hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シグナル伝達の場としての破骨細胞における接着装置と膜の裏打ち構造解析

今回の研究により細胞剥離法と急速凍結、レプリカ法を組合せて、破骨細胞の接着側細胞膜面を露出させ細胞質側膜面を広範囲に可視化し構造解析を行う技術を確立することができた。ポドゾーム領域では接着側膜面の粒子構造を介してポドゾームのアクチン細胞骨格と膜と結合していた。ポドゾームは分岐したアクチン線維の集合でミオシンS-1で修飾したアクチン線維barbedendはポドゾームの中心に向いた極性を示した。このことはポドゾームは動的平衡の上で成り立つ自律的構造であることを示している。隣接するポドゾーム間は長いアクチン線維で連結されておりラメリポデイウムの細胞骨格と一体化されていた。ステレオペアーの画像を三次元可視化ソフト解析、トモグラフィー三次元解析によりポドゾームの直径は2ミクロン、高さは0.5ミクロンのサイズを示した。また微小管はポドゾームの中心部と結合し、このことは複数のポドゾームがリング状になるパターン形成に関与することが考えられ、GFP導入破骨細胞のポドゾームでは離散集合が5分以内で起こるダイナッミクに時間経過とともに変動する動的構造で最終的に強固な接着構造としてのアクチンリングを形成した。接着膜面ではポドゾーム以外にクラスリン被覆領域が多数出現し、この種の構造も接着機能に関わっていた。一方、接着側膜面に露出する膜面蛋白の多様性はシグナル伝達の場としてのポドゾーム領域の膜と細胞骨格の関係を構造的に対応することを示していた。膜面上に出現する粒子構造は接着膜面の区画によって大きく変動し、膜面の機能的多様性を形態的に証明することができた。本研究では基本技術が電子顕微鏡レベルでの細胞破砕、急速凍結、回転蒸着レプリカ、ステレオ写真などとなっており、分離培養破骨細胞との組合せで細胞の超微形態を解析できることになる。一連の技術的問題は解決され安定した試料作製が可能となった。細胞剥離と凍結固定の組合せは破骨細胞接着側膜面の分化形態と細胞骨格の構築をナノメーターレベルで構造解析が可能である。接着構造としてのポドゾーム細胞骨格は膜面粒子の介在によって連結されている。この所見は今まで色々なモデルが提唱されているが今回初めて構造的に可視化することができた。またポドゾーム細胞骨格の初期形成には既存の細胞質中のアクチン線維の延長で形成されるのではなくde novo的に細胞辺縁部に形成され、初期にはアクチン線維ではなくArp2/3やG-アクチンが集積し後にF-アクチンが形成されポドゾーム構造として可視化できるようになると考えられる。レプリカ像からも線維を伴わないそれらの物質に代表されるアクチン関連蛋白の集積(界面活性剤に対して抵抗性がある)からポドゾーム形成が観察される。ポドゾームは単なるF-アクチンの束ではなく三次元的に分岐するF-アクチンの骨格構造を示すダイナミックに変化する構造である。シグナル伝達の場としての破骨細胞における接着装置ポドゾームにもArp2/3,コータクチン、ダイナミン、WASp (Wiskott-Aldrich Syndrome protein)の局在が蛍光像、TEMレベルの超微構造からも解析できた。またGFPにアクチンタグを付けたものを破骨細胞に導入しポドゾーム構造でのアクチンの発現を時間的に追跡したところそれらのポドゾームドットの離散集合は5分以内に起こることが判明し、ポドゾーム形成はダイナミックに変動する接着構造であることを明らかにすることができた。これらの所見の一部については2006年9月38日の間に札幌で開催された第16回国際顕微鏡学会シンポジムCryoelectron microscopy of biological specimensのセッションで発表した。

また第38回日本臨床分子形態学会(宇部)、第48回歯科基礎医学会(横浜)、第112回解剖学会(大阪)において発表した。これまでボドゾームの構造や機能について多くの報告がなされているが超微形態としての膜面や細胞骨格とがどう関わるのか構造実体として直接証明されたものは無い。今回の研究により細胞剥離法と急速凍結、レプリカ法を組合せて、破骨細胞の接着側細胞膜面を露出させ細胞質側膜面を広範囲に可視化し構造解析を行うとともに、再現性のある技術を確立することができた。ポドゾーム領域では接着側膜面の粒子構造を介してポドゾームのアクチン細胞骨格と膜と結合していた。ポドゾームはアクチン線維の単なる束ではなく分岐した構造で、ミオシンS-1で修飾したアクチン線維の重合端はポドゾームの中心に向いた極性を示した。このことはポドゾーム自体でアクチン線維の重合、脱重合が起こる自律的な構造であることを示している。隣接するポドゾーム間は長いアクチン線維で連結されておりラメリポデイウムの細胞骨格と一体化されていた。ステレオペアーまたはトモグラフィーによる三次元解析によりポドゾームの直径は2ミクロン、高さは0.5ミクロンのサイズを示した。また微小管はポドゾームの中心部と結合し、このことは複数のポドゾームがリング状になるパターン形成に関与することが考えられた。GFP導入実験により破骨細胞のポドゾームでは離散集合が5分以内で起こるダイナッミクに時間経過とともに変動する動的構造で最終的に強固な接着構造としてのアクチンリングを形成した。接着側膜面に露出する膜面蛋白の多様性はシグナル伝達の場としてのポドゾーム領域の膜と細胞骨格の関係を構造的に対応することを示していた。膜面上に出現する粒子構造の同定が今後の課題の一つとなる。
自己免疫疾患の患者データベースの構築と疾患感受性遺伝子に関する研究

