hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
沈み込み帯マグマへの流体と堆積物メルトの寄与を制約するためのホウ素分析法の開発

2018年度はホウ素の分析法を確立した.まずクリーンルームの空気導入フィルターを低ホウ素の素材に切り替え,試料を蒸発乾固させるボックスのフィルターも低ホウ素用の物に交換した.同位体希釈分析に用いるICP質量分析装置のバックグランドも高い問題があったが,ICP質量分析計のコリジョンセルにヘリウムガスを流すことにより,ホウ素11のバックグランドを2,000cps以下まで下げることに成功した.以上の改良で同位体希釈分析の準備が整った.同位体希釈分析にはSpex社のホウ素10が濃縮した物質を使った.テフロンビーカー中に岩石試料とホウ素スパイクを混ぜ,フッ化水素酸,塩酸,マンニトール溶液を混合し,蓋をしたまま70度で2日程度加熱し,同位体平衡に達せさせる.密閉系の乾固システムで60度で試料を乾固した後,ICP質量分析計の測定用の2%硝酸で残差を溶解し,溶解した部分のみを用いて測定を行った.ホウ素の信頼できる定量値が報告されている標準岩石試料を用いて,分析の正確さ,精度や,どの程度の低濃度の試料が分析可能かについて検討した.これまで報告されている表面電離型質量分析計を用いた同位体希釈分析の結果と比較検討した.その結果,JB2など比較的ホウ素濃度の高い(20ppm程度)試料から,ホウ素濃度が1ppm以下のBIR2にいたるまで,とよく一致する定量結果が得られた.また研究分担者により,これまでに即発ガンマ線分析で行われた定量結果と比較したところ,多くの試料で良い一致が見られたが,20%程度の差を示す試料も見られた.実験室の整備,測定装置の条件設定などで時間がかかったところもあったが,研究初年度でホウ素分析の方法を確立できた.今後は即発ガンマ線分析の分析値がある九州の諸火山の試料の分析を行い,異なる分析法の間での正確さの比較などに着手する.既に同位体比,微量元素データを得ている試料のホウ素分析を行い,マグマ成因の議論にさらなる制約をつけることをめざす.2018年度はホウ素の分析法を確立した.まずクリーンルームの空気導入フィルターを低ホウ素の素材に切り替え,試料を蒸発乾固させるボックスのフィルターも低ホウ素用の物に交換した.同位体希釈分析に用いるICP質量分析装置のバックグランドも高い問題があったが,ICP質量分析計のコリジョンセルにヘリウムガスを流すことにより,ホウ素11のバックグランドを2,000cps以下まで下げることに成功した.以上の改良で同位体希釈分析の準備が整った.同位体希釈分析にはSpex社のホウ素10が濃縮した物質を使った.テフロンビーカー中に岩石試料とホウ素スパイクを混ぜ,フッ化水素酸,塩酸,マンニトール溶液を混合し,蓋をしたまま70度で2日程度加熱し,同位体平衡に達せさせる.密閉系の乾固システムで60度で試料を乾固した後,ICP質量分析計の測定用の2%硝酸で残差を溶解し,溶解した部分のみを用いて測定を行った.ホウ素の信頼できる定量値が報告されている標準岩石試料を用いて,分析の正確さ,精度や,どの程度の低濃度の試料が分析可能かについて検討した.これまで報告されている表面電離型質量分析計を用いた同位体希釈分析の結果と比較検討した.その結果,JB2など比較的ホウ素濃度の高い(20ppm程度)試料から,ホウ素濃度が1ppm以下のBIR2にいたるまで,とよく一致する定量結果が得られた.また研究分担者により,これまでに即発ガンマ線分析で行われた定量結果と比較したところ,多くの試料で良い一致が見られたが,20%程度の差を示す試料も見られた.実験室の整備,測定装置の条件設定などで時間がかかったところもあったが,研究初年度でホウ素分析の方法を確立できた.今後は即発ガンマ線分析の分析値がある九州の諸火山の試料の分析を行い,異なる分析法の間での正確さの比較などに着手する.既に同位体比,微量元素データを得ている試料のホウ素分析を行い,マグマ成因の議論にさらなる制約をつけることをめざす.研究分担者の三好は2018年8月までに岩石薄片作成用の火山岩試料を準備する予定であったが,悪天候が重なり当初計画通りにフィールドワーク等を行うことができなかった.その影響で岩石試料準備に遅延が生じ,年度内に岩石薄片の作成を行うことができなかったため,次年度に使用することとした.
フェノチアジン系化合物をメディエータとして用いる酵素機能電極に関する研究

アルデヒド類やアルコールの電気化学的センサーを設計する場合、これらの化合物が電気化学的に不活性であったり、大きな過電圧が必要であったりするため困難とされてきた。そこで、本研究は、脱水素酵素を電極表面に固定化した飾修電極によりこの問題点の解決を試みた。脱水素酵素は基質を酸化する時、補酵素である酸化型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD^+)を還元してNADHを生成する。しかし、NADHの電解酸化は、非可逆であり大きな過電圧が必要である。当研究室では、フェノチアジンがNADHの電解酸化メディエータとして機能しNADHを電気化学的に検出できることを見出しており、上記の酵素電極とフェノチアジンを組合わせることによりアルデヒド、アルコールの定量を試みた。フェノチアジンを含浸したメンブランフィルターにアルデヒド脱水素酵素(ALDH)または、アルコール脱水素酵素とNDA^+の溶液を滴下・風乾した後、グラッシーカーボン電極に取り付けることにより酵素・補酵素含浸フェノチアジン飾修電極を作成した。この電極により、アルデヒド類の定量を試みた結果、アセトアルデヒド、他5種類のアルデヒド類の定量が可能であることが明らかとなった。また、アルコールについても同様の結果が得られた。アスコルビン酸等の妨害を検討した結果、フェノチアジンの酸化電位が低いため殆ど妨害を受けないことが分かった。フェノチアジン以外の化合物についても、同様の方法で修飾電極を作成して検討したが、メルドラブルーが良好な結果を与えた。メンブランフィルタにメディエータと酵素・補酵素を含浸するだけで、酵素機能を有する修飾電極が容易に作成できることが明らかとなり、今後のセンサー構築に大いに貢献するものと思われる。なお、これら得られた成果の一部について、現在投稿準備中である。フェノチアジンをメンブランフィルターに含浸し、グラッシーカーボン電極に固定化したフェノチアジン修飾電極(PME)により、電極不活性な有機化合物を定量することを検討した。PMEは、NADHを電解酸化する際の良好なメディエータであることを見出していたので、その現象をアルコール脱水素酵素の反応と組み合わせて、アルコールの定量を行い良好な結果が得られた。PMEを他の有機化合物へも応用する目的で、環境・食品分析の分野で注目されており、簡便なセンサーの開発が望まれているアルデヒド類を、PMEにより検出すべく検討を行った。アルデヒド脱水素酵素(ALDH)は、アルデヒド基をもつ化合物を酸化すると同時に、補因子であるNAD^+を還元してNADHを生成する反応を触媒する酵素である。この酵素とNAD^+をPMEに固定化し測定条件や対象物の検討を行った結果、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド、プロピルアルデヒド、n-ブチルアルデヒド、iso-ブチルアルデヒドの6種アルデヒド類の定量が可能であることが明らかとなった^<1)>。現在、フローインジェクション法と本電極を組み合わせて、上記6種のアルデヒドの同時定量への適用を検討している。PMEのNADP/NADPHに対する応答性についても測定を行い、種々の酵素系への適用を考えている。また、クロロプロマジン、プロマジン等のフェノチアジン系化合物についても、そのメディエータ機能や電極への新たな固定化法を含めて検討している。1)田中文雄、白石晴樹、松田十四夫、日本分析化学会第45年会要旨集p.27(1996)電気化学的に定量分析が困難な化合物を、酵素機能を付加した電極により定量しようとする研究が多くある。本研究もその領域に属するものであり、過去の研究で不十分であったり取り残された問題を解決する手段の一つとして位置づけられるものである。フェノチアジンのアセトニトリル溶液をメンブランフィルター(PTFE系フィルター;ポアサイズ1μm)に10μ

