hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
シリコン・シングルドーパント・エレクトロニクス

本研究は、人工原子(artificial atom)ではなく、半導体中の「真の原子」(true atom)を用いた、新しい単一電荷スピン操作技術とこれに基づく新規デバイスの実現を目指すものである。ここでは、トランジスタ中の個々のドーパントの位置特定技術を確立するとともに、個々のドーパントがトランジスタに与える影響を明らかにした。さらに、ドーパント原子により単一電荷を操作する「原子デバイス」の作製に成功した。「シングルドーパントエレクトロニクス」とは、量子ドット(artificial atom)を、ドーパントの局在準位(true atom)に置き換えることにより、新物性、新機能を実現しようとするものである。人工原子と異なりその電気的特性が加工精度に依存しないというメリットがあり、大きな波及効果が期待できる。本研究は、シリコントランジスタ中のドナー(あるいはアクセプター)の位置同定、及びドーパントレベルを用いた新しい素子の開発を目指している。20年度は、主に以下の成果があった。1微細MOSトランジスタにおける単一アクセプターの深さ方向の同定とその解析ボロンを極低濃度にドープした微細MOSトランジスタの特性を低温にて詳細に調べ、単一のボロンアクセプターを検出し、その深さ方向の位置を定性的に同定することに成功した。(Y.Ono et.al.,Appl.Surf.Sci掲載)。2MOSトランジスタ中のボロンアクセプタを介したトンネル伝導機構の解明ボロンをドープした埋め込みチャネル型SOI-MOSトランジスタにおいて、ボロンアクセプタを介する電子伝導が、リンドナーの場合同様に、特異な負性微分伝達コンダクタンスが発現することを見出した。3遷移金属に対する基礎実験リンやボロンといった浅い準位を有するドーパントだけではなく、深い準位を有する遷移金属ドーパントの検討も開始した。マンガンをシリコン中にイオン打ち込みし、その後に熱処理を行うことにより、強磁性が発現することを実験的に示したことを受け、理論計算を行い、界面が極めて重要な役割をしていることを示唆する結果を得た(S.Yabuuchi et.al.,Phys.Rev.Bにて発表予定)。4チャージポンピング法の基礎実験ナノスケール極微小ゲートMOSFETを用いてチャージポンピング(CP)法によるMOS界面準位の評価を行った。数十fAと極微小電流であるが,CP電流から比較的容易に単一トラップの検出が可能であることを確認した.また,CP特性の立ち上がり部にゲートパルスに対する過渡現象を見出し,この現象が個々の界面準位のキャリア捕獲断面積を反映しており,トラップ準位のキャリア捕獲・放出過程の観測に有効であると考えられる.本研究は、シリコントランジスタ中のドナー(あるいはアクセプター)の位置同定、及びドーパントレベルを用いた新しい素子の開発を目指している。21年度は、主に以下の成果があった。1微細MOSトランジスタにおける単一アクセプターのチャネル方向の同定とその解析ボロンを極低濃度にドープした微細MOSトランジスタの特性を低温にて詳細に調べ、単一のボロンアクセプターを検出し、そのチャネル方向の位置を定性的に同定するとともに、ソース端のドーパントがドレイン端のドーパントよりもより大きな影響をMOSFETに与えることを明らかにした。これは、MOSFETにおける単一ドーパントの特性を理解するうえで、極めて重要な結果である。本成果に対して、招待講演を三件行った。(M.Khalafalla et.al., Appl.Phys.Lett.掲載)。2微細MOSトランジスタにおける単一アクセプターの深さ方向の同定に関するシミュレーション解析ボロンを極低濃度にドープした微細MOSトランジスタの特性を低温にて詳細に調べ、単一のボロンアクセプターを検出し、その深さ方向の位置を定性的に同定することに成功したことを受け、シミュレーションを行い、実験結果をよく説明できることを明らかにした。(M.Kawachi et.al., Silicon Nano Workshopにて発表)。3チャージポンピング法の基礎実験微細MOSトランジスタに含まれる各単一MOS界面トラップに対して,局所的なMOS反転電子濃度を一定にすることによって各トラップの電子捕獲過程を検出し,電子捕獲率が各トラップによって異なることを実験的に示した.また,各トラップのエネルギー準位がバンドギャップ中の広い範囲に離散的に存在していることを示した.本研究は、シリコントランジスタ中のドナー(あるいはアクセプター)の位置同定、及びドーパントレベルを用いた新しい素子の開発を目指している。22年度は、主に以下の成果があった。1リンドープ薄層SOIにおける巨大シュタルク効果とリンドナー電子離脱過程の観測リンをドープした薄層SOIを用いて、エレクトロルミネッセンス測定を行い、巨大シュタルク効果を観測するとともに、DO-hラインの電界依存性を調べ、急峻な強度現象がリンドナー電子離脱過程に関連していることを明らかにした。本結果は、リンドナーを用いた電荷操作を実現する上で重要な知見である。(J. Noborisaka et. al., Appl. Phys. Lett.掲載)。

2ドーパントリッチ環境下での単一ドーパントを介した電流測定ドーパントリッチ環境下においても、電流電圧特性の立ち上がり電圧では、その電流が単一のドーパントにより支配されていることを明らかにした。また、その電荷状態変化を、KFMを用いて観測した。(M. Tabe et. al., Phys. Rev. Lett.掲載)。3チャージポンピング法の基礎実験極微小ゲートのMOSトランジスタを用いて,高精度・高精細なチャージポンピング測定を実施し,これまでに観測できなかった微小信号を検出した.詳細な検討を行い,個々のMOSトランジスタに含まれる界面トラップ数をより正確に評価できる新たな評価法を考案した.4.トランジスタ中ドーパントの荷電状態.pチャネル極薄SOI MOSFET内のボロンの荷電状態を考慮して、有効質量方程式とポアッソン方程式を連立して解くことによりホール密度のゲート電圧依存性を計算し、実験結果が定性的に説明できることを明らかにした。本研究は、シリコントランジスタ中の単一のドナー(あるいはアクセプター)を用いた新しい素子の開発を目指している。23年度は、主に以下の成果があった。1単一ドナー電子の制御シリコンナノワイヤ中に形成された微細MOSダイオードの極近傍に、少数個のドナー(砒素)を選択的に導入することにり、MOSゲートの1クロックでドナー数に依存した電子の転送が可能であることを実験的に示した。これは、個々のドナーの電子捕獲放出過程を利用したもので、半導体中の原子(ドーパント)をactive componentとして用いる「原子デバイス」による電荷精密制御に道を開くものである。2微細トランジスタにおける単一ドーパント効果の観測単一イオン注入技術を用いて選択的にドーピングを施したトランジスタにおいて、ソース側に導入されたドーパントがキャリア走行減速に関係が深いことを支持する結果を得た。3チャージポンピング法のを用いた少数子トラップに関する新知見極微小ゲートのMOSトランジスタを用いたチャージポンピングの実験において、単一のトラップによるチャージポンピング電流が、予想される値よりも常に小さくなることを見出した。この結果は、長年信じられてきたチャージポンピング基礎理論の変更を迫る重要なものである。4.トランジスタ中ドーパントの荷電状態トランジスタ中ドーパントの荷電状態を精密に取り扱うための、3次元シミュレーションを立ち上げた。イオン化エネルギーの設定方法などの基本事項を確認した。(未発表)
摂食行動とヒト生理機能の時間的統合及びその障害