1.患者データベースの作成全身性エリテマトーデス(SLE)約300名、抗リン脂質抗体症候群(APS)約100名、関節リウマチ(RA)約50名のゲノムDNAを収集し、臨床症状を含むデータベースを構築した。同時に対象群として自己免疫疾患を持たない健常人コントロール約400名のゲノムDNAも収集した。2.疾患感受性遺伝子に関する研究(2)CD45:膜型チロシンフォスファターゼであるCD45の遺伝子多型の中で日本人に多く欧米人に少ないexon 6A138G多型は、APS患者では健常人と比較し138Gのallele頻度は有意に低かったが、SLE患者と健常人との比較では有意な差は認められなかった(2007年米国リウマチ学会で口演発表)。1.患者データベースの作成平成18年度においては自己免疫疾患である全身性エリテマトーデス(SLE)、抗リン脂質抗体症候群(APS)、関節リウマチ(RA)の患者を中心に、文書による同意を得たのちにゲノムDNAを収集するとともに、臨床検査成績、臨床症状の収集、解析を行い患者データベースを作成した。現在のところ、SLE患者約300名、APS患者約100名、RA患者約50名のデータベースができつつある。同時にケース・コントロールスタディのために自己免疫疾患を持たない健常人コントロールのゲノムDNAも収集し、これまでのところ約200名程度のサンプルが集まっている。2.疾患感受性遺伝子に関する研究SLE、APS、RAの病因や病態に関与する可能性が考えられている、免疫関連分子、血栓症関連分子などを中心にTaqManアッセイなど様々な方法を用いて、遺伝子多型解析を行った。(1)CD45は膜型チロシンホスファターゼであり、免疫担当細胞(T細胞やB細胞)のpシグナル伝達に重要な役割を果たす分子である。CD45 exon 6 138A/G多型は、日本人をはじめとしたアジア人に比較的多く見られる多型だが、欧米人には少ない。SLEならびにAPS患者においてこの多型を解析したところ、SLEでは関連が認められなかったものの、APSにおいてはこの多型との有意な相関が認められた。CD45の関与するシグナル伝達が免疫系だけではなく、血栓傾向に関与する可能性が考えられた。(2)Toll like receptor 5(TLR5)は自然免疫に関与する分子であり、欧米人において1174C/T多型(TLR5-stop)はSLEの発症と関連があると報告されたが、本研究においての解析では日本人においてはこの多型の頻度は低く、SLEとの有意な関連は認められなかった。(3)Fcγレセプター3Aは免疫に関与する重要な分子であるが、RAの重症度や生物学的製剤に対する治療反応性と関連すると報告されている。本研究では、RAや生物学的製剤に対する反応性との検討を行なったが、これまでのところRAの発症や治療反応性などとこの多型との有意な相関は認められていない。
遺伝素因に基づく静脈血栓塞栓症の発症予防に向けた新たな治療戦略の確立

本研究では、日本人特有のプロテインS遺伝子多型Protein S Tokushimaが遺伝性血栓性素因となって発症する静脈血栓塞栓症の予防を目的として、新たな治療戦略の確立とその分子機序解明を目指している。プロテインS活性は閉経前女性で低値であり、妊娠や経口避妊薬服用時などの高エストロゲン状態ではさらに低下するため若年日本人女性を主な対象としている。1.若年女性の遺伝素因の検討と血中プロテインS活性に影響をおよぼす候補食因子の探索:Protein S Tokushima変異保有者では、血中プロテインS活性は低下するが抗原量が正常であり、プロテインS比活性が低下する。申請者らが開発した測定法を用いて、2018年度ヘルスチェックを受診した女子学生195名についてプロテインS比活性を検討したところ、5名(2.6%)が0.78(健常者の平均値-3x標準偏差)未満であった。遺伝子解析の結果、5名はすべてProtein S Tokushima変異のヘテロ接合体であったが、0.78以上の者には変異を同定しなかったことから、プロテインS比活性測定により高い精度でProtein S Tokushima変異を同定可能であることが明らかになった。2.介入研究による候補食因子の有効性の確認:これまでの研究でプロテインS活性、抗原量がVLDLやLDLに含まれる脂質やアポタンパク質の血中濃度と強く正に相関すことを明らかにしたので、これらの濃度を変動させる食品を候補食因子として検討した。2018年度の解析でProtein S Tokushima変異の有無が明らかになっている学生の中から介入研究の対象者を選択する予定である。3.候補食因子による肝細胞のプロテインS発現調節のメカニズム解明:培養液中のグルコース濃度低下によるヒト肝細胞HepG2のプロテインS遺伝子発現抑制について、発現調節機序を解析中である。1.若年女性の遺伝素因の検討と血中プロテインS活性に影響をおよぼす候補食因子の探索:申請者らが開発した総プロテインS活性、抗原量測定法を用いて、2018年度ヘルスチェックを受診した女子学生195名についてプロテインS比活性を検討した結果、高い精度でProtein S Tokushima変異を同定可能であることを明らかにし、論文として投稿中である。Protein S Tokushima変異を保有しない女子学生190名についてヘルスチェックの食事調査結果を解析し、血中プロテインS活性、抗原量に関連する食因子を探索し、いくつかの候補食因子を同定した。2.介入研究による候補食因子の有効性の確認:2018年度の解析で明らかにしたProtein S Tokushimaを保有しない女子学生190名は2019年度まで在学中であるので、2019年度に実施予定の介入研究の対象者をその中から選択する。食事調査結果から見出された血中プロテインS活性、抗原量に関連する食因子、およびVLDLやLDLに含まれる脂質やアポタンパク質濃度を変動させる食因子について、介入研究に用いる候補食因子として検討中である。3.候補食因子による肝細胞のプロテインS発現調節のメカニズム解明:培養液中のグルコース濃度低下によるヒト肝細胞HepG2のプロテインS遺伝子発現抑制について、LXRやAMPKのinhibitorやactivatorを用いて発現調節機序を解析中である。1.若年女性の遺伝素因の検討と血中プロテインS活性に影響をおよぼす候補食因子の探索:研究計画通り、2018年度は女子学生195名についてプロテインS活性、プロテインS抗原量、Protein S Tokushima変異の有無を明らかにし、Protein S Tokushima変異を保有しない女子学生190名の解析から、血中プロテインS活性、抗原量に関連する食因子を同定した。2019年度は、2017年度以前の遺伝子解析でProtein S Tokushima変異を保有しないことを確認している女子学生約250名を加えて、再度食事調査結果を解析し、プロテインS活性、抗原量に関連する食因子を明らかにする。2.介入研究による候補食因子の有効性の確認:2018年度の解析で明らかになったProtein S Tokushima変異を保有しない女子学生190名の中から2019年度の介入研究の対象者20名を選択して、食事調査結果等から見出されたプロテインS活性、抗原量に関連する候補食因子を用いて介入研究を実施する。候補食因子を含む朝食を準備し、朝食摂取前および摂取後2.5時間、7.5時間に採血し、血中プロテインS活性、抗原量の変動を解析する。3.候補食因子による肝細胞のプロテインS発現調節のメカニズム解明:培養液中のグルコース濃度低下によるヒト肝細胞HepG2のプロテインS遺伝子発現抑制の調節機序を明らかにする予定である。

