hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
非同期通信の理論限界の解明に向けた基礎理論の構築

様々なIoTデバイスの登場により、複数の送受信者が同時に通信を行う機会が増えている。このような通信では、送信者が遠隔地に存在することが想定されるため、全送信者が完全に同期して同時刻に動作することが困難である。したがって、同期していることを仮定しない非同期通信を考えることが重要になる。本研究では、非同期通信における通信速度やデータ圧縮率の理論限界を、基本的な3つの通信モデルに対して解明する。また、この研究を通じて、非同期通信が想定されるその他の様々な通信モデルにおける理論限界の解明に向けた基礎理論を構築する。
絶対尺度のモデル評価基準および予測分布の優越性評価法の開発

本報告者は初年度の大半をオーストラリア国立大学(ANU)にて,客員教員として在籍した(2018年3月上旬から2019年3月上旬).そこで受け入れをしてくれたAlan Welsh教授と,またAlan Welsh教授と近い分野で研究をしているFrancis Hui先生と共に検討を進めた.そこで本報告者および同研究者等を中心に,実施計画に記載した大きく分けて二つの課題を検討した.1つ目は,一般化線形モデルに対するモデル評価基準の検討に関してある.一般化線形モデルは線形モデルの一般化として位置づけられており,線形回帰モデルには決定係数と呼ばれるモデル評価尺度があるが,一般化線形モデルには,決定係数のように決定的なモデル「評価」尺度は存在しない.そのため,研究初年度に予定していた, ECCとECDと呼ばれるモデル評価尺度に共通するmppという値に対する,「明示的な表現」,「単調増加性」,「推定量の検討」,「実データのケーススタディ」の4点に関して検討した.これらの検討の個々の成果を複数回の会議で報告し, 11月にANUとWollongong大で主に企画実行しているFellowsセミナーで招待講演者として1時間15分にわたって,本成果の発表をおこなった.また研究分担員が筆頭のECCに関連した結果も論文化された。さらに,次年度に予定していたもう一つの課題である「未観測データの予測分布の優越性評価と漸近論に基づく予測限界の補正」と題した検討の内、打ち切りデータの未観測値の予測分布の優越性評価に関しても検討を進め,国内でその成果を発表したのち, ANUの研究者等と打ち合わせを設け,詳細な検討に入った.そして,その成果をANUで開かれているセミナーにて,招待講演者として1時間の講演をおこなった.研究実績の概要に述べたように,本報告者はオーストラリア国立大学(ANU)に初年度の大半を過ごした.海外の研究者と共に検討を進められることが有意義な機会であったため,本報告者が挙げている2つ目の課題である「打ち切りデータの未観測値の予測分布の優越性評価」を先行してスタートした.また, ANUに客員教員として滞在していたため,その多くの時間を研究に割り当てることができた.よって当初の計画以上の進展がなされた.実施計画に挙げた1つ目の課題「一般化線形モデルに対するモデル評価基準の検討」に関しては,初年度の早い段階での論文投稿を予定していたが,新しくANUのメンバーが加わり,新しい視点からの検討も加わったため,実際予定していた論文投稿としては遅れた.しかしながら, ANUの研究者等との共同研究により,もともと計画していた内容よりも格段に深い研究となり,研究としての厚みが増し内容の深さの進捗という観点からも充実した結果となったため,進捗状況としては予定より進んでいるという判断をした.そして,上述のように,予定した論文投稿時期としては遅れたが,初年度をかけて論文投稿の段階まで達成した.投稿の時期は遅れたものの,その投稿論文を作成する段階の検討で,次年度に関わる検討に関しても並行してANUの研究者等と検討を進められたので,進捗状況は良しとした.研究実績の概要及び現在までの進捗状況に述べたように,本報告者はオーストラリア国立大学(ANU)に初年度の大半を過ごし,ここで得た人脈はとても貴重なものとなった.そのため,遠方となる協力体制ではあるが, ANUの研究者とは密に連携を取り,研究の進捗を図りたいと考えている.初年度も帰国直後に, Alan Welsh教授を本報告者の在籍大学に招聘したが,次年度も国内での本課題の研究協力者である江島教授とも連携を取りつつ, ANUとの計画的な連携を検討している. ANUとの研究協力を継続するために, 2つの主な予定を立てており, 1つ目は, 9月にFrancis Hui先生および,同大学のRobert Clark先生を本報告者所属の大学に招聘予定である.また2つ目としては,次年度の12月に開催されるThe International Biometric SocietyのAustralia地域で行われているBiometrics by the Botanic Gardensと呼ばれる会議に参加し,再びANUに短期滞在し研究を加速するつもりである.またこの国際会議では, 1つ目の課題の内,一般化線形モデルのモデル評価基準に絡み,モデル選択および変数選択を同時に実行するLassoと呼ばれる縮小推定法に関連した推定法の研究を推進し,本会議の発表に向けて検討を進める予定である.本報告者は初年度の大半をオーストラリア国立大学(ANU)にて,客員教員として在籍した(2018年3月上旬から2019年3月上旬).そこで受け入れをしてくれたAlan Welsh教授と,またAlan Welsh教授と近い分野で研究をしているFrancis Hui先生と共に検討を進めた.そこで本報告者および同研究者等を中心に,実施計画に記載した大きく分けて二つの課題を検討した.1つ目は,一般化線形モデルに対するモデル評価基準の検討に関してある.一般化線形モデルは線形モデルの一般化として位置づけられており,線形回帰モデルには決定係数と呼ばれるモデル評価尺度があるが,一般化線形モデルには,決定係数のように決定的なモデル「評価」尺度は存在しない.そのため,研究初年度に予定していた, ECCとECDと呼ばれるモデル評価尺度に共通するmppという値に対する,「明示的な表現」,「単調増加性」,「推定量の検討」,「実データのケーススタディ」の4点に関して検討した.