L滴下し風乾後、グラッシーカーボン電極表面にそれを取り付けることによりフェノチアジン固定化電極(PME)が作成できることを明らかにした。PMEに含浸したフェノチアジンは、+200300mV vs.SCEで電解酸化を受けるが、この時の酸化生成物により、還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NADH)が酸化され、フェノチアジンの酸化電流が接触的に増大し、良好なNADHセンサーとしてPMEが機能した。また、NAD^+を補酵素とする酵素反応を組み合わせることによりアルコール、アルデヒド類の定量が可能であった。このアルデヒド類センサーは、メディエータであるフェノチアジン以外にアルデヒド脱水素酵素(ALDH)とNAD^+をメンブランフィルターに含浸したもので、6種のアルデヒド類を定量可能なものであった。このように簡便に作成できるセンサーの応用範囲を拡大することを目的に、その酸化・還元部位がフェノチアジンに類似したメルドラブルー修飾電極についても検討した。メルドラブルーは、NADHにより容易に還元され、その酸化電流を測定してアルデヒド、アルコールの定量を試みた。その結果、PMEと同様に0.13mMの基質の定量が可能であり、アスコルビン酸等の妨害を受けないことが明らかになった。メンブランフィルターにメディエータと酵素を含浸するだけで、酵素機能を有する修飾電極が容易に作成できることが明らかとなり、今後のセンサー構築に大いに貢献するものと思われる。なお、これら得られた成果の一部について、現在投稿準備中である。
テラヘルツ波による病理組織解析

テラヘルツ波(以下THz波)の1)光波の直進性と電波の透過性の双方の性格を有すること、2)画像(イメージング)に必要な波長をレンズ等で取得が可能であること、3)物質に特異的な振動波長、即ち物質特異的スペクトルを有すること、4)生体侵襲性がないことなどの特徴を応用して、今回は、形態観察を含めより精度の高い病理組織解析技術の確立とその実用化のための研究を遂行した。1) THz波によるパラフィン包埋組織切片の病理組織解析への応用が可能である。2)手術中の迅速診断に用いられる凍結切片での解析が可能である。これは、手を加えない、より自然な組織であるため、組織解析だけでなく、4)の物質解析との併用も可能性である。これは、現在、論文を作成中である。3)THz波イメージングにおけるTHz波の組織透過性因子の組織、細胞学的解析を行い、透過性に与える影響は組織、細胞の多寡による密度の問題だけではなく、壊死、変性、肉芽組織、線維化など質的違いによる可能性も受ける可能性も示された。この成果については、現在、論文を作成中である。4)THz波による生体分子マーカー(抗体、特異的生体物質)の検出への応用)、細胞の微細な変化、特に癌化などに際しての微細な変化を把握でき、癌の発生の解析ならびに早期胃癌の発見に利用できる可能性がある。以上の成果により、テラヘルツ波によるより精度の高い病理組織解析の発展性が示唆された。研究の概要並びに目的:テラヘルツ(以下,THz)波の医療応用,特に非観血的な方法での病理診断への応用についての可否を検討した.方法:半導体研究所が開発したGaP結晶式THz波発生装置を使用し以下の検討を行った.1)厚さの薄い凍結組織切片に対するTHz波イメージングの画像の違い剖検にて得られた腹膜(腺癌の播種を伴う)の凍結切片を,通常の病理組織診断用の薄切切片に近い7μmから10μm, 15μm, 20μm, 25μm, 30μmまで6段階の厚さに薄切し,THz波イメージングを行い,凍結切片のイメージングの可能性を検討した.2)組織試料のTHz波透過性に影響する因子これまでTHz波の組織透過性の相違は組織の各部分の細胞密度の相違により生じる可能性が示唆された.今回は子宮平滑筋腫の厚さ30μmの試料を用いて,得られたイメージングと腫瘍と正常平滑筋組織を構成する平滑筋細胞の組織形態学的相違及びマイクロメーターを用いた腫瘍と正常部の核密度の数量的比較により,THz波透過性に影響する因子を検討,考察した.結果:1)厚さ30μmの試料は周波数4.2THzでイメージングが可能であり,凍結薄切片を用いた分子マーカーの検出への応用に道を開いた.2)腫瘍中心部分の平滑筋部分ではTHz波透過性が高いのに対し,周囲の非腫瘍性平滑筋組織では透過性が低下していた。また平滑筋腫および非腫瘍性平滑筋組織を比較検討した結果,THz波の透過性には細胞密度の影響だけでなく,血管及び膠原線維など構成する細胞の特徴を反映することが証明された.研究の概要並びに目的:テラヘルツ(以下,THz)波の医療応用,特に非観血的な方法での病理診断への応用についての可否を検討した.方法:旧半導体研究所が開発したGaP結晶式THz波発生装置を使用し,以下の検討を行った.(上記のGaP結晶式THz波発生装置は現在上智大学西澤記念テラヘルツ研究所に移管され,運用されている)1) THz波の生体分子マーカー(抗体,特異的生体物質)の検出への応用THz波の物質

