(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、コレステリック液晶について、新たな物理的特性を有するコレステリック液晶化合物を設計する分子設計を行うに際し、不斉を有するコレステリック液晶の物性を予測解析する装置及び分子の立体配座構造を予測する装置を新たに提供すること。【解決手段】  共通する骨格を有し、一連のコレステリック液晶分子の立体配座を含む物性特性を解析予測する装置において、その赤外円二色性スペクトルの測定装置から得られるバンドから有意な差異を有するバンドを抽出する装置、抽出したバンド強度をプロットする装置及び物性相関情報を得る装置、この物性相関情報を得る装置に並列して前記抽出したバンド強度をプロットする装置から接続して不斉を有する液晶分子等の実測の赤外円二色性スペクトルと候補立体配座から求めた予測スペクトルとの一致を検証する装置が設けられていうことを特徴とする一連のコレステリック液晶分子の立体配座を含む物性特性を解析予測する装置。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通する骨格を有し、不斉を有する一連のコレステリック液晶分子の物性特性を解析予測する装置において、その赤外円二色性スペクトルの測定装置から得られるバンドから有意な差異を有するバンドを抽出する装置、抽出したバンド強度をプロットする装置及び物性相関情報を得る装置からなることを特徴とする不斉を有する一連のコレステリック液晶分子の物性特性を解析予測する装置。
【請求項２】
共通する骨格を有し、一連のコレステリック液晶分子の立体配座を含む物性特性を解析予測する装置において、その赤外円二色性スペクトルの測定装置から得られるバンドから有意な差異を有するバンドを抽出する装置、抽出したバンド強度をプロットする装置及び不斉を有する液晶分子等の実測の赤外円二色性スペクトルと候補立体配座から求めた予測スペクトルとの一致を検証する装置からなることを特徴とする一連のコレステリック液晶分子の立体配座を含む物性特性を解析予測する装置。
【請求項３】
共通する骨格を有し、一連のコレステリック液晶分子の立体配座を含む物性特性を解析予測する装置において、その赤外円二色性スペクトルの測定装置から得られるバンドから有意な差異を有するバンドを抽出する装置、抽出したバンド強度をプロットする装置及び物性相関情報を得る装置、この物性相関情報を得る装置に並列して前記抽出したバンド強度をプロットする装置から接続して不斉を有する液晶分子等の実測の赤外円二色性スペクトルと候補立体配座から求めた予測スペクトルとの一致を検証する装置が設けられていうことを特徴とする一連のコレステリック液晶分子の立体配座を含む物性特性を解析予測する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コレステリック液晶の物性特性の予測解析装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内分泌攪乱物質や薬剤の人体に対する活性の有無について、それら物質の分子の自由度に起因する立体配座構造が重要な一因子として働いていることが明らかにされつつある。このため、実際に用いられている物質系の重要な一因子となる立体配座構造を取り出す手段が求められている。
本発明者らは、すべてのタンパク質と数多くの薬剤がキラリティーを有すること及び赤外領域の分子振動に由来する吸収が、その物質に特徴的な固有なものであることに注目して，赤外円二色性（VCD）分光法を、新たな構造解析手段として活用してキラリティーを有する物質の構造解析法を開発した（非特許文献１）。
引き続き本発明者らは、生体分子をはじめとするキラリティーを有する物質に関しては、その赤外円二色性（VCD）バンドが立体配座に対して極めて敏感であることを見出した（非特許文献２）。
