科学大,分子捕捉/放出可能な芳香環チューブ開発

東京科学大学の研究グループは,作製後に,多段階かつ複数箇所で化学修飾できる芳香環チューブの開発とその空間機能の開拓に成功した(ニュースリリース)。

リングやチューブなどの環状構造を持つ分子は,空間内部を分子の捕捉・識別・反応場として活用できることから注目されている。しかし,用途に合わせて環状構造体の性質を調整するには,その多段階で煩雑な化学修飾が必要になる。金属イオンの配位結合を活用することで,簡便に環状構造を合成できるが,その結合が弱いため作製後の修飾は困難だった。

そこで研究では,配位結合を利用しながら,作製後にさまざまな化学修飾できる新たな分子チューブの構築を目指した。

まず,安定な配位結合を形成する塩化白金と有機部品を高温で混合することで,1nmサイズの筒型空間を持つ芳香環チューブの自己集合体を作製した。その1段階目の修飾として、白金上の4つのクロロ基はアルキニル基に置換することで,芳香環チューブに水溶性と発光性を付与できた。

このチューブの機能として,1分子のフラーレンを完全に捕捉した。また,酸化剤の添加によるチューブの2段階目の多点修飾で,捕捉されたフラーレンは即座に放出された。この修飾は還元剤で除去できるという。さらに,捕捉フラーレンの官能基化とその後の放出も達成した。

今回,作製後に多段階かつ複数箇所に化学修飾が可能な芳香環チューブを開発するとともに,チューブ空間での球状分子の捕捉・反応・放出できる新技術の確立に成功した。このような効率的かつ可逆的な捕捉と放出は,高精度な分子センサーや選択的な分子輸送としての応用が期待できるもの。

この研究の新規性と重要性は,安定な構造体の作製とその後の簡便な化学修飾を両立できた点にあるとする。この手法は,配位結合からなる多くの構造体への適用と2段階目の修飾で種々の官能基を導入できる拡張性を有していることから,研究グループは今後,塩化白金を応用した多様な超分子集合体とその空間機能の開拓が期待されるとしている。

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