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非自明なゲージ背景上の超重力・超弦理論に基づく素粒子模型の現象論

非自明なゲージ背景上の超重力理論や超弦理論の低エネルギー有効理論として現れる、磁化された高次元超対称非可換ゲージ理論に基づく素粒子模型の現象論的性質を詳細に解析し、最新の実験観測データと整合する背景磁場の配位の同定と分類を系統的に行った。また、特に超弦理論との整合性の観点から模型自身及び解析手法に対する幾つかの拡張を提案した。これらの成果は、様々な観点から素粒子統一理論の有力候補と考えられている高次元超対称非可換ゲージ理論の現象論的側面を照らす大変興味深い結果であると同時に、超弦理論に基づく現実的な素粒子模型の構築に数多くの指針を与えるものと考えている。超弦理論の低エネルギー有効理論として現れる10次元超対称非可換ゲージ理論で、その余剰6次元に対し背景磁場が存在する平坦な周期的空間を想定することで次元縮減を行い、得られた4次元有効理論にクォークとレプトンが3世代存在する超対称(非超対称)標準模型が含まれるような背景磁場の配位を系統的に探索した。4次元時空で超対称性が残るような磁場の配位に限定した場合は、それに伴って標準模型に現れる世代構造もかなり限定されており、因子化可能な磁束に対しては先行研究で提案された系列の世代構造のみが可能であることが明らかになった。一方で、因子化不可能な磁束や超対称性を破る磁場の配位に対しては世代構造に多様性が現れることを確認した。前者の世代構造は波動関数の局在化に起因する離散フレーバー対称性に支配されていることが見て取れるため、磁場の配位を対称性の観点から分類した。後者の非超対称な磁場の配位では、クォークとレプトンで異なる磁束を導入すると大変興味深い世代構造が得られ、そこでは実験で測定されているこれらの粒子の質量比とクォーク混合角が容易に再現されることが分かった。ここでの世代構造は離散対称性に起因するものとは様相が異なり、連続な可換対称性から現れるものと類似していたが、指数的ではなくガウス的な抑制因子で世代間の階層構造が生じていることが明らかになった。以上は、様々な観点から素粒子統一理論の有力候補と考えられている10次元超対称非可換ゲージ理論の現象論的側面を照らす大変興味深い結果であると考えている。また、上記の研究とは独立に、5次元超重力理論において奇パリティのベクトル多重項に電荷を持つ物質場の宇宙論的性質に関する研究も行った。超弦理論の低エネルギー有効理論としても現れることが知られている10次元超対称非可換ゲージ理論において、余剰6次元に対し特定の背景磁場が存在する平坦な周期的空間を想定して次元縮減を行うことにより、その4次元有効理論として得られるクォーク及びレプトンが3世代の超対称標準理論の現象論的な解析を行った。モジュライと共形アノマリーによる伝達に加えゲージ伝達の寄与もすべて取り入れた一般的な超対称性の破れの項を導入して、観測されているヒッグス粒子の質量を再現可能なパラメター領域における超対称粒子の現象論的性質を同定し、これら一連の成果を公表した。一方で、出発点となっている10次元のゲージ理論を拡張し、超対称標準理論のセクターと超対称性を自発的に破るセクターが同時に現れるような背景磁場の配位の探索も並行して行い、幾つかの具体的な配位を同定した。これらの成果は公表準備中である。前年度に引き続いて得られた以上の成果は、様々な観点から素粒子統一理論の有力候補と考えられている10次元超対称非可換ゲージ理論の現象論的側面を照らす大変興味深い結果であると考えている。また、上記の研究とは独立なボトムアップ・アプローチとして、4次元超重力理論における超対称性の破れの効果が宇宙論に及ぼす影響を明らかにする研究と、5次元超重力理論における現実的なインフレーション模型の構築に関する研究を行い成果を公表した。これらは素粒子統一理論の模型構築において重要となる超重力理論の現象論的及び宇宙論的性質に関する理解をより一層深める重要な成果であると考えている。前年度まで対象としていた、背景磁場を持つ高次元超対称U(N)ゲージ理論に基づく幾つかの現実的な素粒子模型に対して、それらの背後に存在することが期待される超弦理論との整合性を吟味すべく、今年度は理論的な視点から主として2つの拡張を行った。まず、これまでの模型がIIB型超弦理論のDブレーンにより実現されていると考える立場では、互いに異なる次元をもつ複数のDブレーン混合系の一部として現れることが想定されるため、そのような系に背景磁場が存在する場合の低エネルギー有効作用を、現象論解析に有用な超場形式で書き表した。さらに、このような系で摂動的もしくは非摂動的に生成され得るゲージボソンやヒッグスボソンの超対称パートナー粒子の質量項の現象論的性質も明らかにした。一方、I型超弦理論もしくは混成弦理論により実現されていると考える立場では、SO(32)ゲージ理論に基づく模型構築が有望であるため、これに背景磁場を導入することで、これまでと同様に具体的な素粒子模型の構築とそれらの現象論解析を行った。以上2つの方向性のそれぞれにおいて、理論及び現象論の両面で幾つかの興味深い結果が得られたため、これら一連の成果を順次公表した。また、素粒子統一模型としては、超対称性の自発的破れや余剰次元空間の安定化、並びに初期宇宙のインフレーションを引き起こすためのセクターも内包されていることが望ましい。今年度はこれらについても並行して研究を行い、特に、IIB型超弦と混成弦の有効理論に基づくインフレーション機構に関する新たな成果を公表した。