また、特定の化学構造式の化合物について、赤外円二色性吸収スペクトル（VCD）及び赤外吸収スペクトル（IR）を収集し、赤外吸収スペクトルから共通する振動モードに由来する吸収ピークをローレンツ関数近似により抽出し、抽出した吸収ピークに対応する赤外円二色性吸収スペクトルの吸収強度をアルキル鎖炭素数に対して解析を行った。その結果、赤外円二色性吸収スペクトルにおいて特定波長の吸収ピークに炭素数ｎが偶数のとき、VCD強度が正、奇数のときに０の結果が得られ、偶奇性があることを見出した。また、赤外吸収ピークに対応する赤外円二色性吸収スペクトルの相関について、モデルサンプル分子群の特定の赤外円二色性吸収スペクトルの吸収強度をアルキル鎖に対してプロットし、アルキル基の炭素数の偶奇性の有無の判断により、不斉アルキル基を有する化合物の優位な配座と，そのアルキル鎖炭素数の偶奇を判別することができることを見出した（特許文献１）。また、光学活性分子の優位な立体配座の探索法に関し、予め光学活性分子の単純化モデル分子の個々の立体異性から指標付けされた異性体立体配座構造とそのエネルギー値との相関を統計解析し、安定な立体配座構造の出現パターンを抽出し、出現パターンに基づいて光学活性分子の優位な立体配座を探索する方法、光学活性分子の単純化モデル分子の個々の立体異性から指標付けされた異性体立体配座構造の出現パターンを利用して赤外円二色性吸収スペクトルを利用する方法を発明した（特許文献２）。
そして、この成果をもとにした構造解析手法を用いて、内分泌攪乱物質や薬剤の構造活性相関への適用を試みているが、赤外円二色性（VCD）バンド以外にも数多くの因子が関わっているため、現時点では、この点だけから前記の解析を行う事は、なお容易ではないと考えている。
ところで、コレステリック相を形成するコレステリック液晶は、内分泌攪乱物質や薬剤に関連する物質であり、光学活性を有する分子群に属している。そして、個々のコレステリック液晶について、不斉やアルキル鎖炭素数の偶奇にこれらの事象が支配されることについて、その経験則については報告されているが、これがコレステリック液晶という全体の枠組みの中で、その作用の根本となる要因についての詳細は、依然として把握されていないという現状にある。この点が把握されていないがために、新規機能を有するコレステリック液晶の分子の設計というような問題に立ち向かおうとすると、どこから手をつけていったらよいかというような根本的な課題設定を行う事ができず、このような根本的な特性と構造との関係を明らかにすることへの期待が高まっている。
【０００３】
【非特許文献１】H. Izumi 他、Chem.Rec. 3,112（2003）
【非特許文献２】H. Izumi 他、J. Am. Chem. Soc.,2004, 126, 194
【特許文献１】特願２００３−３２２２８２号公報
【特許文献２】特願２００３−３２４９９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内分泌攪乱物質や一般の薬剤が有する活性は、分子の立体配座に起因する物理的性質に依存していると現在では考えられている。しかしながら、前記コレステリック液晶の場合には、従来，その作用の観点から整理されてきた経過があり、分子の立体配座などの構造と物理的性質の関係ということでは明らかではないと考えられる。本発明の課題は、コレステリック液晶について、新たな物理的特性を有するコレステリック液晶化合物を設計する分子設計を行うに際し、不斉を有するコレステリック液晶の物性を予測解析する装置及び分子の立体配座構造を予測する装置を新たに提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、共通する骨格を有する一連のコレステリック液晶分子の赤外円二色性スペクトルから有意な差異を有するバンドを抽出し、バンド強度をプロットし、その相関を検証することにより、不斉を有する液晶等の物性を予測解析可能であること及び不斉を有する液晶分子等の実測の赤外円二色性スペクトルと候補立体配座から求めた予測スペクトルとの一致を検証することにより、高い自由度を有する液晶分子等の立体配座構造を予測可能であることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、本発明によれば、以下の発明が提供される。
