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

2016 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, 教授 (60207256)
• 研究分担者: 津江 広人 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (30271711) ; 加藤 立久 京都大学, 国際高等教育院, 教授 (80175702)
• 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28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などの生理活性物質の二成分共結晶の探索とその機構解明：
優先富化現象を示した第一世代キラル有機医薬品化合物に注目し、優先富化現象の２つの鍵プロセス「結晶化の際に起こる溶媒アシスト型多形転移」と「母液中でのキラル増幅」のメカニズムについて検討した。前者については、in situ温度調節ビデオ顕微鏡とin situ X線回折測定法を併用して多形転移の観察に成功した。一方、後者については、結晶化の際の多形転移後に起こる両エナンチオマーの非線形な溶解度特性がキラル対称性の破れの原因であることを、熱力学計算を行いて明らかにした。ついで、このメカニズムを説明する三成分溶解度相図を提唱した。
(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能および磁気液晶効果発現の機構解明：
デイスコチック液晶相を示すメソ体のジラジカル有機化合物の合成に初めて成功し、その液晶相を同定した。次いで、SQUID磁束計を用いる磁化率の温度依存性の測定により、この化合物が「正の磁気液晶効果」を示すことを見出した。一方、疎水性ニトロキシドラジカル化合物を非イオン性界面活性剤に内包させて調製した安定なメタルフリー磁性ナノエマルションが、(1)in vitroでMRI造影能を有すること、および(2)さらに疎水性抗がん剤を内包させることにより、in vitroでがん細胞に取り込まれて細胞毒性を示すことを明らかにした。したがって、この磁性ナノエマルションは、MRI追跡が可能なDDSキャリアとして利用できる可能性が高いことが判明した。

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, 27年度に引き続いて28年度の研究もおおむね予定どおり推進できた。テーマ（Ａ）では、エクスプロバンス大学とルーアン大学との共同研究により、優先富化現象の２つの鍵プロセス「結晶化の際に起こる溶媒アシスト型多形転移」と「母液中でのキラル増幅」のメカニズムについて検討し、それを証明することができた。一方、テーマ（Ｂ）では、デイスコチック液晶相を示すメソ体のジラジカル有機化合物の合成に初めて成功し、この化合物が大きな「正の磁気液晶効果」を示すことを見出した。また、調製法を確立したメタルフリー磁性ナノエマルションがin vitroでMRI造影能とDDSキャリア能を有することが判明し、in vivoでMRI追跡が可能なDDSキャリアとして利用できる可能性が高くなった。

今後の研究の推進方策

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メカニズムを明らかにし、一般性の拡張に努める。テーマ（Ｂ）については、デイスコチック液晶相を示すジラジカル有機化合物を数種類合成し、それらを用いて「正の磁気液晶効果」の磁性発現の機構について検討する。また、メタルフリー磁性ナノエマルションについては、小角中性子散乱による構造解析を行う。同時に、マウスを用いる動物実験を開始し、in vivoでのMRI造影能と抗癌剤運搬能についての評価を行う。