また、背景磁場の模型における超対称性の自発的破れに関する結果も国際会議で発表し、投稿論文も完成間近である。さらに、高次元超対称模型のより精密な解析に向け、ボトムアップ的立場から6次元超重力作用を超場形式で書き表すことに成功し、これを公開した。非自明なゲージ背景上の超重力理論や超弦理論の低エネルギー有効理論として現れる、磁化された高次元超対称非可換ゲージ理論に基づく素粒子模型の現象論的性質を詳細に解析し、最新の実験観測データと整合する背景磁場の配位の同定と分類を系統的に行った。また、特に超弦理論との整合性の観点から模型自身及び解析手法に対する幾つかの拡張を提案した。これらの成果は、様々な観点から素粒子統一理論の有力候補と考えられている高次元超対称非可換ゲージ理論の現象論的側面を照らす大変興味深い結果であると同時に、超弦理論に基づく現実的な素粒子模型の構築に数多くの指針を与えるものと考えている。研究計画の中心となっている背景磁場の模型に関して、前年度末にその一部を転換した新たな方策に従い、超対称性の破れの構造を最も一般的な形に選んだ場合の現象論的解析と並行して、破れのセクターの具体的な導入方法の検討を行った結果、研究実績の概要に記載の通り、双方で相当数の成果が得られたため、研究はおおむね順調に進展している。素粒子理論現実的な素粒子模型を実現可能なものとしてこれまでに同定した背景磁場の配位と整合するようなインスタントン等の非摂動効果の解析を行い、摂動的には現れないが現象論から要求される各種の質量項やモジュライのポテンシャルがこれらの非摂動効果により生成される場合には、これらが関与する現象論の詳細解析や、モジュライ固定とその宇宙論への応用について研究を行う。一方で、これらが生成されない場合には背景磁場をより一般的な配位へと拡張し、必要な項が現れるための条件を調べる。最終的にこれまでの成果を総合し、最も有望な背景磁場の配位に対する素粒子現象論と宇宙論の研究を可能な限り包括的に実施する予定である。今年度の研究実施計画のうち、得られた背景磁場の周りでの超対称多重項の揺らぎに関する4次元有効理論の導出にはもう少し時間がかかりそうであるが、それ以外は計画通りに進んでおり、研究はおおむね順調に進展している。本年度は当該分野の主要な国際会議がすべて7月までに開催され、本研究費による研究活動以外の職務との関係でこれらの会議への参加を断念せざるを得ず、実際に要した旅費の内訳が当初の見積もりとずれたことにより全体の内訳を調整したため。今年度同定した現実的な磁場の配位をもつ幾つかの模型に対し、当初は、まず余剰次元の安定化のメカニズムを考案し、その後、超対称性の破れのセクターを具体的に導入することでこれらの模型の現象論及び宇宙論を展開する計画であったが、余剰次元の安定化と現象論は互いに一般的状況を想定することで各々独立に解析が可能なため、これら2項目を同時に進行させ、互いの結果を相補的に扱う計画に変更することを考えている。国内旅費に使用する。実際に要した旅費の内訳が当初の見積もりとずれたことにより全体の内訳を調整したため。国内旅費に使用する。
口腔ガン誘発機械性痛覚過敏におけるTRPA1感作メカニズムの解明

口腔がんになると食事の際に患部に物があたるたびに痛みが生じる。これまでの研究にて、ガン組織から放出されるアデノシン三リン酸が接触痛を起こしていることが分かっていたが、どの機械受容体が関与しているかどうかは不明であった。本研究では、動物実験にて機械受容体であるTRPA1チャネル分子が接触痛に関与するかどうかを調べた。その結果、アデノシン三リン酸の受容体P2X3が活性化するとTRPA1チャネルが感作し、接触痛が起きることが明らかとなった。口腔ガン誘発疼痛のメカニズムを解明するために、口腔ガン細胞からの培養上澄み液をマウス鼻毛部に投与することによる疼痛モデルを開発した。マウスは50mLコニカルチューブから作成したチューブ内に保定され、von Frey毛および輻射熱刺激装置を用いて、機械刺激および熱刺激に対する逃避行動から疼痛を評価した。口腔がん上澄み液の投与により、機械逃避閾値並びに熱逃避潜時は低下し、機械・熱痛覚過敏が引き起こさることが確認された。いずれの疼痛もイオンチャネル型ATP受容体P2X2/3のアンタゴニストA-317491の共投与によりコントロールレベルまで抑制された。これは、口腔がん上澄み液による機械・熱痛覚過敏がP2X2/3の活性化により引き起こさることを示唆している。さらに、TRPA1受容体のアンタゴニストであるHC-030032の共投与により、機械痛覚過敏は有意に抑制されたが、熱痛覚過敏は抑制されなかった。さらに、口腔がん上澄み液の代わりに、P2X2/3のアゴニストであるαβメチルATPを投与したところ、同様に機械・熱痛覚過敏が引き起こされ、機械痛覚過敏はHC-030032の共投与により有意に抑制された。マウス単離三叉神経節ニューロンにおけるカルシウムイメージング法にて、口腔ガン細胞上澄み液およびαβメチルATP投与後のTRPA1アゴニストであるAITCによるカルシウム応答について検討した。AITC誘発カルシウム応答は口腔ガン細胞上澄み液およびαβメチルATP投与後において有意に促進し、この促進反応はA-317491存在下において抑制された。同様の実験を低張浸透圧刺激および侵害熱受容体TRPV1のアゴニストであるカプサイシンによるカルシウム応答は口腔ガン細胞上澄み液による促進反応を示さなかった。頭頚部ガン患者の多くは、ガン組織に起因する治療困難な疼痛を発症する。特に、食物などが触れるときに発生する接触痛が重篤であることが指摘されている。これまでの研究にて、ガン組織から放出されるアデノシン三リン酸(ATP)が感覚神経末端を刺激し、接触痛を起こすことが明らかにされていた。しかしながら、機械刺激を受容する分子がなんであるかは同定されていない。そこで本研究では、機械受容侵害受容体の1つであるTRPA1チャネルに注目し、ATP受容との関連性について検討した。ヒト扁平上皮ガン細胞HSC-3細胞の培養上澄み液をイソフルレン麻酔下でマウス鼻毛部に投与し、麻酔から回復した1時間後にvon Frey毛を用いて機械逃避閾値を測定した。ガン細胞上澄み液投与にて機械逃避閾値は有意に低下し、ATP受容体P2X3チャネル抑制薬A-317491の共投与にて拮抗された。さらに、TRPA1チャネル拮抗薬HC-030031の共投与にても拮抗された。ガン細胞上澄み液と同様に、非分解性ATPであるαβメチルATPのマウス鼻毛部への投与は機械逃避閾値を有意に低下させ、A-317491もしくはHC-030031の共投与にて拮抗された。次に、マウス三叉神経節ニューロンにおけるカルシウムイメージングを行った。多くのニューロンがガン細胞上澄み液により細胞内カルシウム濃度が上昇し、A-317491にて抑制された。また、TRPA1チャネル作用薬アリルイソチオシネート(AITC)による細胞内カルシウム濃度上昇は、ガン細胞上澄み液後では促進し、この促進反応はA-317491にて抑制された。TRPV1チャネル作用薬カプサイシンでは、ガン細胞上澄み液による促進反応はなかった。蛍光免疫二重染色法にてマウス三叉神経節ニューロンの多くはP2X3とTRPA1を共発現していた。これらの結果より、ガンから放出されるATPによるP2X3活性化が間接的にTRPA1を機械的感作することで接触痛が起きる可能性が示唆された。本研究の目的は、口腔ガン細胞から分泌されるATPが侵害受容ニューロンのTRPA1感作により機械痛覚過敏を引き起こすメカニズムを証明することにある。平成26年度までに行った実験結果より、口腔ガン上澄み液により誘発される機械痛覚過敏の発症にはATPによるP2X2/3活性化ととTRPA