液性シグナル指標として視交叉上核からの直接的な神経投射を受けていないヒト単核球および多核球内におけるhPer1、hPer2、hPer3、Clock、Bmall、Timeless、Cry1、Cry2、Dec1、Dec2の10種類の時計遺伝子群、及び、内部標準補正用のβ-actinの発現定量法を確立した。また、摂食、加齢による遺伝子発現パターンの変化を検討した。ヒト末梢循環白血球においても上記の時計遺伝子ループを構成する主要遺伝子群すべての転写発現が認められた。hPer1、hPer2、hPer3では暗期から明期への移行期に転写リズム頂点位相が集中していた。その他の時計遺伝子群では末梢単核球における発現には有意な慨日変動は認められなかった。60代健常被験者管での比較により、生理機能リズム及びSCNからの直接的な神経投射を受けない末梢循環単核球におけるゐhPer1、hPer2、hPer3転写リズムの同調位相に有意な年齢群間差が生じていなかった。同調生活下では一日三食摂取群、カロリー分散摂取群との間に乃hPer遺伝子群発現パターンの有意な差異は認められなかった。一方で、視交叉上核障害モデルであるアルツハイマー型認知症患者群では、進行期の患者ではhPer遺伝子群のピーク位相に有意に大きいばらつきがあり、内的脱同調の存在が示唆されたが、定時の経口摂食群と経鼻栄養群との間にhPer遺伝子群発現パターンの有意な差異は認められなかった。これらのことから、光同調化にあるヒトの末梢単核球内の時計遺伝子転写サイクルは、摂食パターンによる影響は軽微にとどまっているものと推測された。消化器系細胞などカロリー摂取の影響の大きい組織・細胞群とは異なった非光同調機序が存在するものと思われる。液性シグナル指標として視交叉上核からの直接的な神経投射を受けていないヒト単核球および多核球内におけるhPer1,hPer2,hPer3,Clock, BMAL1,Timeless, Cry1,Cry2,Dec1,Dec2の10種類の時計遺伝子群,及び,内部標準補正用のβ-actinの発現定量法を確立した.ヒト末梢循環白血球においても上記の時計遺伝子ループを構成する主要遺伝子群すべての転写発現が認められた.hPer1,hPer2,hPer3では暗期から明期への移行期に転写リズム頂点位相が集中し,Clock転写には有意な慨日変動は認められかった.これらの転写特性は夜行性動物である齧歯類における視交叉上核細胞や末梢細胞での転写特性に近似していた.また,単核球および多核球では末梢循環数や細胞機能リズムのピーク位相が異なるにもかかわらず,両分画細胞ともに各遺伝子位相は同一位相を示した.さらに,単核球および多核球内hPer1転写リズム位相は神経性シグナル指標であるメラトニン分泌リズム位相との間に高い正の相関を示した.すなわち,生物時計からの直接的な神経投射を受けていないヒト末梢単核球もまた生物時計支配下に液性因子を介してリズム同調を受けていること,夜行性昼行性にかかわらず時計遺伝子転写リズム位相は普遍的に保たれていることが示唆された.一日三食摂取の通常生活条件時とカロリー分散摂取時におかれた健常若年被験者及び健常高齢者、経管栄養下にある認知症患者、高カロリー輸液中の身体疾患患者において、メラトニン、コルチゾール、放熱などの生理機能リズム及び末梢単核球内の時計遺伝子発現リズムの評価に着手した。60代健常被験者管での比較により,生理機能リズム及びSCNからの直接的な神経投射を受けない末梢循環単核球におけるhPer1,hPer2,hPer3転写リズムの同調位相に有意な年齢群間差が生じていなかった.液性シグナル指標として視交叉上核からの直接的な神経投射を受けていないヒト単核球および多核球内におけるhPer1、hPer2、hPer3、Clock、Bmall、Timeless、Cry1、Cry2、Dec1、Dec2の10種類の時計遺伝子群、及び、内部標準補正用のβ-actinの発現定量法を確立した。
高分子構造を考慮したパーコレーションモデルによる食品溶液粘度の臨界挙動の解析

食品のゾル-ゲル転移点近傍における粘度、弾性率などの力学物性、いわゆる力学物性の臨界挙動は十分に理解されていない。パーコレーション理論は、溶液中の高分子の空間占有率、高分子間結合力の関数として、食品物性の臨界挙動を統一的に把握しうる。本研究では、溶液中の高分子の存在状態を最も反映する粘度の臨界挙動に関し、パーコレーションモデルによる解析を行った。試料としては、ゼラチン、β-ラクトグロブリンを選定した。パーコレーションモデル中の占有確率と密接な関係がある高分子比体積Vappを還元粘度測定から求めた。その結果、金属塩添加によるゲル化濃度の変化が、Vappの変化により一部説明できることが明らかになった。また、パーコレーションモデルにより粘度の濃度依存性を解析する際の前提であるVapp一定の仮定が満たされていることが確認された。ゼラチンに関し態は、金属塩添加、熟成時間の違いにより、ゲル化点濃度は変化したが、粘度の臨界指数sは約1でほとんど変化せず、パーコレーション理論により、セラチンの粘度が統一的に把握できることが明らかになった。β-ラクトグロブリンの臨界指数sは、加熱温度が80°Cの場合には加熱時間によらず約2.8だったのに対し、加熱温度が60°Cの場合には初めは小さく時間の増加とともに2.8に近づく傾向が見られた。これは、各加熱条件における支配的な分子間結合の違いとして説明された。更に、金属と高分子との結合挙動が、金属イオンがゲル中の架橋点を形成する系における力学物性の臨界挙動を支配することを考慮し、多くの食品高分子と相互作用をするカルシウムイオンに関して、イオン選択性電極による結合定数の算出を試みた。その結果、カルシウムイオンと食品高分子との結合特性は、Langmuir型の平衝吸着式で整理された。
サブ波長構造を用いたテラヘルツ表面プラズモンの高局在化と高感度センシングへの応用

本研究では,サブ波長構造を用いることにより,Spoof表面プラズモンを励起させることに成功した。Spoof表面プラズモンは,従来の表面はと比較して,空間的にも時間的にもより表面に局在しているため,センシング感度を高感度にすることができる。さらに,メタマテリアルと呼ばれるサブ波長共鳴構造を作製し,その共鳴周波数付近でセンシング感度が劇的に向上させることに成功した。本研究の目的は,テラヘルツ領域において,プラズモニック結晶を用いた測定感度の向上手法を提案することである。特に金属薄膜に2次元状に開口をあけた,金属開口アレイ型プラズモニック結晶では,ある周波数で共鳴的に透過率が増大する,"異常透過現象"が現れる。この異常透過現象は,金属表面に強く局在している表面プラズモンポラリトンによって引き起こされるものであり,金属表面に置かれた試料の微小な変化によって影響を受ける。その特性を利用して,DNAのハイブリッド状態の有無の検出及び,病理試料における正常・非正常組織間の識別を行うことができるようになると期待できる。具体的には,プラズモニック結晶構造の改良方法として,次の2つを提案する。1つ目は,Spoof表面プラズモンと呼ばれる,擬似的な低周波表面プラズモンを励起させる構造を用いる。2つめの改良方法として,サブ波長共鳴構造を用いる。(1) Spoof表面プラズモンによる光局在強度の増大本年度において,Spoof表面プラズモンを励起できるような2重構造金属開口アレイの作製を行った。その透過特性を測定したところ,Spoof表面プラズモンが励起されたことにより,共鳴透過ピークの大幅な増大や,線幅の狭線化が実現できることが確認された。これは,Spoof表面プラズモンにより,プラズモニック結晶による微量物質センシングの感度が向上されることが十分期待される結果である。(2)サブ波長共鳴と周期共鳴の融合による光局在強度の増大2つ目の方法において,本年度は,金属表面にサブ波長共鳴を起こしうる構造を作製した。その透過特性を測定したところ,構造に特有な共鳴特性が観測された。これは,サブ波長共鳴構造によって,微量物質の高感度センシングが可能になることを意味している。サブ波長共鳴構造を用いることにより,センシング応用にとどまらず,高感度イメージング応用に際しても,高感度化と高空間分解能化の両立を実現できることが期待できる。金属薄膜に2次元状に開口をあけた,金属開口アレイ型プラズモニック結晶では,ある周波数で共鳴的に透過率が増大する,"異常透過現象"が現れる。この異常透過現象は,金属表面に強く局在している表面プラズモンポラリトンによって引き起こされるものであるが,テラヘルツ領域では金属がほとんど完全導体と見なされ,表面プラズモンの局在効果が一般的に低いという問題がある。本研究では,人口構造によるSpoof表面プラズモンを励起させることにより,表面への局在効果の向上を図る。本年度では,昨年度に引き続き,Spoof表面プラズモンによる異常透過現象の詳細な特性を調べた。具体的には,テラヘルツの波長程度の周期で開口を開けたプラズモニック結晶に,さらにサブ波長構造の開口をもうけることにより,金属の有効的な誘電率を制御した。それにより,異常透過のピーク周波数が低周波数側にシフトする様子を観測した。これは,サブ波長構造の開口によって,金属の有効的なプラズマ周波数が通常の紫外領域からテラヘルツ領域まで低下したことを意味しており,それ故Spoof表面プラズモンが励起されたことが実証された。また,Spoof表面プラズモンの分散関係に関する解析的な計算結果と比較したところ,実験で観測された異常透過の共鳴周波数と非常によい一致が見られており,理論的な面からもSpoof表面プラズモンの存在が裏付けされている。
カルマンフィルター理論によるRC構造物の劣化剛性の評価

本年度は、研究の最終年度であった為に、実構造物の実験はいささか大変であったが、北陸地方福井県のU橋について振動実験を行った。U橋は5本のPC主桁に3本の横桁を有する格子桁橋である。最初は交付申請書でも述べたようにトラックの走行時の加速度を測定する予定であったが、簡便に衝撃を与えることの出来かつ衝撃力をモニタ-できる装置を開発したのでそれによって、格子の各点に一定の衝撃力を与えその度ごとに他の各点において加速度を測定した。次に、すでに開発されていたカルマンフィルタ-により、得られたデ-タごとに橋梁の固有振動数、減衰定数の同定を行った。同定はまず一次モ-ドを同定した後に2じモ-ドを同定するというように順次モ-ド次数を上げていくようにした。その結果判明したことは、デ-タによってより上位の次数まで同定できる場合もあるが、そうでない場合も数多くあったことである。しかしいずれのデ-タからも衝撃荷重から極く簡単に1次の振動数ならびに減衰定数を求める事ができた。次に、局部的な剛性を同定するために構造物を1次系、2次系に任意にわけてそれらの境界の応答の観測結果から1次系の剛性を推定するカルマンフィルタ-を導いた。数値解析によって5階だてのビルヂング構造の応答デ-タを作成し、1次系、2次系の境界のおける応答デ-タから1次系の剛性を求めたところ良好な結果を得た。現在これらの結界から(1)カルマンフィルタ-の構築理論、(2)RC立体フレ-ム実験による剛性劣化実験と剛性の同定、(3)実橋による実測とカルマンフィルタ-の応用と言う事で報告書をまとめている。鉄筋コンクリート構造物の実剛性に評価は、従来から色々試みられていたが、動的変位の増大にともなって、剛性が変化するため、なかなかよい結果が得られないのが実状であった。そこで本研究では、最近発達しつつあるカルマンフィルター理論をRC構造物の剛性の評価に適用し、その精度を検討する事を目的として次研究目標をたてた。(1)RC構造物として、先に被害のあった東北新幹線高架橋を模倣して、3自由度系のカルマンフィルターアルゴリズムを構築する。(2)カルマンフィルターの定式化にあたって、2つの方法を比較する。即ちマスバネ型の定式化と、固有モード型の定式化である。そして、この2つのフィルターの精度を評価する。(3)実際に振動実験に適用して、開発されたカルマンフィルターによる剛性同定を行う。このうち(1)、(2)に関しては、各種の試行過程のあと、カルマンフィルターが動くようになり、アルゴリズムを完成させた。従来行われていた、フーリエ解析による固有値、固有ベクトルに比べれば、かなり、精度の良い結果が得られる見通しを得た。また、カルマンフィルターの定式化は、マス、バネ系の3自由度連立形よりも、モード展開による3自由度独立形の方が、精度よい同定を行える結果を得ている。研究実施計画に述べたように、本年は外力が未知な構造系に対するカルマン・フィルタ-の定式化を行った。まず、一自由度系の強制振動で系の固有振動数、減衰定数、外力の大きさ、外力の振動数の未知な構造系の応答加速度あるいは応答速度が観測されている場合について、カルマン・フィルタ-を導いた。当然の事ながら、フィルタ-は、状態遷移行列を含む状態方程式、状態行列を含む観測方程式が振動方程式から導かれている。観測方程式を応答加速度で表わした場合にも、応答速度で表わしたいずれの場合についてもかなり精度の良い同定結果を得ることができた。すなわち、構造系の振動パラメ-タのみのならず構造系にインプットされる外力についても良好な推定結果を得ることができた。そこで次に、調和振動の場合よりも格段に難しいランダムな外力入力が存在する場合の外力そのものの同定のためにを推定誤差フィルタ-を導いた。一自由度系に対してエルセントロ地震波の加速度波形を入力し応答値を数値解析によって求めておき、その応答値を観測値として導いたカルマン・フィルタ-によって入力波形を同定したのである。その結果先の調和振動解程の精度良い推定結果は得られていないが、実用上は使用可能と思われる結果を得ている。現在はさらに、数本の主桁に横桁が組み込まれている実橋梁の剛性を推定するカルマン・フィルタ-を誘導中である。そして実施計画に存った実橋梁の振動測定から、その橋梁の剛性劣化を判断する作業を進めている。

しかしいずれのデ-タからも衝撃荷重から極く簡単に1次の振動数ならびに減衰定数を求める事ができた。次に、局部的な剛性を同定するために構造物を1次系、2次系に任意にわけてそれらの境界の応答の観測結果から1次系の剛性を推定するカルマンフィルタ-を導いた。数値解析によって5階だてのビルヂング構造の応答デ-タを作成し、1次系、2次系の境界のおける応答デ-タから1次系の剛性を求めたところ良好な結果を得た。現在これらの結界から(1)カルマンフィルタ-の構築理論、(2)RC立体フレ-ム実験による剛性劣化実験と剛性の同定、(3)実橋による実測とカルマンフィルタ-の応用と言う事で報告書をまとめている。
有機蛍光色素による凝集誘起発光（AIE）を利用した新規近赤外蛍光分析試薬の創成

有機蛍光色素の多くは平面構造で,希薄溶液中では強い蛍光を示すが高濃度溶液中では分子がぴたりと積み重なった集積構造を形成して凝集起因消光(ACQ)を起こす。そのため,有機蛍光色素による蛍光分析試薬は,高濃度溶液中での検出感度や定量性が低下する。本研究では,分子内に回転運動が可能な嵩高い置換基を導入することで,希薄溶液中では熱放射を伴う無輻射過程が勝り無蛍光で,高濃度溶液中では回転運動の抑制と集積構造の取り難さにより蛍光強度が増大する凝集誘起発光(AIE)を利用した,高濃度溶液中での検出感度と定量性に優れ,生体蛍光プローブとして最適な650900 nmで発光する近赤外蛍光分析試薬を構築する。
脳卒中患者における歩行学習の神経生理学的背景の解明と臨床応用

本研究は歩行学習方法の違いによる歩行学習効果を、皮質脊髄路の活動量を反映する筋電図間コヒーレンス解析により神経生理学的背景から検討し、より効果的な歩行学習方法を提案することを目的としている。今年度はまず、昨年度整えた先行研究と同様の歩行測定環境を使用して健常者を対象とした測定を継続した。歩行学習条件として重錘による抵抗を一度に加えるAbrupt条件と重錘による抵抗を徐々に加えるGradual条件を実施した。Abrupt条件とGradual条件では歩行学習後に生じる歩行学習効果(遊脚時間や歩幅の対称性)に有意な差は得られなかった。現在、本研究の最も独創的な点である歩行学習中の筋電図間コヒーレンス解析による皮質脊髄路の活動量を検討しており、Gradual条件と比較してAbrupt条件ではコヒーレンスが増大する傾向が得られている。これらのことから、Abrupt条件は皮質脊髄路の活動量を増加させた上で歩行学習を行うことにより、脳卒中患者のように皮質脊髄路の活動量が低下している有疾患者に対して神経生理学的背景の改善も考慮した歩行学習方法となる可能性がある。一方、Gradual条件は皮質脊髄路の活動量の増加を必要とせずに同様な歩行学習効果が得られるため、皮質脊髄路の損傷が重度な有疾患者に対して効果的な歩行学習方法となる可能性がある。また、10分間の歩行学習課題を行っていたが、若年健常者対象でも実施中・実施後に疲労感を訴える者が多かったため、先行研究と同様の方法で同じ時間を脳卒中患者対象に検討することは難しいと判断された。そのため、今後脳卒中患者を対象として歩行学習課題を実施していくためには歩行学習課題の時間を短縮する必要があり、外的フィードバック方法による歩行学習の促進効果を検討する基礎的研究内容を充実させていく方向に研究計画を修正した。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。本研究では、歩行学習方法の違いによる歩行学習効果を、皮質脊髄路の活動量を反映する筋電図間コヒーレンス解析により神経生理学的背景から検討し、より効果的な歩行学習方法を提案することを目的としている。本年度はまず、健常者を対象とした測定から開始するため、滑車を介して重錘により遊脚側足部に抵抗を加えることが可能である先行研究と同様な歩行測定環境を整えることが出来た。若年健常者を対象にリクルートを行い、歩行学習条件として重錘による抵抗をすぐに加えるAbrupt条件と重錘による抵抗を徐々に加えるGradual条件の2条件を測定している。現在、健常者の測定と並行して随時データ解析も行い、遊脚時間や歩幅に関してAbrupt条件では先行研究と同様な歩行学習効果が生じることが確認出来た。さらに、先行研究では報告が少ないGradual条件でも歩行学習効果が生じることが確認出来た。本研究で整えた測定環境でも歩行学習効果が生じていることを確認出来たため、現在、本研究の最も独創的な点である歩行学習中の筋電図間コヒーレンスによる皮質脊髄路の活動量を検討するために、測定した筋電図データの解析を中心的に進めている。また、本研究では下腿筋を中心に筋電図を測定し、歩幅や立脚・遊脚時間などを中心に動作解析しているが、歩行学習中の動作解析を行う中で、歩行学習の効果として股関節運動や体幹運動にも変化が生じていることが確認出来ており、今後の解析対象部位の拡大を検討する基礎的資料となっている。本年度はまず歩行学習効果を検討する測定環境を整えることが出来た。さらに、若年健常者を対象にリクルートを行い、測定と並行してデータ解析を行い、仮説通りの途中結果を得られることが出来ているため。今後もまずは予定していた対象者数まで増加させるために、健常者を対象とした測定を継続していく。

得られた結果を基にして、どちらの条件で筋電図間コヒーレンスによる皮質脊髄路の活動量の増加を必要としないまま歩行対称性を変化させることが可能か検討する。その後、脳卒中患者に対してより効果的と考えられる歩行学習方法を提案するため、脳卒中患者を対象とした測定に向けてリクルートを開始していく予定である。また、歩行学習方法として先行研究では前方から重錘により遊脚側足部を補助する方法も検討されており、本研究でも股関節運動や体幹運動にも変化が生じていることが確認出来ている。そのため、より最適な歩行学習方法を考案するため、さらに多くの歩行学習方法の比較検討や筋電図測定部位を増加させるなど、健常者を対象として追加解析を行う方向に研究計画を追加修正する予定である。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
構造機能維持および超早期復旧を可能にする建築構造システムの構築

部材実験と解析モデルに基づいて,損傷制御型の高性能RC造構造システムを構築した。この成果として, NEES/E-Defense日米共同研究コンクリート系実大建物実験研究の位置づけて,実大高性能RC造建物の振動台実験を行った。この実大実験では, 1階のPC柱およびPC壁の脚部コンクリートが,プレストレス力と転倒モーメントによる付加曲げによって高圧縮状態となり,圧壊による損傷を受けたため,骨組剛性が大きく低下した。しかし,その他の性能は既存のRC造建物に比較して機能維持・早期復旧に関して大変優れていることが証明された。適切な制振部材を配してエネルギー消費性能を確保しつつ、プレストレス力で地震後の自己修復性を確保するPC造構造形式を確立する。この構造形式を用いて、地震時の耐震性能を向上させ、かつ地震後の部材損傷を最小限とすることが可能である建物の開発を行い、「建物の機能維持・早期復旧」を実現するための設計法を構築する。PCaPC部材のせん断性状を把握することを目的として、13体のPCaPC柱および梁の静的載荷実験を行った。実験変数はコンクリート強度(60MPa, 130MPa)せん断補強筋比(pw=0.32%、0.63%)、せん断補強筋強度(wfy=785N/mm2、1275N/mm2)、PC鋼棒の種類(丸鋼、異型)の4種類とした。高性能材料を用いたPCaPC柱では,試験体の破壊性状はせん断補強筋比の違いにより,曲げ耐力に到達後のせん断破壊および曲げ破壊に分類された。一方PCaPC梁の試験体では,最大耐力時にはPC鋼材の降伏が確認された。pw=0.21%の試験体では,終局時に曲げひび割れから斜めに発展した斜張力ひび割れの発生により耐力が大幅に低下した。pw=0.42%の試験体では,最大耐力に到達するまではせん断補強筋が0.21%の試験体とほとんど同じ破壊性状を示した。最大耐力に到達後,R=9.0%でせん断ひび割れが発生するまで,耐力の低下がほとんどない典型的な曲げ型の損傷が進展した。また,PC鋼棒のひずみ分布から丸鋼及び異型鋼棒の付着性状を確認し,この影響を考慮して曲げ強度計算する方法を提案した。その結果,丸鋼を用いた試験体では10%未満、異型鋼棒を用いた試験体では5%未満の精度で曲げ耐力を評価することができた。当研究グループで開発した波型鋼板(図2)およびダンパーケーブルを,高性能PCaPC構造に組み込むための準備として,解析モデルを構築しパラメトリックスタディーを行なった。PCaPC柱および梁,さらにダンパー部材の履歴性状をモデル化し,既存の実験結果の時刻歴応答を追跡した。その結果,柱梁接合部やダンパー取付部など接合部における剛性評価と,PC鋼材の付着の影響を履歴復元力モデルに反映させることの2点が重要であることが分かった。785MPa級のせん断補強筋を用いたPCaPC部材のせん断性状を把握することを目的として、8体の柱および梁の逆対称せん断載荷実験を行った。柱4体の実験変数はせん断補強筋公称降伏強度(_wf_y=295,785MPa),せん断補強筋強度とせん断補強筋比の積(p_w・_wf_y=1.25,2.49MPa)の2種類とした。PCaPC柱では,試験体の破壊性状はせん断補強筋比と強度の違いにより,せん断引張破壊,せん断圧縮破壊および斜張力破壊に分類された。最大耐力時のせん断補強筋のひずみを見ると,高強度せん断補強筋を用いた試験体では,せん断補強筋の負担する応力が鋼材の降伏強度に達しておらず,せん断補強筋の降伏強度の差が最大耐力に反映されなかったものと考えられる。各試験体について曲げ終局強度を算定したところ,いずれの試験体においても曲げ終局強度算定値は最大耐力実験値を上回った。これは,各試験体の破壊モードがせん断型であることと整合する。梁4体の実験変数は,せん断補強筋比(p_w=0.00%,0.10%,0.21%),せん断スパン比(a/D=1.0,1.5)の2種類とした。実験では2種類の破壊形式が確認された。せん断補強筋比が小さい試験体(p_w=0.00%,0.10%)では,部材の両端圧縮部を結ぶ対角線上にせん断ひび割れが発生すると同時に,急激に耐力が低下する,せん断斜張力破壊が見られた。一方,せん断補強筋比が大きい試験体(p_w=0.21%)では,せん断ひび割れ発生によって,せん断補強筋のひずみが増加し始め,終局時にはせん断補強筋が降伏して最大耐力に到達するせん断引張破壊が破壊形式となった。

せん断斜張力破壊を起こした3体のうち,せん断補強筋が無い試験体に関しては,靭性保証型耐震設計指針・同解説記載のせん断ひび割れ強度式で計算したせん断ひび割れ強度で最大耐力の評価ができた。適切な制振部材を配してエネルギー消費性能を確保しつつ、プレストレス力で地震後の自己修復性を確保するPC造構造形式を確立する。この構造形式を用いて、地震時の耐震性能を向上させ、かつ地震後の部材損傷を最小限とすることが可能である建物の開発を行い、「建物の機能維持・早期復旧」を実現するための設計法を構築する。他の構造では取り入れられている性能設計をプレストレストコンクリート(以下,PC)造にも取り入れるために,性能設計の考え方を取り入れた指針の作成が必要である。そこで,断面解析によるPC構造部材の性能検証を行い,4つの限界状態(使用限界,修復限界I,修復限界II,安全限界)に達するときの変形角および要因を考察した。その結果,おおむねPC鋼材や普通鉄筋に先んじて,コンクリートが4つの限界状態に達した。また,煩雑な材料レベルの限界状態決定条件を用いず,材端回転角のみで限界状態が決定できること示した。また,NEES/E-Defense日米共同研究コンクリート系実大建物実験研究「高性能鉄筋コンクリート造建物の開発研究」において,実大高性能RC造建物の振動台実験に参画した.この実大実験では,1階のPC柱およびPC壁の脚部コンクリートが,プレストレス力と転倒モーメントによる付加曲げによって高圧縮状態となり,圧壊による損傷を受けたため,骨組剛性が大きく低下した.しかし,その他の性能は既存のRC造建物に比較して機能維持・早期復旧に関して大変優れていることが証明された.適切な制振部材を配してエネルギー消費性能を確保しつつ、プレストレスカで地震後の自己修復性を確保するPC造構造形式を確立する。この構造形式を用いて、地震時の耐震性能を向上させ、かつ地震後の部材損傷を最小限とすることが可能である建物の開発を行った.他の構造では取り入れられている性能設計をプレストレストコンクリート(以下,PC)造にも取り入れるために,性能設計の考え方を取り入れた指針の作成が必要である。そこで,50%寸法のPCAPC造柱モデル試験体の静的載荷実験を行い,せん断剛性・せん断ひび割れ・曲げによるコンクリートの圧壊点などに加え,せん断ひび割れの本数と幅を測定し,層間変形角との相関関係を実験的に明らかにした.得られた実験結果は,日本建築学会性能評価指針因で提案された方法を用いた計算値と比較した.剛性や耐力に関しては,良い精度で予測できたが,ひび割れの本数と幅に関しては,軸力やプレストレストカの影響を考慮した予測式の必要性を改めて感じた.685N/mm,級の主筋と150N/mm^2級のコンクリートを用いて作成したRC部材実験において,ひび割れ強度・テンションスティフニング効果・平均ひび割れ幅やひび割れ間隔が,自己収縮ひずみに対する鉄筋の拘束の影響を受けることがわかった。柱梁曲げ強度比が1.02.0の範囲の幅広い実験を行いL型柱梁接合部、柱基礎ばり接合部などの耐震実験を実施し,構造性能を確認した。また,NEES/E-Defense日米共同研究コンクリート系実大建物実験研究「高性能鉄筋コンクリート造建物の開発研究」における実大高性能RC造建物の振動台実験結果を用いて,PCaPC造耐震壁におけるひび割れを中心とした損傷状況の進展状況を,デジタル映像を用いて解析した.層間変形角が大きくなると,静的ひび割れ状況と動的ひび割れ状況に違いが見られた.層間変形角が大きくなった場合には,動的効果を考慮した評価法が必要であることが示された.
tRNaseZLのsgRNAとなる新規RNAの探索とそのがん病態との関係の解析

本研究の目的は、tRNaseZLのsgRNAとなる新たな細胞内および血漿中のRNAを探索し、そのRNAががん病態とどのような関係にあるかを解析することである。健常人および骨髄腫患者の末梢血単核細胞由来の5から35塩基のRNA種の存在頻度の解析から、骨髄腫患者のRNA試料に有意に高頻度、あるいは低頻度で存在するsgRNAとなりうるRNA種を多数発見した。これらのRNA種は形質細胞のがん化機構に何かしら関係しているのかもしれない。2種類のヒト正常細胞株(HEK293、IMR90)および8種類のヒトがん細胞株(HL60、RPMI-8226、KMM-1、Jurkat、Huh7、A549、HepG2、HeLa)から全RNAを抽出し、RT-PCRによりcDNAを増幅させ、5から35-ntのRNAに相当するcDNA画分をゲル精製した。また、3人の健常人および3人の多発性骨髄腫患者の血漿から、同様に、5から35-ntのRNAに相当するcDNAを調整した。更に、3人の健常人および3人の多発性骨髄腫患者の末梢血単核細胞由来の全RNAに関しても、同様に、5から35-ntのRNAに相当するcDNAを調整した。これらのcDNAサンプルの塩基配列および存在頻度は、Illumina HiSeq 2000を用いて解析した。これらの解析から、それぞれの細胞株内および末梢血単核細胞内に存在する5から35-ntのRNA種の存在頻度に、それぞれ特徴的なパターンがあることが示された。血漿中の5から35-nt RNA種の存在頻度についても、同様に特徴的なパターンが見出された。更に、健常人および骨髄腫患者の末梢血単核細胞由来の5から35-nt RNA種の存在頻度の詳細な解析から、骨髄腫患者のRNAに有意に高頻度、あるいは低頻度で存在するtRNase ZLのsgRNAとなりうるRNA種を多数発見した。また、血漿RNA種のあるものは骨髄腫マーカーとして使える可能性があるが、今回の解析では、骨髄腫患者由来の血漿RNAが十分量得られなかったために確かなことは言えなかった。本研究の目的は、tRNase ZLのsgRNAとなる新たな細胞内および血漿中のRNAを探索し、そのRNAががん病態とどのような関係にあるかを解析することである。平成23年度に実施された具体的な研究内容は以下の通りである。2種類のヒト正常細胞株(HEK293、IMR90)および8種類のヒトがん細胞株(HL60、RPMI-8226、KMM-1、Jurkat、Huh7、A549、HepG2、HeLa)からISOGEN法により全RNAを抽出した。それぞれのRNAサンプルに、3′アダプターとバーコード付き5′アダプターを連結させた後に、RT-PCRによりcDNAを作成、増幅させた。その後、それぞれのcDNAサンプルをアガロースゲル電気泳動法により分離し、535-ntのRNAに相当するcDNA画分をゲルから抽出し精製した。また、米国ALLCELLS社から購入した、3人の健常人および3人の多発性骨髄腫患者の血漿からISOGEN法によりRNAを抽出し、同様に、535-ntのRNAに相当するcDNAを調製した。更に、同社から購入した、3人の健常人および3人の多発性骨髄腫患者の末梢血単核細胞由来の全RNAに関しても、同様に、535-ntのRNAに相当するcDNAを調製した。これらのcDNAサンプルの塩基配列および存在頻度は、現在、(独)理化学研究所オミックス基盤研究領域にてIllumina社のシークエンサー(HiSeq 2000)を用いて解析中である。この細胞内RNAの解析により、がん化機構の新たな側面が見えてくることが期待される。また、血漿RNAのあるものは、より感度の高い腫瘍マーカーとして、がんの早期発見に貢献するかもしれない。本課題の研究計画・方法の概要は次の通りである。「ヒト正常細胞株およびがん細胞株または新たに得られたがん患者由来のがん細胞を用いて、細胞内のtRNase ZLのsgRNAとなりうる新たなRNAを探索するために、Illumina社のsequencing法により網羅的に短いRNAの塩基配列決定を行う。得られたRNAの種類や発現量を解析し、がんの種類との関係やがん患者の予後との関係を分析する。また、これらの新規RNAがtRNase ZLのsgRNAとなりうるかどうかをin vitro RNA切断系を用いて解析する。同様の解析を、健常人とがん患者由来の血漿中のRNAに関して行う。」本研究は当初平成23年度単年度内に遂行させる予定であったが、以下に示す理由により平成24年度に亘って研究を継続することとした。

当初の研究計画において、様々なヒト細胞由来のRNA配列を網羅的に分析するために、Illumina社の次世代高速シークエンサーを用いた解析を、タカラバイオ(株)ドラゴンジェノミクスセンターに依頼する予定であった。しかし、(株)ベリタスを介した米国ALLCELLS社からの多発性骨髄腫患者由来血中RNA試料および血漿試料の輸入が、両社の発注試料取り違えなどのため大幅に遅れ、さらに、タカラバイオ(株)での解析も、他からの解析依頼数の予期しない増加により、平成23年度内の解析結果納品が困難な状況になった。この状況を勘案し、より迅速な受託解析が可能な機関・企業を探したところ、理化学研究所オミックス基盤研究領域にて受託を行っていることがわかり、Illumina社のシークエンサー(HiSeq 2000)を用いた解析を依頼した。しかしながら、理化学研究所における解析でも、解析を完了し納品できるのは平成24年度に入ってからになるとの見通しであり、現在、解析データの納入を待っているところである。当初の研究計画を遂行するために、平成24年度は、網羅的塩基配列決定法により得られるRNAの種類や発現量に関する情報を詳細に分析することを主な課題とする。また、この網羅的塩基配列決定により見出されると思われる新規RNAがtRNase ZLのsgRNAとなりうるかどうかをin vitro RNA切断系(Nucleic Acids Res., 2004, 32:4429)を用いて解析する。平成23年度に(独)理化学研究所オミックス基盤研究領域に依頼したIllumina社のシークエンサー(HiSeq 2000)を用いた塩基配列の網羅的解析費用(5レーン分の解析)として、1,764,000円が支出される予定である。また、残りの120,646円は、in vitro RNA切断解析のための試薬購入費として支出される予定である。
π-共役環状化合物の共鳴効果を用いた不安定化学種の電子的安定化と基本的性質の解明

カルボカチオン類を初め不安定化学種の安定化とその基本的性質の解明の目的に、基本ユニットとして分極の効果が相当程度に大きいアズレン環を用いることに着目した。カルボカチオン類に関してはアズレン環による安定化の様相が既に明らかにされていることから、この化学種のさらなる安定化と特異的性質の解明に関する検討を中心に、C=S二重結合を初め、C=S=Oヘテロクムレン等のアズレン環による安定化と分極構造の極性転換に関する検討を行った。その結果、アズレン環により大きく安定化を受けたカルボカチオン類は、電子的な高い安定化が期待できるジメチルアミノ基やメトキシ基を導入することによりさらに高い安定化を受けることが明らかとなった。また、ヒドロキシフェニル基を導入することにより、大きく分極したキノメタン類の生成とその性質の解明に成功した。また、この様にして生成した超安定化カルボカチオン類は単に高い安定性を示すのみならず、安定化に伴いカチオンの還元とアズレン環の酸化とを同時に示す特異な酸化還元的挙動を示す、両性多段階酸化還元系としての性質を合わせ持つことを明らかにした。さらに、アズレン環とナフタレン環とを組み合わせることにより、得られたカルボカチオン類の配座異性機構が、これまで定説となっていた分子プロペラの配座異性機構(two-ring flip機構)に対して、全く新たなone-ring flip機構を取る確証を得ることに成功した。また、この様な分極の効果が大きいアズレン環を用い、チオアルデヒド類等の安定化に成功し化学的反応性を明らかにした。同時にC=S=Oヘテロクムレン類の電子供与性π電子系による極性変換等、特異物性の発現に成功した。
圏論の哲学的研究

圏論について現代的意義のある哲学的研究を行うために論理学及び計算論の進展との関わりに注目した。categorical combinator、categorical abstract machine、λσといった、直接的に圏に関わっていた諸体系は計算を自然演繹的およびラムダム計算における正規化ではなくて式計算におけるカット除去によって捉えるという現代の潮流(それは具体的には、proof net, geometry of interaction, game semantics, pointer abstract machineを始めとする諸々のabstract machine, interaction net,微分ラムダ計算等である。)の源となっている。2006年5月に投稿し、2007年1月に差し戻された論文「空所について」では、フレーゲの空所ないし項場所に基づく関数表現の捉え方が、上記の潮流のひとつのまとまった成果であるP.-L.Curienの抽象ベーム木の体系に近いということを指摘した。このことは、変項という一種の表現ではなくて、表現をそこにおくことのできる場所という考えに基づいて関数表現を捉えることや、フレーゲが不飽和性を本来見出すべき領域として意義Sinnの領域を挙げていることの重要性にもつながっていくことが投稿後明らかになったので、今後行う再投稿においてはこのあたりの事情も論じていく予定である。7月と11月に行った研究発表では抽象ベーム木と同様の体系であるludicsにおける証明および命題の取り扱いを、ダメットおよびマルティン=レーフのそれと比較して論じた。上記フレーゲ研究の進展に伴い、これは証明を関数のような不飽和なものとしてとらえるか、それともマルティン=レーフのように飽和した数学的対象としてとらえるかという問題であることが明らかになった。近年、論理学およびコンピューター科学においてホットな取り扱いを受けている圏論、そして圏論と密接な関係を持つ型理論、直観主義論理からどのような洞察を哲学の伝統的諸問題、例えば真理、意味、命題、判断、行為に汲んでくる事ができるのか。この問題への取り組みの第一年目が本年(平成16年度)にあたる。まず、判断について、新カント派、とりわけマールブルク学派のヘルマン・コーヘンとエルンスト・カッシーラー、そして両者に強い影響を与えたと考えられるヘーゲルといった哲学者が試みた考察と、現代の型理論、とりわけマルティン=レフの直観主義型理論における型判断の果たす役割を比較検討した。その結果、現代の型理論は前記の哲学者達が見て取っていた判断のありようを体現したといっても過言ではないものであり、彼等の考察は現代のコンピューター科学にまで通じる洞察を宿していたことがわかった。このことは日本科学哲学会大会の研究発表において公表した。さらにヘーゲルを足がかりにすることでアリストテレス以来の実体という概念を型理論を手がかりに分析するということも行った。ついで、現代分析哲学におけるダメット、マクダウェル、アンスコム、ブランダム、オースティンらの意味と言語行為を巡る考察・論争において圏論・型理論による意味の取扱いというものがどのような知見をもたらすのかを問題として取り上げた。その結果、その知見は彼等の議論の只中でかなり有力なものとなりうるであろうことがわかった。とりわけ、「意味の理論」を巡るダメットとマクダウェルの論争についてはかなり良い解決を与えることができると考えられる。本年度はそれらの中でも特にP.-L.CurienのAbstract Bohm TreeとJ.-Y.Girardのludicsを取り上げて以下の研究を行い、第一の研究の成果は3月12日に南山大学で催された哲学若手研究者フォーラム冬セッションにおいて報告した。第一の研究。変項は従来専らタルスキ意味論における付置との関わりで考察されてきた。しかしフレーゲには空所というもう一つの変項概念がある。この概念はウィトゲンシュタインの『論理哲学論考』を最後に哲学では忘れられてしまったが、abstract Bohm Treeで扱われるラムダ項であるηlongラムダ項の変項概念に他ならない。ここから空所の概念の重要な洞察が明らかになる。また、そこでの帰納法の取り扱いの難しさから、フレーゲが値域、ウィトゲンシュタインが操作という、空所及び関数とは別の装置を考案した理由も明らかとなる。さらに、ウィトゲンシュタインによる写像の理論を、言語による証明の試みとモデルによる反証の試みの間のゲームとしてのカット除去において捉えなおすことができる。これは、空所とは異なる変項概念に基づくタルスキ意味論の言語とモデルの把握とは全く異なるものである。第二の研究では判断という概念が中心に言語を捉える直観主義において、習得可能性という認識論的な関心が果す役割及びそこから引き起こされる混同を、カット除去から言語を捉えなおすludicsを用いて明らかにした。)の源となっている。

