| 研究課題/領域番号 |
19K15533
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| 研究機関 | 東京理科大学 |
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研究代表者 |
土戸 良高 東京理科大学, 理学部第一部化学科, 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．これまでの研究によって，当初計画した3つの目的分子の全ての合成およびその回転挙動を明らかにすると共に，ブレーキ部位が組み込まれた分子ギアの合成にも成功し，光刺激（アゾベンゼンの光異性化）と化学刺激（分子内のエチニル基への銀イオンのπ配位）という２種類の外部刺激によって回転子（トリプチセン）の回転速度を多段階に変調することに成功している．これは研究目標の一つである「外部刺激によって分子ギアの回転運動を制御できるのか」という問いに対する答えに相当する．
本年度の研究では，昨年度成功した光刺激と化学刺激を用いた分子ギアの回転運動の多段階制御の詳細な回転速度の評価を核磁気共鳴測定（NMR）を用いて行った．化学刺激を加えた際の回転速度は，NMRタイムスケールよりも速かったため，温度可変核磁気共鳴（VT-NMR）測定によってシグナルの温度変化を観察することによって評価した．次に物理刺激を加えた際の回転速度は，NMRタイムスケールよりも遅くなったため，化学交換を観測する二次元核磁気共鳴法（EXSY）によって回転速度（Hz）および活性障壁（kcal/mol）を定量的に評価することに成功した．本研究で得られた知見は，今後，複雑な運動挙動を示す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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| 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
本年度の研究では，昨年度の計画通り分子の回転速度の定量的な評価に成功した．一般的に分子の運動速度はNMRのタイムスケールよりも大幅に早いため，これらを定量的に評価するのは困難である．実際，本研究の系でもシグナルの検出に非常に苦労をしたが，高性能なNMR装置を所有している研究所との共同研究によってシグナルの検出に成功した．
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでのトリプチセンの回転速度に関しては精密な解析に成功しているが「トリプチセンが一回転しているのか，それとも振り子運動を起こしているのか」という運動挙動に関しては十分な実験的データがなかった．トリプチセンの一部に置換基を導入することができれば，これがマーカーとなり，回転挙動に関して詳細な知見を得ることができるが，合成が極めて困難であった．本年度は上記の課題にする．また最終年度であるため，これまで得られたデータの論文化も積極的に進める．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
回転速度を評価する際に必要となったサンプルが予定よりも少なくて済んだため原料合成の必要がなかったこと，さらに昨年度に引き続き新型コロナウィルスにより，参加を予定していた学会が軒並み中止やオンライン開催となったことから，研究計画と予算執行を一部変更した．本年度の研究では，トリプチセンにマーカーとなる置換基を導入した分子ギアの合成を計画しているため，繰越した経費は，合成に必要なガラス器具および試薬の購入費用，さらに論文のOA化費用に充てる．
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