特異的スペクトルを有するという特性を用いて,THz波による組織試料中の生体分子マーカーの検出を試みた.今年度は病理組織診断で用いられる免疫組織化学染色の一方法である,ストレプトアビジンービオチン(以下SAB-BO法)及び金コロイド法の抗原-抗体-酵素標識試薬の結合物の検出の可能性を,検討した.組織試料を用いた検討に先行して,アクリル製スライドグラス上に一次抗体と二次抗体を反応させたもの,一次抗体二次抗体及び酵素標識試薬を反応させたもの,一次抗体,二次抗体,酵素標識試薬及び発色基質(DAB)まで反応させた各組織試料を作成し,これらの試料におけるTHz波の透過性の相違を検討した.2) THz波の免疫組織化学染色への応用上記1)を踏まえ,大腸癌の組織試料を対象として免疫組織化学染色(SAB-PO法)の各抗体,試薬の反応段階を施行し,大腸癌に特異的な生体分子マーカーである癌胎児性抗原(CEA)のTHz波による検出を試みた.結果:1) SAB-PO法及び金コロイド法ともに一次抗体+二次抗体,一次抗体+二次抗体+酵素標識試薬,一次抗体+二次抗体+酵素標識試薬+発色基質(DAB)に特徴的なTHz波の吸収スペクトルが認められた,この結果よりTHz波による生体分子マーカーの検出への応用への可能性が示唆された.2)組織試料の免疫組織化学染色では,一次抗体-二次抗体-酵素標識試薬-発色基質(DAB)と反応物質を重ねるにつれてTHz波の組織透過性が向上する傾向を示し,それぞれの反応過程がTHz波の透過性に影響する可能性が推察された.同結果より,THz波による物質の同定の可能性が示唆された.【研究概要ならびに目的】テラヘルツ(以下、THz)波の医療への応用、特に非観血的な方法での病理診断への応用を検討した。【方法】旧半導体研究所(現在、上智大学西澤記念テラヘルツ研究所に移管され、運用)が開発したGaP結晶式THz波発生装置を使用し、以下の検討を行った。1) THz波によるパラフィン包理組織切片の病理組織解析への応用転移性肝臓癌及び非腫瘍性病変である急性心筋梗塞のTHz波の透過の違いによる画像を作成し、得られたTHz波の画像と通常の病理組織診断に用いられるHE染色標本の組織所見とを比較し、併せて組織標本中のTHz波の透過性の相違を生じる因子につき検討、考察した。【結果】THz波イメージングによる画像はHE組織標本と同様、病変部及び正常組織が識別され、各々の組織の性状の相違はTHz波の組織透過性の相違として反映された。THz波透過性の因子は組織の各部分を構成する成分及び細胞の密度が関与している可能性が示唆された。本検討につき論文を作成し、Tohoku J Exp Medに受理された。2)THz波イメージングにおけるTHz波の組織透過性の因子の検討良性腫瘍病変の子宮平滑筋腫の組織標本を用いてTHz波の組織透過性の相違を検討した。本検討では組織の細胞密度を計測、数値化し、THz波画像の各部分を比較した。【結果】THz波の組織標本中の透過性の相違は細胞密度の他、組織の性状の他、細胞質の多寡も関与している可能性が示唆された。現在論文作成中である。
糖尿病網膜症における神経軸索変性の神経軸索保護・再生戦略の検討

糖尿病網膜症の初期神経病変は不可逆的で水面下で蓄積していくため、長期的には視機能の障害に直結する。本研究では糖尿病網膜初期神経病変の神経保護・再生促進目的に網膜3次元培養を用いて有効な治療戦略を模索した。培養液に終末糖化産物(AGEs)を負荷し、同時に栄養因子であるNT-4, HGF, GDNF, TUDCAを付加した。どの栄養因子も再生を促進したがNT-4が最も再生促進作用が強かった。また、NF-kB・SP1・JNK・p38はAGE負荷で発現増加し、栄養因子付加でSP1を除いて発現が減少した。SP1のみ持続発現していた。NF-kB・JNK・p38は細胞死に促進的に関与することが示唆された。神経網膜において最も糖尿病ストレスに感受性が高い細胞は網膜神経節細胞(RGC)であり、網膜レベルでは血管病変の発症する前からdendriteで構成される内網状層が障害される。このような軸索やdendriteを含めた細胞体の障害をRGCneuropathyと定義し、その発症・進行を抑制する治療戦略を画策した。RGC neuropathyの治療評価は軸索保護・再生まで含めた評価が必要である。網膜3次元培養は神経細胞死・再生現象を同時に観察できるシステムで特にRGC neuropathyの研究においては非常に有用である。そこで我々はラット網膜を無菌下で単離し、コラーゲンのゲルに3次元培養した。次いで糖尿病ストレスとして培養液に高濃度グルコース(HG)及び高濃度の終末糖化産物(AGEs)を付加した。同時に培養液にNT-4、GDNF、HGF、TUDCAを付加し、各々の網膜神経細胞に対する神経保護及び再生促進作用を解析した。すべての神経栄養因子は糖尿病環境において有意な神経保護作用、再生促進作用を示した。また、NT-4、TUDCA付加群では神経節細胞層(GCL)におけるp-c-Jun/p-JNK免疫活性が有意に抑制された。人糖尿病網膜切片においても変性神経においてp-c-Jun/p-JNK免疫活性が上昇することから上記薬剤は人糖尿病網膜の神経細胞死に対しても有効に作用する可能性が示唆された。しかしながら再生突起数についてはTUDCAよりもNT-4付加群が最も有意に多かった。このことから、軸索保護・再生まで評価を広げた場合、小胞体ストレスを抑制するだけでは効果が不十分であり、NT-4のような神経再生促進作用をもつ栄養因子を用いることが重要であることが示唆された。糖尿病網膜症の初期病変には血管病変と神経病変がある。神経病変は不可逆的変化で水面下で蓄積するため視機能の障害に直結する変化である。糖尿病ストレスによる神経病変の発症・進行を抑制するためには、そのメカニズム解明は必須である。また糖尿病ストレス下における神経保護・再生促進を促す種々の薬剤の候補を網膜3次元培養を用いて解析した。糖尿病ストレスとして培養液に終末糖化産物(AGEs)を負荷した上で、種々の栄養因子であるNT-4、GDNF、HGF、TUDCAの神経保護・再生促進作用を検討した。すべての栄養因子は再生促進作用を示したが、NT-4が最も神経保護・再生促進作用が強かった。AGEsを負荷すると細胞死関連キナーゼであるp-JNK、p38の活性が上がり、転写因子であるSP1、NF-kBの発現が上昇することが確認されたが、種々の栄養因子はp-JNK、p38、NF-KBの発現を抑制し、SP1持続発現を促した。NF-kBは周皮細胞死にも関与していることが示唆されており、これらの薬剤の中には血管病変の進行も同時に抑制する可能性があることが推察された。今後神経保護のみならず、神経・血管・グリアによる神経血管単位での構造・機能保護目的に向けて治療戦略の幅が広がる可能性が示唆された。現在in vivoにおける動物実験遂行に向けて準備中であり、近い将来の新たな神経血管単位保護治療戦略の確立及び治療戦略特許申請に向けて実験のステップアップをしていくところである。神経網膜において糖尿病ストレスに感受性が高い細胞は網膜神経節細胞(RGC)であり、dendriteを含めて早期から障害されることからRGCneuropathyと定義している。RGCneuropathyの神経保護・再生促進目的に網膜3次元培養を用いて有効な治療戦略の確立を模索して検討してきた。培養液に終末糖化産物AGEを負荷し、同時に栄養因子であるNT-4, HGF, GDNF, TUDCAの神経保護・再生促進作用を同時に比較検討した。さらに、神経節細胞層(GCL)における転写因子NF-kB, SP1の免疫活性についても検討を重ねた。種々の栄養因子はどれも有意に再生突起数を増加させたが、NT-4が最も再生促進作用が強かった。また、NF-kBの免疫陽性率はAGE負荷で有意に増加し、栄養因子付加で有意に低下した。このことからNF-KBは細胞死に促進的に関係しているものと思われた。しかしながら、SP1はAGE負荷で発現増加した後、栄養因子付加でその発現が持続的に高値をしめした。このことからSP1の持続発現が神経栄養因子の神経保護・再生促進作用に重要であることが示唆された。