このことは、変項という一種の表現ではなくて、表現をそこにおくことのできる場所という考えに基づいて関数表現を捉えることや、フレーゲが不飽和性を本来見出すべき領域として意義Sinnの領域を挙げていることの重要性にもつながっていくことが投稿後明らかになったので、今後行う再投稿においてはこのあたりの事情も論じていく予定である。7月と11月に行った研究発表では抽象ベーム木と同様の体系であるludicsにおける証明および命題の取り扱いを、ダメットおよびマルティン=レーフのそれと比較して論じた。上記フレーゲ研究の進展に伴い、これは証明を関数のような不飽和なものとしてとらえるか、それともマルティン=レーフのように飽和した数学的対象としてとらえるかという問題であることが明らかになった。
ortho-アザキシリレンを基盤とする含窒素化合物の立体制御法の開発

本研究では、3,3-二置換オキシインドールを母骨格とする多環式含窒素天然物の合成を目指し、(1)軸不斉を有するortho-アザキシリレンを利用した3,3-二置換オキシインドールの立体選択的合成法の開発、および(2)光学活性なN-アリールイサチンの不斉合成、という2つの課題を解決し、多環式含窒素天然物の合成への可能性を明らかにした。本年度は、(1)軸不斉を持つN-アリール-3-ハロオキシインドールを用いた3位のジアステレオ制御法の開発、および(2) N-アリールオキシインドールの触媒的不斉合成の二つを検討した。(1)軸不斉を持つN-アリール-3-ハロオキシインドールを用いた3位のジアステレオ制御法の開発を目指し検討した。すなわち、軸不斉を持つN-アリール-3-クロロイサチン(今回はラセミ体)から発生させることの可能なortho-アザキシリレンに対するさまざまな求核剤の付加によって、3,3-二置換オキシインドールが高いジアステレオ選択性で得られることが明らかとなった。特に芳香族求核剤では、当初の期待通り、95:5以上の高いジアステレオ選択性が達成できることを見出した。これによって、本方法によるインドールアルカロイドの立体選択的合成への展開が可能であることが期待される。(2)ジアステレオ制御能を確認する目的だったため、(1)で使用したN-アリール-3-ハロオキシインドールはラセミ体をであったが、今回、その前駆体となるN-アリールオキシインドールの不斉合成を検討した。その結果、Heck反応の原料であるN,N-ジアリールシンナモイルアミドを合成するルートを確立することができた。これまでの検討では、C-N軸不斉を持つN-アリールオキシインドールのジアステレオ制御能を確認することが主目的であったため、比較的合成が容易なラセミ体のN-アリールイサチンを利用してきた。我々が開発した3,3-二置換オキシインドールの不斉合成を達成させるためには、合成重要中間体であるN-アリールイサチンの不斉合成法の開発が必須である。そこで本年度は、光学的に純粋なN-アリールイサチンを獲得するために、(1)不斉分子内Mizoroki-Heck反応、および、(2)不斉分子内N-アリール化という二つの不斉反応を検討した。その結果、(1)のN,N-ジアリールシンナモイルアミドの不斉分子内Mizoroki-Heck反応では、さまざまな条件や触媒前駆体を試したが、中程度のエナンチオ選択性しか得られなかった。一方、(2)の不斉分子内N-アリール化反応に関しては、現在、原料であるN,N-ジアリールアミドの合成ルートを確立することができた。前年度までの懸案事項であった、「C-N軸不斉を持つN-アリールオキシインドールの不斉合成」を研究課題の中心に据えて本年度は検討を行ってきた。その結果、不斉分子内N-アリール化反応が極めて良好な結果を与えることを見出した。すなわち、前年度までに合成法を確立していた下部芳香環に相当するアニリン誘導体から一段階で合成可能なヨウ化アミドを反応基質に設定し、各種不斉リン配位剤とPd(0)錯体を作用させて不斉N-アリール化反応を行った。その結果、SEGPHOS系配位剤を使用した際に72%収率、81% eeの光学純度で対応するN-アリールオキシインドールを得ることに成功した。本化合物から、より有用なビルディングブロックであるN-アリールイサチンへの変換を達成し、その途中で再結晶による光学純度の向上(>99% ee)も行うことができた。さらに、得られた単結晶からBijvoet法を用いたX線構造解析によって、上記分子内N-アリール化反応で得られた生成物の軸性キラリティの立体配置をSと決定した。前述(1)の不斉分子内Mizoroki-Heck反応のエナンチオ選択性が予想に反して低かったことが一つ目の原因である。また、(2)の不斉分子内N-アリール化反応の原料であるN,N-ジアリールアミドの合成については、下部芳香環の側鎖にMeO基を有する原料の合成にいくつかの問題があり、それらを解決するのに時間を要したことが原因である。農学前述のMizoroki-Heck反応がうまくいかないことを受けて、その対案として開始した分子内N-アリール化の原料合成のルートは確立できたので、出発物質の大量合成の後に実際の不斉N-アリール化を精力的に検討する。本反応が良好な結果を与えた暁には、得られる軸不斉を持つN-アリールイサチンの絶対立体配置の決定と、その後のアルカロイドの合成も引き続き実施する。(1)軸不斉を持つN-アリール-3-ハロオキシインドールを用いた3位のジアステレオ制御法の開発:プレニルスズやシリルエノールエーテルなどの芳香環以外の求核剤ではジアステレオ選択性が低く、これを克服するための条件検討に時間を要したため。

(2) N-アリールオキシインドールの触媒的不斉合成:分子内不斉Heck反応の原料であるN,N-ジアリールシンナモイルアミドの合成の際に、二つの芳香環が予想以上に大きな立体障害を持っていたため合成に手間取ったことが原因である。N-アリールイサチンのエナンチオ選択的合成と、分子内N-アリール化反応の原料であるN,N-ジアリールアミドの合成が遅れたことが原因である。(1)軸不斉を持つN-アリール-3-ハロオキシインドールを用いた3位のジアステレオ制御法の開発:芳香環以外の求核剤での低いジアステレオ選択性を克服するために、反応性を落とした求核剤を使用することで選択性向上を目指す計画である。(2) N-アリールオキシインドールの触媒的不斉合成: N,N-ジアリールシンナモイルアミドの合成では、分子内アシル転位を使って合成できることが分かったので、これによって原料の大量合成を行い、実際の分子内Heck反応を精力的に検討する。次年度には、分子内N-アリール化の原料を大量合成し、その多様な触媒のスクリーニングを実施する計画である。そのために、原料合成に必要な化合物の大量購入と不斉配位子やパラジウム錯体の購入に物品費を充てる。N-アリール-3-ハロインドールを使った3,3-二置換オキシインドールの検討がやや遅れたこと、及びキラルな光学活性なN-アリールオキシインドールの原料合成が遅れたことが原因である。次年度は、分子内Heck反応を利用した光学活性なN-アリールオキシインドールの合成を検討し、大量合成のルートを確立する。この際には光学活性な配位剤とパラジウムなどの遷移金属錯体を購入する必要があり、これらの購入に充てる。