1感作が関与することが示唆された。in vivoでの行動実験結果とin vitroでの細胞実験結果は一致しており、結果の信頼性は高いと考えている。平成26年度の計画として、カルシウムイメージング法での各種細胞内情報伝達系に関する検討を行う予定であったが、十分な実験結果を得ることができなかった。過去の報告を参考に各種ブロッカーの濃度を設定して実験を行ったが、単独投与でカルシウム濃度の変動が起きたり、AITC誘発カルシウム応答には無反応という結果が得られたりして、実験条件の再検討が必要であることが分かった。27年度が最終年度であるため、記入しない。神経生理学これまでの実験により、口腔ガン上澄み液により誘発される機械痛覚過敏の発症にはP2X2/3とTRPA1の2つのチャネルが関与することが示唆された。今後の実験としては、遅れているカルシウムイメージング法での各種細胞内情報伝達系に関する実験条件の再検討をおこない、P2X2/3活性化後にどのような細胞内メカニズムでTRPA1が活性化されるかを明らかにする。さらにパッチクランプ法を用いて、細胞内カルシウムシグナリングによるTRPA1の活性化経路についての検討も行う。また、マウス三叉神経節ニューロンニューロンにおいて、蛍光免疫染色法にて、P2X3とTRPA1が共存して発現していることを確認する。
遷移金属-カルコゲンクラスターの合成と骨格変換の動力学

溶液内での遷移金属-カルコゲンクラスターの骨格変換を明らかにするために,一置換シクロペンタジエニル配位子(Cp′)で囲まれたキラルな鉄-硫黄骨格を持つクラスターを合成し,Cp′上のジアステレオトピックなプロトンをプローブとして温度可変^1HNMRスペクトルを測定することにより鉄-硫黄クラスターの骨格変換の動的挙動を解明した。Cp′としてMeCp,C_5H_4SiMe_3等を持つ鉄カルボニル二核錯体と硫黄との反応により,4つのCp′で囲まれたFe_4S_6骨格を持つクラスターを主生成物として比較的よい収率で合成し,単結晶X線構造解析により固体状態における構造を決定することに成功した。これらのクラスターの温度可変^1HNMRスペクトルを測定し,鉄-硫黄骨格の光学異性体間で相互に変換することを見いだした。シグナルの温度依存性に対してコンピューターによる全線形解析を行い,熱力学的パラメータを決定した。その結果,溶液中で鉄-鉄結合と鉄-硫黄結合の開裂と再結合を伴う協奏的な機構で鉄-硫黄骨格の反転が起こっていることが明らかとなった。本研究の合成研究において,Fe_4S_6骨格を持つクラスターだけではなく,いくつかの興味深い錯体も得られた。すなわち,キュバン型のFe_4S_6骨格を持つ四核クラスターやFe_2S_4骨格を持つ二核錯体が得られた。またこの場合,Cp′の立体的な嵩高さが生成物の違いに大きな影響を及ぼすことを明らかにした。
組織親和性人工材料による代用気管の開発

1.前年度までに我々が開発したコラーゲン処理ポリプロピレンメッシュ(マーレックスメッシュ)にポリプロピレンヤーンを固定したロングタイプ(全長5cm)の人工気管を作製し、犬気管で管状置換を行った。ところが、術後喀痰の排出障害とこれによる局所感染が高率に発生し、長期生存が得られなかった。2.術後の喀痰排出促進と局所感染防止の目的で、1.のロングタイプ人工気管の内腔にシリコン製チューブを術後約1カ月間留置する方法で置換実験を行った。この結果、1.で見られたような局所感染は起らず、全例生体と完全に一体化し、人工気管内腔の狭窄傾向も軽度であり、臨床応用に耐え得ると考えられた。3.臨床応用を想定して我々の人工気管を高張力(900-1000g重)下に吻合ずる実験を行ったところ、前述のシリコン製内チューブを組み合わせることにより、高張力下においても縫合不全を起さずに生着する事が判明し、臨床応用に耐えられると考えられた。4.生体内吸収性メッシュであるポリグリコール酸メッシュを作製し犬頸部気管で窓状置換実験を行ったところ、非吸収性メッシュであるポリプロピレンメッシュに比べ、良好な治癒機転が認められ、将来的に吸収性材料による代用気管の可能性が示唆された。5.形状記憶合金を用いた気管内ステントを作製し、犬の頸部気管で挿入・留置したところ、適度な内腔支持力が得られた。これは人工気管置換後の内腔狭窄時の対策として有効であるとともに、気管軟化症等の治療に対しても使用し得るものと考えられた。1昨年度までに報告したメッシュ式人工気管の成型加工法に変更を加えた改良型人工気管(円筒状のpolypropylene meshにpolypropylene stentを外側より熱蒸着し、ブタ・コラ-ゲンをグラフトした人工気管)を作製し、イヌ頚部気管で管状置換実験を行ったところ、従来問題となった人工気管内腔の狭窄傾向はほぼ解消され、生体適合性の高い、臨床応用可能と思われる代用気管が得られた。2より広範囲の気管欠損に対応する、長距離型人工気管(5cm長)を1と同様の材料、方法で作製し、イヌ頚部気管での管状置換実験を行ったところ、感染及び内腔の肉芽増生が頻発し、良好な結果が得られなかった。3これに対して、2.で作製した長距離型人工気管の内腔にシリコンチュ-ブを一時的に留置する方式を考案し、動物実験を行った結果、感染及び肉芽増生の問題はほぼ克服され、現時点では1.の短距離型人工気管とほぼ同様の結果が得られている。4より理想的な人工気管用材料の検討の為、吸収性メッシュ(PGA-mesh)を用いて、イヌ頚部気管の窓状置換実験を行った結果、対照群の非吸収性メッシュ(polyoropylene mesh)と比較して、より良好な上皮化、創傷治癒機転が認められ、吸収性材料による人工気管の可能性も示唆された。我々は以前よりコラーゲンと人工材料をグラフト重合させたコンポジットによる生体親和性の高い代用気管の開発を行ってきた。本年度はより臨床応用を目指して、下記の2項目に関しての研究を実施した。1.長距離欠損用人工気管の改良と動物実験による有用性の検討前年度作製した長距離欠損用人工気管は動物実験の結果、置換後早期に気管分泌物が材料に付着・貯留し、局所感染が高率に発生することが判明した。この為、分泌物排出促進と材料の感染予防の目的でシリコン製の内チューブを人工気管内腔に一時的に挿入・留置する方法を考案し動物実験で実施してみた。この結果、内チューブを留置しておいた1カ月間に材料は分泌物の付着とこれによる局所感染を免れ、これまでに成功を納めた短距離欠損用の人工気管と同様に人工気管は全例、自己組織の侵入により生体気管と完全に一体化した。

また人工気管内腔の狭窄傾向も軽度であり、臨床応用に耐えられると考えられた。問題点としては内腔の上皮化が不完全である点である。2.高張力下における人工気管の吻合に関する検討臨床応用を考えた場合、代用気管が実際必要となるのはかなり広範囲の気管欠損が生じたときであり、この際吻合時にある程度の張力がかかることを想定しなくていけない。よって900-1000g重の抗張力下での人工気管の吻合実験を行った。この結果喀痰排出の対策を行えば、これほどの高張力下でも縫合不全を起こすことなく吻合が可能であることが判明した。
弱形式スキームによる弾性波散乱の数値計算法及びその実験的検証

