| 研究課題/領域番号 |
19K15583
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
塚本 孝政 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (10792294)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | デンドリマー / 金属錯体 / 有機－無機複合体 / 自己組織化 / インジウム / スズ |
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| 研究実績の概要 |
機能性超分子「細胞型ナノ物質」の創成を目指し、デンドリマー分子のナノ空間中におけるゲストユニットの自己集積・配列挙動の精密制御技術の確立を目指した。本検討では、多数のルイス塩基性のイミンユニットを持つ第４世代デンドリマーをホスト材料として用い、ゲスト材料であるルイス酸性の金属塩（インジウム塩・スズ塩）の錯体形成反応を利用した混合集積錯体をモデルとした。
デンドリマーは、剛直なπ共役系に由来する電子密度勾配によって分子中心のイミンほど強い塩基性を持つように設計した。加えて、金属塩の酸化数・対アニオン・有機配位子の電子的・立体的効果により、金属塩のルイス酸性度を自在に変調できることを明らかとした。このようにして、ホスト材料の塩基性度とゲスト材料の酸性度の双方を能動的に制御する手法を確立した。
続いて、酸化数・対アニオンの異なる複数のインジウム塩とスズ塩を用いて、デンドリマー中への精密混合集積の検討を行った。これまでの知見を基にして、強酸性の金属塩は強塩基性のイミンに、弱酸性の金属塩は弱塩基性のイミンに優先的に配位する性質を利用した。結果として、様々な金属塩の組み合わせを用いて、インジウム・スズ塩をデンドリマーの内側から、正順・逆順の順序で自己集積することを可能とした。さらに複数種の塩を用いることで、入れ子構造・反転入れ子構造のような複雑な自己集積にも成功した。このようにして、ホスト材料中の所望の位置に所望のゲスト分子を自己配列・組織化させる技術を初めて確立した。
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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
当初の計画では、複雑な自己組織化挙動を達成するために、ホスト-ゲスト相互作用として複数の原理（イオン結合・配位結合・水素結合等）を併用することを想定していた。しかしながら本検討では、配位結合の性質を詳細に検討し工夫を施すことで、同一種の相互作用のみを用いるだけでも高度な精密自己組織化が達成できることを示した。これは、複数の相互作用を組み合わせた際に、利用可能な自己組織化バリエーションのより一層の拡張に繋がることから、当初の計画以上の進展と考えられる。
さらに、放射状の構造を持つデンドリマーは、分子の外側に向かって分子鎖が２の倍数で分岐していくため、相対的に弱塩基性のイミンの数が多くなる性質を有している。しかし、本研究で実現したゲスト分子の入れ子構造集積を用いれば、デンドリマー中に導入するゲスト分子の比率をデンドリマーの構造によらず様々に選択することが可能となる。このような技術的な壁を克服できたことも、自己組織化バリエーションの拡張に繋がることから、当初の計画以上の進展と考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度までに得られた自己組織化の精密制御技術を活かし、今後は発光特性・磁性・酸化還元活性・触媒能などを持つ機能性ゲスト分子を選択し、これらをデンドリマーホスト分子に共集積・配列させることでナノ空間を利用した協奏機能の創出を行う。また一方で、親水性ないし脂溶性の界面活性有機分子をゲストとして集積させ、ゲスト分子間の働く水素結合や疎水性相互作用、ファンデルワールス相互作用を活用したホスト分子そのものの配列制御の検討も行う。
このような検討を通して、サブミクロンスケールの構造体が発現する物性の解明、およびこれを利用した新たな機能性材料の創出を試み、空間制御・機能性分子の配列・配向制御の両方を同時に行える新たな材料の提案・実証を目指す。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
昨年度に引き続き、研究計画の遂行のため次年度助成金として請求する。具体的には、試薬・実験機器等の物品費、外部施設利用や国内・国際学会発表等に用いる旅費、その他論文校閲・論文掲載費等として計上している。
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