これらの検討の個々の成果を複数回の会議で報告し, 11月にANUとWollongong大で主に企画実行しているFellowsセミナーで招待講演者として1時間15分にわたって,本成果の発表をおこなった.また研究分担員が筆頭のECCに関連した結果も論文化された。さらに,次年度に予定していたもう一つの課題である「未観測データの予測分布の優越性評価と漸近論に基づく予測限界の補正」と題した検討の内、打ち切りデータの未観測値の予測分布の優越性評価に関しても検討を進め,国内でその成果を発表したのち, ANUの研究者等と打ち合わせを設け,詳細な検討に入った.そして,その成果をANUで開かれているセミナーにて,招待講演者として1時間の講演をおこなった.研究実績の概要に述べたように,本報告者はオーストラリア国立大学(ANU)に初年度の大半を過ごした.海外の研究者と共に検討を進められることが有意義な機会であったため,本報告者が挙げている2つ目の課題である「打ち切りデータの未観測値の予測分布の優越性評価」を先行してスタートした.また, ANUに客員教員として滞在していたため,その多くの時間を研究に割り当てることができた.よって当初の計画以上の進展がなされた.実施計画に挙げた1つ目の課題「一般化線形モデルに対するモデル評価基準の検討」に関しては,初年度の早い段階での論文投稿を予定していたが,新しくANUのメンバーが加わり,新しい視点からの検討も加わったため,実際予定していた論文投稿としては遅れた.しかしながら, ANUの研究者等との共同研究により,もともと計画していた内容よりも格段に深い研究となり,研究としての厚みが増し内容の深さの進捗という観点からも充実した結果となったため,進捗状況としては予定より進んでいるという判断をした.そして,上述のように,予定した論文投稿時期としては遅れたが,初年度をかけて論文投稿の段階まで達成した.投稿の時期は遅れたものの,その投稿論文を作成する段階の検討で,次年度に関わる検討に関しても並行してANUの研究者等と検討を進められたので,進捗状況は良しとした.研究実績の概要及び現在までの進捗状況に述べたように,本報告者はオーストラリア国立大学(ANU)に初年度の大半を過ごし,ここで得た人脈はとても貴重なものとなった.そのため,遠方となる協力体制ではあるが, ANUの研究者とは密に連携を取り,研究の進捗を図りたいと考えている.初年度も帰国直後に, Alan Welsh教授を本報告者の在籍大学に招聘したが,次年度も国内での本課題の研究協力者である江島教授とも連携を取りつつ, ANUとの計画的な連携を検討している. ANUとの研究協力を継続するために, 2つの主な予定を立てており, 1つ目は, 9月にFrancis Hui先生および,同大学のRobert Clark先生を本報告者所属の大学に招聘予定である.また2つ目としては,次年度の12月に開催されるThe International Biometric SocietyのAustralia地域で行われているBiometrics by the Botanic Gardensと呼ばれる会議に参加し,再びANUに短期滞在し研究を加速するつもりである.
アフィン・リー代数の臨界レベルの加群に対するパス模型の構成

(1)レベル・ゼロLakshmibai-Seshadri (LS)パスを,(放物型)量子Bruhatグラフを用いて記述した.その応用として,レベル・ゼロのLSパス全体のなすクリスタル上の次数関数(=エネルギー関数)を量子Bruhatグラフ上の最短有向パスのウェイトを用いて記述した.(2)臨界レベルの既約最高ウェイト表現と密接な関係がある半無限Bruhat順序(および,半無限Bruhatグラフ)を用いて,半無限LSパスを定義し,それら全体のなすクリスタルが,エクストリーマル・ウェイト加群の結晶基底と同型になることを証明した.gをアフィン・リー代数とする.当研究の目標は,臨界レベルのウェイトを最高ウェイトとするgの既約最高ウェイト表現のパス模型を構成することであるが,この(予想される)パス模型と,レベル・ゼロの優整ウェイトを型とするパス模型との間には,類似点があると予想される.平成23年度は, gが捩れのないアフィン・リー代数の場合に,レベル・ゼロの優整ウェイトを型とするLakshimibai-Seshadriパス(LSパス)についての研究を行い,それらを有限Weyl群上の(放物型)量子Bruhatグラフを用いて記述することに成功した.そして,その応用として,レベル・ゼロのLSパス全体のなすクリスタル上の次数関数(=エネルギー関数)を,量子Bruhatグラフの最短有向パスのウェイトを用いて記述した.平成24年度は,引き続き,レベル・ゼロのLSパスと量子Bruhatグラフの関係について研究を行った.得られた結果は以下の通りである.(1)平成23年度に記述した次数関数(=エネルギー関数)の「双対」にあたる,左次数関数(=左エネルギー関数)を量子Bruhatグラフを用いて記述した.(2) Postnikovによる量子Bruhatグラフの最短有向パスのウェイトに関する基本定理を,放物型量子Bruhatグラフの場合に一般化し,組み合わせ論的な別証明を与えた.この結果と(1)の結果を合わせることで,部屋パス模型とレベル・ゼロのLSパスとの間の対応や, Macdonald多項式の量子Bruhatグラフを用いた記述を得ることができた.gをアフィン・リー代数とする.当研究の目標は,gの臨界レベルの既約最高ウェイト表現のパス模型を構成することであるが,この(予想される)パス模型と,レベル・ゼロの優整ウェイトを型とするパス模型の間には,深い関係があると予想している.平成23年度から平成24年度の当研究においては,gがねじれのない(untwisted)アフィン・リー代数の場合に,レベル・ゼロの優整ウェイトを型とするLakshmibai-Seshadriパス(LSパス)を,有限Weyl群上の(放物型)Bruhatグラフを用いて記述した.本年度は,レベル・ゼロのLSパスへのルート作用素の作用に注目することによって,この結果に対する別証明を与えることに成功した.また,昨年度までの研究で得られていた,次数関数(=エネルギー関数)を量子Bruhatグラフを用いて記述する公式についても再研究し,次数関数の定義により近い,自然な別証明を与えることができた.ところで,レベル・ゼロの優整ウェイトを型とするLSパスは,量子アフィン代数上のエクストリーマル・ウェイト加群と密接な関係がある.(実際,型がレベル・ゼロ基本ウェイトの場合は,上述のLSパスはエクストリーマル・ウェイト加群の結晶基底の商集合と同型になる.)本年度の当研究では,半無限Bruhat順序(および,半無限Bruhatグラフ)を用いて,新たに,半無限LSパスを導入し,それら全体のなす集合にクリスタルの構造を与えた.そして,そのクリスタルが,エクストリーマル・ウェイト加群の結晶基底に,クリスタルとして,同型になることを証明した.(1)レベル・ゼロLakshmibai-Seshadri (LS)パスを,(放物型)量子Bruhatグラフを用いて記述した.その応用として,レベル・ゼロのLSパス全体のなすクリスタル上の次数関数(=エネルギー関数)を量子Bruhatグラフ上の最短有向パスのウェイトを用いて記述した.(2)臨界レベルの既約最高ウェイト表現と密接な関係がある半無限Bruhat順序(および,半無限Bruhatグラフ)を用いて,半無限LSパスを定義し,それら全体のなすクリスタルが,エクストリーマル・ウェイト加群の結晶基底と同型になることを証明した.gをアフィン・リー代数とする.当研究の目標は,臨界レベルのウェイトを最高ウェイトとするgの既約最高ウェイト表現のパス模型を構成することであるが,この(予想される)パス模型と,レベル・ゼロの優整ウェイトを型とするパス模型との間には,類似点があると予想される.そこで,昨年度はレベル・ゼロの優整ウェイトを型とするパス模型(特に, Lakshimibai-Seshadriパス,以下, LSパス)について次の研究を行った. (1) (レベル・ゼロの)LSパスに対応するMirkovic-Vilonen多面体の理論の構築を目指した.まず,各LSパスpに対して,多面体の頂点集合M(p)を与える写像を定め, pにM(p)を対応させる写像が単射であることを証明した.後は,この写像による像を決定することができれば「レベル・ゼロのMirkovic-Vilonen多面体の理論」が完成することになるが,これは来年度以降の研究課題である.なお,この理論は,レベル・ゼロのパス模型だけではなく, (次数作用素抜きの)量子アフィン代数の有限次元表現の結晶基底にも適用できると予想される.