研究成果

• [国際共同研究] ルーアン大学/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: ルーアン大学/エクスマルセイユ大学
• [国際共同研究] ノボシビルスク国立大学/ロシア科学アカデミイ, カザン(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/ロシア科学アカデミイ, カザン
• [雑誌論文] Chiral All-Organic Nitroxide Biradical Liquid Crystals Showing Remarkably Large Positive Magneto-LC Effects. (2016)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., Takemoto, Y., Takaoka, S., Taguchi, K., Uchida, Y., Mazhukin, D. G., Grigor’ev, I. A., Tamura, R.
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 52 ページ: 3935-3938
  • DOI: 10.1039/c5cc09202g
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] A Kinetic/Thermodynamic Origin of Regular Chiral Fluctuation or Symmetry Breaking Unique to Preferential Enrichment. (2016)
  • 著者名/発表者名: Uchida, Y., Iwama, S., Coquerel, G., Tamura, R.
  • 雑誌名: Chemistry A European Journal 巻: 22 ページ: 11660-11666
  • DOI: 10.1002/chem.201601550
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetic Properties of Novel Dendrimeric Spin Crossover Iron(III) Complex. (2016)
  • 著者名/発表者名: Domracheva, N., Vorobeva, V., Pyataev, A., Tamura, R., Suzuki, K., Gruzdev, M., Chervonova, U., Kolker, A.
  • 雑誌名: Inorganica Chimica Acta 巻: 439 ページ: 186-195
  • DOI: 10.1016/j.ica.2015.10.024
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Quantum Chemical Calculation of Exchange Interactions in Supramolecularly Arranged N,N’-Dioxy-2,6-Diazaadamantane Organic Biradical (2016)
  • 著者名/発表者名: Khafizov, N. R., Madzhidov, T. I., Kadkin, O. N., Tamura, R., Antipin, I. S.
  • 雑誌名: International Journal of Quantum Chemistry 巻: 116 ページ: 1064-1070
  • DOI: 10.1002/qua.25132
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Effects of Linking Group on Liquid Crystallinity of Nitroxide Radical Compounds (2016)
  • 著者名/発表者名: Akita, T., Uchida, Y., Nishiyama, N
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 45 ページ: 910-912
  • DOI: 10.1246/cl.160360
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [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] Direct C-H bond activation of ethers and successive C-C bond formation with benzene by a bifunctional palladium-titania photocatalyst (2016)
  • 著者名/発表者名: Tyagi, A., Matsumoto, T., Kato, T., Yoshida, H
  • 雑誌名: Catal. Sci. Technol. 巻: 6 ページ: 4577-4583
  • DOI: 10.1039/c5cy02290h
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrochemical Reduction of Cationic Li+@C60 to Neutral Li+@C60-: Isolation and Characterization of Endohedral[60]Fulleride (2016)
  • 著者名/発表者名: Ueno, H., Aoyagi, S., Yamazaki, Y., Ohkubo, K., Ikuma, N., Okada, H, Kato, T., Matsuo, Y., Fukuzumi, S., Kokubo, K.
  • 雑誌名: Chemical Science 巻: 7 ページ: 5770-5774
  • DOI: 10.1039/C6SC01209D
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallographic Evidence for Direct Metal-Metal Bonding in a Stable Open-Shell La2@Ih-C80 Derivative (2016)
  • 著者名/発表者名: Bao, L., Chen, M., Pan, C., Yamaguchi, T., Kato, T., Olmstead, M. M., Balch, A. L., Akasaka, T., Lu, X.
  • 雑誌名: Angewandte Chemie Internatinal Edition 巻: 55 ページ: 4242-4246
  • DOI: 10.1002/anie.201511930
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 9, 10- Diaminoanthracenes Revised: The Influence of N- Substituents on their Electronic States (2016)
  • 著者名/発表者名: Uebe, M., Kato, T., Tanaka, K., Ito, A.
  • 雑誌名: Chemistry A European Journal 巻: 22 ページ: 1 - 9
  • DOI: 10.1002/chem.201602490
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assembly of Multi-Phthalocyanines on a Porphyrin Template by Fourfold Rotaxane Formation (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamada, Y., Kato T., Tanaka, K.
  • 雑誌名: Chemistry A European Journal 巻: 22 ページ: 12371-12380
  • DOI: 10.1002/chem.201601768
  • 査読あり
• [学会発表] Magnetic Properties of Biradical and Diradical Liquid Crystals (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Takemoto, E. Zaytseva, N. Yoshioka, K. Suzuki, Y. Uchida, S. Shimono, T. Kato, D. G. Mazhukin, R. Tamura
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] ニトロキシドラジカルと疎水性抗癌剤を内包した純有機磁性ナノエマルション粒の調製とその性質 (2017)
  • 著者名/発表者名: 名倉康太, 諸永知里, 武元佑紗, 下野智史, 内田幸明, 椎野顯彦, 谷垣健二, 天野創, 吉野芙美, 加藤立久, 小松直樹, 田村類
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] 新規メタルフリー磁性ナノエマルションの調製とMRI造影能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 諸永知里, 名倉康太, 武元佑紗, 下野 智史, 内田幸明, 椎野顯彦