本研究は,弱形式離散化に従い新しい数値計算法である逐次伝達法を拡張し,この有効性を局在波が関与する弾性実験により検証した.達成されたおもな成果は次の4項目である:1)形状関数の自由度を利用した解析精度改善,2)不等辺四角形を含むメッシュ生成法の提案による逐次伝達法の拡張,3)弾性導波路において散乱波と入射波を分離する実験技術の開発,4)局在波が共鳴反射を起こすことの実験による検証とその帯域フィルタ設計への応用.今後は,輻射境界条件などを整備して逐次伝達法の適用分野を量子散乱などに拡大する予定である.本研究の目的は,弾性導波路における屈曲波の散乱実験を行うことで,新しい数値計算法である弱形式スキームを利用した逐次伝達法の有効性を実証的に検証することである.さらには,重調和方程式の散乱理論に局在波が関与した分野を切り開くことを目指す.このために27年度は実験システムの構築とデータ解析手法の開発を行った.進捗はほぼ順調で成果の一部は,論文3編と学会発表2件にまとめられた.その概要は次の通りである.(1)弾性導波路での共鳴散乱を確認:厚さおよび幅が変化する導波路を切削加工により作製し,散乱実験を行った.この試料を用いて局在波が関与した特徴的な現象であるFano共鳴の存在を弾性導波路で初めて観測できた.また,逐次伝達法による数値解析を行い,実験精度の範囲内であるが,結果を理論的に再現できた.さらには空間メッシュを四角から台形に拡張するなどの理論的な検討もはじまった.(2) Sパラメータの抽出方法を開発:弾性導波路の一端を加振器により励振するが,他の端部は開放・固定・半固定などの境界設定がある.予備実験から固定端を用いると安定した測定が可能であることが判明し,この条件下でSパラメータを抽出する方法も明らかにした.(3)液体への弾性波透過実験を実施:弾性波の進行方向にテーパを有する導波路において,縦波の透過率に非対称性があることを実験的に確認した.この非対称性について,理論的な根拠を解析中である.目標にしていた弾性導波路による実験システムの構築が完成し,共鳴現象の確認ができた.また,データの解析技術としてSパラメータの抽出方法も新たに開発できた.実験データの精度を確保することに苦心しているが予備実験としは十分な精度であり,学会発表とともに査読付きの学術誌に出版できた.本研究の目的は,新たに開発中の数値計算法である逐次伝達法の有効性を,弾性波実験により検討することである.この目的の為に,平成28年度は,これまでの実験を局在波効果に注目して整理し発表することを目指した.得られた実績は,次の3つにまとめることができる.1.共鳴散乱現象の制御方法の開発:弾性平板の導波路で起きる共鳴散乱において,共鳴曲線の対称性を制御する方法を提案し,その効果を実験的にも確認した.この制御方法では,導波路の幾何学的な形状を変化させることで,入射波と局在波が干渉する位置を相対的に調整する.逐次伝達法を用いて数値的に予想した傾向が,ある程度の精度を保ち実験的にも確認された.また,この実証実験により平成27年度に開発した弾性導波路におけるSパラメータの抽出方法に関する有効性も確認できた.2.数値計算の精度向上方法の提案:研究対象である逐次伝達法は,これまでメッシュ形状が四角形に限られていた.この制約を取り除くために,メッシュを三角形に細分する方法を提案した.この提案は,メッシュ作成の自由度にとどまらず数値計算の精度も向上させた.メッシュを細分化する試みはこれまでにもあったが,この試みとともに場の変数の補間を力学的な条件を反映させてた形状関数で行う試みは,これまでにない新しい技術である.3.円柱の弾性導波路での共鳴現象の予想と確認:3次元のシステムで局在波が存在する可能性が理論的に明らかになった.さらに,実験的にその兆候を捉えることもできた.この現象は,応用とも関連する可能性があり,今後の展開を期待している.以上の研究成果は,学術会議2件(国際学会1件を含む)で発表するとともに,論文2編を出版して公開した.この他にも,査読が最終段階の学術論文が1編ある.本研究の主な研究目的のひとつである弾性平板での共鳴現象は,理論および数値解析の予想をほぼ実験的に確認することができた.また,論文および国際学会での発表も完了しており,ほぼ当初の予定どおりに進んだ.これまで,重調和波動方程式を局在波に関連して議論することがなかったが,この研究により両者が実験的にも結び付いたことにより応用に発展する可能性も開けた.保有していた計算システムが破損したことにより,汎用の計算ユニット(GPU)を用いた行列の並列計算の検討を実施できなくなったが,その分の労力を計算精度の改良に振り分けた.この検討結果は国際学会において発表できる成果になった.当初,層状構造物を用いて,3次元弾性体での散乱現象を検討することを予定していた.しかし,理論による検討が進み切削加工で3次元構造を整形することにより効果的な検討が可能であることが判明した.すでに,予備的な実験により局在波が関与する共鳴現象が観測されている.本研究は,弱形式離散化に従い新しい数値計算法である逐次伝達法を拡張し,この有効性を局在波が関与する弾性実験により検証した.達成されたおもな成果は次の4項目である:

