キラル有機物質が示す革新的複雑系化学現象の発見と機構解明および一般化の推進

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26248024
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 田村 類 京都大学, 人間・環境学研究科(研究院), 教授 (60207256)
• 研究分担者: 加藤 立久 京都大学, 学内共同利用施設等, 教授 (80175702) ; 津江 広人 京都大学, 人間・環境学研究科(研究院), 教授 (30271711)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 複雑系化学現象 / 優先富化現象 / キラル対称性の破れ / 磁気液晶効果 / スピン対称性の破れ

研究実績の概要

平成27年度の研究成果を、各テーマ別に述べる。
(A) 優先富化現象を示すラセミ体の医薬品二成分共結晶の探索とその機構解明：
新たに、優先富化現象を発現するための５つの必要条件を満足する医薬品候補化合物として抗低脂血症薬CPPPAを選定し、この化合物のラセミ体が低効率ではあるが優先富化現象を示すことを発見した。ついで、ラセミ体のCPPPAとアキラルなイソニコチンアミドの1対1共結晶を調製して2-プロパノールから再結晶したところ、高効率で優先富化現象を示した。これは、医薬品の共結晶が優先富化現象を示した最初の例であり、今後この手法は様々な医薬品の光学分割（優先富化現象の発現）に適用できると期待できる。
(B) キラル有機ラジカル化合物を起点とするメタルフリーな磁性ソフトマテリアルの合成と機構解明：
キラルネマチック液晶相を示す(S,S,S,S)体のビラジカル液晶性化合物（99% ee）の合成に初めて成功し、SQUID磁束計とEPR分光法を用いるモル磁化率の温度依存性の測定により、液晶相中で非常に大きな「正の磁気液晶効果」を発現することを発見した。事実、この磁性液晶を温水上に浮かべて永久磁石を近づけると、磁石に引き寄せられて温水上を素早く動いた。一方、疎水性ニトロキシドラジカル化合物を生体適合性界面活性剤に内包させた、安定なメタルフリー磁性ナノエマルションの調製に成功した。ナノエマルションの粒径はラジカル化合物の分子構造によって変化し、17 nmから70 nmまでの粒子を自在に調製することができた。さらに、この磁性ナノエマルション内に疎水性の擬似ドラッグを内包させることができることも確認した。

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

平成26年度に続いて27年度の研究もおおむね予定どおり進行した。テーマ(A)では初めて優先富化現象を示す医薬品共結晶を発見することができ、この現象の一般性を拡張することに成功した。一方、テーマ(B)では光学活性なビラジカル液晶性化合物の合成に初めて成功し、この化合物が液晶状態で予想以上に大きな「正の磁気液晶効果」を示すことを明らかにした。また、MRIやDDSなどの生体医療への応用がおおいに期待されるメタルフリー磁性ナノエマルションの調製にも成功し、これについての特許出願も行い、実用性を検討する段階まで到達している。

今後の研究の推進方策

平成26年度と平成27年度の研究成果により、今後何をすべきかについての方向性が明瞭になった。テーマ(A)については、今後も優先富化現象を示す医薬品の検索を行い、それぞれの場合の優先富化現象の特徴と機構を明らかにし、一般性の拡張に努める。テーマ(B)については、合成したメタルフリーなキラル磁性液晶が示す「正の磁気液晶効果」の磁性発現の機構について、最近、磁気物性を専門にする物理学研究者が関心を示しはじめたため、今後彼らとの共同研究も行う。また、メタルフリー磁性ナノエマルションについては、生体医療の検討のみならず、物理化学者との共同研究により、エマルションの構造と磁性に関する研究も推進する。