申請者らが開発した測定法を用いて、2018年度ヘルスチェックを受診した女子学生195名についてプロテインS比活性を検討したところ、5名(2.6%)が0.78(健常者の平均値-3x標準偏差)未満であった。遺伝子解析の結果、5名はすべてProtein S Tokushima変異のヘテロ接合体であったが、0.78以上の者には変異を同定しなかったことから、プロテインS比活性測定により高い精度でProtein S Tokushima変異を同定可能であることが明らかになった。2.介入研究による候補食因子の有効性の確認:これまでの研究でプロテインS活性、抗原量がVLDLやLDLに含まれる脂質やアポタンパク質の血中濃度と強く正に相関すことを明らかにしたので、これらの濃度を変動させる食品を候補食因子として検討した。2018年度の解析でProtein S Tokushima変異の有無が明らかになっている学生の中から介入研究の対象者を選択する予定である。3.候補食因子による肝細胞のプロテインS発現調節のメカニズム解明:培養液中のグルコース濃度低下によるヒト肝細胞HepG2のプロテインS遺伝子発現抑制について、発現調節機序を解析中である。1.若年女性の遺伝素因の検討と血中プロテインS活性に影響をおよぼす候補食因子の探索:申請者らが開発した総プロテインS活性、抗原量測定法を用いて、2018年度ヘルスチェックを受診した女子学生195名についてプロテインS比活性を検討した結果、高い精度でProtein S Tokushima変異を同定可能であることを明らかにし、論文として投稿中である。Protein S Tokushima変異を保有しない女子学生190名についてヘルスチェックの食事調査結果を解析し、血中プロテインS活性、抗原量に関連する食因子を探索し、いくつかの候補食因子を同定した。2.介入研究による候補食因子の有効性の確認:2018年度の解析で明らかにしたProtein S Tokushimaを保有しない女子学生190名は2019年度まで在学中であるので、2019年度に実施予定の介入研究の対象者をその中から選択する。食事調査結果から見出された血中プロテインS活性、抗原量に関連する食因子、およびVLDLやLDLに含まれる脂質やアポタンパク質濃度を変動させる食因子について、介入研究に用いる候補食因子として検討中である。3.候補食因子による肝細胞のプロテインS発現調節のメカニズム解明:培養液中のグルコース濃度低下によるヒト肝細胞HepG2のプロテインS遺伝子発現抑制について、LXRやAMPKのinhibitorやactivatorを用いて発現調節機序を解析中である。1.若年女性の遺伝素因の検討と血中プロテインS活性に影響をおよぼす候補食因子の探索:研究計画通り、2018年度は女子学生195名についてプロテインS活性、プロテインS抗原量、Protein S Tokushima変異の有無を明らかにし、Protein S Tokushima変異を保有しない女子学生190名の解析から、血中プロテインS活性、抗原量に関連する食因子を同定した。
有機ＦＥＴの短チャネル化による超高速応答有機ＦＥＴの開発

本研究は有機FETをサブマイクロメートル領域まで短チャネル化し、また素子構造を改善することにより、有機FETとしては未踏のMHzーGHz領域の高スイッチング周波数特性をもつ超高速応答有機デバイスの作製を目指した。独自の技術である平坦電極を用い、ボトムコンタクト型ルブレンFETを、高速応答が得られるように素子構造を改善し、接触抵抗の減少を進めたところ、研究開始当初3KHzであった限界スイッチング周波数は6MHzまで向上した。しかしながら技術力の限界から当初目指した100MHzには及ばなかった為、研究後半では有機デバイスと同様のメリットが得られるカーボンナノチューブFETの作製に取り組んだ。本研究の目的は、有機FETをサブマイクロメートル領域まで短チャネル化することにより、有機FETとしては未踏のMHz-GHz領域の高スイッチング周波数特性をもつ超高速応答有機デバイスを作成することにある。具体的には、有機FETの短チャネル化に伴う性能劣化の原因及びその克服方法を明らかにし、有機FETのスイッチング周波数測定方法を新たに開発する。この両者によって有機FETとして現実に到達しうる世界最高のスイッチング速度を測定によって実証する。本年度はルブレン単結晶短チャネルFETの更なる移動度の向上を目指し、Ni電極素子を新たに作成した。しかしながら他の文献でみられるようなNi電極採用による素子の性能向上は得られなかった。原因として我々の作製過程で何らかの酸化被膜がNi電極上に生じてしまっている為かもしれないが、一部の報告では電極上の薄い酸化膜がより電荷注入効率を上げるという報告もある為、原因は不明である。但し我々の系統的な作製方法においてはルブレンFETにおける電極金属の性能差はAu=Ni<Ptという結果であった。次に高い遮断周波数を測定する為の素子の作製に取り組んだ。これまでの素子構造ではシリコン基板をバックゲートとして用いる為に大きな寄生容量が発生し、せっかく短チャネルで大きな移動度が実現しても高い遮断周波数を計測することが出来ない。よって新規に絶縁体基板上に金属ゲートを作製し、薄い酸化膜を成膜し、その上にソースドレイン電極を形成して電極面とゲート絶縁体面に段差のないゲート分離型のボトムコンタクト素子を作製することに成功した。今後性能の改良と遮断周波数の計測に進む予定である。本年度はデバイス構造を見直し、チャネル部分のみに独立したゲート電極を有する構造を作製した。石英基板上に幅500nmのゲート電極を作製し、その上に厚さ60nmの絶縁膜(SiO2)を成膜した。その後、電子線描画法を用いてゲート電極との重なりが最低限になるようにチャネル長500nmのソース・ドレイン電極を作製した。このようにして作製された電極基板上にルブレン単結晶を張り合わせて高速応答対応デバイスを得た。デバイスサイズはチャネル長500nmチャネル幅71μmであり、その移動度は0.04cm^2/Vsであった。デバイスの周波数応答特性から素子のキャパシタンスを求めると約4×10^<-14>Fであった。この値は過去に作製したバックゲート型デバイスのキャパシタンス(1×10^<-11>F)から大きく減少した。遷移周波数f_Tを求めると約6MHzであり、デバイス構造および移動度から予測できるf_Tとよく一致した。今回のデバイスでは、移動度が期待していた値より小さく高い応答特性を得られなかったが、キャパシタンスは十分小さなデバイスが作製できた。現段階では、自己組織化膜を用いた表面処理等による電極基板-有機半導体界面の制御が行えていないため、今後はこれらの利用により更なる応答性能の向上が期待できる。有機FETをサブマイクロメートル領域まで短チャネル化することにより、超高速応答有機デバイスを作成することを目的に研究を行っている。有機FETの短チャネル化に伴う性能劣化にはさまざまな原因があるが、最も大きな原因は素子の寄生容量である。H23年度までに微細加工法によって素子の寄生容量を小さくし、計測上の寄生容量も小さくすることに専念した。結果として約10MHzの応答性までを達成したが、これは目標とした100MHzに比べるとははるかに遅いものである。原因としては寄生容量を下げる為の設計変更や材料変更によって素子本来の移動度が下がってしまったこと、および誘電体表面の膜質改善や接触抵抗の改善は素子の速度を大きく向上する大きな要因とはならなかったことが大きい。一方で計測にかかる寄生容量の低減に同時に取り組んだ。これは素子の応答速度が50MHzを超えた場合には計測系のケーブル寄生容量によって測定が出来なくなることが明らかである為である。