1)形状関数の自由度を利用した解析精度改善,2)不等辺四角形を含むメッシュ生成法の提案による逐次伝達法の拡張,3)弾性導波路において散乱波と入射波を分離する実験技術の開発,4)局在波が共鳴反射を起こすことの実験による検証とその帯域フィルタ設計への応用.今後は,輻射境界条件などを整備して逐次伝達法の適用分野を量子散乱などに拡大する予定である.本研究の主な目的は,新規に開発している数値計算法である逐次伝達法(RTM)の有効性を,局在波が関与する弾性実験により実証的に検証することである.昨年度に,平板の弾性導波路における共鳴反射が,局在波による効果であることをRTMで解析した.共鳴反射とは,散乱体の周辺に発生する局在波によりほぼ全ての入射波が反射される現象である.本年度は,RTMの理論的な拡張,および,局在波を制御する実験的手法の開発を行い,学術論文1篇および学会発表1件にまとめた.その概要は次の通りである.1)擬似的な波面を空間メッシュに割り当てる要請から,RTMで使用される空間メッシュは四角形要素に限られていた.このために,メッシュと散乱体の間に十分な整合性を確保できない場合があった.そこで,不等辺四角形によりメッシュの自由度を増す手法を提案し,この手法を重調和波動方程式の導波路問題に適用した.形状関数に力学的条件を考慮したことが特徴であり,これをmechanical shape function(力学的形状関数)と名付けた.2)弾性導波路において一対の切込みを設けることで共鳴反射を制御できることを数値解析および実験により確認した.この切り込みにより,入射波と局在波の強度比や位相差を変更でき,弾性波フィルターの特性を制御することができる.公開している上記の成果とは別に,近接場ラップと命名した数値解析手法の特許化を検討している.近接場ラップは逐次伝達法を応用して輻射境界条件を実現する技術であり,散乱体の周辺に生じる近接場の裾が解析領域の境界に達しても有効な手法である.既存の解析技術である完全吸収層と比較すると,増設しなければならない境界要素が少なく計算効率がよいばかりか,局在波を固有値問題により抽出できるという他には無い特徴がある.この技術の特許出願を平成30年度に行うことを目指している.散乱実験からSパラメータを抽出する際に定在波を利用すると,2つの境界条件が必要であることが判明し,これが実験精度に大きく影響することが分かった.今後は,境界条件を無反射にするなどの工夫により,半固定の境界条件でSパラメータを測定する可能性を探る.さらに,テーパを有する導波路で方向性を強調できる現象の探索も行う.散乱実験のデータを逐次伝達法で再現できるかの具体的な検討に進む.現在,共鳴周波数の再現性が,メッシュ形状などに依存することが明らかになっている.今後は,安定した解析結果を得られるように実験および数値計算の両面から検討を進める.さらに,計算を効率的に進めるために数値解析システムも構築する.本年度は課題の最終年度であるので,これまでの検討をより広い視点に立って展開しまとめることを目指す.とくに,弾性散乱に重調和方程式が適用できるという視点,および,重調和方程式の解に局在波が出現するという視点に留意する.計算システムのハードウェアの破損を回復すべく,新システムでの数値解析環境,特に並列計算ができるソフトウェア的な環境を整備する.この計算システムを用いて,逐次伝達法(数値計算法)を重調和方程式が支配するシステムにおける輻射場に適用する.
長期血液透析に合併するアミロイドーシスの発症機序に関する研究

近年の血液透析療法の進歩と普及はまことにめざましく、10年以上の長期血液透析患者も増加しているが、最近これらの患者に新しい合併症ともいえるアミロイドーシスが発生し、特に手根管症候群や肩・膝の関節症を引き起すことが臨床的に重大な問題となっている。本研究では、長期血液透析に合併するアミロイドーシスの成因を解明する目的で、アミロイド沈着組織の生化学的分析とともにアミロイド蛋白と同定された【β_2】-microglobulinの血中濃度を測定し、以下の結果を得た。1.アミロイド線維蛋白の同定:4症例の長期透析患者の手根管症候群の手術時に腱滑膜に沈着したアミロイド結節を採取し、生化学的にアミロイド線維を抽出した。抽出物をグアニジンとEDTAで可溶化後、HPLCで純化しN末端アミノ酸配列を分析し、その結果【β_2】-microglobulinと同定した。また、このアミロイド線維にはHyaluronic acidも含まれることを明らかにした。一方、12症例において免疫組織化学的にCongo-red陽性部位と【β_2】-microglobulinの局在が一致した。これらの結果により、透析患者にみられるアミロイド蛋白は【β_2】-microglobulinである事実を確実とした。2.透析患者の血中【β_2】-microglobulin濃度:アルブミンより分子量の小さい低分子量蛋白(9種類)を測定した。透析患者の血中リゾチーム,retinol-binding protein,α,-acid glycoprotein濃度は、正常者のそれに比べて2-5倍であるのに対し、【β_2】-microglobulin濃度は40倍以上の著しい蓄積であった。男179名と女104名の計283名の透析患者を対象として、透析期間と血中【β_2】-microglobulin値の関係を検討した。これらの患者の平均血中濃度は40.84±6.68(M±SD)mg/lで、透析期間との間にγ=0.157の相関を認めた。しかしながら、手根管症候群を合併した群と非合併群との間における血中【β_2】-microglobulin値に有意の差はみられなかった。3.骨ν線透亮像:透析患者にみられる骨ν線透亮像はアミロイド沈着によることを明らかにした。しかし、骨透亮像発現と血中の【β_2】-micrglobulin濃度に相関はなかった。
アンモニア氷の高温高圧融解実験と電気抵抗測定による巨大氷惑星磁場成因の解明

本研究では高温高圧下における水(H_2O)-アンモニア(NH_3)系の融解相関係及び電気抵抗を高温高圧実験から決定し、得られた物性値から、巨大氷惑星の内部構造と磁場の関係を明らかにすることを目的としている。本年度は主に高温高圧下におけるH_2O-NH_3系の融解相関係を明らかにするため、125万気圧までの圧力範囲におけるH_2O-NH_3系の融解実験、2室温における圧力50万気圧までのX線回折測定、を行った。高温高圧発生には外部抵抗加熱式ダイヤモンドアンビルセルを用い、出発物質として10および20wt%NH_3組成のアンモニア水を用いた。まず20wt%NH_3組成を持つ出発物質について融解実験を行った結果、25万気圧におけるソリダス温度は600°Cであった。また室温においては少なくとも圧力50万気圧まではH_2O氷と中間化合物NH_3-H_2O相が二相共存することが分かった。この時、初晶相であるH_2O氷の体積を測定したところ、その体積は純粋なH_2Oよりも0.3%小さかった。このことは、初晶相である氷が純粋なH_2Oでなく、微量ながらもNH_3成分を含有することを示す。一方、圧力12.5万気圧における10および20wt%NH_3組成を持つ出発物質について融解実験を行った結果、共融点組成は30wt%NH_3組成であった。これは先行研究により決定された0.5万気圧における共融点組成より低く、12.5万気圧より高圧下では共融点組成が30wt%NH_3組成よりもNH_3成分に乏しくなることが示唆される。このことから惑星内部において圧力とともに初晶相が変化することが予想される。以上の結果から、10wt%程度のアンモニアを含むと考えられている巨大氷惑星の固体下部マントルが、1微量なNH_3を含んだH_2O-rich氷から成る上部層、2中間化合物NH_3・H_2O相で構成された中部以深の層、の少なくとも2層から成る可能性が高いことが示唆される。今後、これらの各構成相について、高温高圧下における電気抵抗が決定されることで、巨大氷惑星の内部構造と磁場形成の関係が物質学からより詳細に議論できるようになる事が期待される。(抄録なし)本研究では高温高圧下における水一アンモニア系の融解相関係を決定し、得られた相図から、巨大氷惑星の磁場成因を明らかにすることを目的としている。本年度は主に高温高圧下における水一アンモニア系での融解実験を行い、12万気圧までの圧力におけるアンモニア氷の融解温度を決定した。高温高圧発生には外部抵抗加熱式ダイヤモンドアンビルセル(外熱式DAC)を用いた。物質の融解を判定するためには(1)固体からのX線回折線の消滅、(2)液体からのX線散漫散乱の出現、(3)顕微鏡観察による組織変化、の3基準を用いた多角的な検証が必須である。そのために本年度はまず大型放射光施設SPring-8のビームラインにおいて、室温高圧下における水-アンモニア系の既存の状態図の追試実験を行い、それに基づいて入射X線のビーム径の調整、及び高温高圧下における外熱式DAC内試料の顕微鏡観察系の立ち上げを行うことで、高温高圧条件下にある物質のその場融解判定を可能とした。これらを外熱式DACと組み合わせた高温高圧融点測定システムを用い、12万気圧までの圧力条件における水-アンモニア系での融解実験を調べた。その結果、アンモニアを20wt%含む系において、12万気圧におけるリキダス温度は527°Cであることが明らかとなった。一方、アンモニアを10wt%含む系においては12万気圧におけるリキダス温度は577°Cであった。また、初晶相であるH_2O氷の体積を測定したところ、その体積は純粋なH_2Oよりも0.3%小さいことが分かった。このことは初晶相である氷が純粋なH_2Oでなく、微量ながらもアンモニア成分を含有している可能性を示す。以上の結果から、10wt%程度のアンモニアを含むと考えられている巨大氷惑星のマントル内の主要構成相はアンモニアを含有した氷(アンモニア氷)であることが示唆される。これらの結果については2012年12月にサンフランシスコで開催された国際学会American Geophysical Union Fall Meeting 2012にてポスター発表を行った。