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 慶應義塾大学
  • 年月日: 2017-03-16 – 2017-03-19
• [学会発表] 疎水性ニトロキシドラジカルを内包した安定な純有機磁性ナノエマルション粒子の調製と性質 (2016)
  • 著者名/発表者名: 名倉康太, 武元佑紗, 内田幸明, 下野智史, 椎野顯彦, 加藤立久, 山内淳, 小松直樹, 田村類
  • 学会等名: 第67回コロイドおよび界面化学討論会
  • 発表場所: 北海道教育大学旭川校
  • 年月日: 2016-09-22 – 2016-09-24
• [学会発表] 優先富化現象における鏡像対称性の破れと増幅のメカニズム (2016)
  • 著者名/発表者名: 内田幸明, 岩間世界, G. Coquerel, 田村類
  • 学会等名: 第25回有機結晶シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-09-18 – 2016-09-19
• [学会発表] ディスコチックビラジカル液晶の合成と磁性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武元佑紗, E. Zaytseva, 吉岡直樹, 鈴木克明, 内田幸明, 下野智史, 加藤立久, D. G. Mazhukin, 田村類
  • 学会等名: 第25回有機結晶シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-09-18 – 2016-09-19
• [学会発表] キラルラジカルイオン液晶性化合物の合成と性質 (2016)
  • 著者名/発表者名: 三浦篤史, 武元佑紗, 坂口辰徳, 内田幸明, 下野智史, 加藤立久, 田村類
  • 学会等名: 第25回有機結晶シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-09-18 – 2016-09-19
• [学会発表] 五員環ニトロキシドラジカルを内包した安定なO/W型 純有機磁性ナノエマルション粒子の調製とその特性評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: 名倉康太, 武元佑紗, 内田幸明, 下野智史, 椎野顯彦, 加藤立久, 山内淳, 小松直樹, 田村類
  • 学会等名: 第25回有機結晶シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-09-18 – 2016-09-19
• [学会発表] 優先富化現象を示すプロピオン酸誘導体共結晶の多形転移様式 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋弘樹, 沼尾優希, 花川洋輔, 本川順子, 津江広人, 田村類
  • 学会等名: 第25回有機結晶シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-09-18 – 2016-09-19
• [学会発表] 純有機ビラジカル液晶の合成と磁性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武元佑紗, E. Zaytseva, 吉岡直樹, 鈴木克明, 内田幸明, 下野智史, 加藤立久, D. G. Mazhukin, 田村類
  • 学会等名: 2016年日本液晶学会討論会
  • 発表場所: 大阪工業大学
  • 年月日: 2016-09-05 – 2016-09-07
• [学会発表] キラルイオン性ラジカル液晶の合成と磁性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 三浦篤史, 武元佑紗, 坂口辰徳, 内田幸明, 下野智史, 加藤立久, 田村類
  • 学会等名: 2016年日本液晶学会討論会
  • 発表場所: 大阪工業大学
  • 年月日: 2016-09-05 – 2016-09-07
• [学会発表] ビラジカル液晶の合成と磁気性質 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武元佑紗, E. Zaytseva, 吉岡直樹, 鈴木克明, 内田幸明, 下野智史, 加藤立久, D. G. Mazhukin, 田村類
  • 学会等名: 第27回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] ニトロキシドラジカルを内包した安定なメタルフリー磁性ナノエマルション粒子の調製とその性質 (2016)
  • 著者名/発表者名: 名倉康太, 武元佑紗, 内田幸明, 下野智史, 椎野顯彦, 加藤立久, 山内淳, 小松直樹, 田村類
  • 学会等名: 第27回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] ynthesis and Magnetic Properties of Chiral Radical Ionic Liquid Crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Miura, Y. Takemoto, T. Sakaguchi, Y. Uchida, S. Shimono, T. Kato, R. Tamura
  • 学会等名: 第27回基礎有機化学討論会
  • 発表場所: 広島国際会議場
  • 年月日: 2016-09-01 – 2016-09-03
• [学会発表] UNIQUE MAGNETIC PROPERTIES OF METAL-FREE ORGANIC RADICAL SOFT MATERIALS (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Tamura, Y. Uchida, K. Suzuki, Y. Takemoto, K. Nagura, S. Shimono
  • 学会等名: The Osaka City University International Conference on Molecular Spins and Quantum Technology
  • 発表場所: 大阪市立大学
  • 年月日: 2016-08-31 – 2016-09-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Preparation and Magnetic Properties of All-Organic Diradical Discotic Liquid Crystal (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Takemoto, E. Zaytseva, K. Suzuki, Y. Uchida, S. Shimono, T. Kato, D. G. Mazhukin, I. A. Grigor’ev, R. Tamura
  • 学会等名: 26th International Liquid Crystal Conference
  • 発表場所: Kent, USA
  • 年月日: 2016-07-31 – 2016-08-05
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis and Magnetic Properties of Chiral Ionic Radical Liquid Crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Miura, Y. Takemoto, T. Sakaguchi, Y. Uchida, S. Shimono, T. Kato, R. Tamura
  • 学会等名: 26th International Liquid Crystal Conference
  • 発表場所: Kent, USA
  • 年月日: 2016-07-31 – 2016-08-05
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of Magnetoelectric Effect in Organic Ferromagnetic and Ferroelectric Liquid Crystals (2016)
  • 著者名/発表者名: R. Tamua, K. Suzuki
  • 学会等名: 5th Intenational Conference: Structure and Multifunctional Materials, Structures and Systems
  • 発表場所: Perugia, Italy
  • 年月日: 2016-06-05 – 2016-06-09
  • 国際学会
• [図書] Disordered Pharmaceutical Materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Coquerel, G., Tamura, R.
  • 総ページ数: 513
  • 出版者: Wiley-VCH
• [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研究室英語版
  • 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及びその用途 (2017)
  • 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: PCT/JP2017/008469
  • 出願年月日: 2017-03-03
  • 外国