これらの結果は糖尿病ストレス環境における神経細胞死や、神経保護・再生のメカニズムの理解に有用な情報を提供するものと思われる。また、将来のin vivoでの治療戦略の1つの手がかりを与えたと考えられる。糖尿病網膜症の初期神経病変は不可逆的で水面下で蓄積していくため、長期的には視機能の障害に直結する。本研究では糖尿病網膜初期神経病変の神経保護・再生促進目的に網膜3次元培養を用いて有効な治療戦略を模索した。培養液に終末糖化産物(AGEs)を負荷し、同時に栄養因子であるNT-4, HGF, GDNF, TUDCAを付加した。どの栄養因子も再生を促進したがNT-4が最も再生促進作用が強かった。また、NF-kB・SP1・JNK・p38はAGE負荷で発現増加し、栄養因子付加でSP1を除いて発現が減少した。SP1のみ持続発現していた。NF-kB・JNK・p38は細胞死に促進的に関与することが示唆された。高濃度AGE-BSA負荷モデルにおいて、種々の栄養因子であるNT-4, TUDCA, HGF, GDNFの神経保護・再生促進作用を同時に比較し、なおかつ細胞死関連キナーゼや転写因子群の発現・活性の影響を確認することができた。中には血管病変の進行過程で見られるメカニズムと共通のメカニズムも確認されており、神経血管単位を包括的に保護する治療へと発展させる足がかりができている。今後、臨床応用へ向けてより具体的な治療戦略を立てるため、in vivoにおける神経保護・再生促進作用の検討に入る準備が整ったところである。医歯薬学in vivoにおける実験遂行に当たって、モデル動物の検討を行っていくが、網膜症の進行が重症化しやすいSDTラットをモデル動物に使用する予定である。また、薬剤に関しても硝子体投与だけではなく、点眼において効果が確認できるよう工夫をこらしていく。そのための予備実験としていくつかの薬剤の相乗効果の検討やSDTラットにおける神経病変の進行の程度を定量的に検討する。その上で、種々の薬剤の実臨床に近い治療方法での保護作用の検討を行っていく予定である。ここから先は実践的な臨床応用を意識した上での検討に入っていく。高濃度グルコース付加モデルでも高濃度AGE-BSA付加モデルにおいても小胞体ストレスを抑制する薬剤であるTUDCAよりも再生促進作用のあるNT-4の方が突起再生が有意に増加したことから、単に神経保護剤のみを治療戦略の中心に添えたとしても糖尿病網膜症におけるRGC neuropathyの発症・進行抑制には効果が不十分であることが示唆された。このことは今後in vivoの動物実験を計画・施行する前にNT-4のような再生促進作用をもつ栄養因子を併用したほうが良好な結果が得られる可能性を示唆するものである。しかしながら、神経保護作用のみを評価の対象とすればTUDCAはNT-4に匹敵する神経保護作用を有していることも事実であり、神経細胞の変性を抑制する目的で併用剤として使用することは臨床的な副作用を考慮しても有用であると思われる。NT-4の神経保護
メモリ機能を有する光素子の研究

抵抗、インダクタ、キャパシタに続く第4の素子として、通過電荷量に応じて抵抗が変化する「メモリスタ」が注目されている。本研究では、「通過光量に応じて光透過率が変化する光メモリスタ」を実現した。紫外線照射により緑色光の透過率が減少し、緑色光照射により透過率が回復する、フォトクロミック材料「ジアリールエテン」(1988年立教大学入江教授発見)をクラッドまたはコアに含む光導波路を形成し、光メモリスタを実現した。だが、緑色光の回復時定数は0.2秒数分と長く目標とするミリ秒に達しない。そこで、物理モデルを構築し実験結果を模擬した結果、ジアリールエテン濃度低下によりミリ秒時定数になるという予測が得られた。電気回路では、抵抗、インダクタンス、キャパシタンスに続く第4の受動素子としてメモリスタが注目されている。メモリスタは通過した電荷量を記憶し、それに伴って抵抗が変化する受動素子である。これにより、フラッシュメモリを超える高密度・高速・低消費電力・耐放射線メモリや論理演算素子の可能性が示唆され、すでにReRAM(抵抗変化型メモリ)として動作確認されている。本研究では、光回路におけるメモリスタ、すなわち「通過した光の量を記憶し、それに伴って光透過率が変化する光素子」の可能性を探る。これが実現できれば、光通信、光配線集積回路、知能集積回路等の分野に大きなインパクトを与えることができ、情報社会に計り知れない恩恵をもたらすものと期待される。本研究では、光メモリスタを実現する方法を研究する。H27年度は光メモリスタとして可能性のある材料の調査を行った。ハロゲン化銀の光化学反応によって銀微粒子を生成する方法では、熱反応によって生成した銀微粒子が元のハロゲン化銀に戻ってしまう。一方、最近注目されている有機フォトクロミック材料では、紫外線照射によって着色し、可視光照射によって透明体にもどり、熱的な変化は少ないものが知られている(ジアリールエテンが有名)。この物質を用いれば、光メモリスタが実現できると考えられる。しかし、この物質の着色時定数、戻り速度等の詳細データはまだ不十分なことが明らかになった。H28年度はこの点を明らかにし光メモリスタへの応用可能性を調べる。また、光メモリスタをバックプロパゲーション型3層ニューラルネットワークの結合率調整部分に使用した場合の解収束性を調べるプログラムをC++ソフトウェアによリ作成した。H28年度はこのプログラムを用いて光メモリスタをニューラルネットワークに応用した場合の有用性を明らかにすると共に、上記フォトクロミック材料を用いて有用性を実証する。これまで提案していたハロゲン化銀の光化学反応によって銀微粒子を生成する方法では、熱反応によって生成した銀微粒子が元のハロゲン化銀に戻ってしまうことが分かった。すなわち記憶情報が熱的に失われてしまう。この効果のない材料を調べた結果、一部の有機フォトクロミック材料が、光メモリスタ材料として有望であることが判明した。そこで次年度は、この物質を中心に研究を行う予定である。フォトクロミック有機材料である、ジアリールエテンを塗布型シリコン酸化膜に混ぜ、シリコン窒化膜光導波路上に被覆し、クラッドとした。この光導波路において、高圧水銀ランプからの紫外線を照射することにより、緑色(波長530nm)の光の透過率がほぼゼロになった。次に緑色光を導波路に通すと、透過率が徐々に増加し、もとの高い透過率に戻った。照射する緑色光のエネルギー総量と光透過率の間には、指数関数的な次の関係のあることが分かった。I=A(1-exp(-E/B))ここで、Iは透過光の強度、A、Bは定数、Eは照射した緑色光のエネルギー総量である。この特性は、シナプス結合強度が、シナプス部分を通過する信号総量に応じて強くなることに対応できる。また、紫外線照射時間が短い場合は、この紫外線照射による透過率の減少と緑色光照射による透過率の回復は、繰り返し再現するが、紫外線照射時間が20秒を超えて長くなると、緑色光照射による透過率の回復が遅くなることが見いだされた。この現象は紫外線照射により有機材料であるジアリールエテン分子にダメージが誘起され、緑色光照射によるダメージ回復により長時間を要するためと解釈される。紫外線ランプの光のうち、短波長成分をナトリウムガラス、およびアクリル樹脂によってカットし、同様の実験を試みた。その結果、紫外線照射による回復遅延に抑制効果が見られた。しかし、ダメージ効果を完全に抑制するには至っていない。今後は、ダメージ効果の抑制とジアリールエテンをクラッドではなくコア材料に埋め込んで、デバイス長を短くすること、およびこの光メモリ効果と閾値を持つCMOSシリコン発火回路を組み合わせて、ニューラルネットワークを試作し、その基本動作を確認する。当初想定していた材料は、無機の固体電解質であった。しかし、光導波路に用いるためには、波長程度の厚い膜が必要であり、固体電解質では作製が難しいことが判明した。そこで当初想定していた材料とは異なる、有機フォトクロミック材料を用いた。その結果、光メモリー効果が確認でき、シナプス結合の一部の機能を再現することができた。従って、概ね順調に進展していると考える。電気回路では、抵抗、インダクタ、キャパシタに続く第4の素子として「メモリスタ」が注目されている。これは通過した電荷量と共に抵抗が変化する。本研究では、「通過した光量に応じて光透過率が変化する素子:光メモリスタ」の可能性を探る。