この対策としてプローバーのプローブ直近に設置しプロープと共に移動できるような電流増幅器を購入、アダプタを作製して既存のプローバーに組み込み動作の確認を行った。結果、購入した当初の既存のプローバーが持っている寄生容量の約10分の1近くまで低減することに成功した。まだ安定的な信号の取り込みには最終的に成功していないが、このような取り組みはこれまで計測されてこなかった速度範囲の評価法の新たな試みとして、有機デバイス開発の分野のみならず広く意義のある取組であると言える。本研究の目的は、有機FETを短チャネル化し、有機FETとしては未踏のMHzーGHz領域の高周波数素子を作成することにある。平坦ナノギャップ電極を用いて作製するルブレンFETは、チャネル長300-500nmで1-5cm2/Vsという高い移動度を持ち、10-100MHzという周波数特性を有すると期待できるが、現状の素子構造では大きな寄生電気容量の為に本来持っている高速応答を計測することが出来ない。よって本研究では短チャネルかつ高移動度を持ち、発現する高周波数特性を計測可能な新たなFET素子構造をデザインし、その素子作製を行ってきた。前々年度までに絶縁体基板上に独立金属ゲートと酸化膜を成膜し、その上にソースドレイン電極を形成したゲート分離型ボトムコンタクト素子を作製した。しかし移動度は0.04 cm2/Vsと小さいものとなり、周波数特性は約6 MHzであった。前年度は、素子性能低下の要因である微細構造周辺の構造の乱れによる接触抵抗をゲートに印可する電圧によって制御する試みを行ったが、大きな高速応答性能の改善には至らなかった。最終年度である25年度は、同様の独立ゲートによる性能向上を予定していたが、単層カーボンナノチューブ(SWNT)のFET素子性能の向上に取り組んだ。SWNT素子は既に高い移動度や高速応答が実現されているが、作製方法には制限がある。SWNTを用いて有機材料と同様にウエットプロセスによってボトムコンタクト電極に高性能の素子が作製可能であれば、応用的にも非常に意義深いと考えた為である。結果として独自に作成した平坦電極上にスピンコート法で作製したSWNT -FET素子において、平坦化していない電極を用いた場合よりも高い両極性を示すことが判った。また、平坦電極間にはより多くのSWNTが架橋した。移動度は約1 -5cm2/Vs程度と、決して高いとは言えないが、簡便な方法において様々なセンシング素子に利用可能なSWNT短チャネル素子を作成し得ることを示すことが出来た。有機素子には無機にはないフレキシビリティさや溶液法等を用いた低コスト製造が可能なことから、学術的だけではなく科学技術的、産業的にも大きな注目を集めている。近年のペンタセンFETやルブレン単結晶FETではキャリア移動度がアモルファスシリコンを凌ぐものも試作され始めており、用途によっては実用可能な段階まで達している。
金属ナノ粒子/表面系触媒のための分子軌道論:バンド理論ハイブリッド手法の開発

本課題は、表面の影響を取り込んだ高精度電子状態を可能とする分子軌道論:バンド理論ハイブリッド化新規第一原理計算手法を開発することにより、固体表面上に金属ナノ粒子が担持した担持金属触媒の活性発現機構を理論的に解明し、貴金属フリーの自動車触媒を理論設計することを目的としている。そのために、スラブモデルを用いたバンド計算により求めた静電ポテンシャルを作用させて、クラスターモデルを用いた高精度分子軌道計算を行なう、周期的静電ポテンシャル埋め込みクラスターモデルの開発を行ってきた。本年度はこれまで開発してきた手法を用いて、金属クラスターの担持した表面の構造最適化の検討と、吸着CO分子への金属-表面相互作用の影響の評価を行った。自動車三元触媒Rh/Al2O3, Rh/AlPO4の埋め込みクラスターモデルを構築し、構造最適化を行ったところ、スラブモデルと近い収束構造が得られたことから、クラスター末端領域のdangling bondの影響は小さく、開発した手法は構造最適化に適用可能であることがわかった。Rh2の構造はスラブモデルで用いた平面波基底で評価したものよりも、クラスターモデルで用いたLANL2DZ基底で評価したものの方が実験値に近いので、より信頼性の高い担持金属クラスター構造を評価可能になったと考えられる。また、実験では、吸着CO振動数はRh/AlPO4の方がRh/Al2O3よりも高いが、これはRhから担体表面への電荷移動がRh/AlPO4の方が大きく、そのために担持Rhの金属性が低くなっていることに起因すると言われている。今回開発した手法を用いて、吸着CO振動数を計算したところ、実験と一致する結果が得られた。これらのことから、この課題で開発した新規第一原理計算手法は、担持金属触媒上での金属クラスター電子状態の関与する分子の吸着、そして解離に関して、十分に適用可能なものであると考えられる。本課題は、分子軌道論とバンド理論をハイブリッド化した新規第一原理計算手法を開発し、表面の影響を取り込んだ高精度電子状態を可能にすることで、固体表面上に金属ナノ粒子が担持した担持金属触媒の活性発現機構を解明し、貴金属フリーの自動車触媒を理論設計することを目的としている。不均一系触媒の理論研究には、従来バンド理論に基づくスラブモデルか、分子軌道論に基づくクラスターモデルが用いられてたが、スラブモデルは高精度電子状態計算が困難、クラスターモデルは表面の影響、特に長距離静電相互作用が取り込めないという問題があった。そこで両モデルの長所を組み合せた手法として、スラブモデルで求めた静電ポテンシャルを作用させてクラスターモデルによるQM計算を行なう、周期的静電ポテンシャル埋め込みクラスターモデルの開発を行う。本年度は、計画時はONIOM法のmechanical embeddingを実装する予定だったが、クラスター末端のdangling bondの影響が非常に強く意味のある結果が得られなかったので、開発計画を変更し、計画後期に予定していた周期的静電ポテンシャルの1電子積分の実装を行った。Super-cell approachの元で、フーリエ変換とポアソン方程式を用いて周期的静電ポテンシャルの1電子積分の解析的・回帰的な表式を導出し、さらにEwaldの方法を点電荷-1電子軌道間相互作用の評価に応用することで、高効率、高精度な計算を実行可能とした。この開発した手法を用いて、自動車三元触媒Rh/Al2O3, Rh/AlPO4の埋め込みクラスターモデルを構築したところ、Rh-担体表面間相互作用エネルギーや、吸着構造変化による担体表面LUMOの局在化、スピン密度、状態密度などについて、スラブモデルを用いた結果をよく再現できた。これらの結果から、今回開発したモデルは酸化物担体には適用可能で、担持金属触媒系で高精度計算を行うのに十分に有用なものであることがわかった。手法開発において最も難度が高く、計画後期に行う予定だった1電子積分の評価部分の開発を終えることができた。一方で、他に計画していた金属-表面相互作用の解析手法の開発や、有望な金属-担体の組み合わせの探索は、目立った進展がなかった。計画全体としては、おおむね順調な進捗状況である。