(2)レベル・ゼロのLSパスを,有限Weyl群上の(parabolic) quantum Bruhat graphを用いて記述することに成功した.さらに,これの応用として,レベル・ゼロのパス模型上の次数関数(=エネルギー関数)をquantum Bruhat graph上の最短有向パスのウェイトを用いて記述した.この結果は,レベル・ゼロのLSパスとquantum cohomologyの間に関係があることを示唆しているが,実際にどのような関係があるかついては今のところ分かっていない.gをアフィン・リー代数とする.当研究の研究対象である臨界レベルの既約最高ウェイト表現は,半無限Bruhat順序と密接な関係がある.平成25年度には,gがねじれのない(untwisted)アフィン・リー代数の場合に,半無限Bruhat順序を用いて「半無限Lakshmibai-Seshadri (LS)パス」を構成し,それらがなすクリスタルが,gに付随した量子アフィン代数上のエクストリーマル・ウェイト加群の結晶基底と同型であることを証明した.ところで,半無限LSパスをnull rootを法として考えると,(平成23年度平成24年度に,当研究において導入した)量子LSパスが得られる.量子LSパス全体の集合も,(次数作用素なしの)量子アフィン代数に関するクリスタルになる;このクリスタルは,いくつかのKirillov-Reshetikhin加群のテンソル積の結晶基底と同型であるため,非常に重要な研究対象である.平成26年度は,量子LSパスのなすクリスタルの部分集合で,その次数付きの指標が非対称Macdonald多項式のt=0およびt=∞における特殊化になるようのものを明示的に与えることに成功した.さらに,エクストリーマル・ウェイト加群におけるDemazure加群の商加群として,その次数付き加群が非対称Macdonald多項式のt=0における特殊化になるようなものを与えた.これらの結果により,臨界レベルの既約最高ウェイト表現と非対称Macdonald多項式の間に(半無限Bruhat順序を介して)何らかの良い関係があるのではないかと期待される.リー代数・量子群の組合せ論的表現論「研究実績の概要」に記載したとおり,当研究の目標である臨界レベルのパス模型とレベル・ゼロのLSパスの間には類似点があると予想される.過去2年度の研究により,レベル・ゼロのLSパスと量子Bruhatグラフとの間の関係が概ねはっきりした.これは,当初の研究計画にはなかったものではあるが,当初の研究計画に比べてより効率的であり,かつ,幅広い応用(例えば量子コホモロジーといった幾何など)が期待できるものである.そこで,達成度を「おおむね順調に進展している。」とする.「研究実績の概要」に記載したとおり,当研究の目標である臨界レベルのパス
全心機能置換型ターボ式人工心臓における制御と生理に関する研究

