| 研究課題/領域番号 |
21H01740
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| 研究機関 | 四国学院大学 |
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研究代表者 |
鈴木 望 四国学院大学, 文学部, 助教 (00779845)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| キーワード | キラル / 両親媒性分子 / 分子集合体 |
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| 研究実績の概要 |
キラルな両親媒性分子からなる二次元分子集合体は、不斉識別能・不斉触媒能・円偏光発光性などの興味深い性質を示す。しかし、従来の両親媒性分子では左向き・右向きのキラルな立体配座(不斉構造)が切り替わる分子設計がされていないため、周囲の不斉環境に応じて不斉構造を 変化させる「不斉環境への応答性」を付与することはできなかった。このことを踏まえ、本研究の目的を次の様に定める。(目的1)親水部に左右の構造が可換な立体配座を有する両親媒性分子を設計することで、周囲の不斉環境への応答性を発現させ、キラルセンサー及び新規光学分割 法を開発する。また、(目的2)生命誕生初期に存在したと考えられる両親媒性分子やアミノ酸などの有機分子が不斉増幅を示す系を確立し、生命ホモキラリティーの謎の解明に繋げる。(目的3)不斉構造の不斉環境への応答性を解析するための理論解析手法を開発する。
まず、(目的1)について、本年度は親水部に左右の構造が可換な不斉構造を有する両親媒性分子を設計し、その化合物の試作が共同研究を通して完了した。もしも、ラセミ両親媒性分子、またはアキラル両親媒性分子が、周囲に存在するキラル両親媒性分子から影響を受け、左右の配座に偏りが生じれば、ラセミ/キラル両親媒性分子またはアキラル/キラル両親媒性分子の混合ミセルはキラル両親媒性分子のモル分率に対して非線形な光学活性を示すはずである。今後は詳細にpHや温度、塩濃度などの条件を制御し、非線形性が確認されるかどうかを確認する必要がある。
(目的3)について、今年度は、アキラル/キラル両親媒性分子からなる混合ミセルが、キラル両親媒性分子のモル分率に対して非線形な分配係数を示す現象を、ミセル動電クロマトグラフィー法における理論、並びに、Rubingh及びTreinerらによる正則溶液理論に基づき記述できることを見出した。
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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
本年度実施計画の両親媒性分子の合成について当研究室よりも有機合成に長けた研究室と協力可能になったため、研究が予定よりも進展している。化合物の合成が順調に進んでいることを踏まえ、前倒し申請により、令和3年度に予定していたキャピラリー電気泳動を購入し、キラルセンサーの開発や新規光学分割法の開発にとりかかることが可能になった。
また、本研究室では、アキラル/キラル両親媒性分子からなる混合ミセルが、キラル両親媒性分子のモル分率に対して非線形な分配係数を示す現象を見出している。本現象は、外部のキラル環境に応答して左右の構造が変化する化合物特有の現象ではないものの、同様の現象が観測される可能性があり、非線形性が左右の構造によって生じるのか、そうではないのかを明確に区別する必要性がある。その現象を数式によってミセル動電クロマトグラフィー法における理論、並びに、Rubingh及びTreinerらによる正則溶液理論に基づき記述できることを見出した。本理論はアキラル/キラル両親媒性分子に留まらず、ラセミ/キラル両親媒性分子についても原理的には応用可能であるため、一般性が高い。
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| 今後の研究の推進方策 |
まず、(目的1)について、次度は円二色性(CD)スペクトルやキャピラリー電気泳動を用いた物性評価を進める予定である。具体的には、球状ミセルが不斉増幅現象を発現するか?キラル化合物との相互作用によりアキラルな両親媒性分子に不斉配座を誘起できるか?などを明らかにする。また、同様の分子設計の下、トリチル基を有する両親媒性分子の合成も共同研究で進める。
次に、(目的2)について、初期の生命の膜構造は脂肪酸などの構造が単純な両親媒性分子によって形成されていたと考えられ、アミノ酸などの小さな有機分子も生命誕生初期に存在したと考えられる。そこで、次年度は、これらの比較的単純な分子を用い、少量のD-アミノ酸とL-アミノ 酸の量の違いによって、一方が他方より脂肪酸に相互作用しやすくなる場合があるのか?を明らかにする。具体的には、DとLのどちらか一方が多いDL-アミノ酸を溶質として、脂肪酸を溶かした緩衝液をキャピラリー電気泳動の泳動液として用いた場合、D及びL-アミノ酸が光学分割されるenantiomer self-disproportionationが起こるかを明らかにする。泳動液内では、L-アミノ酸と脂肪酸は、静電相互作用や疎水性相互作用などによって、複合体を形成すると考えられる。もしも、キャピラリー電気泳動によって溶質として用いたD及びL-アミノ酸の光学分割が可能である場合、D-アミノ酸あるいはL-アミノ酸は、一方が大量に存在すると、もう一方のアミノ酸と脂肪酸との相互作用が阻害される、あるいは促進されるということを意味する。
(目的3)について、次年度は、アキラル/キラル両親媒性分子からなる混合ミセルやベシクルにおいて不斉増幅現象が起きた場合、その不斉増幅を2次元Ising鎖モデルによって記述する理論の開発に取り組む予定である。
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