当初計画では、固体電解質中のナノ粒子の析出・ドリフトを提案したが、問題点が多くあるため、別のフォトクロミック材料「ジアリールエテン」を検討した。これは紫外線照射により緑色光の透過率が減少し、緑色光照射により、透過率が回復するという、光メモリスタの性質を備えている(立教大学の入江教授が1988年に発見)。我々は、この材料を用いて光メモリスタを実現する方法を研究した。シリコン窒化膜をコアとし、ジアリールエテンを混合した塗布シリコン酸化膜をクラッドとする光導波路を形成し、その特性を調べた。その結果、紫外線(365nm)照射によって緑色光(513nm)の透過率が減少し、紫外線照射を中止すると、照射する緑色光の総エネルギーに応じて透過率が式(1-exp(-E/k))(Eは緑色光の総エネルギー、kは定数)に従って回復することを見出した。これを用いたニューラルネットワークモデルを提案し、国際会議(SSDM2018)および学術誌(Jpn. J. Appl. Phys. 57, 04FH02, 2018)に発表した。しかし、緑色光による回復時定数は数分と長い。そこで、ジアリールエテンを混合した紫外線硬化樹脂をコアとする導波路を形成した結果、数十秒まで時定数を短くすることができた。しかし、目標とするミリ秒には至らなかった。そこで、紫外および緑色光照射による透過率変化の物理モデルを立案し、実験結果と比較した。その結果、両者は定性的に一致した。さらに、緑色光照射による回復時定数をミリ秒にするためには、ジアリールエテンの濃度を現状の1/6にすれば良いという理論予測ができた。抵抗、インダクタ、キャパシタに続く第4の素子として、通過電荷量に応じて抵抗が変化する「メモリスタ」が注目されている。本研究では、「通過光量に応じて光透過率が変化する光メモリスタ」を実現した。紫外線照射により緑色光の透過率が減少し、緑色光照射により透過率が回復する、フォトクロミック材料「ジアリールエテン」(1988年立教大学入江教授発見)をクラッドまたはコアに含む光導波路を形成し、光メモリスタを実現した。だが、緑色光の回復時定数は0.2秒数分と長く目標とするミリ秒に達しない。そこで、物理モデルを構築し実験結果を模擬した結果、ジアリールエテン濃度低下によりミリ秒時定数になるという予測が得られた。有望とされる有機フォトクロミック材料、ジアリールエテンでは、400nm以下の波長の紫外線照射で、550nm付近の波長領域の吸収係数が増加し、600nm以上の可視光照射によってもとの透明体にもどる。しかし、この吸収増加および戻り速度の照射波長および温度依存性は十分に解明されていないので、この点を明らかにすると共に、反応速度の向上を目指した研究を推進する予定である。今後は、コアにフォトクロミック材料を混ぜることで、デバイスをより微細化することを目指す。またシリコンCMOS回路による閾値をもつ発火神経模擬細胞回路と組み合わせることにより、光ニューラルネットワークを試作し、その動作実証に挑戦する。半導体工学
協同組合型の非営利組織と市民参加との相互作用のメカニズム

本研究は、同一の個人の意識と行動パターンの変化を継続的に追跡し、分析できる【パネル調査】を行うことで、住民自らが出資し、経営し、働くような協同組合型のNPOにおける参加者の意識と行動間の因果関係を明らかにした。さらに、定性分析を通して、住民の社会政治的行動に影響を与える制度的要因の効果を明らかにすることができた。なお、社会的市民(社会参加)と政治的市民(政治参加)との因果関係をも考察することができたのは大きな成果であろう。本研究は、合理的選択論の観点から、参加者自らが出資し、経営し、働くような「協同組合型のNPO」と市民参加との相互作用のメカニズムの解明を試みるものである。本研究では、分析対象として神奈川県の生活クラブ生活クラブ生協の事例を取り上げる。本研究の目的は、合理的選択理論のアプローチを基本としつつ、進化心理学や認知社会心理学の知見を積極的に取り入れながら、生活クラブ運動グループの事例を検討することで、(1)個人のイニシアティブによる社会的サービス(集合財)の提供可能性に影響を与える制度的要因は何か、(2)また、それらの要因の中で各個人の政治活動への参加に影響を与えるメカニズムとして働いているものとは何か、を理論的かつ実証的に検討することである。本研究のもう一つの目的は、日常的な相互作用からなる社会ネットワークとそこに埋め込まれている一連の資源がNPOの形成や発展に及ぼすメカニズムを、合理的選択論の観点から、解明することである。つまり、本研究は、NPOの形成や発展過程における集合行為のジレンマ問題(ただ乗りの問題や保証問題)の克服に、日常的な社会関係やそこに埋め込まれている一連の資源がどのような影響を与えているのか、という問題を理論的かつ実証的に明らかにすることに焦点を当てている。平成19年度は、(1)協同組合型のNPOと関連する基礎的データを収集するとともに、(2)パネル調査としての第1回目の「社会政治意識と市民参加」に関するアンケート調査とヒアリング調査を行う。アンケート調査においては、(1)組織内外のネットワークや互恵性の規範や相互信頼が形成されるメカニズムを明らかにし、(2)生協加入のあり方の変容がソーシャル・キャピタルの質やソーシャル・キャピタルの形成メカニズムの変化にどのような影響を及ぼしていたのか、という問題に焦点を当てることとする。平成20年度は、前回のアンケート調査を補足するヒアリング調査を行い、平成21年度は、(パネル調査としての)第2回目のアンケート調査を実施する。この調査によって、生協加入のあり方が変わり、それに従って組合員参加の制度も変わったことがソーシャル・キャピタルの質や蓄積メカニズムの変化にどのような影響を及ぼしていたのか時系列的に分析することが可能となるであろう。平成22年度は、これまでのパネル調査の結果とヒアリング調査を総合的に分析し、その分析結果を論文や報告書としてまとめることを目指す。平成19年度は、第一に、生活クラブ生協のリーダー層に対するヒアリング調査を行い、アンケート対象や項目を確定するための予備作業を行った。またヒアリング調査の結果を踏まえた上で、「地域政党の制度的基盤と集合行為のジレンマ-神奈川県の生活クラブ運動グループに関する事例を中心に-」を題とする論文(査読論文)を『市民社会とNPO』(2007年11月)というジャーナルに掲載した。この論文では、生活クラブ運動グループに属するNPO間のネットワークに埋め込まれているソーシャル・キャピタルが醸成される過程を解明し、そのようなソーシャル・キャピタルが大規模な政治活動における集合行為のジレンマの解決過程において果たす役割を論じている。さらに、平成19年度の科研費をいただく前までの生活クラブ運動グループに関する研究成果をまとめ、2008年1月に『日本の市民社会におけるNPOと市民参加』(慶應義塾大学出版会)を出版した。第二に、「生活クラブ生協連合会」と「参加型システム研究所」の協力(委託契約による協力)を得て、2008年3月に横浜市と川崎市の生活クラブ生協組合員を対象とするアンケート(郵便調査)を行った。調査標本は3,995名であり、回収率は2008年3月31日現在20%である(今回の調査はパーネル調査の第1回調査であるので、1,000名以上のサンプルを確保することが必要になると考え、回収率を30%までに上げるために、4月に追加調査を行う予定である)。調査内容は、日ごろの生協内の組合員活動や政治参加の状況、そしてソーシャル・キャピタルの蓄積状況などである。この調査に関する分析は2008年度4月から行う予定であり、生協の制度のあり方と組合員活動がソーシャル・キャピタルの醸成に影響を与えるメカニズムに関する研究発表を2008年度の日本NPO学会などで行う予定であり、ジャーナルにも発表する予定である。平成20年度は、第一に、2008年3月に行った横浜市と川崎市の生活クラブ生協の組合員を対象とした郵便調査(標本:3,995名、回収:864名、回収率:21.6%)の結果を分析した。

その分析結果などについては、「2008年度第3回NPO研究フォーラム」(於:大坂大学、2008年6月22日)で発表を行った。この発表では、第一に、生活クラブ生協内の小規模の組合員活動がソーシャル・キャピタルの醸成に影響を与えることで福祉関連のNPOの立ち上げや運営に肯定的な影響を及ぼしていることを明らかにし、第二に、生活クラブ生協内の小規模の組合員活動がソーシャル・キャピタルを醸成することにより、集合行為のジレンマを自発的に克服した市民参加のタイプを増進していることを明らかにしている。第二に、日本のローカルガバナンスの現状と課題をテーマとする報告を韓国の国際学術シンポジウムで行った(新羅大学マリーンバイオ産業化支援センター、2008年11月10日)。この発表では、NPOと地方自治体との協働事業がNPOによる市民活動の増進に貢献しない事例に注目し、自治体からの委託事業への依存度がソーシャル・キャピタルの醸成機関としてのNPOの機能低下に影響を与える要因となっていることを指摘している。これまでの研究成果をさらに発展させるために、本年度は生活クラブ生協の組合員を対象とする第2回郵送調査(パネル調査)を行う予定である。また、郵送調査に関する分析結果や発表の成果は、『生活協働組合研究』や『生協総研レポート』などのジャーナルに投稿する予定である。さらに、本年度は愛知県における非営利組織活動の現状と課題についてのヒアリング調査を行い、比較学的な観点から、神奈川県における協同組合型の非営利組織と市民参加との相互作用のメカニズムについての研究を深めていくことにしたい。平成21年度は、第一に、2008年に行った生活クラブ生協の組合員を対象とした調査データを用いて、2009年度日本公共選択学会で「生活クラブ生協における市民参加のメカニズム」についての報告を行った。さらに、上記の報告に関する追加分析を行い、中京大学総合政策学部の『総合政策論叢』に「生活クラブ生協における組合員活動とソーシャル・キャピタル」を掲載した。上記の報告や論文では、生活クラブ生協における組合員加入のあり方が変化することによって、組合員活動のあり方やソーシャル・キャピタルの形成過程が変容していることを明らかにしている。第三に、2008年度3月に行った生活クラブ生協の組合員を対象とするパネル調査(アンケート調査)を2010年3月に行った。今年は、この調査結果を踏まえた上での総合的な分析を行い、その分析結果をまとめる予定である。平成22年は、第1に、2008年3月に行った生活クラブ生協の組合員を対象とする調査をNPO法人・参加システム研究所に委託し、2010年3月に行った。調査標本は864名であり、有効回収は283名(回収率32.8%)であった。このパネル調査における興味深い分析結果は次の3点である。(1)組合員活動は全体的に活性化しているかのように見えるが、「エッコロひろば」、環境活動、福祉活動の量は、所属年数が増えていくにつれて、むしろ微減していた。(2)組合員活動がソーシャル・キャピタルの醸成に及ぼすプラスの効果は大きくなかった。(3)生活クラブ生協の組合員活動とソーシャル・キャピタルとの善循環的な関係は強くなかった。その理由についてのさらなる分析は今後の課題である。
象牙質フォスフォフォリンの発現の細胞環境による調節

1.象牙芽細胞様細胞に分化する歯髄細胞培養系の確立ラット切歯歯髄から、酵素処理によって歯髄細胞を分散させ、通法にしたがって培養した。細胞は結節を形成し、その中に石灰化物が出現した。象牙質特異的タンパク質の遺伝子の発現は、RT-PCR等の方法で検出している。アルカリフォスファターゼ活性は、分化の比較的初期から発現していた。象牙質に特有のタンパク質であるフォスフォフォリン/DSPはアルカリフォスファターゼと同様の変動を示した。このタンバク質の発現は、この細胞が象牙芽細胞様細胞に分化したことを示す。硬組織特有のタンパク質であるBGPは、より後期に相する石灰化期に発現した。2.ホルモン、石灰化阻害物質の効果次に、さまざまの活性物質の効果について検討した。骨芽細胞の分化因子として知られているデキサメサゾンは、フォスフォフォリン/DSPの発現を促進した。一方、活性型ビタミンDは、このタンパク質の発現に効果がなかった。石灰化阻害物質であるビスフォスフォネートは、石灰化は予想どうり抑制したが、フォスフォフォリン/DSPの発現は促進した。前者の効果はビスフォスフォネートの物理化学的効果によると考えられる。後者の効果は、おそらく、この物質の、フォスファターゼ活性阻害効果のような細胞生物学的効果によって歯髄細胞の分化が促進されたためであろう。1.象牙芽細胞培養系の確立本年度は、象牙質のタンパク質であるフォスフォフォリンの発現を研究するための実験系として、象牙芽細胞様細胞の培養をおこなった。細胞を得るための材料としては、ラット切歯の歯髄を用いた。ラットの切歯は連続的に萌出しつづけるので、その歯髄の中に象牙芽細胞に分化する能力がある細胞が存在することが、期待できるからである。歯髄を酵素処理して細胞を分散させ、遊離した細胞をディッシュ内に播いた。培養は通法にしたがって、血清入り培地を用いておこなった。線維芽細胞様の形態を持った細胞が増殖した。これらの細胞は、高いアルカリフォスファターゼ活性を持ち、細胞の中には突起を持つものも見られた。これらの特徴は、象牙芽細胞様細胞の特徴として知られているものである。2.象牙質特有のタンパク質の発現上記の歯髄由来細胞を用いて、象牙質に特有のタンパク質であるフォスフォフォリンと象牙質シアロ・タンパク質(DSP)の発現を検討した。発現の検出は、RT-PCR法によっておこなった。その結果、DSPの発現は見られたが、フォスフォフォリンの発現は認められなかった。このことは、これらの細胞が象牙芽細胞への分化の途上にはあるが、完全に象牙芽細胞へは分化していないことを示している。今後は、培養条件を検討して、より分化した細胞を得ることを目指したい。1.歯髄細胞培養系による象牙質基質タンパク質の発現前年度に確立した歯髄細胞培養系を用いて、象牙質の細胞外基質に含まれるタンパク質の遺伝子の発現について検討した。これらのタンパク質の発現は、RT-PCR等の方法で検出している。このタンパク質の発現は、この細胞が象牙芽細胞様細胞に分化したことを示す。硬組織特有のタンパク質であるBGPは、より後期に相当する石灰化期に発現した。
地球温暖化により使用量増加が予想される有機りん系農薬曝露に対する新規評価法の開発

現在、国内外で使用されている殺菌剤・殺虫剤などの農薬の中で有機りん系農薬は大きな割合を占め、地球温暖化の進行に伴い、今後益々使用量が増加すると考えられる。しかし、ヒトや野生動物がこれら農薬類に曝露されても、典型的な急性毒性症状を示さない程度の曝露の場合、大きな個体差に影響され、曝露の有無さえ判定することが難しいと考えられる。本研究では、有機りん系農薬による曝露の有無を、個体差に影響されることなく判定できる新たなバイオモニタリング法の開発を目的とした。本研究では、国内の河川・湖沼などの野外調査によく用いられるコイを実験動物に用いた。養殖場から購入したコイの各組織におけるアセチルコリンエステラーゼ、ブチリルコリンエステラーゼの各酵素活性分布を調べた結果、いずれの組織においても前者の比活性が後者の比活性より高いこと、アセチルコリンエステラーゼの比活性は、脳が一番高く、ついで筋組織が高いことが明らかとなった。全コリンエステラーゼ活性に占めるアセチルコリンエステラーゼ活性の割合と組織総重量を考慮して、筋組織からアセチルコリンエステラーゼを精製した。筋組織では、本酵素は膜に結合していることが示されたことから、高濃度塩類存在下で膜から本酵素を可溶化し、基質アナログ化合物をリガンドとして用いたアフィニティクロマトグラフイー法により本酵素を均一に精製し、精製酵素標品の特徴解析を行った。また、国内外で汎用されている有機りん系農薬類が本酵素の活性に及ぼす阻害作用について詳細に検討した。なお、8ヶ月間かけて行った4回の精製で得られた酵素量は数百μgと少量であり、本酵素に対する特異抗体の作成を本研究期間内で達成することはできなかった。現在、国内で使用されている殺菌剤・殺虫剤などの農薬の中で有機りん系農薬は大きな割合を占め、地球温暖化の進行に伴い、今後益々使用量が増加すると考えられる。しかし、ヒトや野生動物がこれら農薬類に暴露されても、典型的な急性毒性症状を示さない程度の曝露の場合、おおきな個体差に影響され、曝露の有無さえ判定することが難しい。本研究では、有機りん系農薬による曝露の有無を、個体差に影響されることなく判定できる新たなバイオモニタリング法の開発を目的とする。本研究の研究期間内では、国内の河川・湖沼に遍棲するコイなどをモデル生物として用いて新規のバイオモニタリング評価法の開発を行い、その有用性を評価することを目的とする。養殖場から購入したコイの各組織におけるアセチルコリンエステラーゼ、ブチリルコリンエステラーゼの酵素活性分布を調べた結果、いずれの組織においても前者の比活性が後者の比活性より高いこと、アセチルコリンエステラーゼの比活性は、脳が一番高く、ついで筋組織が高いことが明らかとなった。組織総量を考慮して、筋組織からアセチルコリンエステラーゼを精製することにした。筋組織における本酵素の局在性を超遠心分離法により調べた結果、本酵素は膜に結合していることが示唆された。高濃度塩類存在下で膜から可溶化し、基質アナログ化合物をリガンドとして用いたアフィニティクロマトグラフィー方により本酵素を均一に精製する方法を確立した。現在、精製酵素標品の特徴解析を行うとともに、本酵素に対する特異抗体の作成に必要な量の酵素標品を得るため、スケールアップして、本酵素の精製を継続している。

本研究では、国内の河川・湖沼などの野外調査によく用いられるコイを実験動物に用いた。養殖場から購入したコイの各組織におけるアセチルコリンエステラーゼ、ブチリルコリンエステラーゼの各酵素活性分布を調べた結果、いずれの組織においても前者の比活性が後者の比活性より高いこと、アセチルコリンエステラーゼの比活性は、脳が一番高く、ついで筋組織が高いことが明らかとなった。全コリンエステラーゼ活性に占めるアセチルコリンエステラーゼ活性の割合と組織総重量を考慮して、筋組織からアセチルコリンエステラーゼを精製した。筋組織では、本酵素は膜に結合していることが示されたことから、高濃度塩類存在下で膜から本酵素を可溶化し、基質アナログ化合物をリガンドとして用いたアフィニティクロマトグラフィー法により本酵素を均一に精製し、精製酵素標品の特徴解析を行った。また、国内外で汎用されている有機りん系農薬類が本酵素の活性に及ぼす阻害作用について詳細に検討した。なお、8ヶ月間かけて行った4回の精製で得られた酵素量は数百μgと少量であり、本酵素に対する特異抗体の作成を本研究期間内で達成することはできなかった。
触媒反応での立体選択性の逆転を可能にする第２世代型アニオン性カルベン配位子の創出