研究成果

• [国際共同研究] ルーアン大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: ルーアン大学
• [国際共同研究] エクスマルセイユ大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: エクスマルセイユ大学
• [国際共同研究] モスクワ国立大学(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: モスクワ国立大学
• [国際共同研究] ノボシビルスク国立大学(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: ノボシビルスク国立大学
• [雑誌論文] Paramagnetic Nitroxide Radical Liquid Crystalline Compounds with Methyl di(ethylene glycol) Chain (2016)
  • 著者名/発表者名: Akita, T., Uchida, Y., Kiyohara, D., Nakagami, S., Nishiyama, N.
  • 雑誌名: Ferroelectrics 巻: 495 ページ: 97-104
  • DOI: 10.1080/00150193.2016.1136767
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Preparation, Characterization and Magnetic Behavior of a Spin-Labelled Physical Hydrogel Containing a Chiral Cyclic Nitroxide Radical Unit Fixed Inside the Gelator Molecule. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takemoto, Y., Yamamoto, T., Ikuma, N., Uchida, Y., Suzuki, K., Shimono, S., Takahashi, H., Sato, N., Oba, Y., Inoue, R., Sugiyama, M., Tsue, H., Kato, T., Yamauchi, J., Tamura, R.
  • 雑誌名: Soft Matter 巻: 11 ページ: 5563-5570
  • DOI: 10.1039/c5sm01216c
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Case Study on the Interpretation of Crystal Structure Inducing Preferential Enrichment Based on the Graph Set Analysis of Hydrogen Bond Motifs. (2015)
  • 著者名/発表者名: Iwama, S., Takahashi, H., Tsue, H., Tamura, R.
  • 雑誌名: Crystal Growth & Design 巻: 15 ページ: 3052-3062
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.5b00499
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and Characterization of a New Series of Paramagnetic Ferroelectric Liquid Crystalline Nitroxide Radicals. (2015)
  • 著者名/発表者名: Uchida, Y., Tamura, R., Suzuki, K., Takahashi, H., Aoki, Y., Nohira, H
  • 雑誌名: Molecular Crystals and Liquid Crystals 巻: 615 ページ: 89-106
  • DOI: 10.1080/15421406.2015.1066966
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Preferential Enrichment of DL-Leucine Using Cocrystal Formation with Oxalic Acid under Nonequilibrium Crystallization Conditions. (2015)
  • 著者名/発表者名: Manoj, K., Takahashi, H., Morita, Y., Gonnade, R. G., Iwama, S., Tsue, H., Tamura, R.
  • 雑誌名: Chirality 巻: 27 ページ: 405-410
  • DOI: 10.1002/chir.22431
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Low Temperature Phase Transition Induced Biaxial Negative Thermal Expansion of 2,4-Dinitroanisole. (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., Tamura, R.
  • 雑誌名: CrystEngComm 巻: 17 ページ: 8888-8896
  • DOI: 10.1039/c5ce00029g
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Terminal Fluorinated Nitroxide Radical Liquid Crystalline Compounds (2015)
  • 著者名/発表者名: Akita, T., Uchida, Y., Nishiyama, N.
  • 雑誌名: Molecular Crystals and Liquid Crystals 巻: 613 ページ: 174-180
  • DOI: 10.1080/15421406.2015.1032732
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ferronematics Based on Paramagnetic Nitroxide Radical Liquid Crystal (2015)
  • 著者名/発表者名: Akita, T., Uchida, Y., Nakagami, S, Kiyohara, D., Nishiyama, N.
  • 雑誌名: Crystals 巻: 5 ページ: 206-214
  • DOI: 10.3390/cryst5020206
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stable Pai(pai alphal) Radical from a Contracted Doubly N-Confused Hexaphyrin by Double Palladium Metalation (2015)
  • 著者名/発表者名: Hisamune, Y., Nishimura, K., Isakari, K., Ishida, M., Mori, S., Karasawa, S., Kato, T., Lee, S., Kim, D., Furuta, H.
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 54 ページ: 7323-7327
  • DOI: 10.1002/anie.201502285
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hiding and Recovering Electrons in a Dimetallic Endohedral Fullerene: Air-Stable Products from Radical Additions (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamada, M., Kurihara, H., Suzuki, M., Saito, M., Slanina, Z., Uhlik, F., Aizawa, T., Kato, T., Olmstead, M. M., Balch, A., Maeda, Y., Nagase, S., Lu, X., Akasaka, T.
  • 雑誌名: Journal of The American Chemical Society 巻: 137 ページ: 232-238
  • DOI: 10.1021/ja509956y
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 有機ラジカル液晶ゲルの磁性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武元佑紗
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-24 – 2016-03-27
• [学会発表] Preparation and Properties of Stable All-Organic Magnetic Nanoemulsions Encapsulating Nitroxide Radicals (2016)
  • 著者名/発表者名: 名倉康太
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-24 – 2016-03-27
• [学会発表] Synthesis and Magnetic Properties of Chiral Ionic Radical Liquid Crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: 三浦篤史