[ターボ型人工心臓制御in-vitroシミュレーション]定常流ポンプに於いてモーター消費電流から電流振幅指数(ICA)を算出することで完全補助開始点〈t点)およひ吸い付き開始点(s点)の2点の同定が出来ることを報告した.またt点とs点の間に回転数を雑持することで,逆流あるいは吸い付きを起こさず安全に完全補助が行える事を報告してきた.本実験では左心機能を模したサック式拍動型ポンプ・3つのリザーバ・当教室にて開発した斜流ポンプを用いたLVADから成る閉鎖式模擬回路を用いた.心筋収縮力・前負荷・後負荷を変化させてICA特性およびt点およびs点でのICA値・ポンプ流量の変化を見た.その結果,何れの条件下でもt点とs点でのICA値は0.2を挟む形となり,各群とも回転数は異なるものの流量はほぼ一定であった.これらの結果を基にICA0.18を目標値として自動制御プログラムを作製・作動させたところ,後負荷・収縮力の急激な変更を行っても,それに伴って変動したICA値は1分以内に目標値へと収束し,それに追従する形で流量はほぼ一定に維持できた.[プタを用いた両心補助急性動物実験]5頭の幼ブタを用いて左開胸下に定常流BVADを装着,上行大動脈基部の30分間完全遮断で虚血を作成し,クランプ解除後に6時間以上の再灌流を行い観察した.LVADの目標流量およびICA値を設定することで右心補助装量(RVAD)の目標回転数が決定され,心機能に見合ったRVAD流量の設定が可能となった.[山羊を用いた左心補助慢性動物実験]成山羊9頭を用い,斜流式人工心臓による経左房左室脱血-大動脈送血での左心バイパスを行った.術後2日目(完全麻酔覚醒下)にモータ電流から電流振幅指数(ICA)を求め,犬,ブタの急性実験と同様にICAより補助状態が部分-完全補助の移行点(t点)と吸い付きが著明になる点(s点)を良好に同定できた.さらに,ICA値が一定となるように,自動制御を行い,ヤギの状態に関わらずSV02は60%以上を保ち,吸い付きや逆流のない回転数制御を行えることを確認した.[ターボ型人工心臓制御in-vitroシミュレーション]定常流ポンプに於いてモーター消費電流から電流振幅指数(ICA)を算出することで完全補助開始点〈t点)およひ吸い付き開始点(s点)の2点の同定が出来ることを報告した.またt点とs点の間に回転数を雑持することで,逆流あるいは吸い付きを起こさず安全に完全補助が行える事を報告してきた.本実験では左心機能を模したサック式拍動型ポンプ・3つのリザーバ・当教室にて開発した斜流ポンプを用いたLVADから成る閉鎖式模擬回路を用いた.心筋収縮力・前負荷・後負荷を変化させてICA特性およびt点およびs点でのICA値・ポンプ流量の変化を見た.その結果,何れの条件下でもt点とs点でのICA値は0.2を挟む形となり,各群とも回転数は異なるものの流量はほぼ一定であった.これらの結果を基にICA0.18を目標値として自動制御プログラムを作製・作動させたところ,後負荷・収縮力の急激な変更を行っても,それに伴って変動したICA値は1分以内に目標値へと収束し,それに追従する形で流量はほぼ一定に維持できた.[プタを用いた両心補助急性動物実験]5頭の幼ブタを用いて左開胸下に定常流BVADを装着,上行大動脈基部の30分間完全遮断で虚血を作成し,クランプ解除後に6時間以上の再灌流を行い観察した.LVADの目標流量およびICA値を設定することで右心補助装量(RVAD)の目標回転数が決定され,心機能に見合ったRVAD流量の設定が可能となった.[山羊を用いた左心補助慢性動物実験]成山羊9頭を用い,斜流式人工心臓による経左房左室脱血-大動脈送血での左心バイパスを行った.術後2日目(完全麻酔覚醒下)にモータ電流から電流振幅指数(ICA)を求め,犬,ブタの急性実験と同様にICAより補助状態が部分-完全補助の移行点(t点)と吸い付きが著明になる点(s点)を良好に同定できた.さらに,ICA値が一定となるように,自動制御を行い,ヤギの状態に関わらずSV02は60%以上を保ち,吸い付きや逆流のない回転数制御を行えることを確認した.今年度は模擬循環回路と動物実験を行い、左心補助と右心補助の制御法確立のための基礎データの蓄積を行った。1.模擬循環回路におけるシミュレーション制御シミュレーション用の特別な模擬回路を作成した。模擬回路は、3つのリザ-バ(左房、動脈血管床、静脈血管床)、サック型拍動流ポンプ(左室)、斜流ポンプ、空気ダンパー(動脈コンプライアンス)、レジスタンス(末梢血管抵抗)よりなる。左房圧、左室圧、大動脈圧、心拍出量、ポンプ流量、ポンプ回転数、ポンプモータ電流をリアルタイムでコンピュータに取り込み処理した。電流波形の振幅を平均値で除した値を電流振幅指数(ICA)とした。左室脱血大動脈送血にてモータ回転数を上げると、ICAはt点にてピークを生じた後減少し、s点にて再び増加した。t点はポンプが部分補助から完全補助に移行する点に、s点は顕著な吸い付きが発生する点に一致した。

この現象はポンプやモータを変えても再現性が得られた。2.左心補助制御法ビ-グル犬8頭を用い、左室脱血にて左心バイパスを行い、同様の計測を行った。左冠動脈一時的遮断と急速輸液により、収縮能(LVdp/dt)と前負荷(LVEDP)を変動させ、その影響を見た。その結果、t点でのポンプ流量は、LVEDPと有意に正の相関があったが、LVdp/dtや大動脈圧とは相関がなかった。よって、t点を目標に制御することにより、前負荷依存性の制御が可能と考えられた。また、合わせて行ったポンプの血液適合性試験にて、溶血は許容範囲内で、血栓形成を示唆する所見は認められなかった。3.右心補助制御法ビ-グル犬4頭を用い右心バイパスを行い、肺動脈絞扼ならびに急速輸液により後負荷と前負荷を変動させた。その結果、右心補助ではt点は現れなかったが、s点は明らかであった。s点での流量は前負荷に相関した。よって、s点制御により、前負荷依存性の制御が可能と考えられた。【ターボ型人工心臓制御in-vitroシミュレーション】模擬回路試験を用いて,定常流人工心臓のモータ電流の拍動性について検討した.特別に製作した模擬循環回路は,サック型拍動流ポンプ,3つのリザーバ,定常流人工心臓としての斜流ポンプよりなり,モータ電流波形等をモニターした.回転数を変化させ,電流の振幅を電流平均値で除した電流振幅指数(ICA)を求めた.ICAを回転数に対してブロットしたところいくつかの特徴点(t-i点,PR0.7点,PR0.5点, maxQ点)が同定された.t-i点はポンプの補助が部分補助から完全補助に移行する点によく一致した.収縮能,後負荷,前負荷を変化させた時,各点でのポンプ流量は前負荷に依存し,Starlingの法則に似た特徴を示した.【ビーグル犬を用いた急性動物実験】左室-下行大動脈バイパス(左心補助:n-8)と右房-肺動脈バイパス(右心補助:n-5)をそれぞれ行い,モータ電流から電流振幅指数(ICA)を求め,血行動態の変化と比較した.左心補助では,ICAより補助状態が部分-完全補助の移行点(t点)と吸い付きが著明になる点(s点)を良好に同定できた.t点でのポンプ補助流量は左室拡張末期圧と高い相関を認めた.右心補助では,ICAでt点を同定できなかったが,s点は良好に同定できた.このs点のポンプ流量は上行大動脈流量より一時的であるが越えることが多かった.左心補助では本法を応用し自然心のStarlingの法則に近い制御が行える可能性があると考えられた.右心補助では吸い付き現象を検知できたが,過剰な補助流量を防ぐ工夫を加える必要があると考えられた.【山羊を用いた慢性動物実験】成山羊4頭を用い,斜流式人工心臓による経左房左室脱血-大動脈送血での左心バイパスを行った.ポンプは抗血栓性評価のため定期的な交換を前提として体外に設置した.術後2日目(完全麻酔覚醒下)にモータ電流から電流振幅指数(ICA)を求め,ビーグル犬急性実験と同様に,ICAより補助状態が部分-完全補助の移行点(t点)と吸い付きが著明になる点(s点)を良好に同定できた.【ターボ型人工心臓制御in-vitroシミュレーション】定常流ポンプに於いてモーター消費電流から電流振幅指数(ICA)を算出することで完全補助開始点(t点)および吸い付き開始点(s点)の2点の同定が出来ることを報告した。またt点とs点の間に回転数を維持することで、逆流あるいは吸い付きを起こさず安全に完全補助が行える事を報告してきた。本実験では左心機能を模したサック式拍動型ポンプ・3つのリザーバ・当教室にて開発した斜流ポンプを用いたLVADから成る閉鎖式模擬回路を用いた。
初期近代ローマの新サン・ピエトロ聖堂造営における建築創作手法としての創造的修整

