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2023 年度 実績報告書

水素結合と配位結合を駆使した超分子的アプローチに基づく水圏機能材料の創出

公募研究

研究領域水圏機能材料:環境に調和・応答するマテリアル構築学の創成
研究課題/領域番号 22H04519
研究機関筑波大学

研究代表者

中村 貴志  筑波大学, 数理物質系, 助教 (90734103)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
キーワード水素結合 / 分子認識 / 水 / 超分子 / シクロデキストリン / アミド / NMR / ホストゲスト化学
研究実績の概要

本研究では、水素結合と配位結合を駆使した超分子的アプローチに基づき、水分子の挙動の詳細な理解を通じた、水圏で機能する水素結合型レセプターの機構解明と強靭性材料の開発を目的とした。
研究代表者および共同研究者らは前年度までの研究で、7つのN-メチルピリジニウムアミド基をもつβシクロデキストリン誘導体がリン酸イオンを選択的に認識すること、およびその包接駆動力がリン酸の疎水基によって異なることを、温度可変ITC測定などの実験で明らかにしてきた。具体的には、アダマンチルリン酸では疎水効果が、フェニルリン酸ではそれ以外が包接の主な駆動力として働いていると考えられた。本年度は、分子動力学(MD)計算と実験を組み合わせて、水分子を含めたリン酸包接挙動の詳細な描像について検討を行った。MD計算中の水素結合に着目したところ、フェニルリン酸については、フェニル基と直接結合したエステル酸素とアミドN-Hプロトンとの間に水素結合が存在している構造が高い頻度で出現した。一方、アダマンチルリン酸については、アダマンチル基がシクロデキストリン内孔に強くトラップされることにより、リン酸末端の酸素原子のみがアミドN-Hプロトンと水素結合を形成している構造が支配的であった。このMD計算の結果は、NOESY NMR測定で得られた実験結果と一致していた。全体として、フェニルリン酸ではリン酸がやや上側に位置し、水素結合や全体の配置エントロピーの寄与で包接され、アダマンチルリン酸では疎水基が内孔にトラップされてやや下側に位置し、疎水効果と水素結合の両方の寄与で包接されるという、興味深い認識様式の違いが明らかとなった。
また、前年度に引き続き、金属配位結合の形成/解離を利用して他の可逆相互作用では実現できない強靭性を示す超分子ヒドロゲルの創製に向けた領域内共同研究を推進した。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (36件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (33件) (うち国際学会 2件、 招待講演 4件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Synthesis of a macrocyclic oligomer of pyridylbenzoxazole utilizing dynamic covalent bonds and its unsymmetric conversion2024

    • 著者名/発表者名
      HOKIMOTO, Yuya; NAKAMURA, Takashi
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 60 ページ: 1281-1284

    • DOI

      10.1039/D3CC06216C

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Site-Selective Ligand Bridging among Multiple Internal Coordination Sites of a Metallomacrocycle and Its Conformational Regulation2023

    • 著者名/発表者名
      NAKAMURA, Takashi; WATANABE, Satoru
    • 雑誌名

      Inorganic Chemistry

      巻: 62 ページ: 12886_12894

    • DOI

      10.1021/acs.inorgchem.3c01571

    • 査読あり
  • [学会発表] A Multinuclear Complex of Hexapap Macrocycle that Captures Molecules with Assembled Metal Coordination Sites2024

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakamura
    • 学会等名
      3th Japan-China Joint Symposium on Metal Cluster Compounds
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Supramolecular Chemistry of Macrocyclic Oligomers of Metal Chelating Units2024

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakamura
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
    • 招待講演
  • [学会発表] ピリジルベンゾオキサゾール環状多量体を経由する非対称な大環状分子の3ステップ合成2024

    • 著者名/発表者名
      ほき本優也・中村貴志
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
  • [学会発表] ビフェノール骨格をもつ両官能性単量体を用いたsap環状多量体の合成と多核錯体形成2024

    • 著者名/発表者名
      菅原孝太郎・中村貴志
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
  • [学会発表] アミドシクロデキストリンが疎水基に応じてリン酸アニオンを認識する機構2024

    • 著者名/発表者名
      高柳駿斗・中畑雅樹・石井良樹・渡辺豪・中村貴志
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
  • [学会発表] 接近した3つのN,N,O三座キレート配位部位をもつ大環状配位子trispapの合成2024

    • 著者名/発表者名
      趙佳晨・Nadiia Varzhel・ほき本優也・中村貴志
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
  • [学会発表] サレン大環状配位子の構造変化を伴うランタノイド多核錯体の合成2024

    • 著者名/発表者名
      劉譯夫・Guzman Gil-Ramirez・中村貴志
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
  • [学会発表] Synthesis of azobenzene-containing salen-based macrocycle2024

    • 著者名/発表者名
      Mads Nybo Sorensen, Masaru Kondo, Takashi Nakamura
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
  • [学会発表] O,N,O三座キレート配位部位を内孔に集積した大環状配位子hexasapの合成2024

    • 著者名/発表者名
      上坂守・Sara Machleit・中村貴志
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
  • [学会発表] イミン結合を利用したアミドシクロデキストリン多量体の合成検討2024

    • 著者名/発表者名
      遠藤智也・中村貴志
    • 学会等名
      日本化学会第104春季年会
  • [学会発表] ピリジルベンゾオキサゾール環状三量体とその多核錯体の合成2023

    • 著者名/発表者名
      ほき本優也・中村貴志
    • 学会等名
      第20回ホスト_ゲスト・超分子化学シンポジウム (SHGSC2023)
  • [学会発表] リン酸モノエステルを水中で認識するアミドシクロデキストリン誘導体2023