この時、初晶相であるH_2O氷の体積を測定したところ、その体積は純粋なH_2Oよりも0.3%小さかった。このことは、初晶相である氷が純粋なH_2Oでなく、微量ながらもNH_3成分を含有することを示す。一方、圧力12.5万気圧における10および20wt%NH_3組成を持つ出発物質について融解実験を行った結果、共融点組成は30wt%NH_3組成であった。これは先行研究により決定された0.5万気圧における共融点組成より低く、12.5万気圧より高圧下では共融点組成が30wt%NH_3組成よりもNH_3成分に乏しくなることが示唆される。このことから惑星内部において圧力とともに初晶相が変化することが予想される。以上の結果から、10wt%程度のアンモニアを含むと考えられている巨大氷惑星の固体下部マントルが、1微量なNH_3を含んだH_2O-rich氷から成る上部層、2中間化合物NH_3・H_2O相で構成された中部以深の層、の少なくとも2層から成る可能性が高いことが示唆される。今後、これらの各構成相について、高温高圧下における電気抵抗が決定されることで、巨大氷惑星の内部構造と磁場形成の関係が物質学からより詳細に議論できるようになる事が期待される。交付申請書に記載した予定では当該年度では先行研究の追試実験として水-アンモニア系における室温高圧実験を主に行う予定であった。しかし申請者はこれを2か月で完遂し、その後、2年目以降に予定していた、より実践的な研究である高温高圧融解実験を行うに至った。以上により、最高評価と評価致します。現在、高温高圧融解実験については限られたアンモニア組成(10wt%及び20wt%)と圧力(12万気圧まで)においてのみデータを取得している。巨大氷惑星内部の温度圧力における水-アンモニア系の融解相関係を明らかにするためには、より幅広い組成幅(0-50wt%)で、より高い圧力(100万気圧)における水-アンモニア系の融解相関係を明にする必要がある。問題点としては、組成が30mol%アンモニア組成以上の濃アンモニア水は市販されていないため、純水と液化アンモニアから調整する必要があるが、アンモニアは常温で非常に揮発しやすく、調整した組成を保つことが困難である。そのための対応策として(1)低温環境(マイナス50°C)における試料調整、(2)アンモニア雰囲気下における高圧発生装置内への試料密封、の2点を行う予定である。(抄録なし)
粉体・多孔物質中の圧力波に関する研究

導線爆発誘起の空気中衝撃波を粉体層に入射させて粉体中衝撃波を発生させ、粉体・気体境界面の運動等の計測により粉体内の圧縮状態を推定してきた。この実験は衝撃波の平面性の仮定に問題がある。このため本研究ではまず精密な平面性を保証できる衝撃波発生装置を製作した。精密な光学計測を可能にするため高圧ガス駆動の衝撃銃を製作した。観測室320l、口径20mm、発射管長1mである。また高圧ガス室容積は16lとした。まず、飛翔体速度測定系を確立することにした。観測窓より導入したレ-ザ光を延長管の3孔を通して、同じ窓から取り出し光電素子に導く。アンプを通した出力は速度測定および計測用のトリガ-信号発生に用いた。高圧ガス圧力330気圧の条件で、弾材質ABS、またはPE、質量4.510.7gの飛翔体により、最高で360m/sの速度を得た。パラメ-タを変えて発射試験をおこなった結果、ガス圧の対数と弾速とは、それ以外のパラメ-タが共通なら、直線関係にあることがわかった。次に、弾性波検知も可能な光学ピン端子を開発した。プラスティック光ファイバ2本を45度以上の向角で融着し、1端から入射させた光が融着面で全反射するように設定する。この融着面をセンサとして利用するものである。おこなった衝撃実験では数千気圧程度の圧力であり、ファイバの破壊が瞬間的でないためか波面到達による光強度の低下ではあまり急激ではなかったが、伝播速度測定は可能であった。粉体としてはアルミナ微粉を選び、この光ファイバ端子法および電磁型粒子速度ゲ-ジ法を用いて粉体中衝撃波伝播の計測をおこなった。これらの実験から、飛翔体速度276m/sに対して、衝撃波伝播速度571m/s、到達圧力0.185GPa、密度2.4g/cm^3であることがわかった。得られた密度の値は結晶密度に達しておらず、不完全な圧搾であることがわかった。これは到達圧力がアルミナの降伏強度に達していないことと首尾一貫している。気体の寄与も無視できない圧力領域(数百気圧数千気圧程度)の衝撃波を粉体中に発生させるため、空気中での導線爆発により発生する強い衝撃波を粉体中に入射させた。粉体としては、主としてアルミ粉末を用いた。密度約0.3g/cm^3の非常に低密度のものを特に圧搾せずに衝撃波試験容器中に注入した。気体中の衝撃波が自発光する程に強いことを利用して、その伝播を光電素子により測定した。気体衝撃波入射により粉体境界面が移動し、その移動に発光する気体域が追随することから、境界面移動速度も光電的に計測した。測定結果から、まず気体の圧縮状態を決め、次に粉体の圧縮状態を推算した。本年度はさらに詳しい情報を得るために、パルスレ-ザを用いたシャドウグラフを撮影し、電気的測定結果と系統的な比較を行った。電気的計測結果から、粉体中に入射する直前の気体衝撃波圧力の典型値は36気圧、粉体中に伝播する衝撃波圧力は約200気圧であると推定された。