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-24 – 2016-03-27
• [学会発表] 新規水素結合性ニトロキシドラジカル液晶の特異な磁気的相互作用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 中神翔
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-24 – 2016-03-27
• [学会発表] Chemical Complexity Phenomena Observed in Chiral Crystalline and Liquid-Crystalline Phases (2015)
  • 著者名/発表者名: Tamura, R.
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Preparation and Magnetic Properties of Nitroxide Radical Liquid Crystalline Gels (2015)
  • 著者名/発表者名: Takemoto, Y.
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic Properties of Metal-Free Magnetic Nanoemulsions Encapsulating Nitroxide Radicals (2015)
  • 著者名/発表者名: Nagura, K.
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会
• [学会発表] Preparation and Magnetic Properties of All-Organic Nitroxide Biradical Liquid Crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Taguchi, K.
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2015
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会
• [学会発表] Magnetic Properties of Organic Radical Liquid Crysatlline Gels: Relationship Between Positive Magneto-LC Effects and Domain Sizes (2015)
  • 著者名/発表者名: Takemoto, Y.
  • 学会等名: The Ninth Japanese-Russian International Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
  • 発表場所: Awaji Island, Japan
  • 年月日: 2015-11-08 – 2015-11-11
  • 国際学会
• [学会発表] 優先富化現象のラセミ化合物への応用：プロピオン酸誘導体 (2015)
  • 著者名/発表者名: 沼尾 優希
  • 学会等名: 第24回有機結晶シンポジウム
  • 発表場所: 広島大学
  • 年月日: 2015-11-01 – 2015-11-03
• [学会発表] ニトロキシドラジカル構造を分子中央に有する磁性液晶ゲルの調製と磁気的性質 (2015)
  • 著者名/発表者名: 武元佑紗
  • 学会等名: 第26回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 愛媛大学
  • 年月日: 2015-09-24 – 2015-09-26
• [学会発表] Unique Magnetic Properties of Chiral All-Organic Radical Liquid Crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Tamura, R.
  • 学会等名: 5th European Conference on Molecular Magnetism
  • 発表場所: Zaragoza, Spain
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-10
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Preparation and Magnetic Properties of All-Organic Radical Liquid Crystalline Gels (2015)
  • 著者名/発表者名: Takemoto, Y.
  • 学会等名: 5th European Conference on Molecular Magnetism
  • 発表場所: Zaragoza, Spain
  • 年月日: 2015-09-06 – 2015-09-10
  • 国際学会
• [学会発表] Preparation and Properties of Metal-Free Magnetic Hydrogels (2015)
  • 著者名/発表者名: Shimono, S.
  • 学会等名: 15th International Conference on Chiroptical Spectroscopy
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2015-08-30 – 2015-09-03
  • 国際学会
• [学会発表] Highly Efficient Chiral Resolution of DL-Arginine and DL-Phenylalamine by Cocrystal Formation Followed by Recrystallization under Preferential Enrichment Conditions (2015)
  • 著者名/発表者名: Tamura, R.
  • 学会等名: 14th International Congress on Amino Acids, Peptides and Proteins
  • 発表場所: Vienna, Austria
  • 年月日: 2015-08-03 – 2015-08-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Preferential Enrichment: Application to Racemic Compound Crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, H., Iwama, S., Motokawa, J., Veewler, S., Tsue, H., Tamura, R.
  • 学会等名: The 22nd International Conference on the Chemistry of the Organic Solic State
  • 発表場所: Niigata, Japan
  • 年月日: 2015-07-12 – 2015-07-17
  • 国際学会
• [学会発表] Unique Magnetic Properties of Chiral All-Organic Radical Liquid Crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Tamura, R.
  • 学会等名: 27th International Symposium on Chiral Discrimination
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 2015-06-28 – 2015-07-01
  • 国際学会
• [学会発表] Inovative Spontaneous Chiral Resolution Phenomenon: Preferential Enrichment (2015)
  • 著者名/発表者名: Tamura, R.
  • 学会等名: International School of Crystallography
  • 発表場所: Erice, Italy
  • 年月日: 2015-06-05 – 2015-06-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Unique Ferromagnetic Properties Observed in All-Organic Radical Liquid Crystals (2015)
  • 著者名/発表者名: Tamura, R.
  • 学会等名: International School of Crystallography
  • 発表場所: Erice, Italy
  • 年月日: 2015-06-05 – 2015-06-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Advances in Organic Crystal Chemistry: Comprehensive Reviews 2015 (2015)
  • 著者名/発表者名: Tamura, R., Miyata, M.
  • 総ページ数: 706
  • 出版者: Springer
• [備考] 京都大学大学院人間・環境学研究科田村類研究室
  • URL: http://www.orgmater.h.kyoto-u.ac.jp/tamura/
• [備考] 京都大学大学院人間・環境学研究科田村類
  • URL: https://www.h.kyoto-u.ac.jp/academic_f/faculty_f/321_tamura_r_0/
• [産業財産権] 有機ニトロキシドラジカル化合物、その製造方法、ナノエマルション粒子 (2016)
  • 発明者名: 田村類、名倉康太
  • 権利者名: 田村類、名倉康太
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-044450
  • 出願年月日: 2016-03-08