今回開発した手法を用いて、吸着CO振動数を計算したところ、実験と一致する結果が得られた。これらのことから、この課題で開発した新規第一原理計算手法は、担持金属触媒上での金属クラスター電子状態の関与する分子の吸着、そして解離に関して、十分に適用可能なものであると考えられる。静電ポテンシャル埋め込みクラスターモデルの開発に関しては、1電子積分の開発は終わったが、現在まだ外部ポテンシャルが点電荷ポテンシャルに限定されているので、引き続き電荷密度ポテンシャルへの発展を予定している。またすでに酸化物担体には応用可能なモデルが構築できたので、担持金属への吸着分子の振動計算など、従来のモデルでは信頼できる計算が困難で、かつ実験と定量的に比較可能なものへの応用を予定している。また進展が遅れている金属-表面相互作用の解析手法の開発、有望な金属-担体の組み合わせの探索を進める。予定より消耗品の支出が少なく済んだ。また、新しい世代のCPUが発売されたことによりワークステーションの価格が変動し、計画予算と差異が生じた。使用計画としては、記録メディアや書籍などへの使用を計画している。
対馬・朝鮮の「沖縄関係史料」集成とその情報化

平成8年度の本研究課題は、「沖縄の歴史情報」の中でも主に「朝鮮と対馬」に関係する歴史情報を取り出すことであった。研究分担者の長節子は、中世の琉朝対外関係史を研究対象とし、特に「偽琉球使の朝鮮渡航」の問題を取り扱った。また「都城島津家所蔵琉球国王宛朝鮮国王書翰」の調査・研究に着手し、書誌学的な調査とその伝来経緯を精査した。またもう一人の研究分担者である平木実は、琉朝間の対外貿易と『朝鮮王朝実録』のデジタル情報研究に従事した。まず『朝鮮王朝実録』CD-ROM版を活用しながら琉球に関する検索を実行し、そこに記載されてある関係記事を検討しながら、本重点領域研究でのコンピュータを活用した歴史研究の在り方を具体的に模索した。次に琉朝の2国間貿易に関する研究を推進した。研究代表者である松原孝俊は、昨年度に引き続き「韓国に残る沖縄関係史料情報」の収集に努め、『燕行録』『文献備考』など十数種の文献からの関係記事を抜き出して、その資料集を報告書にまとめると共に、それを松原のホームページ(http://matsu.rc.kyushu-u.ac.jp/home)にて公開した。そして松原は、本重点領域研究の他の研究班のメンバー5名(佐伯弘次・豊見山和行・木部和昭・池内敏・真栄平房昭)らと共に「東アジアの漂流・漂着」研究の重要性を鑑み、その研究プロジェクトを個人的に組織し、その研究を推進した。佐伯は日韓に点在して残る「対馬宗家文庫の漂流関係史料」を網羅的に整理し、その目録化を図った。豊見山と松原は、石垣島に残る「憲章姓家譜」を見出して、その翻刻を行うと共に、石垣島で発生した中国人と朝鮮人漂着事件を分析した。木部と松原は、『朝鮮物語』(松原新右衛門)の翻刻と解題執筆を進めながら、東アジアにおける情報(風聞)伝達・収集の諸問題を取り扱った。池内と松原は、宗家文庫の漂流関係文書(韓国国史編纂委員会所蔵ほか)の分析とそのデータベース化に努めた。
エピタキシャル安定化を用いた強相関単結晶薄膜の開発と物性評価

パルスレーザー堆積法によりバルク合成不可能なイリジウム酸化物単結晶薄膜を作製した。新規スピネル酸化物Zn_<1-x>Li_xIr_2O_4(0 <= x <= 1.0)において、バンド絶縁体である3価のイリジウム酸化物ZnIr_2O_4にホールをドープすることで伝導度が増大したが、全組成領域で半導体的な伝導を示すことを見出した。ペロブスカイト酸化物SrIrO_3が金属伝導を示す一方でホール係数が降温にしたがって増大する振舞いを見出し、SrIrO_3の輸送現象において強いスピン・軌道相互作用が何らかの役割を果たしている可能性を示唆する結果を得た。パルスレーザー堆積用真空装置を用いてペロブスカイト関連の構造を持つ強相関電子系物質を作製し、その基礎物性評価を行った。1.マンガンペロブスカイト薄膜の作製と評価マンガン酸化物は磁性と伝導性を併せ持つことから他の酸化物との接合・超格子を作製する構成要素として重要であり、かつ強相関酸化物一般の製膜条件の基準点となる物質である。SrTiO_3基板上にLa_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3単結晶薄膜を作製し、X線回折と磁化の測定により、薄膜の面内格子定数が基板と一致するコヒーレントエピタキシーを実現していることを確認した。低酸素分圧(1 mTorr)と高酸素分圧(150 mTorr)の両方で製膜条件を最適化するとともに、低酸素分圧下では反射高速電子線回折のその場観察を行い、原子層レベルでの積層制御を確認した。2.イリジウムペロブスカイト薄膜の作製イリジウム酸化物は一般に焼結性が低いためにパルスレーザー堆積法のターゲットを作製するのが困難である。この困難を解決すべくスパークプラズマ焼結法によりSrIrO_3の多結晶ペレットを作製し、実用上十分な焼結度のターゲット作製に成功した。この手法はルテニウムなど他の焼結困難な酸化物のターゲット作製にも広く応用可能であり、エピタキシャル安定化による物質開発一般に有効である。得られたターゲットを用いて金属的特性を示すSrIrO_3単結晶薄膜をSrTiO_3基板上に作製することに成功した。バルクのペロブスカイト型SrIrO_3は高圧安定相であることから、エピタキシャル安定化が有効に働いて薄膜作製に成功したと考えられる。一方同様の方法では層状ペロブスカイトSr_2IrO_4を安定化することはできず、さらに別の機構が必要であるとの知見を得た。1.イリジウムスピネル酸化物薄膜の作製と評価イリジウム酸化物は、異常ホール効果(Pr_2Ir_2O_7)などの基礎的な物性研究から電極材料(IrO_2)への応用研究に至るまで広く研究されている物質群の一つである。酸化物においてイリジウムの酸化数は4価が圧倒的に安定であるが、3価のイリジウムにホールをドープした新規イリジウム酸化物Zn_<1-x>Li_xIr_2O_4(0<=x<=1.0)のエピタキシャル成長に成功した。基板としてはLiNbO_3(0001)を用いた。イリジウムを含むスピネル酸化物はバルクには知られておらず、これらの酸化物はパルスレーザ堆積法によるエピタキシャル安定化を用いて実現したバルク準安定な新物質である。3価のイリジウムを持つバンド絶縁体であるZnIr_2O_4に対してLiを置換することにより、最低温での抵抗値は減少しx=0.7で最小値をとった。これはホールドーピングによるものと考えられるが、金属状態を実現することはできなかった。2.イリジウムペロブスカイト薄膜の作製と評価前年度に引き続きエピタキシャル安定化によりペロブスカイト型SrlrO_3薄膜をSrTiO_3(001)基板上に作成し輸送特性を測定した。電気抵抗は150K以下で局在的振舞いを示すものの、金属伝導で説明できることが分かった。一方でホール係数は正の符号を持ち、降温にしたがって増大する振舞いがみられた。これをキャリア濃度の温度変化と考えると最低温(2K)では5×10^<20>cm^<-3>程度のキャリア濃度となり単純な金属としては低い値を示し、SrIrO_3の輸送現象において強いスピン・軌道相互作用が何らかの役割を果たしている可能性を示唆している。
メディア環境の変容が世論過程に及ぼす影響に関する研究

