生体分子誘導体の動的自己組織化による刺激・環境応答性分子集合体の構築

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650864
• Research Institution: THE UNIVERSITY OF TOKYO
• Principal Investigator: 加藤 隆史 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (70214377)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 蟹江 澄志 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助手 (60302767)
• Keywords: 水素結合 / 液晶 / 葉酸 / 自己組織化 / ディスコチック相 / スメクチック相 / イオン-双極子相互作用

Research Abstract

生体分子の水素結合性は、分子組織体の形成において良いモデルとなる.生体分子である葉酸はビタミンの一種であり,そのアルカリ金属塩は,プテリン環部位が水中で水素結合を介してテトラマーを形成し,リオトロピック液晶性を示す.本研究では,このような葉酸の自己組織性に注目し,新規水素結合性超分子液晶の開発を行った.まず,葉酸にサーモトロピック液晶性を付与することを目的とし,グルタミン酸部位に3, 4-ジアルキルオキシフェネチル基を導入した.得られた化合物のサーモトロピック液晶性を評価したところ,側鎖の長さにより異なる液晶性を示すことがわかった.例えばヘキシル基あるいはウンデシル基を有するものではスメクチック相、オクタデシル基を有するものはディスコチック相を示した.IR測定により,このような違いは,葉酸のプテリン部位がリボン状あるいはディスク状と異なる水素結合パターンで集合したためであることがわかった.分子集合構造はX線測定により解析した.
ついで,得られた葉酸誘導体の環境応答性材料への展開を目指し,リボン状に集積している葉酸誘導体にアルカリ金属塩を添加し,イオン-双極子相互作用による集合形態変化の誘起を試みた.その結果,葉酸誘導体1モルに対し,ナトリウムトリフラートを0.5モル以上添加した複合体は、広い温度範囲でヘキサゴナルカラムナー相を示した.集合形態がリボン状からディスク状へと変化したためである.さらにこのような変化はドデカンの添加によっても誘起できることがわかった.葉酸誘導体は,イオンあるいは環境という刺激により,集合形態が変化する環境応答性材料となることがわかった.

Research Products

• [Publications] K.Kanie, T.Yasuda, M.Nishii, S.Ujiie, T.Kato: "Hydrogen-Bonded Lyotropic Liquid Crystals of Folic Acids : Responses to Environment by Exhibiting Different Complex Patterns"Chemistry Letters. 2001. 480-481 (2001)
• [Publications] K.Kanie, T.Yasuda, M.Nishii, S.Ujiie, T.Kato: "Self-Assembly of Thermotropic Liquid-Crystalline Folic Acid Derivatives : Hydrogen-Bonded Complexes Forming Layers and Columns"Journal of Materials Chemistry. 11. 2875-2886 (2001)
• [Publications] T.Kato, N.Mizoshita, K.Kanie: "Hydrogen-Bonded Liquid Crystalline Materials : Supramolecular Polymeric Assembly and the Induction of Dynamic Function"Macromolecular Rapid Communications. 22・11. 797-868 (2001)
• [Publications] 加藤隆史: "自己組織化でつくるソフトマテリアル-いろいろな分子を集めて,並べて,働かせる-"現代化学. 364・7. 24-32 (2001)
• [Publications] T.Kato: "Self-Assembly of Phase-Segregated Liquid Crystal Structures"Science. (in press). (2002)