4月17日-5月12日、7月22日-8月17日、3月9日-16日の間にイタリアで在外研究を行なった。4月20日にはローマ大学(トル・ヴェルガータ)での研究発表を行い、その後は、23日にアッカデミア・サン・ルカでのルネサンス建築史シンポジウム「Materia, Struttura e Filologia. Nuovi contributi sull'architettura del Rinascimento. Giornata di studi in onore di Pier Nicola Pagliara」に参加し、フランチェスコ・パオロ・ディ・テオドロ氏などとディスカッションを行なった。在外研究中は、サン・ピエトロ聖堂の現地調査と、ローマ市内の文書館・図書館(ヴァティカン図書館、ヘルツィアーナ図書館、フランス学士院付属図書館など)で資料調査を行なった。主に、ニコラウス五世による再建計画を批判し、新聖堂が継承すべき旧聖堂ついて語った『記憶に残すべきローマの古代のサン・ピエトロ聖堂について』(マッフェオ・ヴェジオ、1455年頃)、および、サン・ピエトロ聖堂で奉職していたティベリオ・アルファラノがあるべきサン・ピエトロ聖堂の姿を図面とテクストで示した『いとも古きサン・ピエトロ聖堂と新たなる建築』(1582年)を分析した。これらのテクストはどれも旧聖堂の保存と、新たに計画されている新聖堂が持つべき象徴性や昨日について論じたものであり、これまで盛んに取り上げられてきた建築家の素描や図面だけでは描き出せないサン・ピエトロ聖堂の姿がある。このテクスト分析に関しては、2019年度中には論文等で成果としてまとめる予定である。初年度はローマに滞在し、研究に必要な資料を揃え、サン・ピエトロ聖堂の15世紀から17世紀における建設過程の詳細を整理する期間として計画していた。その目的はほぼ達成することができた。例えば、ニコラウス五世が主導し、アルベルティが関わったサン・ピエトロ聖堂の再建計画は、再建復元案が多く制作されてきたが、これまで見過ごされてきたマッフェオ・ヴェジオのテクストと組み合わせることで、旧聖堂の保存の実際を明らかにできるはずである。また、旧聖堂の身廊を取り壊し、新しくファサードを設計したカルロ・マデルナの計画案は、アルファラノのテクストに大きく影響を受けており、マデルノもまた旧聖堂の保存と継承に大きな関心を持っていたと考えられる。初期近代の新サン・ピエトロ聖堂造営に関して盛んに論じられてきたのは、建築家たちの独創性と創造性であった。しかしながら、長きに渡るさん・ピエトロ聖堂の建設過程を見てみると、過去の建築を継承しつつ新たに建築を創造する上で,古典古代文化とキリスト教的観念のすり合わせがどう行われたのかが明らかになる。本研究は、近年になって注目されつつある、新聖堂建設における旧聖堂の継承と保存の問題のさらなる解明を目指す。また今後も研究協力者である4名の研究者に適宜協力を仰ぎながら進めていきたい。初期近代ローマの建築保存に関する研究では古代遺跡を対象とすることが多く、教会堂に代表される「生きた」古代建築が扱われてこなかった。サン・ピエトロ聖堂のような由緒正しき古代末期の建造物を継承しつつ大規模に再建した過程の考察が、初期近代ローマの建築保存概念の十全な理解につながるはずである。

また、旧聖堂の身廊を取り壊し、新しくファサードを設計したカルロ・マデルナの計画案は、アルファラノのテクストに大きく影響を受けており、マデルノもまた旧聖堂の保存と継承に大きな関心を持っていたと考えられる。初期近代の新サン・ピエトロ聖堂造営に関して盛んに論じられてきたのは、建築家たちの独創性と創造性であった。しかしながら、長きに渡るさん・ピエトロ聖堂の建設過程を見てみると、過去の建築を継承しつつ新たに建築を創造する上で,古典古代文化とキリスト教的観念のすり合わせがどう行われたのかが明らかになる。本研究は、近年になって注目されつつある、新聖堂建設における旧聖堂の継承と保存の問題のさらなる解明を目指す。また今後も研究協力者である4名の研究者に適宜協力を仰ぎながら進めていきたい。初期近代ローマの建築保存に関する研究では古代遺跡を対象とすることが多く、教会堂に代表される「生きた」古代建築が扱われてこなかった。サン・ピエトロ聖堂のような由緒正しき古代末期の建造物を継承しつつ大規模に再建した過程の考察が、初期近代ローマの建築保存概念の十全な理解につながるはずである。ほぼ計画通り使用することができたが、必要経費を使用したのちに少額(199円)のみ未使用金が残った。この分についてはは2019年度に繰り越して、効果的に用いていく。
プロテアソーム形成過程の解析