本研究は、近年の情報技術の発達に伴うメディア環境の変容が、世論形成過程にどのような影響を及ぼしつつあるかを探究した。より具体的には、(a)人々のメディア利用の仕方はどうパターン化できるか、(b)人々が公共的争点を認知するやり方は、メディア利用パターンによってどう異なるか、(c)メディア利用の多様化は、マスメディアの議題設定機能にどう影響するか、(d)メディアの多様化は人々の政治的疎外意識とどう関連するか、といった課題を検討した。本年度は、参議院選挙における争点をめぐって、在来マスメディアおよびニューメディアから提供される政治情報が、利用者の議題設定や態度形成、集合的な世論過程に及ぼす影響を研究することとした。まず、参議院選挙における「メディア議題」とくに議題多様性の実態を明らかにするために、政治討論番組、ワイドショーの政治関連情報を1ケ月分収集した。そして、2番組に特化して、争点の内容、メディア別の争点顕出性(報道量の順位)などを分析すべく、コーディングシートを作成して、コーダーを用いて分析を行った。マスメディア以外のメディアに関しては、ブログに注目して、既存マスメディアの情報が如何に利用されているのか、ブログ間の連関関係を中心に分析すべく、キーワードを、いくつか設定し、同期間においてブログデータの収集を行った。また、有権者調査として、首都圏30km圏内に在住する2069歳の男女1400人をエリア抽出し、個別訪問留め置き法により調査を行った。調査内容は、場所別、時間帯別、メディア利用様式、メディア別の政治情報利用パターン、メディア接触の量と深さ、能動性、メディアからの情報・意見に対する信頼度、公共問題に関する争点顕出性(関心の高さ、重要度の評価)と意見・態度、選挙での投票意図、政党支持、一般的な政治意識などである。これらの調査から、メディア議題、受け手の議題多様化、細分化を規定する要因をさぐるべく、分析を来年度以降も継続して行う。本年はその前提となる資料収集に重点がおかれた。本研究は、インターネットの普及などメディア環境の多様化が利用者の政治・社会意識(世論)に及ぼす影響を分析することを目的として、調査研究を行った。具体的には、東京都民840人に対する意識調査、および、インターネット利用者480人に対する意識調査を実施し、メディア環境やメディア利用パターンと公共意識、争点認知、イメージ形成との関連を中心に分析を行った。その結果、次のようなことが明らかになった。第一に、政治争点認知との関連を多変量解析によって分析した結果、テレビニュース視聴時間のみが主要争点(雇用問題など)の認知に有意に関連をもち、その他のメディア接触量やメディア環境の違いは有意な関連を持たないことがわかった。第二に、調査時点で大きな問題になっていた「非正規雇用(派遣切り)」問題への評価を従属変数とする重回帰分析を行った結果、メディア環境の多様化が、雇用者個人に対する原因責任帰属と有意に関連がみられた。また、国に対する対処責任帰属とPCネット利用に正の関連がみられた。第三に、麻生自民党総裁と小沢民主党党首のイメージを従属変数とする重回帰分析を行った結果、麻生総裁のイメージにはメディア環境、メディア接触の影響はみられなかったのに対し、小沢党首のイメージには、PCインターネット利用が有意にプラスの効果を及ぼしていることがわかった。小沢党首の積極的なネット活用が党首イメージの向上に一定の効果を及ぼしている可能性を示唆する結果といえる。第四に、インターネットモニター調査のデータを分析した結果、知り合いブログ、動画共有サイトの利用頻度が高い人ほど、非正規雇用者に対する対処責任帰属認知が大きくなるという傾向がみられた。これは、インターネットのメディア・フレーミング効果が一定程度作用している可能性を示唆するものといえる。最終年度として、これまで実施してきた調査や内容分析データの分析作業を継続すると同時に、政権交代の実現が予想された衆議院選挙(2009年8月30日投票)に際し、インターネット利用者を対象としたパネル調査を実施。メディア環境の変容が世論過程に及ぼす短期的な影響を探究した。調査は首都圏30km圏内在住の有権者800人(性別・年代別に均等割り当て)を対象に、第1波が8月810日、第2波が8月30日9月5日に実施された(2回とも有効な回答者数は756)。主な知見を挙げるならば:(1)各種メディアの利用時間をもとにクラスター分析を試みた結果、回答者は次の3グループに分かれた。「ニュース活発利用群」:新聞やテレビニュースの利用時間が長い人々(回答者全体の14%)、「ネット活発利用群」:PCネットの利用時間が長い人々(19%)、「消極的利用群」:どのメディアもほどほどに利用している人々(66%)。2007年度(参院選時)や2008年度に実施した調査でも、調査方法は異なるものの、回答者は、メディア利用に関して今回とほぼ類似した3グループに分かれている。本分類は、多メディア環境下のメディア利用行動を整理する軸として、一般的妥当性を持つものかもしれない。(2)各メディア接触と政治関心や政治的学習(指標として議題多様性〔=重要と認知する争点の幅〕)との関連は、上記のグループごとに異なっていた。

たとえば、「ニュース活発利用群」や「消極的利用群」では、テレビニュース接触が政治関心や議題多様性の増大と有意な正関連を示していたのに対し、「ネット活発利用群」では、各メディア接触は有意な効果を持たないようである。現時点では、テレビの役割がいぜん大きいと解釈できる。さらに、既存メディアの議題設定効果等を検討するために、新聞やテレビの選挙報道に関する内容分析も実施した。こちらは現在も集計・分析作業を続行中であり、成果の学会発表も予定している。
運動神経信号付加は本当に起こっているのか〓顔面表情筋mRNA発現変化を捉える〓

