWwYgu