hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
エピタキシャル成長した3層構造シアノ錯体の機能性発現

本研究の目的は、エピタキシャル成長技術を駆使して3層構造シアノ錯体素子を作成し、その機能性を発現させることである。素子は2つの機能層A, B、およびその間の電子ブロック層の3層から構成され、それらはエピタキシャルに接している。前年度までに、機能層の物性、特にLi-Mn-Feシアノ錯体の構造特性および電子状態のLi濃度依存性を明らかにした。本年度(平成25年度)は、機能層の候補物質に関する知見のさらなる深化を目指した。具体的には、Mnの一部をCoに置換したシアノ錯体を作成し、構造特性および電子状態のLi濃度依存性を調べた。シアノ錯体薄膜は電解析出法で作成した。溶液組成を適切に設定することで、Co置換量(y)の制御に成功した(Li_xMn<1-y>Co_y[Fe(CN)_6]_zwH_2O ; 0≦y≦1)。シアノ錯体はリチウムイオン電池正極材料として機能することが知られている。電池特性として放電曲線を調べると、2つのプラトー(それぞれP1, P2と記す)が観測され、電位はそれぞれ3.9V(P1)、3.3V(P2)であった。XAS測定の結果、Co置換量がy≦y_c=0.33 (y_c≦y)の試料ではP1領域でMn(Fe)が還元され、P2領域でFe(MnとCo)が還元されると判明した。また、y≦y_cで正方晶の2相共存状態が観測され、y_c≦yではそれが消失した。さらに、Feが還元されるプラトーにおける格子定数に着目すると、yの増加に伴い不連続に減少し、y≦y_c (y_c≦y)おいては10.5Å(10.0Å)であった。Feの酸化還元電位が水溶液中のそれと比較し大幅に上昇した(3.4Vから4.0V)。これは、適切な化学的アプローチを施すことでFeの酸化還元電位を増大させることができることを示唆している。このことは他の物質系で電池起電力を向上させるためのヒントとなり得る。(抄録なし)本研究の目的は、エピタキシャル成長技術を駆使して3層構造シアノ錯体素子を作成し、その機能性を発現させることである。この素子は2つの機能層A,Bと、その間の電子ブロック層から構成され、それらはエピタキシャルに接している。平成23年度は、機能層としての利用が期待されるシアノ錯体薄膜のうち、主にLi化合物の基礎物性解明を目的として研究を行い、以下の成果を得た。1. Liイオン二次電池正極材料として高い電気容量(128mAh/g)と良好なサイクル特性が報告されている、Mn-Feシアノ錯体薄膜(Na_<1.32>Mn[Fe(CN)_6]_<0.83>3.5H_2O)[文献:T.Matsuda,et al.,APEX,4(2011)047101]の電池容量をさらに増大させるために、カチオン濃度のより高いMn-Feシアノ錯体薄膜Na_<1.72>Mn[Fe(CN)_6]_<0.93>2.3H_2O(NMF93)を作成した。同薄膜電極で充放電試験を行ったところ、容量は100mAh/g程度となり、理論容量(151mAh/g)を大きく下回った。またサイクル特性も劣悪であった。そこで、buffer層(Na_<1.24>Mn[Fe(CN)_6]_<0.81>3.0H_2O)上にNMF93をエピタキシャル成長させると、容量は140mAh/gまで増大し、サイクル特性も向上した。これより、エピタキシャル成長技術は二次電池電極作成において有効であることが分かった。さらに、同電極の放電レート120Cにおける容量は、放電レート0.4Cにおける容量の50%以上を保持し、高速放電が可能であることが分かった。2.Mn-Feシアノ錯体薄膜電極、およびMnを他の遷移金属(M=Ni,Co,Cd)に置換した薄膜電極に対して交流インピーダンス測定を行い、電極中におけるLiイオン拡散係数Dの遷移金属依存性を調べた。結果、全試料においてDは10^<-9>cm^2/s程度となり、既存の酸化物系正極材料よりも約10倍大きいことが分かった。これが高速放電の起源だと考えられる。また、Mn-Feシアノ錯体薄膜電極のDが他の3つのシアノ錯体薄膜電極のDと比較してやや小さい値を示した。これは、充放電過程で生じるMn^<3+>のヤン-テラー歪みに起因するものである可能性がある。この素子は2つの機能層A,B、およびその間の電子ブロック層の3層から構成され、それらはエピタキシャルに接している。平成24年度は、機能層としての利用が期待されるシアノ錯体薄膜のうち、主にLi化合物の基礎物性解明を目的として研究を行い、以下の成果を得た。Li-Mn-Feシアノ錯体薄膜は、機能層候補のひとつである。同薄膜は、高速放電が可能なLiイオン二次電池(以下LIB)正極材料として有望視されている。

HBは電気自動車等への応用に向けてさらなる高エネルギー化、高密度化が求められている。こうした性能向上の為にも、ゲストであるLiイオン濃度の変化が、ホスト物質の結晶構造および電子状態にどう影響を及ぼすのか、詳細に理解することが肝要である。結晶構造の変化は電池の耐久性や使用回数に影響を及ぼす。また電子状態の変化は電池の起電力や化学的安定性に影響を及ぼす。さて、Li-Mn-Feシアノ錯体薄膜は二電子反応を示す。MnおよびFeは、どちらも原子1個あたり電荷素量分の電気を蓄えられるので、Fe量を増やすことで電池容量を増大させることができると考えられる。本研究では、容量増大を期待して、Li_xMn[Fe(CN)_6]_y2H_2Oにおけるyの値を系統的に変化させ、電極の充放電特性、構造特性を調べた。電池容量Qはyの増加に伴い系統的に増大した。Q=115mAh/g(y=0.83),130mAh/g(y=0.87),143mAh/g(y=0.93)であった。また、y=0.83の試料においては、充放電に伴う構造相転移は観測されなかった。一方で、0.87およびy=0.93の試料においては、充放電の過程で2相分離状態が観測された。相分離の原因はMn元素に起因するヤンテラー歪みと考えられ、これは電池の使用回数や耐久性等を悪化させる要因ひとつである。これを緩和する方策としては、Mnを他の遷移金属に置換するなどが考えられ、今後の課題である。本研究の目的は、エピタキシャル成長技術を駆使して3層構造シアノ錯体素子を作成し、その機能性を発現させることである。素子は2つの機能層A, B、およびその間の電子ブロック層の3層から構成され、それらはエピタキシャルに接している。前年度までに、機能層の物性、特にLi-Mn-Feシアノ錯体の構造特性および電子状態のLi濃度依存性を明らかにした。本年度(平成25年度)は、機能層の候補物質に関する知見のさらなる深化を目指した。具体的には、Mnの一部をCoに置換したシアノ錯体を作成し、構造特性および電子状態のLi濃度依存性を調べた。シアノ錯体薄膜は電解析出法で作成した。溶液組成を適切に設定することで、Co置換量(y)の制御に成功した(Li_xMn<1-y>Co_y[Fe(CN)_6]_zwH_2O ; 0≦y≦1)。シアノ錯体はリチウムイオン電池正極材料として機能することが知られている。電池特性として放電曲線を調べると、2つのプラトー(それぞれP1, P2と記す)が観測され、電位はそれぞれ3.9V(P1)、3.3V(P2)であった。XAS測定の結果、Co置換量がy≦y_c=0.33 (y_c≦y)の試料ではP1領域でMn(Fe)が還元され、P2領域でFe(MnとCo)が還元されると判明した。また、y≦y_cで正方晶の2相共存状態が観測され、y_c≦yではそれが消失した。さらに、Feが還元されるプラトーにおける格子定数に着目すると、yの増加に伴い不連続に減少し、y≦y_c (y_c≦y)おいては10.5Å(10.0Å)であった。Feの酸化還元電位が水溶液中のそれと比較し大幅に上昇した(3.4Vから4.0V)。これは、適切な化学的アプローチを施すことでFeの酸化還元電位を増大させることができることを示唆している。このことは他の物質系で電池起電力を向上させるためのヒントとなり得る。平成23年度の目的は、3層素子の機能層として利用可能なシアノ錯体の基礎物性を解明すること、及び得られた情報を基に同物質の機能を最大限に引き出すことである。Mn-Feシアノ錯体薄膜はLiイオン二次電池正極材料としての潜在能力が高く、エピタキシャル成長技術を適用することで容量の増大に成功した。また、この物質系が大きなLiイオン拡散係数を示すことを明らかにした。
アントシアニン色素が自然界で受ける化学反応を活用する環境配慮型フルカラー染色

本年度では、アントシアニン色素の抽出法の確立と色素の特性評価を計画していたが、色素抽出する材料(植物)が直ちに手に入らなかった。そのため、別途入手したムラサキイモ由来のアントシアニン色素を用いて、色素の化学反応を活用する染色法を検討した。アントシアニン色素の金属イオンとの錯形成反応・酸化反応・コピグメンテーションの3つの色素の安定化反応を活用した絹布やヒト白髪の染色を試みた。絹布については、色素処理と安定化反応の処理の順番や、色素処理時の温度やpHの条件を変えて、染色性の変化を調べた。その結果、色素処理後に安定化処理するとき最も染色性の高い処理順であることがわかった。絹布の色は、色素のみで紫色、色素処理後にAl・Cuイオン処理でくすんだ紫色、Feイオン処理で紫みの黒色、酸化処理で茶色、コピグメンテーション処理で色素のみより濃い紫色に染色できることが分かった。色素処理時のpHを変えることで、アントシアニン色素の色調変化に従う染色結果となり、酸性では赤みのある色調、中性付近では青みのある色調に変化した。絹布の染色試験と同様に、ヒト白髪についてもムラサキイモ由来のアントシアニン色素で染色試験した。その結果、チオグリコール酸アンモニウムやベンジルアルコールの添加で低温で染色できるようになり、絹布と同様に安定化反応の活用でそれに従う色調に白髪は染色された。また、白髪の染色では洗髪や熱に対する色調の変化の程度が重要であるため、染色後、洗髪や熱に対する色落ち試験を行った。その結果、洗髪に対する色落ちは、市販されている酸性染料や塩基性染料よりも色落ちは少なく、熱に対する色落ちは十分小さいとわかった。試料の調達の関係から、計画を次年度のものを本年度行い、本年度予定していたものを次年度に移すこととした。次年度予定していた内容はおおむね本年度実施できたため、研究は順調に進展していると言える。本年度にもともと予定していた研究内容を次年度実施する。問題は天然由来である試料の調達であるが、調達先は定められた。研究計画を変更し、本年度予定していた色素抽出を次年度行うため、次年度使用額が生じた。色素抽出に必要なガラス器具や溶液の濃縮に必要なエバポレーターなどを次年度購入する。
気候変動がもたらす湖沼の熱的環境と全層循環への影響評価

本研究では,湖沼における気候変動の定量的な影響規模やそのメカニズムに関する研究について,湖水循環の微細鉛直流および水温成層・結氷現象,湖水量の変動に着目し,循環パターンの変化とそれに伴う水質変化を解明することを目的としている。2年目である平成30年度は,計画に沿って下記のとおり実施してきた。1)夏季,結氷前,解氷後など,季節の異なる時期において主に倶多楽湖で調査をおこない,特に,湖底に流速計を設置するなど観測網を充実させることで研究計画遂行している。また,田沢湖においても湖底に水温計の設置をおこない,100mを超す大深度湖沼の気候変動における水温や湖水循環の影響について観測をおこなっている。研究計画段階では,湖底に流速計が設置できなかった場合において,他の湖沼への設置を考慮していたが,所期の当初研究通りに倶多楽湖に設置がおこなえたため,継続して同湖の観測を続けている。特に,2018年に生じた北海道胆振地方における地震の影響が近隣の倶多楽湖でどのような湖水運動が生じたからを比較・解析する必要があると考える。2)摩周湖では,流出河川がない閉塞湖である特徴から,火山山麓周辺地域における湧水の起源が摩周湖の湖水からの浸透水の影響していることの予測から,摩周湖およびその周辺の湧水の滞留時間に関する水質分析を実施し,滞留時間と湖水と地下水との相互関係の解明について,環境データの解析を実施した。今後,さらに,水温の計測を継続し,その後も定期観測を実施し,既存研究のレビューや学会に参加しながら,研究計画をさらに進めていく。2年目である平成30年度は,追加となる対象地域における機器設置の調査許可や研究体制を構築し,定期観測も継続しながら,関連する既存情報の収集を実施してきた。現地採取試料の分析に一部遅れが生じているが,その点を除いては,最終年度に向けて,発展継続的に研究が遂行できる土台を築けたと考えている。基本的に1年目・2年目の作業を引き続き継続することは,周年特性を把握し長期的な変化をまとめる上でも重要であるため,そのまま定期観測を継続する。特に,循環期の地域的な違いについて比較・解析を行う計画である。また,現地採取試料の分析や機器の保守について継続していき,大深度湖沼の深層の環境を解明するにあたり,実測データを基に比較していき収集した情報を順次GISデータベースの構築など実施していく計画である。本研究では,湖沼における気候変動の定量的な影響規模やそのメカニズムに関する研究について,湖水循環の微細鉛直流および水温成層・結氷現象,湖水量の変動に着目し,循環パターンの変化とそれに伴う水質変化を解明することを目的として,初年度である平成29年度は,計画に沿って下記のとおり実施してきた。1)夏季,結氷前,解氷後など,季節の異なる時期における観測と複数の湖沼の湖水循環パターンを明らかにするための観測網を充実させることで研究計画遂行している。計画にあった,倶多楽湖や摩周湖に加え,日本で最深の湖沼である田沢湖の観測地として加えた。さらに,摩周湖は流出河川がない閉塞湖であるため,火山山麓周辺地域では湧水が発達しており,その起源の一部には摩周湖の湖水からの浸透水の影響していることから,摩周湖およびその周辺の湧水の滞留時間の考察に関する水質分析と湖水と地下水との相互関係の解明について,環境データの収集と現地観測を実施した。2)湖水循環速度を測定する自記録計の設置に着手した。特に,倶多楽湖では,水温・水位とともに新たに,水質や鉛直循環流の計測のための機器を導入し設置した。摩周湖では,水温の計測を継続し,さらに,倶多楽湖・摩周湖に加え,田沢湖においても湖底に水温計の設置をおこなった。いずれも,100mを超す大深度湖沼であり,気候変動における水温や湖水循環の影響について観測を行っている。その後も定期観測を実施し,既存研究のレビューや学会に参加しながら,研究計画をさらに進めていく。初年度である平成29年度は,対象地域における機器設置の調査許可や研究体制を構築し,定期観測も継続しながら,関連する既存情報の収集を実施してきた。現地採取試料の分析に一部遅れが生じているが,その点を除いては,次年度に向けて,発展継続的に研究が遂行できる土台を築けたと考えている。

2)摩周湖では,流出河川がない閉塞湖である特徴から,火山山麓周辺地域における湧水の起源が摩周湖の湖水からの浸透水の影響していることの予測から,摩周湖およびその周辺の湧水の滞留時間に関する水質分析を実施し,滞留時間と湖水と地下水との相互関係の解明について,環境データの解析を実施した。今後,さらに,水温の計測を継続し,その後も定期観測を実施し,既存研究のレビューや学会に参加しながら,研究計画をさらに進めていく。2年目である平成30年度は,追加となる対象地域における機器設置の調査許可や研究体制を構築し,定期観測も継続しながら,関連する既存情報の収集を実施してきた。現地採取試料の分析に一部遅れが生じているが,その点を除いては,最終年度に向けて,発展継続的に研究が遂行できる土台を築けたと考えている。基本的に1年目の作業を引き続き継続することは,周年特性を把握し長期的な変化をまとめる上でも重要であるため,そのまま定期観測を継続する。特に,循環期の地域的な違いについて比較・解析を行う計画である。また,現地採取試料の分析や機器の保守について継続していき,大深度湖沼の深層の環境を解明するにあたり,実測データを基に比較していき収集した情報を順次GISデータベースの構築など実施していく計画である。基本的に1年目・2年目の作業を引き続き継続することは,周年特性を把握し長期的な変化をまとめる上でも重要であるため,そのまま定期観測を継続する。定期観測時における現地の悪天候などにより,現地採取試料の分析に一部遅れが生じており,これに伴う分析のスケジュールが遅らせざるおえなくなったため,主に,その分析に関する費用として計上していた額が減少した。天候に左右されない,水質分析に代わる,自記録計の導入や目標を達成するために必要な水質分析について効果的,継続的に実施していく。
フュージョンセンサによる魚類鮮度評価システムの開発

魚の鮮度の客観的な鮮度判定法としてK値、VBN、TMA、ポリアミンなどが提案されているが、魚介類は種類が多く鮮度低下が複雑多岐にわたることからひとつの特定の方法で鮮度判定をすることは無理がある。そこで、バイオセンサとニオイセンサをフュージョン化(統合)してK値等の化学成分とトリメチルアミン等の腐敗臭を計測し、得られたデータを総合的に判断して、魚介類の新しい鮮度判定指標を確立するための基礎的検討を行った。K値、旨み成分としてイノシン酸、グルタミン酸、呈味成分としてグルコース、乳酸を簡便に同時計測するため、安価に大量生産できるスクリーン印刷電極により5チャンネルバイオセンサを作製し、その応答特性を評価した。この結果、従来方法と良好な相関が認められ、分析時間は5分であった。このバイオセンサは、冷凍乾燥下100日以上安定に動作した。一方、VBN、TMA、揮発性有機酸等の腐敗臭を検出するため、金属酸化物半導体のSnO_2、応答感度の異なる2種類のZnOを使用してニオイセンサシステムを作製し、その応答特性を評価した。この結果、鮮度低下とともにニオイセンサの応答出力値は上昇し、また、一般生菌数との関係を求めたところ良好な相関を示し、ニオイセンサにより一般生菌数を推定できることが示唆された。バイオセンサとニオイセンサの情報に生菌数の情報を付加して多変量解析の主成分分析を行ったところ、第1主成分および第2主成分の寄与率はそれぞれ50.67%、29.90%で、この2軸でデータの80.57%集約していた。第1主成分は「総合的品質」、第2主成分は細菌に由来する「腐敗」がマイナス方向に、また「生化学的変質」がプラス方向に位置し、魚肉の品質を筋肉中の酵素的分解に起因する劣化と細菌に起因する劣化に判別できることが示唆された。魚の鮮度の客観的な鮮度判定法としてK値、VBN,トリメチルアミン,ポリアミンなどが提案されているが、魚介類は種類が多く鮮度低下が複雑多岐にわたることからひとつの特定の方法で鮮度判定をすることは無理がある。そこで、従来個々の指標で評価していた鮮度判定をバイオセンサにより集積化して、1つのシステム内で実現し個々の指標の弱点を補うとともに得られたデータを総合的に判断して、魚介類の新しい鮮度判定指標を確立する。本年度は、その第一歩としてセンサの集積化を目的とし、大量、安価に生産できるスクリーン印刷電極によりK値計測用バイオセンサを作製し、簡便な測定システムを確立するとともに半導体ガスセンサを用いて腐敗臭と鮮度、生菌数の関係を検討し、バイオセンサとニオイセンサのフュージョン化における基礎的検討を行った。PET基板上にスクリーン印刷技術により銀リード、カーボン電極、銀/塩化銀電極を印刷して電極を作製した。この電極上に吸水性高分子(0.5%CMC)を用いて、電子メディエータ(フェリシアン化カリウム)、酵素を担持し、電極反応部を作製した。これを積層化し、上部センサには酵素としてXOD(キサンチンオキシダーゼ)NP(ヌクレオシドホスホリラーゼ)、下部センサにはAP(アルカリホスファターゼ)、XOD、NPを固定化し、ディスポーザブル型K値センサを構築した。本方法により積層化したセンサで6種類、30検体の魚・鶏肉試料を測定したところ、バイオセンサ法とHPLC法において、良好な相関が認められ、分析時間は5分であった。

またニオイセンサには応答感度の異なる素子として、金属酸化物半導体のSnO_2、応答感度の異なる2種類のZnOを使用し、主な魚臭成分として代表的なトリメチルアミン、ジメチルアミン、他5種類の標準試料を用いて、その応答感度を評価した。さらに、5°Cに貯蔵したマグロ、アジ等を用いてニオイセンサ応答とK値、一般生菌数の関係を求めたところ良好な相関を示し、特にニオイセンサにより一般生菌数が推定できることが示唆された。昨年度は、スクリーン印刷電極により積層型K値計測用バイオセンサを作製し、簡便な測定システムを確立するとともに半導体ガスセンサを用いて腐敗臭と鮮度、生菌数の関係を検討し、バイオセンサとニオイセンサのフュージョン化における基礎的検討を行った。本年度は、昨年開発したスクリーン印刷電極を改良して多チャンネル化し、K値計測用バイオセンサに、更に旨み成分であるイノシン酸、L-グルタミン酸およびグリコーゲンが解糖系によって分解されてできるL-乳酸やグルコースを計測する5チャンネルバイオセンサを作製した。グルコース、乳酸は魚肉中のグリコーゲンが死後、嫌気的解糖系により生成される代謝産物であり、特に乳酸は解糖系最終産物であり、魚の状態、処理方法によって著しく値が異なる。また、イノシン酸、グルタミン酸は旨み成分として知られている。一方、鮮度低下とともに微生物や酵素作用により揮発性酸や揮発性塩基窒素等が増加し、これが腐敗臭となる。そこでニオイセンサとバイオセンサをフュージョン化して、これら6つの指標を簡便に計測するとともに生菌数の情報を付加して多変量解析という統計的手法を用いて総合的に魚の品質を判定した。各種魚種をそれぞれ4°Cで貯蔵し各測定に用いた。バイオセンサで測定したイノシン、ヒポキサンチン、イノシン酸含量、グルタミン酸含量、乳酸含量、グルコース含量および3種類の応答感度の異なるニオイセンサ出力値のデータを用いて多変量解析の主成分分析を行ったところ、第1主成分および第2主成分の寄与率はそれぞれ50.67%、29.90%で、この2軸でデータを80.57%集約しているとみなせた。第1主成分は「総合的品質」、第2主成分は細菌に由来する「腐敗」がマイナス方向に、また「生化学的変質」がプラス方向に位置し、魚肉の品質を筋肉中の酵素的分解に起因する劣化と細菌に起因する劣化に判別できることが示唆された。
Scarless Healingを目指して-MRTF-A miceによる瘢痕解析

ケロイドを代表とする異常瘢痕とかかわりが深く、その鍵となる細胞の代表に筋線維芽細胞が挙げられる。筋線維芽細胞はTGF-βをはじめとする様々なサイトカインを発現し、刺激を受けて過剰に作用することで、ケロイドや肥厚性瘢痕が生じるものとも考えられている。われわれは筋線維芽細胞をいかに制御するかといったところに着目し、線維化に関わる因子であるMRTF経路の阻害薬(CCG-1423)を用いた刺激実験を行った。CCG-1423は、細胞障害も強く、濃度調整も行ったが、本実験においては細胞収縮抑制などの期待した結果は得られなかった。ケロイドは、未だ成因が明らかではなく、良性疾患であるもののQOLを著しく障害する疾患である。これまでにも多施設での研究報告はなされているものの、病態の解明には至っていない。その研究が進まない大きな理由の一つとしては、未だ動物モデルが存在していないことが挙げられる。今回われわれは、心筋の線維化促進作用をもつMRTF-A (Myocardin-Related TranscriptionFactor-A)に着目し、マウスにおける瘢痕形成との関わり合いにつき解析を行う計画を立てた。これらの研究は、将来的にケロイド動物実験モデルマウスを作成するための重要な足がかりになるものと予想される。筋線維芽細胞はTGF-βをはじめとする様々なサイトカインを発現する。その作用が創収縮、創傷治癒に寄与しているわけであるが、筋線維芽細胞が刺激を受けて過剰に作用することで、ケロイドや肥厚性瘢痕が生じるものとも考えられており、それが重要な要因の一つと考えられる。そのため筋線維芽細胞をいかに制御するかといったことに焦点を当て、マウスモデルを使って検証する事で、創傷治癒、瘢痕形成との関わり合いを明らかにすることができるものと思われる。MRTF-Aは心筋の線維化に関わる因子の一つであり、これらのメカニズムは、皮膚においても同様に作用する可能性があるものと思われ、それらを検証することで皮膚の瘢痕形成おける新たな知見が得られる可能性が高いものと考える。その理論をもとに結果が得られれば、MRTF-A阻害剤は、今後、新たな瘢痕化抑制治療薬となりうる可能性が考えられる。ケロイドは、良性疾患であるもののQOLを著しく障害する疾患であり、創傷治癒過程での異常修復と位置付けられている。その創傷治癒において筋線維芽細胞はTGF-βをはじめとする様々なサイトカインを発現することがわかっている。筋線維芽細胞が刺激を受けて過剰に作用することにより、ケロイドや肥厚性瘢痕が生じるものとも考えられている。そのため筋線維芽細胞をいかに制御するかといったことに焦点を当て、そのシグナル伝達過程メカニズムに作用する因子を検証する事で、創傷治癒、瘢痕形成との関わり合いを明らかにすることで、前年度は情報収集を中心に研究を進めてきた。われわれは、心筋の線維化促進作用をもつMRTF-A (Myocardin-Related TranscriptionFactor-A)に着目し、瘢痕形成との関わり合いにつき解析を行うことでin vitroで研究を進めた。MRTF-Aは、心筋の線維化に関わる因子の一つである。そのメカニズムは、組織損傷が起きた時に、TGF-β1が線維芽細胞に作用し、Rho-ROCK経路からMRTF-Aを活性化させることで、筋線維芽細胞のフェノタイプとなり、さらに細胞外基質を産生するとの報告がある。研究はCollagen gel contraction法を用いて、1正常皮膚線維芽細胞、2TGF-β1刺激を行った正常皮膚線維芽細胞、3MRTF-A阻害剤(CCG-1423)を加えた線維芽細胞、4TGF-β1刺激とMRTF-A阻害剤を加えた線維芽細胞の群で創収縮の差を検討した。1をコントロールとして2ではこれまでの報告同様に創収縮が認められたが。MRTF-A阻害剤は細胞障害性が強くて評価が困難であり、その使用、濃度調整は困難な結果であった。今後はさらにROCK阻害剤など同経路における新たな薬剤を用いた検討により、ケロイドを代表とする異常瘢痕の治療薬開発を進めたい。形成外科臨床研究、診療、教育へのエフォートに時間を大きく割かれた影響で、研究の進行状況が遅れている。実験は、瘢痕モデルマウスを用いて、創傷治癒過程におけるMRTF-Aの役割を検討することを計画した。MRTF-A KnockOut miceの購入、瘢痕モデルの作成、創傷治癒過程の観察、瘢痕の組織学的検討、瘢痕組織における遺伝子発現の検討、データの解析と創傷治癒におけるMRTF-Aの役割を検証するといった流れで計画していたが、Wild type miceにおいて瘢痕モデルの作成を行う段階に留まっている。

そのため計画は全体的に遅れており、次年度にペースを速めて研究を行う予定である。研究環境の整備を終えたため、あとは実際に研究時間を確保して行動に移すのみとなっている状況である。平成25年度からの実験計画の残りも含めて、ペースを速めて研究を行う予定である。さらに今年度はMRTF-A阻害剤を用いた創傷治癒過程の観察とケロイド動物モデル作成や新たな瘢痕治療への可能性を検討するため、MRTF-A阻害剤注入量の検討、瘢痕モデルの作成とMRTF-A阻害剤の注射、瘢痕の組織学的検討および遺伝子発現の検討、データの解析とケロイド動物モデル作成や新たな瘢痕治療への可能性を検討を行う流れを計画している。これらはH25年度のデータも総合して解析を行い、MRTF-A阻害剤を用いた時の創傷治癒との関わり合いを検討し、ケロイド動物モデル作成や新たな瘢痕治療法開発への糸口を見出していく予定である。研究の実施状況が全体的に遅れており、全体として消耗品等を含めた研究費使用も滞っていた。また研究のための機材準備等に予算を使用したものの、すでに研究機材購入が済んでいるものもあったため、予定よりも経費がかからずにいた。また、海外での成果発表も計画していたが、不採択となり取りやめたこともあり、次年度への使用額が生じた。遅れている分も含め、ペースを上げて研究および成果発表を行っていく予定である。研究が進行していくことにより、マウス購入費等にも予算が割かれ、次年度への繰り越し予算分も含めた消耗品は使用しなければならなくなる見通しである。また、再度、海外へでの成果発表も予定している。
糖尿病角膜症におけるグリケーション後期反応生成物の役割の解明

蛋白のアミノ基はグルコースなどの還元糖のアルデヒド基と反応し、シッフ塩基やアマドリ転位反応生成物を形成する前期反応を経て、褐色・蛍光・架橋形成を特徴とするadvanced glycation end products(AGE)を形成する。生体内蛋白におけるAGE形成は加齢とともに進行するが、糖尿病患者では高血糖に伴いその進行が加速されている。今回、我々は糖尿病角膜症の発症メカニズムにおけるAGEの役割を検討した。まずin vitroの実験として、培養皿をコーティングする各種細胞外基質にAGEを形成させ、角膜上皮細胞をその上に撒き、3時間後の接着細胞数、細胞質面積を測定した。その結果、1型・4型コラーゲンのAGE化は細胞の動態を変化させなかったが、角膜上皮基底膜の主要構成成分であるラミニンがAGE化されるとラミニン上での細胞の接着や伸展が高度に阻害された。AGE形成阻害作用のあるアミノグアニジンをラミニンへのAGE形成時の培地に加えると、濃度依存性にAGEの形成が阻害され、上皮細胞の接着・伸展も回復した。次に実際にヒト角膜でのAGEの形成の有無・局在を検討した。剖検例から得られた角膜におけるAGEの局在を、AGE構造体の一つであるN^ε-carboxymethyl lysine(CML)に対するモノクローナル抗体を用いた免疫組織化学で検討した。糖尿病患者では検討した8眼すべてにおいて、上皮細胞基底膜の部分にCMLの形成が線状に強く認められたが、非糖尿病者では8眼のうち1眼を除いて同部にCMLの形成を認めなかった。また、糖尿病例、非糖尿病例ともに角膜内皮細胞にCMLの形成を認めた。以上の結果より、上皮細胞基底膜部、特にラミニンにおけるAGE形成が角膜上皮細胞の基底膜への接着を抑制する事が、糖尿病患者における角膜上皮障害発生のメカニズムの一つとして働いていることが示唆された。【目的】グリケーション後期反応生成物(advanced glycation end products=AGE)形成が糖尿病合併症発症の原因の一つとして注目されている。今回我々は、糖尿病角膜上皮症におけるAGEの役割を検討した。【方法】16例(糖尿病者8例、非糖尿病8例)から得られた角膜において、AGE形成の程度と局在をN'-carboxymethyl lysine(CML)に対するモノクローナル抗体(6D12)を用いて免疫組織化学で検討した。In vitroでは1型または4型コラーゲン、ラミニンのいずれかでコーティングされた96well培養プレートに50mMグルコース6燐酸を加え3週間インキュベーションしたのち、各wellにSV-40で不死化したヒト角膜上皮細胞(Araki K et al.IOVS1995;36:614)を10000cells/0.25mlまき、3時間後に培養液と浮遊細胞を吸引し、プレートに接着した細胞の数と細胞質の大きさを測定した。【結果】DM眼前眼で、角膜上皮基底膜の部分にCMLに対する中等度ー高度の反応を認めた。非DM眼では、8眼中1眼のみの角膜上皮基底膜にCMLに対する軽度の反応を認めた。In Vitroでは、ラミニン上でCMLの形成度に比例して、接着した角膜上皮細胞の数と細胞質の大きさが有意に減少した。1型および4型コラーゲンでは、CML形成の細胞接着への影響はなかった。【結論】角膜上皮基底膜におけるAGE形成が糖尿病角膜上皮症の原因の一つとなっている事が示唆された。

以上の結果より、上皮細胞基底膜部、特にラミニンにおけるAGE形成が角膜上皮細胞の基底膜への接着を抑制する事が、糖尿病患者における角膜上皮障害発生のメカニズムの一つとして働いていることが示唆された。
強制流動サブクール沸騰限界熱流束発生機構－壁近傍気液構造に関する研究

本研究では、強制流動サブクール沸騰条件での限界熱流束(Critical Heat Flux, CHF)の発生機構を理解するために、最先端可視化技術技術を高熱流束条件の強制流動サブクール沸騰CHF条件に応用する技術を開発し、CHF発生直前の壁近傍の気液構造を観察し、CHF発生機構を明確化すると共に、モデルの詳細検証に必要な細部データを計測し、強制流動サブクール沸騰条件でのCHFモデルを検証することを目的とする。平成30年度は、まず、CHF試験体を製作した。試験体は、幅8 mmの正方形流路であり、その加熱長さは250 mmである。加熱ヒータの容量は10kWで、間接発熱により流路の片面を加熱する。CHF時加熱壁近傍気液構造観察できるように、加熱面以外の三方向はガラス張りで観察可能な構造である。試験体の加熱面は下向きから垂直になるまで試験体の設置角度が変更可能としている。また、平成29年度に続き、CHF時加熱壁近傍気液構造観察実験のために、ミクロンオーダーの解像度を達成できるように光学システムの開発を進めた。長距離顕微レンズQUESTARをPhotron高速度カメラと組み合わせて、最大2ミクロン/pixelの高解像度を達成できる見込みが得られた。QUESTARの他、Leicaレンズの性能も確認したが、QUESTARレベルの解像度を達成できなかった。加熱壁近傍液膜底層の有無の確認に関して、レーザー光減衰測定システムを検討したが、本試験体の間接発熱体系での適用が難しいと判明したため、試験体出口付近の伝熱面表面の極近い伝熱体内部に極細熱電対を設置し、液膜ドライアウト時特有な伝熱面温度の降下を取得することにより、気泡底層液膜の存在を確かめる方策を採用した。以上の研究活動により、強制流動サブクール沸騰条件でのCHF実験及びミクロンオーダーな観察データの取得が可能になり、研究を確実に進めた。強制循環ループ及びCHF試験体を製作し、強制流動サブクール沸騰条件でのCHF実験が可能になった。また、長距離顕微レンズQUESTARをPhotron高速度カメラと組み合わせた高解像度光学システムの開発により、CHF時加熱壁近傍観察により壁近傍の気液構造に関するミクロンオーダーな観察データの取得に見込みが得られた。さらに、試験体出口付近(CHF発生位置)の伝熱面表面から0.2mmの伝熱体内部に極細(直径0.1mm)熱電対を設置し、CHF液膜ドライアウト時特有な伝熱面温度の降下を取得することによって、CHF時加熱壁近傍液膜底層の存在を確かめる方策を新たに採用した。以上により、次年度の強制流動サブクールCHF実験及びCHF時壁近傍の気液構造に関するミクロンオーダーな観察データの取得が可能となり、研究が順調に進展している。平成31年度は、CHF試験体を水循環ループに設置し、強制流動サブクールCHF実験を実施する。開発したミクロンオーダー解像度の学システムを用いて、CHF時加熱壁近傍観察により壁近傍の気液構造に関するミクロンオーダーな観察データを取得すると共に、CHF時伝熱面表面から0.2 mmの伝熱体内部に極細熱電対による記録した温度変化から、気泡下液膜底層の存在を確かめる。本研究では、強制流動サブクール沸騰条件での限界熱流束(Critical Heat Flux, CHF)の発生機構を理解するために、最先端可視化技術及び液膜厚み計測技術を強制流動サブクール沸騰CHF条件に適用し、CHF発生直前の壁近傍の気液構造を観察し、CHF発生機構を明確化すると共に、モデルの詳細検証に必要な細部データを計測し、強制流動サブクール沸騰条件でのCHFモデルを検証することを目的とする。平成29年度は三カ年計画の一年目で、下記の研究事項を実施した。試験用強制水循環ループを製作した。強制循環ループは水タンク、ポンプ、予熱器、流量調整バイパス配管、試験部、気液分離器及び配管から構成される。水タンクは保有水量が300L、タンク水温度を調整するために加熱ヒータを内蔵している。ポンプの最大吐出圧は2MPaで、最大質量速度が7000kg/(m2s)で試験体へ水を提供できる。また、バイパス配管を設置することによって、試験体への流量を幅広く調整できるループを製作した。そして、製作した試験ループに対して、性能試験を実施し、所定の流量調整及び温度調整がうまく機能していることを確認した。また、平成30年度から開始するCHF時加熱壁近傍気液構造観察実験のために、ミクロンオーダーの解像度を達成できるように光学システムの開発に着手した。さらに、加熱壁近傍液膜底層厚みを計測するためにレーザー光減衰測定システムを構築し、レーザー光及び減衰効果検出器を選定した。強制循環ループを製作し、強制流動サブクール沸騰条件でのCHF実験が可能になった。さらに、加熱壁近傍液膜底層厚みを計測するために長3.39 μmのHelium-neonレーザー光及びレーザー光減衰効果の検出器(Pb-Se)を選定し、レーザー光減衰測定計測技術の開発に着手した。

以上、所定の実施項目をすべて実施し、研究が順調に進んでいる現状である。本研究では、強制流動サブクール沸騰条件での限界熱流束(Critical Heat Flux, CHF)の発生機構を理解するために、最先端可視化技術技術を高熱流束条件の強制流動サブクール沸騰CHF条件に応用する技術を開発し、CHF発生直前の壁近傍の気液構造を観察し、CHF発生機構を明確化すると共に、モデルの詳細検証に必要な細部データを計測し、強制流動サブクール沸騰条件でのCHFモデルを検証することを目的とする。平成30年度は、まず、CHF試験体を製作した。試験体は、幅8 mmの正方形流路であり、その加熱長さは250 mmである。加熱ヒータの容量は10kWで、間接発熱により流路の片面を加熱する。CHF時加熱壁近傍気液構造観察できるように、加熱面以外の三方向はガラス張りで観察可能な構造である。試験体の加熱面は下向きから垂直になるまで試験体の設置角度が変更可能としている。また、平成29年度に続き、CHF時加熱壁近傍気液構造観察実験のために、ミクロンオーダーの解像度を達成できるように光学システムの開発を進めた。長距離顕微レンズQUESTARをPhotron高速度カメラと組み合わせて、最大2ミクロン/pixelの高解像度を達成できる見込みが得られた。QUESTARの他、Leicaレンズの性能も確認したが、QUESTARレベルの解像度を達成できなかった。加熱壁近傍液膜底層の有無の確認に関して、レーザー光減衰測定システムを検討したが、本試験体の間接発熱体系での適用が難しいと判明したため、試験体出口付近の伝熱面表面の極近い伝熱体内部に極細熱電対を設置し、液膜ドライアウト時特有な伝熱面温度の降下を取得することにより、気泡底層液膜の存在を確かめる方策を採用した。以上の研究活動により、強制流動サブクール沸騰条件でのCHF実験及びミクロンオーダーな観察データの取得が可能になり、研究を確実に進めた。強制循環ループ及びCHF試験体を製作し、強制流動サブクール沸騰条件でのCHF実験が可能になった。また、長距離顕微レンズQUESTARをPhotron高速度カメラと組み合わせた高解像度光学システムの開発により、CHF時加熱壁近傍観察により壁近傍の気液構造に関するミクロンオーダーな観察データの取得に見込みが得られた。さらに、試験体出口付近(CHF発生位置)の伝熱面表面から0.2mmの伝熱体内部に極細(直径0.1mm)熱電対を設置し、CHF液膜ドライアウト時特有な伝熱面温度の降下を取得することによって、CHF時加熱壁近傍液膜底層の存在を確かめる方策を新たに採用した。以上により、次年度の強制流動サブクールCHF実験及びCHF時壁近傍の気液構造に関するミクロンオーダーな観察データの取得が可能となり、研究が順調に進展している。平成30年度は、平成29年度に引き続き、ミクロンオーダーの解像度を達成できるように、光学システムの開発を実施すると共に、加熱壁近傍液膜底層厚みを計測するためのレーザー光減衰測定システムの構築及び確認を実施する。そして、製作した試験用強制循環ループ、試験体及び開発した計測システムを用いて、CHF実験及びCHF時加熱壁近傍気液構造観察実験を実施する。
樹状細胞表面分子による制御性T細胞機能調節機構の解明

本研究では、樹状細胞に発現するTIM-4の、制御性T細胞(Treg)機能制御における役割を明らかにすることを目的とする。Confocal microscopyを用いたmultiareatimelapse imagingでは、TIM-4発現抗原提示細胞は、GFP発現対照細胞に比し、Tregに強い親和性を有していることが分かった。1細胞に接着しているTreg細胞数を計数したところ、controlでは1.73±1.66個/cellに対し、TIM-4発現細胞は4.73±3.80個/cell(p<0.0001)と、TregはTIM-4発現抗原提示細胞により多く接着しており、このことからTIM-4はTregとの親和性を上昇させ、免疫反応に影響を及ぼすことが示唆された。次に、TIM-4の細胞内の分布を検討するために、C末にGFPを融合させたTIM-4発現ベクターを作成し、樹状細胞に導入したところ、TIM-4は細胞表面に点状に存在していることが明らかとなったが、T細胞との相互作用では、TIM-4のシナプス方向へ集積は明らかではなかった。接触時間の観察は現状では非常に困難であり、今後の検討課題である。また、TIM-4欠損マウスを作成し、野生型との相違の検討を行っている。欠損マウスにおいて、リンパ節腫大や脾腫といった自己免疫性の変化や血液細胞分化には、これまでのところ、異常を認めていない。そのために、まずMHC class II,CD80を高発現するFibroblast株(IC-187 cell)を用いて、Tregとのinteractionを検討した。GFPおよびTIM-4-IRES-GFPを発現するレトロウイルスベクターを作成してIC-187細胞に感染させ、stable transfectantを樹立し、抗原提示細胞として使用した。この細胞と、calcein violetでラベルしたCD4+CD25+Treg細胞を共培養し、時系列でそれらのinteractionを観察した。培養条件を同等にするために、観察はconfocal microscopyでmultiarea timelapse imagingを施行した。その結果、TIM-4発現抗原提示細胞は、GFP発現対照細胞に比し、Tregに強い親和性を有していることが分かった。1細胞に接着しているTreg細胞数を計数したところ、controlでは1.73±1.66個/cellに対し、TIM-4発現細胞は4.73±3.80個/cell (p<0.0001)と、TregはTIM-4発現抗原提示細胞により多く接着しており、時間を追って観察した結果、接触時間も有意に長い傾向が認められた。現在、TIM-4の細胞表面での局在をより詳細に検討するため、C末にGFP tagを付けたベクターを使ってTIM-4発現樹状細胞を作成し、T細胞-樹状細胞相互作用におけるTIM-4の局在変化を観察している。また、TIM-4欠損マウスの作成も進行中であり、ES細胞の樹立が完了し、受精卵へのinjectionを施行している段階である。
二酸化炭素を炭素資源として用いる光学活性アミノ酸類の合成

本研究課題では,研究代表者がこれまで行ってきた二酸化炭素を炭素資源として有機合成化学において利用する一連の研究で浮き彫りとなった問題点を解決すべく検討を行い,(1)N-スルホニルイミンへのシリルアニオンの付加によるαーシリルスルホンアミドの不斉合成法の開発,(2)生成した光学活性αーシリルスルホンアミドと二酸化炭素との反応による不斉転写をともなう光学活性αーアミノ酸の合成,(3)ニッケル錯体を用いた分極したアルキン,イナミド及びイノールエーテルと二酸化炭素との立体選択的カルボキシル化及びロジウム触媒による不斉水素化を経由したβーアミノ酸及びβーオキシカルボン酸の合成法の開発,等を行った.本研究課題の目的は,申請者らがこれまで行ってきた「CO2固定化反応を利用したαー及びβーアミノ酸の合成」をさらに発展させ,「光学活性アミノ酸の合成」への展開を目指すことである.前年度までの検討によって,「光学活性αーアミノメタル中間体からの不斉転写によるαーアミノ酸の不斉合成法」を確立しているため,「イミン中間体からの光学活性αーアミノメタル中間体」の不斉合成法を確立できれば,「イミン中間体から光学活性αーアミノ酸」を合成できる一連のプロセスが繋がることになる.そこで,今年度は「イミン中間体からの光学活性αーアミノメタル中間体」の触媒的不斉合成法の確立を目指し検討を行った,その結果,不斉配位子を持つCu触媒存在下,シリルボランを用いるとイミンへのシリル基の付加がエナンチオ選択的に進行し,光学活性αーアミノシリル化合物が収率及び不斉収率よく得られることを見出した.また,光学活性αーアミノシリル化合物をフッ化物イオン存在下,CO2と反応させると,反応は立体保持で進行し,光学活性αーアミノ酸へと変換できることも見出した.一方,申請者らは「Ni触媒を用いたイナミドへのCO2固定化反応によるβーアミノアクリル酸誘導体の合成」にすでに成功している.このβーアミノアクリル酸を不斉水素化によって還元できれば光学活性βーアミノ酸へと変換できるはずである.しかし,これまでの検討において,1)三置換βーアミノアクリル酸誘導体のRh触媒を用いた不斉水素化には成功しているが,三置換βーアミノアクリル酸誘導体の合成には量論量のNi錯体を必要とする,2)触媒量のNiを用いた四置換βーアミノアクリル酸誘導体の合成には成功しているが,不斉水素化反応の開発には成功していない,という問題点を抱えており,次年度以降はβーアミノ酸の不斉合成法の確立を中心に検討を行っていく.申請者らはこれまで「CO2を一炭素資源として利用したαーアミノ酸及びβーアミノ酸類の合成」を達成しているが,これらはいずれもラセミ体での合成であった.そこで本研究課題ではこれまでの研究を更に展開し,「CO2を一炭素資源として利用したαーアミノ酸及びβーアミノ酸類の不斉合成法の開発」を目的としている.前年度までの検討で「αーアミノ酸の不斉合成」に関しては,イミン中間体へのCu触媒を用いたシリル基の不斉付加反応,及び光学活性αーアミノシリル化合物のCO2による立体保持カルボキシル化反応を連続でおこうなうことにより,「CO2を一炭素資源として利用したαーアミノ酸類の不斉合成法」を確立することができた.一方,これらの合成法はフェニル基またはビニル基などα位にアニオン安定化能を有するαーアミノ酸類にしか適用できないという欠点がある.そこで今年度は,α位にアニオン安定化能を持たないαーアミノ酸類の合成に適用できる反応系の開発を検討した.その結果,アンモニウムイリドのカルボキシル化,引き続くアリル基の転位を経由する新規αーアミノ酸類の合成法の開発に成功した.現在のところ本法はラセミ体のαーアミノ酸類にしか適用できないが,本合成法で得られるαーアリルグリシン誘導体のアリル基は様々な官能基へと変換できることから「CO2を一炭素資源として利用したαーアミノ酸類の合成法」としての適用範囲が格段に広がった.また,「CO2を一炭素資源として利用したβーアミノ酸類の不斉合成法」に関する本年度の研究では,これまでの検討によってイナミド誘導体とCO2からNi触媒を用いたカルボキシル化反応によって合成が可能となっている「3置換βーアミノアクリル酸誘導体」の不斉水素化を検討し,Rh触媒を用いた不斉水素化反応が高エナンチオ選択的に進行することも見出すことができた.上述の通り,すでにCO2を一炭素源として用いるαーアミノ酸類の不斉合成に成功し,また現在はラセミ体のみの反応系であるがその適用範囲の拡大にも成功している.また,βーアミノ酸類の不斉合成に関しても,Ni触媒存在下,イナミドのCO2によるカルボキシル化反応によって得られる3置換βーアミノアクリル酸誘導体のRh触媒による不斉水素化反応にも成功し,βーアミノ酸類の不斉合成にも成功している.昨年度までの検討により,アルキン末端に窒素原子が直結したイナミド誘導体の「CO2を一炭素源とした0価Ni錯体を用いたカルボキシル化反応」によりβーアミノアクリル酸誘導体が合成できることを見出し,これを「Rh触媒を用いた不斉水素化反応」に付すことにより,光学活性β-アミノ酸が合成できることを見出している,しかし本方法では,前者のNi錯体を用いたカルボキシル化反応において,三置換βーアミノアクリル酸誘導体を合成する際に量論量のNi錯体を必要とし,反応が触媒的に進行しないことが問題となった.

この原因として,0価Ni錯体とイナミドとCO2との反応で生成する「ニッケララクトン中間体」が安定であるためNi-炭素結合の切断には酸性条件下での加水分解が必要であり,この際にNi錯体が2価錯体となり0価Ni錯体へと再生する経路が存在しないため反応が触媒的に進行しないと考えられる.従って,本反応を触媒的に進行させるためには,「ニッケララクトン中間体」のNi-炭素結合を「還元的」に切断する手法の開発が必要である.そこで,今年度は種々の還元剤を用いた本反応系の検討を行ったところ,還元剤としてZnを用いMgBr2存在下,反応を行うとNiに関して触媒的に反応が進行することを見出した.しかも興味深いことに,本反応系ではカルボキシル化反応の位置選択制が量論反応の場合とは逆転し,αーアミノアクリル酸誘導体が選択的に得られることが明らかとなった.本反応の機構解明を目指し種々検討を行ったところ,1)「ニッケララクトン中間体」を経由せずに進行している,2)ヒドロメタル化反応によりαーメタル化が起こり,αー位でCO2と反応が起こっている,ことが確認された.今後は更に本反応の反応機構の解明を続けるとともに,本反応を利用したαーアミノ酸の不斉合成へと展開していく予定である.上述の「研究実績の概要」にも記した通り,αーアミノアクリル酸誘導体を与える新規触媒反応を開発することができた.また紙幅の関係で「研究実績の概要」には記述しなかったが,本申請の関連研究として今年度は「コバルト触媒によるCO2を用いたアリル位C(sp3)-H結合の直接的なカルボキシル化反応」の開発にも成功している.反応性の低いC(sp3)-H結合を遷移金属錯体で直接活性化し,官能基化することは現在の有機合成化学における最もホットな研究領域であるが,反応試材としてのCO2も極めて反応性が低いことから,反応性の低い部位同士を直接反応させることに成功した本報告は極めて興味深い.CO2の炭素資源としての有効利用を目指す本研究の目標にも合致する新たな方式のカルボキシル化反応として,注目に値するものである.アルキンの一方のsp炭素に窒素含有官能基が直接結合した「イナミド」とCO2とがNi錯体存在下反応すると,通常は「ニッケララクトン中間体」が生成する.これを加水分解するとβ-アミノアクリル酸誘導体が生成し,更にRh触媒による不斉水素化反応に付すと生物活性化合物の合成に有用なβ-アミノ酸誘導体を光学活性体として得ることができる.しかし,本反応系では最初のステップのNiラクトン形成時に化学量論量の0価Ni錯体を必要とする.昨年度までの検討で,本反応をMgBr2存在下で行うとNiに関して触媒的に進行するものの,反応機構が変化しニッケララクトン中間体を経由せずに進行するためにα-アミノアクリル酸誘導体を与えることを見出している.本結果はβ-アミノアクリル酸誘導体を生成する反応,すなわちニッケララクトン中間体を経由する反応に関しては,これまでの検討において触媒的に進行させることができなかったことを意味する.本年度の研究によって,配位子を用いずにNi(cod)2のみを用い,それぞれ3当量のEt2Zn及びMgBr2存在下,上述の反応を行うとβ-アミノアクリル酸誘導体を生成する反応が触媒的に進行することを見出した.本反応は恐らく,配位子を用いないことによりイナミド及びCO2のNi錯体への反応性が向上し,再びニッケララクトン中間体を経由する経路が主となったことが要因であると考えられる.現在,反応機構の解明と基質適用範囲の拡大を目指した検討を行っている.