出芽酵母を用いた遺伝学的解析により、プロテアソームによるタンパク質分解に異常を来す変異株を取得し、責任遺伝子を同定しDMP1, DMP2 (degradation of misfolded protein)と命名した。Dmp1とDmp2はヘテロ二量体を形成し、形成途上のプロテアソームの20S複合体と一時的に会合することを明らかにした。DMP1,DMP2欠損株では20S複合体の形成が障害され、特に異常なαリングの形成が生じることから、正しいαリングの形成を支援することによりプロテアソームの形成を助けるシャペロン分子であることを明らかにした。26Sプロテアソームはユビキチン化された蛋白質を分解することで細胞内において選択的な蛋白質分解を担うプロテアーゼとして機能している。26Sプロテアソームはプロテアーゼとしては珍しく,巨大な複合体であり調節因子19S複合体とタンパク質分解の活性中心を持つ20Sプロテアソームからなっている。20Sプロテアソームはそれぞれ7種のαサブユニット,βサブユニットから形成されるαリングとβリングがαββαの順に4段重なって形成されている。しかし,このように巨大かつ複雑な複合体がどの程度,自立的に形成されるのか,どのような介添え分子が必要なのかなど詳細なメカニズムはほとんどわかっていない。申請者は形成途中の20Sプロテアソームと結合する出芽酵母Dmp1/Dmp2複合体を単離同定した。平成19年度においてはDmpl/Dmp2がインビトロでα5サブユニットと直接結合することを明らかにした。また,dmp1破壊株ではα4サブユニットが含まれていない異常なαリング様構造体が蓄積することも分かった。さらにDmp1/Dmp2とDmp1/Dmp2-α5複合体のX線による結晶構造解析を行った。その結果,Dmpl/Dmp2はαリングの中心部に近いところに結合しαリングの形成を助けていることが明らかになった。また,Dmp1/Dmp2はαリング上においてβサブユニットが付く側に結合しているので,βサブユニットが結合する途中でプロテアソーム前駆体から解離するシャペロン分子であることが構造からも支持された。26Sプロテアソームはプロテアーゼとしては珍しく、巨大な複合体であり調節因子19S複合体とタンパク質分解の活性中心を持つ20Sプロテアソームからなっている。20Sプロテアソームはそれぞれ7種のαサブユニット、βサブユニットから形成されるαリングとβリングがαββαの順に4段重なって形成されている。しかし、このように巨大かつ複雑な複合体がどの程度、自立的に形成されるのか、どのような介添え分子が必要なのかなど詳細なメカニズムはほとんどわかっていない。申請者は形成途中の20Sプロテアソームと結合する出芽酵母Dmp1/Dmp2複合体を単離同定し、Dmp1/Dmp2がインビトロでα5サブユニットと直接結合すること、dmp1破壊株ではα4サブユニットが含まれていない異常なαリング様構造体が蓄積すること、さらにDmp1/Dmp2とDmp1/Dmp2-α5複合体のX線による結晶構造解析を行い、その結果、Dmp1/Dmp2はαリングの中心部に近いところに結合しαリングの形成を助けていることを明らかにしてきた。平成20年度においては、定量的な質量分析解析によってdmpl破壊株においてα4が欠けている異常な構造体には代わりにα2が2コピー含まれていること、またin vitroの系を用いてDmp1/Dmp2にはα4の凝集を防ぎαリングへの取り込みを促進する働きがあることを明らかにした。また、動物細胞でのβサブユニットのプロテアソームへ組み込み順序の解析に貢献した。
第一原理計算によるポーラーメタル物質の探索

ガウスの法則によると、導体の内部においては伝導キャリアによる遮蔽のため電界は存在しない。それによって、電気双極子モーメントの形成やその長距離的秩序が阻害され、中心対称性を破る構造歪みが起こりにくくなる。つまり、電気的極性を示す(ポーラーな)点群に属する原子構造と金属的な電子構造を併せもつポーラーメタルは必然的に希少になる。実際にこれまでにまだ30種類程度しか報告されていない。このポーラーな構造と金属的電気伝導性を併せ持つ物質内部および表面の静電的状態は、極めて想像しがたいものであり非常に興味深い。本研究では、理論計算と実験的手法を結合させることにより、ポーラーメタルを探索することを目的とした。ポーラーメタルの設計において最も重要な点は、物質内の伝導キャリアにより阻害されない、強固な構造歪みにより中心対称性を破るということである。ペロブスカイト型酸化物の実に90%以上で見られる構造歪みである酸素配位八面体回転は、その一つと考えられる。そこで、層状ペロブスカイトCa3Ti2O7の電子ドープ体のポーラーメタル特性の有無を第一原理計算により検証した。中心対称性構造と極性構造の全エネルギー差の電子ドープ量依存性を密度汎関数法に基づいて計算したところ、電子ドープ量が高くなるにつれ、極性構造が中心対称性構造と比較してより安定になることがわかった。また、Ca3Ti2O7粉末試料を固相反応法により合成し、CaH2と混合、真空封入した後加熱することにより、H-イオンドーピングを施した。放射光XRD測定により、結晶構造はポーラーな空間群Cma21に属することが明らかになった。電気抵抗の温度依存性を調べたところ、半導体的な電子伝導性を示すことがわかった。ポーラーメタル化するにはキャリア濃度の増加が必要であるが、本研究ではポーラーメタルの設計指針に関する大きな知見を得ることに成功したと言える。半世紀以上も前に「金属における強誘電様相転移」が原理的に起こり得ることが予言されたが、これまでにまだ30種類程度しか報告されておらず、そのほとんどがセレンディピティを通じて発見されたものである。しかし、その希少さゆえに未開拓な研究領域のままである。本研究では、理論計算と実験的手法を結合させることにより、ポーラーメタルを探索することを目的とする。本年度は、層状ペロブスカイトCa3Ti2O7の電子ドープ体のポーラーメタル特性の有無を第一原理計算により検証した。一方で、典型的な強誘電体であるBaTiO3に対して同様の計算を行ったところ、電子ドープを施すと直ちに極性構造は中心対称性構造に緩和することがわかった。第一原理計算の結果より、層状ペロブスカイトCa3Ti2O7において極性構造歪みを引き起こす酸素配位八面体回転は、電子キャリアドーピングに対して強固であることが明らかになった。新規ポーラーメタル材料候補物質が見つかり、さらには、申請書で提案した材料設計指針の構築につながったと考えており、おおむね順調に進展していると考えている。また、Ca3Ti2O7

粉末試料を固相反応法により合成し、CaH2と混合、真空封入した後加熱することにより、H-イオンドーピングを施した。放射光XRD測定により、結晶構造はポーラーな空間群Cma21に属することが明らかになった。電気抵抗の温度依存性を調べたところ、半導体的な電子伝導性を示すことがわかった。ポーラーメタル化するにはキャリア濃度の増加が必要であるが、本研究ではポーラーメタルの設計指針に関する大きな知見を得ることに成功したと言える。本年度は、第一原理計算により、その他の層状ペロブスカイト酸化物でも同様の結果が得られるかどうかを検討し、上記の材料設計指針の確立につなげる。また、申請者は実験系の研究室に異動したので、層状ペロブスカイトCa3Ti2O7を合成し、電子ドーピングを試みる予定である。放射光X線回折による構造評価および電気特性評価を行い、ポーラーメタル特性を評価する予定である。
細菌の細胞壁生合成における糖のフリップ-フロップ輸送を促進する因子の解明

