| 研究課題/領域番号 |
19K15533
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
土戸 良高 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 特任助教 (00814344)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 分子ギア / 分子機械 / 分子ブレーキ / トリプチセン / アゾベンゼン / 回転運動 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では，歯車状構造をもつトリプチセン等の芳香環が噛み合った構造をもつ有機化合物である分子ギアの合成と回転伝達の解析・制御を目的としている．
1) 多連分子平歯車の合成と回転挙動：新しく設計した「U字」型構造をもつ有機スペーサーを用いることで最大6個のトリプチセン回転子が連続して並列に噛み合った「平歯車型分子ギア」を合成し，それらの回転運動の詳細をNMRをプローブとして定量評価した．化合物の合成は，カップリング反応と脱保護反応を繰り返し，歯車の数を順々に増やす逐次的手法によって達成した．NMR測定の結果，有機溶媒中でトリプチセン回転子は連動して回転運動しており，その回転速度は回転子の数が増えるにつれて遅くなることが明らかとなった．
2) 多連分子傘歯車の合成と回転挙動：「V字」型白金錯体をスペーサーを用いることで最大6個の回転子をもつ「傘歯車型分子ギア」を合成した．化合物の合成は，原料を一定の割合で混合して反応させることで多量体を一挙に得た後，それらをHPLCで分離することで達成した．NMR測定の結果，これらの分子ギアはNMRのタイムスケールよりも非常に早く回転しており，回転速度の詳細な比較はできなかった．これはトリプチセンのフェニル環同士のπ-πおよびCH-π相互作用によって回転伝達を起こす「平歯車」に比べてCH-π相互作用のみの「傘歯車」の方が活性化エネルギーが低くなり，回転運動が高速化していることを意味しており．これは未だ研究が進んでいない「分子間での回転運動の伝達」に関する新しい知見である．
3) ブレーキ部位のデザインと機能の開発：傘歯車分子ギアの分子構造を拡張し，ブレーキ部位としてアントラセン部位と2つのアゾベンゼン部位を導入した化合物を設計・合成した．現在，目的分子を100 mgほど単離することに成功しており，その詳細な分子構造を解析している段階である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
本年度の研究では，本研究で計画した3つの目的分子の合成に成功した．さらに当初の研究目標の一つである「分子間で力がどのように伝達されていくのか？」という問いに関する知見を得ることに成功した．この知見は，将来の分子機械の開発に大きく寄与するものであると思われる．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度は，昨年度合成に成功したブレーキ部位付き分子ギアの回転運動の制御に関する研究を推進する．具体的には分子に紫外線を照射することでアゾベンゼン部位を構造変換（シストランス異性化）し，これによるトリプチセン回転子の運動変化を評価する．さらに昨年度の研究で分子内のエチニル基に銀イオンが配位することを見出したので，これらを組み合わせることで従来には無い複雑な回転運動の制御を目指す．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当該年度の途中に，2020年4月1日から東京工業大学小坂田研究室から東京理科大河合研究室に移動することが決まったため，研究計画と予算執行を一部変更した．繰越した経費は新しい研究室で必要なガラス器具および試薬の購入に充てる．さらに目的分子の合成経路において中間化合物の収率が反応温度によって大きく変化することが明らかとなったため，そこで当初の計画にはなかったが，温度を厳密に制御できる反応装置である低温恒温槽を備品として購入することを検討している．
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