ただし、光電素子による測定と、レ-ザシャドウグラフから計算した結果とは一致しないことがわかった。電気的測定デ-タの解釈は、粉体境界面で粉体と空気流速が等しいとするインピ-ダンスマッチング法を用いており、上記の食い違いは境界面での固体素子と気体の速度の不一致、すなわち粉体側への空気の流入の可能性を示唆する。また、写真観測の結果から、反射衝撃波速度が非常に速いことがわかったが、この理由はまだ明らかでない。次年度以降の課題である。このような実験と平行して、平坦な圧力履歴をもつ精密な平面衝撃波を発生でき、電気的なノイズの心配もない、高圧ガス衝撃銃の設計、製作をおこなった。発射管の口径20mm、長さ1m、最,高飛翔体速度100m/s以上、観測室容積320lの仕様で製作、試験した。前年度に購入した精密衝撃波発生装置の整備をおこなった。すなわちクリ-レな高圧ガス銃であることの特徴を生かし、飛翔体速度の光計測システムを確立した。光学窓から導入したHeーNeレ-ザ光を延長管にあけた3つの穴を通して、同じ窓に返す光学系を製作した。3点で飛翔体通過を検出し、速度測定ならびに確実なトリガ-信号を得る。数種類の重さ、形状の飛翔体を製作し、高圧ガス圧力もパラメ-タとして速度計測をおこなった。口径20mm、弾材質ABS樹脂、またはポリエテレン、質量4.510.7gの弾、ガス圧力330barの条件で最高360m/sの速度を得た。ガス圧の対数と弾速とが直線関係にあるという経験則を得た。次に、プラスチック光ファイバ-を用いた光学的なピン端子法を開発した。2本の光ファイバ-を90度以上の広角度で融着し、融着時に押しつけた面を反射面として衝撃波到達検知に用いるものである。波面伝播速度測定に充分使用できることがわかった。電気的ピン端子に比し比較的低圧の弾性波面でも検知できることを期待したが、そのような場合には、波面到達による光強度低下が急激ではなかった。この光ファイバ-および電磁型粒子速度ゲ-ジ法を用いて粉体中の衝撃波伝播計測をおこなった。磁場発生は、飛翔体進行方向に対して斜めに設置したソレノイドコイルによった。このコイルは実験毎に破壊される。比較的低圧での計測であり、粒子速度があまり大きくないため、初期磁場値をかせぐためにこのような方法を工夫した。磁場を用いるため非金属粉体、主としてアルミナ微粉を試料とした。多孔度は約0.6である。この粉体の場合、数千bar程度の衝撃圧力では,固体密度には達しない。また、粉体中の衝撃波伝播速度は500700m/sと非常に遅いことがわかった。
ステモフォリンの合成研究

ステモフォリンは、Stemona japonicaから単離構造決定されたステモナアルカロイドである。本化合物および類縁体には殺虫作用や子宮収縮抑制作用、胃の悪性腫瘍細胞に対する細胞毒性など興味深い生物活性が多く存在する。また、低分子量ながら極めて特異で複雑な骨格を有しており合成化学的にも非常に興味深い化合物である。我々は、このような特徴を有する本化合物の効率的な初の不斉全合成を達成すべく合成研究を行なった。本年度は前年度に合成をしたアリルスルホキシドを用いてアニオン環化反応の検討をまず行った。原料に対してLHMDSを作用させた後、TMSClを作用させたところ驚くべきことにTMS基が2つ導入された環化体が得られることが判明した。得られた化合物は当初想定していた化合物とは異なっていたが、意図せずして導入されたシリル基を活用することを試みた。すなわち得られた化合物に対して加熱処理を施したところSila-Pummerer反応が進行しチオエステルを得ることに成功した。さらにTMS基の除去と環化反応を行いラクトンへと導いた。しかしラクトンのα位に対してメチル基の導入を行ったところ、目的の立体化学とは逆であることが分かった。そこで別の方法を試みた。当研究室で発見されたトリエチルシランを用いた還元反応を適用することでアルデヒドへと導き、さらにメチル基の導入と異性化を行うことで目的の立体化学を有するメチル化体を得た。そしてラクトンへと変換を行い、ステモフォリンが有する主骨格の構築を完了した。また、一方でモデル化合物を用いたγ-イリデンテトロン酸骨格の新規構築法を開発した。ラクトンをまずチオノラクトンへと変換後、トリフルオロメタンスルホン酸メチルで活性化を行い、プテノリドのアニオンを作用させることでγ-イリデンテトロン酸骨格が構築できることを見出した。全合成を達成することはできなかったが、天然物の主骨格の構築を完了したため。さらに残る課題であるγ-イリデンテトロン酸骨格の構築に関してもモデル化合物にて新規構築法を見出した。最終年度が終了したということで本研究を投稿論文としてまとめる。最終年度が終わり、天然物の主骨格の構築という一定の区切りまで達成したため、論文投稿を目指し今後執筆活動を行っていく予定である。ステモフォリンは、Stemona japonicaから単離構造決定されたステモナアルカロイドであり、本化合物および類縁体には殺虫作用や子宮収縮抑制作用、胃の悪性腫瘍細胞に対する細胞毒性など興味深い生物活性が多く存在する。我々は、このような本化合物の効率的初の不斉全合成を達成すべく合成研究を行なっている。本年度は研究計画に基づいて、L-アスパラギン酸を出発原料に選択し、βケトエステルの構築を行った後に活性メチレン部位のジアゾ化と続くNH挿入反応を行なうことで多置換ピロリジン環の構築を行った。そして、ピロリジン環の窒素原子の酸化を行ないニトロンへと導いた後、加熱をしたところ、鍵反応として設定していたニトロンの1,3-双極子環化付加反応が狙い通り進行することで、一挙に3環性骨格を立体特異的に構築することに成功した。さらに、N-O結合の解裂と環化反応を行なうことでステモフォリンが有する3環性骨格の構築を完了した。次に、3環性骨格からステモフォリンが有するかご状骨格へとみちびくために、極性転換を利用した炭素-炭素結合反応を試みたが、良い結果を与えなかった。そこで種々検討を行った結果、スルホキシドのアニオン環化反応によって炭素-炭素結合反応が行なえることを見いだした。続いて、アニオン反応の際に必要となったスルホキシド基をプンメラー反応によってケトンへと変換することで当初予定していた、高度に縮環した合成中間体へと導いた。現在は、この中間体からの更なる変換を行っている。本年度は、前年度に見出したスルホキシドのアニオン環化反応の最適化をまず行った。当初はLDAを用いた条件を適応していたが、異性体が複数生成することが問題となっていた。そこで、LHMDSもしくはNaHMDSを用いた条件に変更したところ、生成物の異性体数を減らすことに成功した。続いて、Pummerer反応を行いケトンとした後、ベストマンイリドを用いた分子内Wittig反応によって5環性骨格へと導いた。次に天然物へと導く上で、Wittig反応によって生じた二重結合の還元を試みた。水素添加反応、NaBH4を用いた1-4還元、SmI_2を用いた還元等を検討したものの、全て失敗に終わった。そこで、別の戦略を検討することとした。すなわちアニオン環化反応の前の段階で炭素鎖を伸長した後、アリルスルポキシドへと変換してアニオン環化反応を行うこととした。

