分子モデリングを利用した界面を分離場とした機能材料の設計

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12750679
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 上江洲 一也 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (40253497)
• Keywords: 分子モデリング / 金属イオン分離 / 定量的構造特性相関法(QSPR) / ジホスホン酸型抽出剤 / 界面 / 分子認識材料 / 分子設計 / 計算化学

Research Abstract

界面を分離場とした高性能な分子認識材料を調製するためには,分子認識発現のメカニズムを明らかにし,これまで以上に分子認識場を精密に制御する必要がある。本研究では,錯体化学的実験手法とコンピュータ分子モデリング手法を駆使して,金属イオン分離機構の解明に取り組む。これを足がかりに,より高性能な分子認識素子を設計し,分子モデリングを利用した分離材料の設計という新しい分子認識素子開発手法の確立を目指す。
分離のターゲットは,これまでに多くの実績のある金属イオン(銅,亜鉛などの遷移金属およびランタノイド元素)とした。分子認識素子は,ターゲット分子の形状や化学的性質を高分子に刷り込む手法である界面分子インプリント法および抽出操作において有効であったリガンドを採用した。分子モデリングとしては,巨大な遷移金属およびランタノイド元素錯体を計算するのに最適なプログラムであるMOMECを用いた。MOMECは計算速度が非常に速い分子力学法に基づく計算手法であり,そのパラメータ群が金属錯体に最適化されている。
本年度は,二つのホスホン酸基をスペーサーによって連結したジホスホン酸型抽出剤について検討した。本抽出剤は,キレート効果による抽出能力の向上,およびスペーサーの立体的制約による金属イオン選択性の向上を目的として設計された抽出剤である。分子モデリングでは,まず分子軌道計算から得られたホスホン酸型抽出剤構造を再現するように,MOMECのパラメータを決定した。錯体モデルは,抽出平衡実験に基づいて,ランタノイド元素:抽出剤=1:4の八配位構造として計算を行い,それぞれの抽出剤のランタノイド元素錯体の最安定構造を求めた。さらに,その錯体のひずみエネルギーを算出し,ひずみエネルギーと抽出定数との定量的構造特性相関法(QSPR)を行ったところ,良好な直線関係が得られ,本手法の有用性を確認した。

Research Products

• [Publications] K.Araki,M.Yoshida,K.Uezu,M.Goto,S.Furusaki: "Lanthanide-Imprinted Resins Prepared by Surface Template Polymerization"J.Chem.Eng.Jpn.. 33・4. 665-668 (2000)