(57)【要約】      （修正有）【課題】水溶液系において分子の分散(ゾル)/分子集合体形成(ゲル)の転移により蛍光挙動が変化するハイドロゲル材料およびその制御方法の提供。【解決手段】下記一般式で表される、シアノビフェニル基とペプチド基からなる組織化ユニットを化学結合してなるゲル生成化合物、又はその塩。2014101473.tif 000006［上記一般式中、Ｒ1は炭素数４以下のアルキル基、Ｒ2は水素原子又は炭素数４以下のアルキル基、ｍは０又は１〜１０の自然数、ｎは２〜１０の自然数、＊はその炭素がＲもしくはＳ体(該炭素がアミノ酸残基に属する場合にはＬもしくはＤ体)に対応する光学活性エナンチオマーを示す］【選択図】図１
2014101473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の一般式で表される、シアノビフェニル基とペプチド基からなる組織化ユニットを化学結合してなるゲル生成化合物、又はその塩。
【化１】
2014101473.tif 000005
［上記一般式中、Ｒ1は炭素数４以下のアルキル基、Ｒ2は水素原子又は炭素数４以下のアルキル基、ｍは０又は１〜１０の自然数、ｎは２〜１０の自然数、＊はその炭素がＲもしくはＳ体(該炭素がアミノ酸残基に属する場合にはＬもしくはＤ体)に対応する光学活性エナンチオマーを示す］
【請求項２】
請求項１に記載のゲル生成化合物又はその塩から選ばれた少なくとも１種の化合物又はその塩を有効成分とする、ゾル−ゲル相互間の相転移性機能材。
【請求項３】
請求項１に記載のゲル生成化合物分子から形成され、それぞれの分子の組織化をつかさどる部位であるペプチド基同士が相互に並列し、それにより、それぞれの分子の蛍光挙動にかかる部位であるシアノビフェニル基同士も相互に並列した構造を備える分子集合体。
【請求項４】
数十nmの繊維状組織体であることを特徴とする、請求項３に記載の分子集合体。
【請求項５】
請求項１に記載のゲル生成化合物又はその塩を親水性溶媒中に分散させて、可視光域で蛍光を発生するゾル分散液を作成し、当該分散液に水を加えることにより、可視光域でより長波長側にシフトした蛍光を発生する当該化合物の分子集合体ゲルを形成させることを特徴とする、請求項３に記載のゲル生成化合物の分子集合体の製造方法。
【請求項６】
親水性溶媒が、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、１,４-ジオキサン、テトラヒドロフラン、メタノールおよびエタノールのいずれかであることを特徴とする、請求項５に記載の分子集合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶媒の種類によって分子が分散し、また、分子集合体を形成すること(ゾル/ゲル転移)によって蛍光波長を変化させることのできる新規化合物、及び当該化合物の分散状態を変化させることによって蛍光波長を変化させる方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機低分子が水素結合やvan der Waals相互作用などの非共有結合により会合体を形成して分子集合体となり溶媒を取り込んでゲル化する有機低分子ゲル化剤は、環境や特定の刺激により上記非共有結合を可逆的に切断/再結合することができ、それに伴いゾル/ゲル相転移現象を示す。ゲル化剤の組織化に機能の発現を伴う場合は、ゲル化剤の組織化を制御することにより、その機能を可逆的にon/off制御することが可能であり、このようなゲル化剤には、環境や刺激に応答するセンサーとしての利用が期待される。
このような、組織化により機能を可逆的に変化させる分子系として、近年、組織化によって「蛍光挙動(波長や強度)を可逆的に変化させることのできる分子系」が知られている。これまでに、スチルベン誘導体(非特許文献１)、カルバゾール誘導体(非特許文献２)、フェナンスロリン誘導体(非特許文献３)、トリフェニルベンゼン誘導体(非特許文献４)等について、有機溶媒中で形成する組織体が、分子単独の場合と比べると蛍光強度が強まることが報告されている。
しかしながら、これらの分子系は有機溶媒系においてのみ適用可能であり、水系溶媒には適応できない。その理由は、用いる分子が水系の溶媒に不溶であるためである。機能材料の応用において工業的な視点から考慮すると、環境に負荷を与えない水溶液系においてこのような機能を発現する分子系が望ましいが、これまで、水溶液系で分子の分散(ゾル)/分子集合体形成(ゲル)の転移により蛍光挙動が変化する分子系の報告例はない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】中村徹等、特許第4579111号(登録日：2010.9.3)
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】B-K.An，et al.，J.Am.Chem.Soc.，2004，126，10232-10233.