新規なキラルNHC配位子前駆体となるhydroxy-amide基を(CH2)2基で架橋したアゾリウム塩を開発し、Cu(OTf)2触媒による高立体選択的な共役付加反応を達成した。以前我々が開発したCH2基架橋型キラル配位子による触媒反応と比較すると、立体選択性が反転した。一方、(CH2)2架橋型キラル配位子存在下Cu(acac)2触媒を利用した際には、Cu(OTf)2触媒の場合と比べ立体反転した生成物が得られた。また、セリンエステル由来のester-amide置換キラルNHC配位子も開発した。先のhydroxy-amide置換配位子を用いた場合と比べ、触媒反応立体選択性の逆転が観測された。前年度、本研究課題である第2世代型NHC配位子前駆体となる官能基化されたアゾリウム塩として次の3種類の化合物を合成することができた:1エステルアミド置換アゾリウム塩、2(CH2)2リンカーを有するヒドロキシアミド置換アゾリウム塩、3アルキル置換アゾリウム塩。本年度は、交付申請書に記載した研究実施計画に従い、銅触媒による不斉共役付加反応を促進させる錯体触媒の創製を目的に、NHC-Cu錯体の合成を試みた。具体的には、配位子前駆体であるアゾリウム塩を酸化銀で処理して、NHC-Ag錯体へ変換後、AgとCu間での配位子交換反応を行いNHC-Cu錯体の合成を検討した。その結果、いずれのアゾリウム塩を用いた場合でもNHC-Ag錯体の生成は認められたが、NHC-Cu錯体を得ることは困難であった。一般に、1価のNHC-Cu錯体合成に関する報告は数多くあるが、本研究のような2価のCu錯体は不安定であることが知られており、今回の場合も同様な理由でNHC-Cu錯体が得られなかったものと思われる。そこで、本研究の最終目的である銅触媒による不斉共役付加反応を実現させるために、研究実施計画に従って、銅触媒前駆体とアゾリウム塩を組み合わせて、反応系中で錯体触媒を形成させる手法を採用した。その結果、期待通りに反応が生起することを見出した。開発したアゾリウム塩の特徴として、入手容易な天然αーアミノ酸から極めて簡便な方法でNHC配位子前駆体を合成できることが挙げられる。そのため、類似の構造を有する一連の配位子化合物群を迅速に構築でき、触媒反応に応じた不斉配位子のチューニングが容易に行える。そこで、それぞれのアゾリウム塩について、様々な構造をもつ化合物を合成した。それらを利用することで、環状および鎖状エノンのジアルキル亜鉛による不斉共役付加反応が、従来法を凌駕する高い立体選択性で進行することが明らかになった。N-ヘテロサイクリックカルベン(NHC)配位子前駆体となる3種類のアゾリウム塩、エステルアミド置換アゾリウム塩、ヒドロキシアミド置換アゾリウム塩ならびにヒドロキシアルキル置換アゾリウム塩を創出した。C2対称性のエステルアミド置換アゾリウム塩は、入手容易なセリンエステルから数段階の過程を経て容易に合成することができた。開発したキラル配位子を利用することで、非環状ならびに環状エノンの高エナンチオ選択的な銅触媒不斉共役付加反応が、穏和な条件のもと良好に進行することを明らかにした。また、後述のヒドロキシアミド置換アゾリウム塩を利用した銅触媒不斉共役付加反応における生成物の立体化学と比較すると、両者は逆の立体配置をもつ1,4-付加生成物であった。このようにリガンドデザインにより両エナンチオマーのつくりわけに成功した。ヒドロキシアミド置換アゾリウム塩は、これまで未開拓であったBis(NHC)骨格を有するキラル配位子をデザインした。ロイシンを出発原料とする合成ルートを確立した。この配位子を銅触媒不斉共役付加反応に適応したところ、第1世代型の官能基化されたアゾリウム塩を用いた反応を凌駕する結果が得られた。具体的には生成物の不斉収率が95%eeに向上し、また触媒量を半減させることができることを明らかにした。ヒドロキシアルキル置換アゾリウム塩は、昨年度ヒドロキシアミド置換アゾリウム塩に関する研究で得られた知見を基に研究を行った。その結果、NHC配位子上の置換基が触媒反応の不斉収率に大きく影響を与えることが分かり、適当な配位子のチューニングにより90%を超えるエナンチオ過剰率で目的生成物が得られることを見出した。本研究課題である第2世代型NHC配位子前駆体となる官能基化されたアゾリウム塩の合成ルートを確立した。第2世代型配位子として次の3種類の化合物を創製することに成功した。

(1)エステルアミド置換アゾリウム塩:すでに天然α-アミノ酸の還元体であるβ-アミノアルコールからヒドロキシアミド置換アゾリウム塩(第1世代型NHC配位子前駆体)を開発している。本研究では、天然α-アミノ酸のエステル体を利用して、エステルアミド置換アゾリウム塩を先と同じ合成ルートにより得ることができた。(2)(CH2)2リンカーを有するヒドロキシアミド置換アゾリウム塩:第1世代型アゾリウム塩は、ヒドロキシアミド置換部位とNHCがメチレン(CH2)リンカーを介して結合していたが、本研究では炭素数を一つ増やした(CH2)2リンカーをもつ置換アゾリウム塩を開発した。その合成法として、市販のアゾールとアクリル酸エステルのアザマイケル反応により、対応するエステル置換基が(CH2)2リンカーを介してアゾール環に結合した生成物をほぼ定量的な収率で得た。続いて、得られた置換アゾールを水素化ナトリウム存在下、β-アミノアルコールと反応させアミド化を行った。最後に、ハロゲン化アルキルとのカップリング反応を行うことで、目的生成物である第2世代型のヒドロキシアミド置換アゾリウム塩を良好な収率で得ることに成功した。(3)アルキル置換アゾリウム塩:同様に天然α-アミノ酸の還元体であるβ-アミノアルコールを利用して、先述の配位子前駆体とは分子構造骨格が異なるアルキル置換アゾリウム塩を設計し、その合成を行った。その結果、芳香族求核置換反応を利用して4段階で目的生成物を合成することができた。本研究の目的は、過去に報告例のない新規な第2世代型NHC配位子前駆体となるキラルな置換アゾリウム塩を合成し、それを銅触媒不斉共役付加反応におけるキラル配位子として利用することである。研究実績の概要で記述したように、その不安定性のためNHC-Cu錯体を合成することは困難であったが、銅触媒前駆体とキラルなアゾリウム塩を組み合わせた触媒系が効果的に作用することを明らかにすることができた。特に、アゾリウム塩は天然α-アミノ酸から極めて簡便に調製可能で、合成した化合物の大半は空気や湿気に安定で、特別な注意を払うことなく容易に取り扱うことができる。チューニング可能な一連のキラル配位子前駆体を構築し、触媒的不斉共役付加反応について検討した結果、反応基質として、環状エノンに限らず、より実現することが困難とされてきた非環状エノンも使用できることを見出した。この成功の鍵は、入手容易なアミノ酸から迅速に合成できるキラル配位子のデザインにあり、今後さらなる展開が期待される。上記のような理由により、「研究の目的」の達成度について、おおむね順調に進展していると思われる。本年度の研究結果として、当初の目的通り3種類の第2世代型NHC配位子前駆体となるキラルな置換アゾリウム塩を合成することに成功した。これらの化合物は、いずれも過去に報告例のない新規な化合物であり、不斉触媒反応におけるキラル配位子としての利用が期待できる。実際、すでに予備的な検討により、それぞれの化合物が不斉触媒反応において特徴のある配位子として機能することを明らかにしており、次年度以降、詳細に検討する予定である。ヒドロキシ-アミド置換アゾリウム塩は、申請者が独自に開発したキラル配位子であり、入手容易な天然α-アミノ酸を利用し、様々な分子構造を有する配位子前駆体を少ない工程で簡便に合成できる。また、その多くは空気中でも安定に存在し、長期間の保存も可能であるという特徴をもつ。