阪大ら,新たなキラル対称性の破れ現象を発見

大阪大学と大阪公立大学は,キラルなフェノチアジン誘導体のアキラル結晶が,分子のキラリティを反転しつつ単結晶性を維持したままキラル結晶へ構造転移する現象を発見した(ニュースリリース)。

キラル化合物は通常,鏡像の関係にある右手型の分子と左手型の分子がペアとなって存在している。しかし,地球上の生命体を構成するアミノ酸や糖はキラル化合物であるにも関わらず,生体内には片方の分子しか存在していない。

これを生命のホモキラリティといい,その理由や原因は多くの科学者によって長年研究されてきたが,いまだ解明されていない。

これまで,化学分野において,キラル化合物がペアの状態から片方だけの状態に変化するキラル対称性の破れ現象が2種類報告されてきた。この現象の原理を解明することで,生命のホモキラリティの理解に近づくと考えられている。

しかし,いずれも溶液中の現象であり,溶液中では少量のキラル分子と多量の溶媒分子が常に激しく運動しており複雑に入り乱れるため,キラル対称性の破れがなぜ起こるのか,どのように起こるのかという原理の解明には至らなかった。

研究グループは,アキラル結晶とキラル結晶が報告されており,分子のキラリティが容易に反転する有機分子フェノチアジン誘導体に着目し,結晶間の構造転移について熱分析やX線回折などの方法で詳細に調べた。

その結果,準安定なアキラル結晶から安定なキラル結晶に結晶性を維持したまま構造転移することを発見した。この現象は結晶中で,キラル分子がペアの状態から片方の状態に自発的に変化する,単結晶中で進行する新たなキラル対称性の破れ現象となる。

従来の現象では右手型と左手型のどちらに対称性が破れるかは完全にランダムだった。今回の研究内容ではさらに,右手型もしくは左手型のどちらのキラル結晶に構造転移するかを,種結晶を使用することで制御することにも成功した。

研究グループは,キラル結晶への構造転移に伴い,円偏光発光(CPL)特性も発現するため,構造転移をトリガーとするターンオン型の円偏光発光材料としての実用化も期待されるとしている。

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