【非特許文献２】X.Yang，et al.，Chem.Commun.，2008，453-455.
【非特許文献３】K.Sugiyasu，et al.，Org.Biomol.Chem.，2003，1，895-899.
【非特許文献４】C.Bao，et al.，Chem.Eur.J.，2006，12，3287-3294.
【非特許文献５】Y.Matsuzawa，et al.，Adv.Funct.Mater.，2007，17，1507-1514.
【非特許文献６】Y.Hayashi，et al.，J.Photochem.Photobiol.，A，2002，149，199-206.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、工業的な操作性を考慮し、水溶液系において分子の分散(ゾル)／分子集合体形成(ゲル)の転移により蛍光挙動が変化するハイドロゲル材料、およびその蛍光挙動の制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、これまでの分子集合体に関する知見(非特許文献５、特許文献１)をもとに、水系溶媒においても展開可能であり、なおかつ、蛍光挙動をつかさどる部位と組織化をつかさどる部位が明確に区別され、組織化により蛍光波長が変化する分子系を確立した。
具体的には、本発明の分子集合体は、図１に示すように、組織化をつかさどる部位と蛍光挙動にかかる部位が分子内で明確に分かれて構成された分子からなる。蛍光挙動にかかる部位は目的(たとえば、発光波長など)に応じて適宜変更することが可能である。組織化をつかさどる部位はオリゴペプチドによって構成されており、分子間水素結合を形成することにより組織化する。組織化させるためには水や親水性有機溶媒(ジメチルスルホキシドやジメチルホルムアミド等)、またはそれらの混合物を用いる。
今回、本発明者らは特にシアノビフェニル基に着目し、図２に示す化合物１の分子を設計した。シアノビフェニル基は会合体を形成することにより、長波長シフトした蛍光を発することが知られている(非特許文献６)が、シアノビフェニル基そのものには自発的に会合体を形成する性質はない。本発明者らは、本発明者らがこれまでに見出している(非特許文献５、特許文献１)組織化するユニット(オリゴペプチド基)をシアノビフェニル基に結合することで、会合体形成を促した。
【０００７】
すなわち、この出願によれば、以下の発明が提供される。
〈１〉以下の一般式で表される、シアノビフェニル基とペプチド基からなる組織化ユニットを化学結合してなるゲル生成化合物、又はその塩。
【化１】
2014101473.tif 000003
［上記一般式中、Ｒ1は炭素数４以下のアルキル基、Ｒ2は水素原子又は炭素数４以下のアルキル基、ｍは０又は１〜１０の自然数、ｎは２〜１０の自然数、＊はその炭素がＲもしくはＳ体(該炭素がアミノ酸残基に属する場合にはＬもしくはＤ体)に対応する光学活性エナンチオマーを示す］
〈２〉〈１〉に記載のゲル生成化合物又はその塩から選ばれた少なくとも１種の化合物又はその塩を有効成分とする、ゾル−ゲル相互間の相転移性機能材。
〈３〉〈１〉に記載のゲル生成化合物分子から形成され、それぞれの分子の組織化をつかさどる部位であるペプチド基同士が相互に並列し、それにより、それぞれの分子の蛍光挙動にかかる部位であるシアノビフェニル基同士も相互に並列した構造を備える分子集合体。
〈４〉数十nmの繊維状組織体であることを特徴とする、〈３〉に記載の分子集合体。
〈５〉〈１〉に記載のゲル生成化合物又はその塩を親水性溶媒中に分散させて、可視光域で蛍光を発生するゾル分散液を作成し、当該分散液に水を加えることにより、可視光域で、より長波長側にシフトした蛍光を発生する当該化合物の分子集合体ゲルを形成させることを特徴とする、〈３〉に記載のゲル生成化合物の分子集合体の製造方法。
〈６〉親水性溶媒が、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、１,４-ジオキサン、テトラヒドロフラン、メタノールおよびエタノールのいずれかであることを特徴とする、〈５〉に記載の分子集合体の製造方法。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の化合物は、水系の溶媒において、溶媒の種類を変えることにより、溶媒中の分子の分散状態を、分子が溶媒中に分散したゾル状態から分子集合体が形成されたゲル状態に変化させることができ、また、当該分散状態の変化に伴い、当該分子が発光する蛍光の波長を長波長側にシフトさせることができる。
本発明によれば、今まで、粘性の変化等マクロな現象でしか捉えられなかった、水系溶媒中の分子の分散状態、すなわち、分散(ゾル)および分子集合体形成(ゲル)の挙動を視覚的にとらえることができ、これにより局所的な組織化の崩壊・形成をも観察することができる。(イメージ：図１)