（１）共通する骨格を有し、不斉を有する一連のコレステリック液晶分子の物性特性を解析予測する装置において、その赤外円二色性スペクトルの測定装置から得られるバンドから有意な差異を有するバンドを抽出する装置、抽出したバンド強度をプロットする装置及び物性相関情報を得る装置からなることを特徴とする不斉を有する一連のコレステリック液晶分子の物性特性を解析予測する装置。
（２）共通する骨格を有し、一連のコレステリック液晶分子の立体配座を含む物性特性を解析予測する装置において、その赤外円二色性スペクトルの測定装置から得られるバンドから有意な差異を有するバンドを抽出する装置、抽出したバンド強度をプロットする装置及び不斉を有する液晶分子等の実測の赤外円二色性スペクトルと候補立体配座から求めた予測スペクトルとの一致を検証する装置からなることを特徴とする一連のコレステリック液晶分子の立体配座を含む物性特性を解析予測する装置。
（３）共通する骨格を有し、一連のコレステリック液晶分子の立体配座を含む物性特性を解析予測する装置において、その赤外円二色性スペクトルの測定装置から得られるバンドから有意な差異を有するバンドを抽出する装置、抽出したバンド強度をプロットする装置及び物性相関情報を得る装置、この物性相関情報を得る装置に並列して前記抽出したバンド強度をプロットする装置から接続して不斉を有する液晶分子等の実測の赤外円二色性スペクトルと候補立体配座から求めた予測スペクトルとの一致を検証する装置が設けられていうことを特徴とする一連のコレステリック液晶分子の立体配座を含む物性特性を解析予測する装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、不斉を有するコレステリック液晶について、共通する骨格を有する一連のコレステリック液晶分子の赤外円二色性スペクトルから有意な差異を有するバンドを抽出し、バンド強度をプロットし、その相関を検証することにより、不斉を有する液晶等の物性を予測解析する装置及び不斉を有する液晶分子等の実測すること及び不斉を有する液晶分子等の実測の赤外円二色性スペクトルと候補立体配座から求めた予測スペクトルとの一致を検証することにより、不斉と高い自由度を有する液晶分子等の立体配座構造を予測する装置が得られる。
本発明に係る前記解析装置は、キラリティーと高い自由度を有する、コレステリック液晶等の物性予測に用いることが出来るので、新たな機能を有する液晶分子の設計に活用することができ、さらに、構造−物性−活性相関等を活用した、有害物質の人体への影響評価や薬理プロテオミクスによる創薬などの応用面での展開を可能にするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の方法は、コレステリック液晶を対象とするものである。コレステリック液晶は、生体関連物質として広く知られており、一般のディスプレー材料としても広く用いられるところである。この物質には、共通する骨格及び不斉を有する化合物群を有している。
【０００９】
この化合物は、光学活性を有し、かつ構造の一部に鎖状構造あるいは環状構造を有する有機化合物である。この一部に鎖状構造、又は環状構造を有する点が、重要な手掛りとなる。
前記光学活性を有する化合物は、一部がエステル基、炭酸エステル基、カルボニル基、ヒドロキシル基、フェニル基、アルケン、ハロゲンのような官能基で置換されている場合があるが、これらを含んでいても当然差し支えない。さらに不斉点は、複数を有していてもかまわない。
【００１０】
このような光学活性分子としては、例えば、以下のような化合物を例示することができる。
コレステロールアセテート、コレステロールプロピオネート、n-ブチリックアシッドコレステロールエステル、コレステロールn-バレレート、コレステロールn-ヘキサノエート、コレステロールn-ヘプタノエート、コレステロールn-カプリレート、コレステロールペラルゴネート、コレステロールn-カプレート、コレステロールラウレート、コレステロールミリステート、コレステロールパルミテート、コレステロール、β-コレスタノール、コレステリルクロライド、コレステリルブロマイド、コレステロールメチルカルボネート、コレステロールエチルカルボネート、コレステロール-n-ブチルカルボネート、コレステロール-n-アミルカルボネート、コレステロール-n-ヘキシルカルボネート、コレステロール-n-ヘプチルカルボネート、コレステロール-n-ノニルカルボネート、コレステロールオレイルカルボネート。
【００１１】
本発明の装置は、図1に示される装置からなる工程から構成されているものである。この図にしたがって、説明する。
本発明の装置及び測定方法は、以下の装置からなる工程から構成される。
第一工程  共通する骨格を有する一連のコレステリック液晶分子の赤外円二色性スペクトルから有意な差異を有するバンドを抽出する装置、この結果からバンド強度をとしてプロットする装置からなる工程
（１）共通する骨格を有する一連のコレステリック液晶分子の赤外円二色性スペクトルから有意な差異を有するバンドを抽出するには、コレステロール誘導体を四塩化炭素の溶液にして、溶解させ、特定の濃度としたものをサンプルセルに入れて、赤外円二色性スペクトル（VCD）及び赤外吸収スペクトル（IR）を測定する装置を用いて測定結果を収集する。
本発明で用いる赤外および赤外円二色性測定に使用する装置に制約はなく、赤外スペクトル装置および赤外円二色性スペクトル装置としては、たとえばBomem/BioTools製Chiralirを用いることができる。
赤外円二色性測定に使用する溶媒は、疎水性溶媒、親水性溶媒いずれの溶媒も使用できるが、好ましくは、四塩化炭素、重クロロホルム、重塩化メチレン、重ジメチルスルホキシド、水等が使用される。対象となる化合物が液体の場合にはneatで測定可能である。
サンプルセルの窓板は赤外線を透過する材質のものであれば何れも使用できるが、好ましくはNaCl板、BaF2板が望ましい。
そして、赤外円二色性スペクトルのスペクトルを赤外吸収スペクトル（IR）を重ね合わせて表示し、有意な差異を有するVCDバンドを抽出する装置に送る（前記特許文献1の方法）。具体的には、赤外吸収スペクトルから共通する振動モードに由来する吸収ピークをローレンツ関数近似により抽出する装置である。
そして、この結果をプロット装置に接続されている。
この結果に対して判別の精度が十分であり、精度を上げる必要がないと判断された場合には、第二工程の「プロットされた結果から、その相関を検証することにより、不斉を有する液晶等の物性を予測解析する工程」に接続する。
（２）そして、（１）の操作において、この結果に対する判別の精度が十分でないと判断された場合には、理論計算を用いて優位な配座を求めることができるまで解析を行う装置である。優位な配座をもとめることができたら、その結果を第二工程の「プロットされた結果から、その相関を検証することにより、不斉を有する液晶等の物性を予測解析する工程」に接続する。
【００１２】
第二工程  前工程で得られたバンド強度をプロットされたバンド強度の結果から、その相関を検証する装置からなる。そして、不斉を有する液晶等の物性を予測する装置からなる工程である。
バンド強度の相関を検証することにより、光学活性分子の物性を予測解析するには、たとえば、前記特許文献１記載の方法を用いて求めた相関関係のプロットした結果から光学活性分子の物性のプロットを重ねて表示させることにより解析する装置である。
抽出したVCDバンドに対応するバンド強度と等方性液体−コレステリック相間相転移温度をアルキル鎖炭素数に対してプロットし、解析を行う。VCDバンド強度と等方性液体−コレステリック相間相転移温度によい相関が見出すことができる。
【００１３】
第三工程  さらに、光学活性分子の実測の赤外円二色性スペクトルと候補立体配座から求めた予測スペクトルとの一致を検証する装置から構成されている。この工程では、光学活性分子の立体配座構造を予測することができる。
立体配座候補の探索には、たとえば、前記特許文献２記載の方法を用いればよい。候補立体配座から予測スペクトルを作成する装置に特に制限はないが、好ましくはB3LYPファンクショナルを用いた密度汎関数法による振動数計算からギブズ自由エネルギーを求めた後、ボルツマンポピュレーションに変換し、各々の立体配座の予測スペクトルにボルツマンポピュレーションの係数を掛けたものを足すことにより平均スペクトルを求めるようにした装置を用いることができる。
具体的には、前記第一工程の赤外円二色性スペクトルを重ね合わせて表示し、有意な差異を有するVCDバンドを抽出した後に、他のコレステロール誘導体について、B3LYPファンクショナルを用いた密度汎関数法による理論計算を行い、優位な立体配座の探索を行う。選択則に従い、優位な立体配座を見出す装置である。各々の立体配座の予測スペクトルに振動数計算から求めたボルツマンポピュレーションの係数を掛けたものを足すことにより平均スペクトルを作成し、実測のスペクトルとの比較を行うことができる。予測スペクトルと実測のスペクトルが非常によい一致を示した場合には、前記の優位な立体配座に支配されるということが分かる。
【００１４】
前記の工程を整理すると以下のとおりである。
共通する骨格を有する一連のコレステリック液晶分子等の赤外円二色性スペクトルから有意な差異を有するバンドを抽出する装置、バンド強度をプロットする装置（第一工程）、その相関を検証する装置（第二工程）を結合することにより、不斉を有する液晶等の物性を予測解析可能となること、また、第一工程の得られた結果と、不斉を有する液晶分子等の実測の赤外円二色性スペクトルと候補立体配座から求めた予測スペクトルとの一致を検証する装置（第三工程）を結びつけることにより、高い自由度を有する液晶分子等の立体配座構造を予測可能することができる。
コレステリック液晶物性及び立体配座解析装置は、共通する骨格を有する一連のコレステリック液晶分子等の赤外円二色性スペクトルから有意な差異を有するバンドを抽出する装置、バンド強度をプロットする装置（第一工程）に続いて、前記第二工程の装置及び第三工程の装置を並列に結合することにより、不斉を有する液晶等の物性を予測解析しかつ不斉を有する液晶分子等の実測の赤外円二色性スペクトルと候補立体配座から求めた予測スペクトルとの一致を検証することにより、不斉と高い自由度を有する液晶分子等の立体配座構造を予測するものである。本解析装置を活用すると従来不可能であった、不斉を有する液晶等の物性相関情報と立体配座構造を同時に取り出すことができる。
【００１５】
従って、本発明に係る前記解析装置は、キラリティーと高い自由度を有する、コレステリック液晶等の物性予測に用いることが出来ることから、例えば新たな機能を有する液晶分子の設計に活用することができ、さらに、構造−物性−活性相関等を活用した、有害物質の人体への影響評価や薬理プロテオミクスによる創薬などの応用面での展開が充分に期待されるものである。
次に本発明を実施例により、さらに詳細に説明する。
【００１６】
実施例１
下記化学構造式(I)で表せる一連のコレステロール誘導体（nは1-9,11,13,15）を四塩化炭素に溶液に溶解し、濃度を0.02
Mにし、BaF2窓板サンプルセルに入れ、２時間積算を行い、赤外円二色性スペクトル（VCD）及び赤外吸収スペクトル（IR）を収集した。それら赤外円二色性スペクトルを重ね合わせて表示し、有意な差異を有するVCDバンドを抽出した。その結果を図２に示す。
【化１】
2005257410.tif 000002
つぎに、抽出したVCDバンドに対応するバンド強度と等方性液体−コレステリック相間相転移温度をアルキル鎖炭素数に対してプロットし、解析を行った。その結果を図３に示す。図３から、低濃度においては、VCDバンド強度と等方性液体−コレステリック相間相転移温度によい相関が見出された。
【００１７】
実施例２
前記化学構造式(I)で表せる一連のコレステロール誘導体（nは1-9,11,13,15）を四塩化炭素に溶液に溶解し、濃度を0.1
Mにし、BaF2窓板サンプルセルに入れ、２時間積算を行い、赤外円二色性スペクトル（VCD）及び赤外吸収スペクトル（IR）を収集した。それら赤外円二色性スペクトルを重ね合わせて表示し、有意な差異を有するVCDバンドを抽出した。
つぎに、抽出したVCDバンドに対応するバンド強度差とコレステリック相−スメクティック相間相転移温度をアルキル鎖炭素数に対してプロットし、解析を行った。その結果を図４に示す。図４から、高濃度においては、nが6より大きいところでVCDバンド強度とコレステリック相−スメクティック相間相転移温度によい相関が見出された。