    • 著者名/発表者名
      高柳駿斗・中畑雅樹・渡辺豪・中村貴志
    • 学会等名
      第20回ホスト_ゲスト・超分子化学シンポジウム (SHGSC2023)
  • [学会発表] Schiff-Base Macrocycles That Assemble Metal Coordination Sites for Multi-Point Coordination2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakamura
    • 学会等名
      Guest Lecture, University of Nottingham
  • [学会発表] Supramolecular Structures and Molecular Recognition by Macrocycles with Precisely Arranged Metal Complex Units2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakamura
    • 学会等名
      Guest Lecture, Loughborough University
  • [学会発表] Synthesis, Structures, and Complexation Behaviours of Macrocyclic Oligomers of Sales and Pap Units2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakamura
    • 学会等名
      Guest Lecture, University of Lincoln
  • [学会発表] Supramolecular Chemistry of Macrocycles Based on Assembly of Metal Coordination Sites and Desymmetrization2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakamura
    • 学会等名
      Guest Lecture, University of Oxford
  • [学会発表] Amide Cyclodextrins that Form Single Isomeric Complexes with Dissymmetric Structures for Precise Anion Recognition2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakamura, Sota Yonemura, Shunya Akatsuka, Tatsuya Nabeshima
    • 学会等名
      The 17th International Symposium on Macrocyclic and Supramolecular Chemistry (ISMSC_2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] 5位にアミド基を導入したシクロデキストリン誘導体によるモノリン酸認識機構の研究2023

    • 著者名/発表者名
      中村貴志・高柳駿斗・中畑雅樹・渡辺豪
    • 学会等名
      第17回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 内側に多数の配位サイトをもつ大環状分子に対する位置選択的架橋反応2023

    • 著者名/発表者名
      中村貴志・渡部悟
    • 学会等名
      第33回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] 水中でアニオンを選択的に認識するアミドシクロデキストリン誘導体2023

    • 著者名/発表者名
      高柳駿斗・中畑雅樹・渡辺豪・中村貴志
    • 学会等名
      第33回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] ピリジルベンゾオキサゾール環状多量体の合成とその非対称変換2023

    • 著者名/発表者名
      ほき本優也・中村貴志
    • 学会等名
      第33回基礎有機化学討論会
  • [学会発表] Metal-mediated folding of flexible linear triterpene via metal_π coordination2023

    • 著者名/発表者名
      Kenichiro Omoto, Ryosuke Sato, Takashi Nakamura, Kazuma Yasuhara, Gw_na_l Rapenne
    • 学会等名
      錯体化学会第73回討論会
  • [学会発表] 六核パラジウム錯体内孔への位置選択的な直鎖状アルキルジアミンの架橋反応と環状構造の制御2023

    • 著者名/発表者名
      渡部悟・中村貴志
    • 学会等名
      錯体化学会第73回討論会
  • [学会発表] 重金属イオン認識タンパク質を範とする生物着想型合成高分子の設計と水圏環境浄化への応用2023

    • 著者名/発表者名
      中畑雅樹・角谷歩惟・池本夕佳・中村貴志・山本暁久・境慎司・Stefan Kaufmann・田中求
    • 学会等名
      第72回高分子討論会
  • [学会発表] 配位サイトの集積と構造の非対称化に着目した環状多量体の超分子化学2023

    • 著者名/発表者名
      中村貴志
    • 学会等名
      舎密会講演会 筑波大学数理物質系化学域
  • [学会発表] 水中でアニオンに応じた認識様式を示すアミドシクロデキストリン誘導体2023

    • 著者名/発表者名
      高柳駿斗・中村貴志
    • 学会等名
      第13回サブウェイセミナー
  • [学会発表] 動的共有結合を利用したピリジルベンゾオキサゾール環状多量体の合成とその非対称変換2023

    • 著者名/発表者名
      ほき本優也・中村貴志
    • 学会等名
      第13回サブウェイセミナー
  • [学会発表] 2種類のコンフォメーションをとる環状六量体パラジウム錯体の直鎖状二座配位子による位置選択的架橋2023

    • 著者名/発表者名
      渡部悟・中村貴志
    • 学会等名
      第13回サブウェイセミナー
  • [学会発表] 水素結合による水中でのアニオン認識を目指したアミドシクロデキストリン誘導体の合成と認識機構に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      高柳駿斗・中畑雅樹・渡辺豪・中村貴志
    • 学会等名
      第13回 CSJ化学フェスタ2023
  • [学会発表] Approaches toward New Macrocyclic Receptors: Assembly of Coordination Sites and Desymmetrization of Homooligomers2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakamura
    • 学会等名
      Guest Lecture, Freie Universit_t Berlin
  • [学会発表] Structural and Functional Complexity of Macrocycles and Metallomacrocycles2023

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nakamura
    • 学会等名
      Guest Lecture, Technische Universit_t Dortmund
  • [学会発表] イミンの動的性質と変換を利用した大環状配位子の合成と多核錯体の形成2023

    • 著者名/発表者名
      中村貴志
    • 学会等名
      第340回化学コロキウム 東京都立大学
    • 招待講演
  • [学会発表] 配位結合による構造固定と多点認識に着目した大環状分子の化学2023

    • 著者名/発表者名
      中村貴志
    • 学会等名
      錯体化学若手の会 九州・沖縄支部 2023年度勉強会
    • 招待講演
  • [備考] 筑波大学 数理物質系 化学域 中村グループ(超分子化学)

    • URL

      https://www.chem.tsukuba.ac.jp/nakamura/

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公開日: 2024-12-25  

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