細菌の細胞壁ペプチドグリカン層の生合成は脂質中間体Lipid IIにおけるオリゴ糖鎖のコア構造が細胞質内で構築され、糖坦体リピド、ウンデカプレニルリン酸と結合したものが細胞内膜側から外膜側へ「フリップ-フロップ転移」されて、細胞表面でのペプチドグリカン層生合成に供給される。この酵素の実態を解明するために、われわれはこの過程に関与する糖坦体リピド、ウンデカプレニルリン酸の前駆体を合成する酵素、ウンデカプレニルニリン酸合成酵素(UPS)をシス型プレニル鎖延長酵素として初めてクローン化し、そのX線結晶構造解析に成功しているので、UPSの大量発現系を利用することで、標的酵素「フリッパーゼ」の基質合成を行って、細菌の細胞壁生合成における未解明な過程の触媒である「フリッパーゼ」の実態を解明し、その分子レベルでの解明の糸口を見出すことを本研究の目的とした。そこで、ウンデカプレニルリン酸のリン酸基にアミノエチル基がジエステル結合した化合物を合成し、このアミノ基に蛍光発色団としてNBD(7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)基を導入した化合物(1)を合成した。さらに(1)のプレニル基をファルネシル基、またはゲラニルゲラニル基に置換した化合物も合成し、ウンデカプレニルリン酸が細胞膜の外膜から内膜へフリップ-フロップ転移により回収される過程を追究することにした。現在、合成した化合物(1)を大腸菌野生株VV3110株より調整した細胞膜成分に効率よく導入する方法を検討中である。
プレニルトランスフェラ-ゼの構造と酸素活性発現機構

1.ファルネシル二リン酸合成酵素について:a)基質の二リン酸部をメチレンジホスホン酸などに変換した、人工基質同族体を合成し、ファルネシル二リン酸合成酵素の基質としての反応性を詳しく調べ、プレニルトランスフェラ-ゼ反応の基質における二リン酸部の意義を解明した。b)ホモアリル性基質同族体、(E__-)および(Z__-)-3-メチル-3-ペンテニル二リン酸はよい基質となり、前者の反応生成物には(S__-)-4-メチルが、また後者の反応生成物には(R__-)-4-メチルが導入されるが、これらの生成物の光学純度を検定した結果、これらの人工基質による反応においても酵素反応の立体特異性は完全に保持されていることが明らかとなった。2.ヘキサプレニル二リン酸合成酵素について:2つの必須成分AとBに分離するこの酵素の活性発現に重要なアミノ酸残基はCysとArgであり、これらはいずれも成分B上に存在していることを証明した。さらに、この酵素が活性発現状態にあるのは、基質Mg^<2+>複合体と成分AおよびBが集合して、みかけの分子量50kDaの比較的安定な複合体を形成している状態であることを証明した。3.ウンデカプレニル二リン酸合成酵素について:人工基質、3-メチル-3-ペンテニル二リン酸の反応生成物は、常にプレニル鎖延長反応が1回のみで終結したものになっていることを明らかにしたが、この酵素反応の速度論的解析から、アリル性基質の4位にメチル基が導入されると、酵素の基質結合部位に正しく結合できなくなることがわかった。4.植物のポリプレニル二リン酸合成酵素について:クワの葉より、Z__-、E__--混合型のポリプレニル二リン酸合成酵素を抽出、部分精製した。この酵素反応の立体化学を直接的に証明した結果、植物のポリプレノ-ル生合成系では酵素反応の立体化学が動物や微生物の酵素とは反対であると報告されていた論議が誤りである可能性を指摘した。1.ウンデカプレニルニリン酸合成酵素:a)従来の酵素と異なり、界面活性剤の添加が不要な酵素画分をM.luteus変異株に見い出したが、菌体脂質がこの酵素の活性化効果を示していたことがわかった。b)ホモアリル性基質類縁体、3-メチル-3-ペンテニルニリン酸の【Z!_】体は全く基質とならないが、【E!_】体はよい基質であることを見い出した。生成物の解析から、鎖延長反応が1回のみで終結していることが示された。さらに、アリル性基質の4位にメチル基を導入すると、基質としての反応性が失われてしまうことも明らかとなり、シス型鎖延長反応と触媒するこの酵素の活性部位における基質の結合状態と縮合停止に関する機構を説明できた。2.ヘキサプレニルニリン酸合成酵素:この酵素は通常2つのタンパク成分(AとB)に解離しており、各々が混合して酵素活性が発現されることは既に報告済みだが、活性発現に必須なアミノ酸残基としてCysとArgがいずれも成分B上に存在していることを証明した。さらに基質とMg^<2+>の存在下で両成分は50kDaの安定な酵素活性を発現する会合体をとっていることが示され、この会合体の形成と分解によって、水に不溶性のポリプレニル体を高率よく生成できる酵素反応機構が示唆される。3.植物のポリプレノール生

合成:ポリプレニルニリン酸合成酵素の立体化学が動物や微生物の酵素とは反対であると示されていた植物の酵素として桑の葉よりの酵素の抽出に成功し、酵素反応の立体化学を精査した結果、植物の酵素も他の生物と同一の立体化学であることを立証した。4.ファルネシルニリン酸合成酵素:基質のニリン酸部をメチレンジホスホン酸などに変換した人工基質類縁体に対する反応生を調べた結果、プレニルトランスフェラーゼ反応での基質におけるニリン酸部は、アリル性基質ではよい脱離基として、またホモアリル性基質では求核的効果を示すものとして重要な役割をしていることが示唆された。1.ファルネシル二リン酸合成酵素について:人工のホモアリル性気質同族体、3-メチル-3-ペンテニル二リン酸はこの酵素のよい基質となり、(Z__ー)ー体および(E__ー)-体よりそれぞれ(S__ー)および(R__ー)-4-メチルファルネシル二リン酸が反応生成物となる。不斉中心を持つこれらの反応生成物の光学純度を検定したところ、いずれもほとんど100%であることがわかった。これらの人工基質による酵素反応も立体特異性が完全に保持されていることが明らかとなった。2.ヘキサプレニル二リン酸合成酵素について:2つの必須タンパク成分(AとB)より成るこの酵素の活性発現にはCysとArgが重要な働きをしていることを証明した。これらのアミノ酸残基はいずれも成分Bに存在しているが、CysとArgに選択的に反応する阻害剤を用いて、それらの阻害効果を成分AやMg^2^+あるいは基質の有無などの条件下で詳細に検討した。その結果、ヘキサプレニル二リン酸合成酵素の活性部位は成分AおよびBとの協同的作用により形成されることがわかった。さらにこの酵素が活性発現状態にあるのは、基質およびMg^2^+が存在している時であり、この状態では成分AとBおよび基質のMg^2^+複合体が集合して、分子量50KDaの比較的安定な複合体を形成していることが証明された。3.ウンデカプレニル二リン酸合成酵素について:ホモアリル性基質同族体、3-メチル-3-ペンチニル二リン酸のE-体はよい基質となるが、Z-体は全く反応しない。また、天然の基質では重合的縮合反応が8回連続して起こるのに、前者による酵素反応ではこの鎖延長反応がたった1回で終結してしまうことがわかったので、この場合の酵素反応生成物、4-メチル-ゲラニルゲラニル二リン酸による酵素反応の速度論的解析を行った。その結果、アリル性基質の4位にメチル基が導入されると、これは酵素の基質結合部位に正しく結合できない立体障害となることがわかった。
電気物性を利用した氷点下における氷結晶形態の経時変化の非破壊計測