【００１８】
実施例３
下記化学構造式(II)で表せる一連のコレステロール誘導体（XはCl,Br）を四塩化炭素に溶液に溶解し、濃度を0.1
Mにし、BaF2窓板サンプルセルに入れ、２時間積算を行い、赤外円二色性スペクトル（VCD）及び赤外吸収スペクトル（IR）を収集した。それら赤外円二色性スペクトルを重ね合わせて表示し、有意な差異を有するVCDバンドを抽出した。その結果を図５に示す。
【化２】
2005257410.tif 000003
つぎに、XがClであるコレステロール誘導体について、B3LYPファンクショナルを用いた密度汎関数法による理論計算を行い、優位な立体配座の探索を行った。選択則に従い、４個の優位な立体配座を見出した。各々の立体配座の予測スペクトルに振動数計算から求めたボルツマンポピュレーションの係数を掛けたものを足すことにより平均スペクトルを作成し、実測のスペクトルとの比較を行った。その結果を図６に示す。図６から、予測スペクトルと実測のスペクトルが非常によい一致を示したことから、４個の優位な立体配座に支配されることがわかった。さらに、有意な差異を有するVCDバンドが帰属された。もっとも安定な予測立体配座を図７に示す。
【００１９】
実施例４
前記化学構造式(I)で表せるコレステロール誘導体（nは1）について、B3LYPファンクショナルを用いた密度汎関数法による理論計算を行い、優位な立体配座の探索を行った。選択則に従い、４個の優位な立体配座を見出した。各々の立体配座の予測スペクトルに振動数計算から求めたボルツマンポピュレーションの係数を掛けたものを足すことにより平均スペクトルを作成し、実測のスペクトルとの比較を行った。その結果を図８に示す。図８から、予測スペクトルと実測のスペクトルが非常によい一致を示したことから、４個の優位な立体配座に支配されることがわかった。さらに、有意な差異を有するVCDバンドが帰属された。
【００２０】
実施例５
前記化学構造式(I)で表せるコレステロール誘導体（nは3）について、B3LYPファンクショナルを用いた密度汎関数法による理論計算を行い、優位な立体配座の探索を行った。選択則に従い、１２個の優位な立体配座を見出した。各々の立体配座の予測スペクトルに振動数計算から求めたボルツマンポピュレーションの係数を掛けたものを足すことにより平均スペクトルを作成し、実測のスペクトルとの比較を行った。その結果を図９に示す。図９から、予測スペクトルと実測のスペクトルが非常によい一致を示したことから、１２個の優位な立体配座に支配されることがわかった。さらに、有意な差異を有するVCDバンドが帰属された。もっとも安定な予測立体配座を図１０に示す。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の装置を説明するフローチャート
【図２】コレステロール誘導体（nは5-7）のVCDスペクトル
【図３】VCDバンド強度と等方性液体−コレステリック相間相転移温度の相関
【図４】VCDバンド強度とコレステリック相−スメクティック相間相転移温度の相関
【図５】コレステロール誘導体（XはCl,Br）のVCDスペクトル
【図６】コレステロール誘導体（XはCl）の実測及び予測VCDスペクトル
【図７】コレステロール誘導体（XはCl）のもっとも安定な予測立体配座
【図８】コレステロール誘導体（nは1）の実測及び予測VCDスペクトル
【図９】コレステロール誘導体（nは3）の実測及び予測VCDスペクトル
【図１０】コレステロール誘導体（nは3）のもっとも安定な予測立体配座
【図１】
2005257410.tif 000004
【図２】
2005257410.tif 000005
【図３】
2005257410.tif 000006
【図４】
2005257410.tif 000007
【図５】
2005257410.tif 000008
【図６】
2005257410.tif 000009
【図７】
2005257410.tif 000010
【図８】
2005257410.tif 000011
【図９】
2005257410.tif 000012
【図１０】
2005257410.tif 000013