顔面表情筋内のMyogeninmRNA発現は完全麻痺にあたる脱神経により増加し,不全麻痺においては中等度の増加が認められた。また,その直後に端々神経縫合再建もしくは端側神経縫合再建を行う事で減少を認めた。その変化は実際に顔面表情筋に再生軸索が到達し,表情筋運動に変化が現れる以前であり,顔面表情筋におけるMyogenin発現は顔面神経麻痺の術後早期における予後判定の評価に有用であると考えられた。顔面神経麻痺に対する再建後の運動神経信号の付加が起こっていることを確認するために,顔面表情筋で発現するメッセンジャーRNAであるMyogeninに注目した。Myogeninは筋細胞の分化に重要な役割を果たす遺伝子である。予備的な実験として,ラットを用いて顔面神経本幹を切断したモデルと,切断直後に断端同士を縫合したモデルを作成し,128日後の期間,時系列で上口唇の筋肉におけるMyogeninの発現をアガロースゲルによる電気泳動で定量的解析を行い,その後リアルタイムPCRを用いて定量解析を行った。同時に,同じく時系列で眼輪筋の採取を行い,眼輪筋の垂直断面における筋細胞の断面積を測定した。また,逆行性神経トレーサーにより,縫合モデルにおける神経繊維の連続性を確認した。結果,アガロースゲル電気泳動においては両モデルにおいて術直後からMyogeninの発現の上昇が認められ,714日後にピークを認めたが,その後発現の低下速度には明らかな差が認められ,切断後縫合モデルにおいてより速やかな発現低下を認めた。又リアルタイムPCRにおいては,切断モデルにおいて術後14日まで発現の上昇が認められた後,速やかに発現の低下が認められたのに対し,切断後縫合モデルにおいては4日で発現がピークを迎え,その後徐々に低下を認めた。更に筋細胞の断面積の解析では切断モデルでは筋萎縮の進行が期間中続いたのに対し,切断後縫合モデルでは筋萎縮の進行が遅くなる傾向を認めた。また,神経トレーサーにより術後7日で脳幹の顔面神経核にトレーサーが到達したのが確認され,その時点での神経の連続性を確認した。これらの実験の結果は筋細胞分化において発現が増加し,神経信号による刺激で発現が低下するとされるMyogeninにおける過去の実験結果に矛盾しないと考える。今後,神経端側縫合により神経信号を付加した際のMyogenin発現及び筋細胞の評価により神経信号付加の証明と,それによる顔面表情筋に及ぼされる変化が解析されると考える。ラットを用いて顔面神経本幹を切断したモデルと,切断直後に断端同士を縫合したモデルを作成し,128日後の期間,時系列で上口唇の筋肉におけるMyogeninの発現をリアルタイムPCRを用いて定量解析を行った。同時に,同じ時系列で眼輪筋の採取を行い,眼輪筋の垂直断面における筋細胞の断面積を測定した。今回はそれに加えて顔面神経本幹を血管クリップで絞扼し,顔面表情筋の不全麻痺モデルを作製し,同様にリアルタイムPCRを用いてMyogeninRNA発現の定量を行った。結果,不全麻痺モデルでは切断モデルにおいて術後14日まで発現の上昇が認められた後,速やかに発現の低下が認められ,切断後縫合モデルにおいては4日で発現がピークを迎え,その後徐々に低下を認めたのに対し,明らかなピークを認めず,発現量も切断モデルと切断後縫合モデルの間の値を示した。そして3種類のモデルのいずれにしても術後28日にはほぼ同等の低い値にRNA発現が収束する傾向が認められた。これらの実験の結果は筋細胞分化において発現が増加し,神経信号による刺激で発現が低下するとされるMyogeninにおける過去の実験結果に矛盾しないと考えられた。今後,顔面神経本幹に舌下神経を端側縫合したモデルを作製し,それぞれ中枢側の顔面神経本幹を切断した完全麻痺モデル,更にクリップにより不全麻痺モデルを作製し,それぞれについてMyogeninRNA発現を定量し,神経端側縫合により神経信号を付加した際のMyogenin発現及び筋細胞の評価により神経信号付加の証明が解析されると考える。【背景】当科では顔面神経麻痺に対する表情筋運動の再建方法として神経端側縫合によるNetwork型神経再建を行っている。我々は逆行性トレーサーを用いた動物実験を行い,流入型神経端側縫合により舌下神経と顔面神経による顔面表情筋の二重支配を証明した。しかし,表情筋を運動させるに十分な神経信号が達しているのか,表情筋の変性が再支配後にどの程度生じているかは明らかではなく,神経信号入力の有効性を評価する事が不可欠と考えられた。【目的】顔面神経麻痺発症に伴う,表情筋の脱神経支配,更に神経端側縫合を介した神経軸索再生による,神経再支配を表情筋mRNAの発現解析をすることにより経時的に捉え,神経信号付加を証明することを目的とした。【方法】

ラットを用い,顔面神経本幹に対する障害を5グループに分け,1)切断群,2)切断後縫合群,3)不全麻痺群,4)流入型切断群,5)流入型不全麻痺群により顔面神経麻痺(不全麻痺)を作成し,その後経時的に表情筋からRNAを抽出した。それらよりMyogenin(Myog)発現を定量した。【結果・考察】今回我々が定量を行ったMyogは骨格筋特異的転写因子の一つであり,表情筋に対するdenervationやreinnervationにより発現が増減することで,運動神経信号の入力変化を反映すると考えられた。更に舌下神経を顔面神経本幹に端側縫合した流入型モデルにおけるMyog発現の変化は神経信号付加の存在を示唆するものと考えられた。神経端側縫合は手術手技的に高度な技術を要する為,手技の安定に時間を要した.また,不随する予備実験として逆行性神経トレーサーの顔面表情筋注入後の時系列での動静についてin vivoイメージによる把握を試みた為,現時点では実験計画より進行がやや遅れている状態である。24年度が最終年度であるため、記入しない。今後は神経端側縫合モデルにおいて完全麻痺モデル及び不全麻痺モデルでMyogeninRNA発現を解析し,同時に眼輪筋筋肉の解析結果を合わせて結論を導き出す予定である。やや遅れが出ている他は問題なく,研究計画の変更等は行わない。
有機金属化合物の会合状態に関する基礎研究とそれに基づく精密合成反応触媒の開発