本発明のゲル状の分子集合体は、外部からの刺激、例えば熱が加わることにより、ゾル状の分散液に可逆的に変化し、それに伴って蛍光の波長も短波長側にシフトする。この性質を利用して、本発明の化合物は、水系溶媒中の分散物として、例えば熱センサーなどに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】組織化により蛍光発光が変化する分子系のイメージ図。
【図２】化合物１の合成スキーム。
【図３】化合物１のゲル化の様子を示す写真図(化合物１(1mg)をジメチルスルホキシド200μl、水800μlでゲル化)。
【図４】化合物１のゲル(ａ)とゾル(ｂ)における、アミドの伸縮振動領域の赤外吸収スペクトル。
【図５】化合物１の分子集合体(キセロゲル)のＳＥＭ写真図。
【図６】化合物１の蛍光スペクトル(化合物１のジメチルスルホキシド溶液(実線)、化合物１のジメチルスルホキシド200μl/水800μlのゲル(点線)。励起波長320 nm)。
【図７】化合物１の蛍光発光の様子を示す写真図(右：化合物１のジメチルスルホキシド200μl/水800μlのゲル、左：化合物１のジメチルスルホキシド溶液。励起波長320 nm)。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１０】
（１）化合物１の合成
図２に示すスキームに従い、化合物１を合成した。
４-シアノ-４’-ヒドロキシビフェニル(5.06g)、K2CO3(7.25g)、ブロモ酢酸エチル(4.17g)を脱水ジメチルホルムアミド(5mL)に溶解し(三口フラスコ使用)、窒素雰囲気化で撹拌しながら120℃に加熱した。そのまま120℃で３時間加熱したあと、当該ジメチルホルムアミド溶液をイオン交換水中(100mL)に投入し、30分程撹拌した。析出した白色沈殿物を吸引濾過により濾別した。回収した白色固体を精製の目的で再びイオン交換水(100mL)に投入して撹拌を行い、吸引濾過により濾別した。得られた白色固体をクロロホルム(150mL)に溶解し分液漏斗に移し、超純水(200mL)で２回洗浄した。その後クロロホルム溶液に無水硫酸ナトリウムを適量投入し撹拌することで残留する水を取り除いた。続いてクロロホルムを減圧除去し、得られたオイル状残渣にヘキサン(100mL)を加え撹拌した。ヘキサン溶液中に生じた白色固体を吸引濾過により回収した。4gの中間体１を得た。
中間体１(4.00g)に酢酸(80mL)と少量のトシル酸を加え、130℃で12時間加熱した。その後室温で静置したあと、超純水を少しずつ加え白色沈殿を生成させた。吸引濾過により回収した白色沈殿(3.29g)を、ヘキサン(50mL)とジクロロメタン(2.5mL)に分散させ、撹拌することにより精製した。回収した白色固体を減圧乾燥させ、2.6gの中間体２を得た。
ｔ-ブチルオキシカルボニル-(Ｌ-バリン)3-ベンジルエステル(1.7g)を酢酸エチル(50mL)に溶解し、4N-塩化水素/酢酸エチル(60mL)を加え、４時間撹拌した。減圧下で溶媒を完全に留去し、得られた白色沈殿にジエチルエーテルを加えよく洗浄し、白色固体の中間体３(1.2g)を得た。
中間体２(0.3g)と１-ヒドロキシベンゾトリアゾール(HOBt)を乾燥ＤＭＦ(10mL)に溶解し、-5℃でかきまぜながら、１-エチル３-(３-ジメチルアミノプロピル)カルボジイミド塩酸塩(WSC)を含むジクロロメタン溶液を加えた。１時間後、中間体３(0.57g)を含むジクロロメタン溶液とトリエチルアミンを加え、徐々に室温に戻しながら一昼夜撹拌した。
反応溶液を10%クエン酸水溶液、水、4%炭酸水素ナトリウム水溶液、水で各２回ずつ洗浄し、有機層を無水硫酸ナトリウムで乾燥した。減圧下で溶媒を完全に留去し、粗生成物を得た。シリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒クロロホルム)で単離精製し中間体４(0.46g)を得た。
中間体４(1.5g)をＤＭＦ(100mL)に溶解し、触媒として5%パラジウム/炭素を0.24g加え、接触水素還元を行った。６時間後、触媒としてセライトを用いて濾過した後、溶媒を減圧留去し白色固体を得た。得られた白色固体をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒クロロホルム：エタノール＝４：１)で精製したあと、得られた固体をエーテル中で撹拌し、化合物１を単離精製した(1.0g)。
白色粉末。
1H NMR (DMSO-d6) d：0.70-1.05(m，18H，CH(CH3)2)，1.90-2.09(m，3H，CH(CH3)2)，4.00-4.10(m，1H,N-CH-CO)，4.20-4.29(m，1H，N-CH-CO)，4.31-4.35(m，1H，N-CH-CO)，4.59-4.70(m，2H，O-CH2-CO)，7.05(d，2H，Ar-H)，7.72-7.99(m，6H，Ar-H).