まず、アルコールを酸化してアルデヒドに導いた後、ビニル基を導入してアリルアルコールへ導いた。そしてMislow-Evans転位を行うことでアリルスルポキシドへと変換した。今後はこのアリルスルホキシドのアニオン環化反応を試みる予定である。ステモフォリンは、Stemona japonicaから単離構造決定されたステモナアルカロイドである。本化合物および類縁体には殺虫作用や子宮収縮抑制作用、胃の悪性腫瘍細胞に対する細胞毒性など興味深い生物活性が多く存在する。また、低分子量ながら極めて特異で複雑な骨格を有しており合成化学的にも非常に興味深い化合物である。我々は、このような特徴を有する本化合物の効率的な初の不斉全合成を達成すべく合成研究を行なった。本年度は前年度に合成をしたアリルスルホキシドを用いてアニオン環化反応の検討をまず行った。原料に対してLHMDSを作用させた後、TMSClを作用させたところ驚くべきことにTMS基が2つ導入された環化体が得られることが判明した。得られた化合物は当初想定していた化合物とは異なっていたが、意図せずして導入されたシリル基を活用することを試みた。すなわち得られた化合物に対して加熱処理を施したところSila-Pummerer反応が進行しチオエステルを得ることに成功した。さらにTMS基の除去と環化反応を行いラクトンへと導いた。しかしラクトンのα位に対してメチル基の導入を行ったところ、目的の立体化学とは逆であることが分かった。そこで別の方法を試みた。当研究室で発見されたトリエチルシランを用いた還元反応を適用することでアルデヒドへと導き、さらにメチル基の導入と異性化を行うことで目的の立体化学を有するメチル化体を得た。そしてラクトンへと変換を行い、ステモフォリンが有する主骨格の構築を完了した。また、一方でモデル化合物を用いたγ-イリデンテトロン酸骨格の新規構築法を開発した。ラクトンをまずチオノラクトンへと変換後、トリフルオロメタンスルホン酸メチルで活性化を行い、プテノリドのアニオンを作用させることでγ-イリデンテトロン酸骨格が構築できることを見出した。計画書通りニトロンの1,3-双極子環化付加反応を用いることで3-環性骨格を効率的に合成することに成功し、さらに、当初の予定とは違うがスルホキシドのアニオン環化反応を行なうことでステモフォリンが有する縮環骨格の構築を達成したから。私はアニオン環化反応とPummerer反応、分子内Wittig反応を行うことで5環性骨格の構築を達成した。その後の検討で還元反応が上手くいかないことが分かったが、自ら別の戦略を考えてアリルスルホキシドの環化反応を検討しているから。全合成を達成することはできなかったが、天然物の主骨格の構築を完了したため。さらに残る課題であるγ-イリデンテトロン酸骨格の構築に関してもモデル化合物にて新規構築法を見出した。最終年度が終了したということで本研究を投稿論文としてまとめる。ステモフォリンが有する縮環骨格の構築を完了したため、次に共役するブテノリド骨格の構築を行なう。ここで、二重結合の立体制御に困難が予想されるが、一度モデル化合物を用いて選択的に合成する手法を確立した上で、実際の基質に適用して、全合成を達成する。現在得られているアリルスルホキシドを用いてアニオン環化反応を行った後、さらに変換することにより5環性化合物へと導く。
RGa_2希土類化合物のドハース・ファンアルフェン効果

科研費補助金によって10T超伝導磁石を平成4年度に導入することができ、これを用いたdHvA効果測定装置を4年度内に完成させた。これによって1.3K、10T領域でのdHvA効果の測定が可能となった。これまでは5Tの磁場に限られていたので、測定精度や内容が飛躍的に向上した。平成5年度より、この10T超伝導磁石を用いて反強磁性体SmGa2、PrGa2及びそれらの参照物質であるLaGa2の10Tの強磁場におけるdHvA効果の測定を行った。5T及び10T領域でのdHvA効果の測を通して、(1)強磁性相のSmGa2、PrGa2等のフェルミ面は互いに類似しており、かつLaGa2のそれにも類似している、(2)メタ磁性転移にともなって電子系に交換相互作用が誘起される、伝導電子系にスピン分離が起こる、(3)フェルミ面のネスティング効果がRGa2系に於ける磁気変調構造を安定化させるている、(4)SmGa2の常磁性状態のフェルミ面は反強磁性状態のそれとは異なった特徴を持つ、(5)SmGa2では、フェルミレベル直上にあるSm2+状態が特定軌道上の電子と強く混成し、電子質量を著しく増加させている、こと等を明かにした。本研究は重に軽希土類化合物がその対象となったが、今後は重希土類化合物をも含めて研究を進めることにする。またSmGa2でみられた質量増強を定量化するには更に低温でのdHvA効果の測定が必要となる。これを行うために3Heを用いたクライオスタットの開発を現在進めている。平成6年度には、0.3K、10Tの超低温、超高磁場下でのdHvA効果の観測が可能になる。RGa2系のdHvA効果はこれまでにLa、Pr、Sm化合物について行われた。一方LaGa2のバンド構造の計算が阪府大グループで行われ、実験及び理論の両面から、化合物の電子構造について、検討できる状況となった。計算で示されたFSは実験結果を良く説明し、参照物質であるLaGa2の電子構造は十分な理解を持てるにいたった。f電子を含むCeGa2、PrGa2等の軽希土類化合物においてもフェルミ面はLaGa2のそれと極めて良く類似していた。これはf電子が局在しており、s-f混成が小さい証拠であると理解されてきた。しかし高い磁場領域で行われた最近のSmGa2のdHvA効果の結果はこの理解に疑いをはさむものであった。LaGa2の主要なフェルミ面はc軸及びc面内で開いておりc軸に沿って開軌道が走る特徴を持つが、SmGa2ではc軸方向の連結性が破れフェルミ面は全く異なった形状であることが分かったからである。フェルミ面の連結性の破れは磁気抵抗によっても確かめることができた。連結性の破れの原因がs-f混成効果にあるのか、希土類収類に依る格子の縮み(c軸5%、a軸2.5%)にあるのか、重希土類化合物の実験をすすめる中で今後明かにしていく。SmGa2の磁化過程を25Tまで測定してメタ磁性転移の詳細が明かになった。20TでJ=7/2に相当する磁化の95%に相当する磁化を得た。飽和に達するまで5階段のステップを示した。PrGa2の磁化は2Tで飽和に達するが、それまでに3段階のステップを示した。磁気構造の解析が今後の課題となる。