求核性有機金属化合物は,有機溶媒中で複数の金属カチオンとカルバニオンを含む平衡状態にある会合種を形成しており,このようなクラスター性有機金属化合物の反応機構は複雑を極める.これら有機金属会合種の反応挙動を計算化学的な手法を用いて理解し,その知見をいかした新規合成反応の開発を行った.その成果を列挙する.(1)アリル金属化合物のビニル金属化合物への付加反応(Gaudemer / Normantカップリング反応)は,カルバニオン種のカルバニオン種への付加反応であり,"異常な"有機反応であり,発見以来30年もの間,反応機構が不明であった.大規模なabinitio計算と密度汎関数計算による反応経路の検討の結果,本反応が有機金属会合種の形成を鍵として進行することが明らかとなった.またここで鍵元素として働く亜鉛元素と合成化学的に重要な銅元素との,分子軌道レベルでのそれぞれの機能の違いを検討し,d軌道の働きに帰着ができることを明らかにすることが出来た.(2)上述の理論研究の成果を基に,有機亜鉛試薬のビニルホウ酸エステルへの効率的な付加反応を開発することが出来た.従来,有機金属試薬の付加による炭素ム炭素結合生成反応には適さないと考えられてきたビニルホウ酸エステルに対し,アリル亜鉛試薬が効率的に付加することを見いだした.本反応では,同一炭素上にホウ素と亜鉛を有する二核金属種が高収率で得られる.引き続く化学変換反応の検討によって,汎用性に優れるビニルホウ酸エステル類の新たな合成的有用性を示すことが出来た.また,シクロプロペノンアセタールのような歪みオレフィンへの有機マグネシウム化合物,および有機亜鉛化合物の付加反応において鉄塩がよい触媒となることを見いだし,光学活性リン配位子との組み合わせにより,触媒的不斉カルボ亜鉛化反応へと展開することが出来た.精密有機合成化学における鉄触媒の新たな可能性を示す研究であると考えている.(3)ビラジカル活性種であるトリメチレンメタンの合成反応への応用を目指した研究の中で,元来反応性に乏しいジアルキル亜鉛試薬が開殻系活性種であるトリメチレンメタンに速やかに付加し,アリル亜鉛試薬が生成することを見いだすことが出来た.反応系中にカルボニル化合物などの求電子的な基質を共存させることでone-potでの三成分連結反応が可能になった.有機金属試薬とラジカル活性種の新たな組み合わせによる合成手法を提示するものである.求核性有機金属化合物は,有機溶媒中で複数の金属カチオンとカルバニオンを含む平衡状態にある会合種を形成しており,このようなクラスター性有機金属化合物の反応機構は複雑を極める.これら有機金属会合種の反応挙動を計算化学的な手法を用いて理解し,その知見をいかした新規合成反応の開発を行った.その成果を列挙する.(1)アリル金属化合物のビニル金属化合物への付加反応(Gaudemer / Normantカップリング反応)は,カルバニオン種のカルバニオン種への付加反応であり,"異常な"有機反応であり,発見以来30年もの間,反応機構が不明であった.大規模なabinitio計算と密度汎関数計算による反応経路の検討の結果,本反応が有機金属会合種の形成を鍵として進行することが明らかとなった.またここで鍵元素として働く亜鉛元素と合成化学的に重要な銅元素との,分子軌道レベルでのそれぞれの機能の違いを検討し,d軌道の働きに帰着ができることを明らかにすることが出来た.(2)上述の理論研究の成果を基に,有機亜鉛試薬のビニルホウ酸エステルへの効率的な付加反応を開発することが出来た.従来,有機金属試薬の付加による炭素ム炭素結合生成反応には適さないと考えられてきたビニルホウ酸エステルに対し,アリル亜鉛試薬が効率的に付加することを見いだした.本反応では,同一炭素上にホウ素と亜鉛を有する二核金属種が高収率で得られる.引き続く化学変換反応の検討によって,汎用性に優れるビニルホウ酸エステル類の新たな合成的有用性を示すことが出来た.また,シクロプロペノンアセタールのような歪みオレフィンへの有機マグネシウム化合物,および有機亜鉛化合物の付加反応において鉄塩がよい触媒となることを見いだし,光学活性リン配位子との組み合わせにより,触媒的不斉カルボ亜鉛化反応へと展開することが出来た.精密有機合成化学における鉄触媒の新たな可能性を示す研究であると考えている.(3)ビラジカル活性種であるトリメチレンメタンの合成反応への応用を目指した研究の中で,元来反応性に乏しいジアルキル亜鉛試薬が開殻系活性種であるトリメチレンメタンに速やかに付加し,アリル亜鉛試薬が生成することを見いだすことが出来た.反応系中にカルボニル化合物などの求電子的な基質を共存させることでone-potでの三成分連結反応が可能になった.有機金属試薬とラジカル活性種の新たな組み合わせによる合成手法を提示するものである.求核性有機金属化合物は,有機溶媒中で複数の金属カチオンとカルバニオンを含む平衡状態にある会合種を形成しており,このようなクラスター性有機金属化合物の反応機構は複雑を極める.これら有機金属会合種の反応挙動を理解することによって,これまで単純なカルバニオンの化学とされてきた有機金属反応の概念を刷新し,次代の精密合成反応の開発,さらには新反応の発見のの為の基礎を築くこと目的として研究を行っている.研究期間中に(1)有機金属クラスターに特徴的な反応の理論的検討(2)それに基づく会合体の設計,合成および,その反応性に関する実験研究

(3)これまで精密合成において顧みられることの少なかった鉄を鍵元素とした合成反応開発を計画しており,本年度はその(1)及び(2)に関して大きな進捗が得られた.以下概要を示す.アリル亜鉛試薬のビニルマグネシウムへの付加反応は,1970年代にGaudemarらに見い出され,その後Normantらによる精力的な研究により,合成化学的に興味深い反応として認識されるようになった.その一方で,なぜこのような求核試薬(カルバニオン)の求核試薬(カルバニオン)への付加が効率的に起こるのかという,反応機構的な疑問はこの30年来解かれることがなかった.我々は大規模分子軌道計算を用いた反応経路の検討により,この一見奇妙な反応が,有機亜鉛・マグネシウム会合体の形成を鍵として進行することを明らかにした.さらにここで得られた知見を基に,新たなカルボメタル化反応系の開発に臨み,ビニルホウ素化合物を始め,種々のビニル金属化合物に対する有機亜鉛試薬の新たな付加反応を見い出すことに成功した.また,有機亜鉛試薬としてはアリル亜鉛に加えて,亜鉛化ヒドラゾン,亜鉛化エナミンなど,潜在的な合成的汎用性の高い試薬を見い出すに至った.次年度は反応機構の理論的な解析に加えて,有機鉄を触媒とした立体選択的反応への展開を検討する.求核性有機金属化合物は,有機溶媒中で複数の金属カチオンとカルバニオンを含む平衡状態にある会合種を形成しており,このようなクラスター性有機金属化合物の反応機構は複雑を極める.これら有機金属会合種の反応挙動を計算化学的な手法を用いて理解し,その知見をいかした新規合成反応の開発を行った.その成果を列挙する.(1)アリル金属化合物のビニル金属化合物への付加反応(Gaudemer/Normantカップリング反応)は,カルバニオン種のカルバニオン種への付加反応であり,"異常な"有機反応であり,発見以来30年もの間,反応機構が不明であった.大規模なab initio計算と密度汎関数計算による反応経路の検討の結果,本反応が有機金属会合種の形成を鍵として進行することが明らかとなった.またここで鍵元素として働く亜鉛元素と合成化学的に重要な銅元素との,分子軌道レベルでのそれぞれの機能の違いを検討し,d軌道の働きに帰着ができることを明らかにすることが出来た.(2)上述の理論研究の成果を基に,有機亜鉛試薬のビニルホウ酸エステルへの効率的な付加反応を開発することが出来た.従来,有機金属試薬の付加による炭素ム炭素結合生成反応には適さないと考えられてきたビニルホウ酸エステルに対し,アリル亜鉛試薬が効率的に付加することを見いだした.本反応では,同一炭素上にホウ素と亜鉛を有する二核金属種が高収率で得られる.引き続く化学変換反応の検討によって,汎用性に優れるビニルホウ酸エステル類の新たな合成的有用性を示すことが出来た.また,シクロプロペノンアセタールのような歪みオレフィンへの有機マグネシウム化合物,および有機亜鉛化合物の付加反応において鉄塩がよい触媒となることを見いだし,光学活性リン配位子との組み合わせにより,触媒的不斉カルボ亜鉛化反応へと展開することが出来た.精密有機合成化学における鉄触媒の新たな可能性を示す研究であると考えている.