Anal．Calcd for C30H38N4O6：C，65.44；H，6.96；N，10.17%.
Found：C，65.75；H，7.04；N，9.91%.
【００１１】
（２）分子集合体の作製
分子集合体は、化合物１の組織化をつかさどる部位に水素結合を形成させることにより(図１参照)作成することができる。すなわち、水素結合しやすいような溶媒条件を用いて作成する。
(１)で得られた化合物１を1mg秤量し、200μlのジメチルスルホキシドに加熱・溶解し、さらに水800μlを加えた。特に加熱の必要もなく良好な分子集合体を形成し、さらにこの分子集合体は溶媒を取り込んでゲルを形成した(図３)。
同様の実験を、各種の溶媒および混合溶媒を用いて行った。その結果を、表１に示す。
【００１２】
【表１】
2014101473.tif 000004
以上の結果から、このようにして化合物１のゲルを形成させることができる溶媒としては、ジメチルスルホキシド/水の他に、ジメチルホルムアミド/水、ジメチルアセトアミド/水、１,４-ジオキサン/水、テトラヒドロフラン/水、メタノール/水、エタノール/水を挙げることができる。
【００１３】
（３）分子集合体の解析
(２)で得られたゲル中における分子集合体の形成について、赤外吸収スペクトル測定を行うことで同定した。(１)で得られた化合物１を1mg、200μlのジメチルスルホキシド-d6に溶解し、さらに重水800μlを加えてゲル化させた。このゲル化生成物の赤外吸収スペクトルを図４の(ａ)に示す。また、(１)で得られた化合物１を1mg、1mlのジメチルスルホキシド-d6に溶解し、得られたゾル溶液の赤外吸収スペクトルを測定した結果を、図４の(ｂ)に示す。ゲルではアミド領域のピークが低波数側にシフトしており、このことから、化合物１のオリゴペプチド間に相補的な水素結合が形成されていることが示唆された。さらに、ゲル化生成物から作製したキセロゲルのＦＥ-ＳＥＭ観察を行ったところ、幅が数10ナノメートルの繊維状組織体が形成されていることがわかった。(図５)。
【００１４】
（４）化合物１の分子分散体と分子集合体の蛍光挙動
(１)で得られた化合物１が溶けた状態(ゾル、ジメチルスルホキシド溶液)と分子集合体(ゲル、ジメチルスルホキシド/水＝１/９混合溶液系)の蛍光スペクトル測定を行った(励起波長は320nm)。化合物１は、ゲル化することでより可視領域に蛍光がシフトし、視認性が増すことがわかった。蛍光スペクトルの測定結果を図６に示す。また、化合物１の分子分散体と分子集合体が蛍光を発している様子を図７に示す。
【産業上の利用可能性】
【００１５】
本発明は、光学材料、粘性材料、マイクロカプセル、センサー、医療技術、電気製品、測定機器等の技術分野に応用可能である。
【図１】
2014101473.tif 000007
【図２】
2014101473.tif 000008
【図３】
2014101473.tif 000009
【図４】
2014101473.tif 000010
【図５】
2014101473.tif 000011
【図６】
2014101473.tif 000012
【図７】
2014101473.tif 000013