低温下での観察と電気物性が同時にできる装置を製作して,構造と電気物性(特に誘電損率)の測定・観察をおこなった.まず,凍結した超純水を試料として基礎的な傾向をつかみ,ついで,氷晶の形態を定量化する目的で果糖水溶液を凍結させた試料を用いた.実験は,ITO膜を二枚のガラス面に蒸着して作成した電極に試料をはさみ,氷晶の観察と電気物性が測定できる装置を製作して用いた.超純水をもちいて,可視光で粒界が確認出来ない状態の氷(単結晶氷)と,急冷してできた多結晶氷のそれぞれについて一定の氷点下温度で保持して,氷晶の様子と誘電損失スペクトルを測定した.その結果,単結晶氷の誘電損失スペクトルには経時変化が見られなかったが,多結晶氷の場合は氷晶が粗大化し,誘電損失スペクトルのピーク周波数が高周波側にシフトすると共に,誘電損率の値も大きくなることが分かった.ついで,純水を凍結させた多結晶氷からは氷晶の幾何的特徴が定量化できないことから,30wt%程度の果糖水溶液を試料として円柱状の氷晶を生成させ,純水の場合と同様に一定の氷点下温度に保持して,氷晶の固相率,平均粒径や粒界長さの密度と誘電損失スペクトルを測定した.その結果,固相率が一定に保たれたまま,平均粒径は大きく,粒界長さの密度は低くなり,それらの変化とほぼ1対1の関係で誘電損失スペクトルのピーク周波数が高周波側にシフトすると共に,誘電損率の値も大きくなることが分かった.氷晶の構造のうち,何が誘電損失スペクトルのピーク周波数の変化に反映しているか調べる為に,測定された電気物性をCole-Coleプロットで記述した.その結果,測定された誘電損失は緩和型の損失であり,損失のピーク周波数の変化は静電場における誘電率が時間と共に上昇していることが原因であることが分かった.低温下での観察と電気物性が同時にできる装置を製作して,構造と電気物性(特に誘電損率)の測定・観察をおこなった.まず,凍結した超純水を試料として基礎的な傾向をつかみ,ついで,氷晶の形態を定量化する目的で果糖水溶液を凍結させた試料を用いた.実験は,ITO膜を二枚のガラス面に蒸着して作成した電極に試料をはさみ,氷晶の観察と電気物性が測定できる装置を製作して用いた.超純水をもちいて,可視光で粒界が確認出来ない状態の氷(単結晶氷)と,急冷してできた多結晶氷のそれぞれについて一定の氷点下温度で保持して,氷晶の様子と誘電損失スペクトルを測定した.その結果,単結晶氷の誘電損失スペクトルには経時変化が見られなかったが,多結晶氷の場合は氷晶が粗大化し,誘電損失スペクトルのピーク周波数が高周波側にシフトすると共に,誘電損率の値も大きくなることが分かった.ついで,純水を凍結させた多結晶氷からは氷晶の幾何的特徴が定量化できないことから,30wt%程度の果糖水溶液を試料として円柱状の氷晶を生成させ,純水の場合と同様に一定の氷点下温度に保持して,氷晶の固相率,平均粒径や粒界長さの密度と誘電損失スペクトルを測定した.その結果,固相率が一定に保たれたまま,平均粒径は大きく,粒界長さの密度は低くなり,それらの変化とほぼ1対1の関係で誘電損失スペクトルのピーク周波数が高周波側にシフトすると共に,誘電損率の値も大きくなることが分かった.氷晶の構造のうち,何が誘電損失スペクトルのピーク周波数の変化に反映しているか調べる為に,測定された電気物性をCole-Coleプロットで記述した.その結果,測定された誘電損失は緩和型の損失であり,損失のピーク周波数の変化は静電場における誘電率が時間と共に上昇していることが原因であることが分かった.
酸化還元反応を触媒する集積型金属錯体の合成と機能

1)三核銅錯体の合成とこれを触媒とするアルカン類の酸素化反応の開発:tris(6-methylpyridyl)methane(L1)、または、bis(6-methylpyridyl)pyridylmethane(L2)とCuX_2(X=ClorBr)をMeOH中空気下で反応させ、NaOH及びNH_4PF_6を加えると、三核銅錯体[Cu(LnO)]_3(X)(PF_6)_2(n=1,X=Br,1;n=1,X=Cl,2;n=2,X=Br,3;n=2,X=Cl,4)が得られた。X線構造解析から、1-4の構造は、μ_3-X bridgeを持つ正三角形型の三核銅錯体であることがわかった。1-4は、H_2O_2を酸化剤とするシクロヘキサンの酸素化反応を触媒した。一方、単核及び二核銅錯体ではこのような触媒作用はほとんど見られなかった。従って、集積化によって銅イオンの酸化還元が容易になり、アルカンの酸素化を触媒できるようになったと考えられる。さらに、bis(6-methylpyridyl)phenylmethanol(L30H)を合成し、[Cu(L3O)]_3(Br)(PF_6)_2(5)を得た。5は、シクロヘキサンの酸素化反応に対して約50回という高いturnover数を示した。従来から銅は、鉄やマンガンに比べて、単独ではアルカン類を酸素化する能力が低いと考えられてきた。しかし、銅イオンでも、集積化すれば、アルカン類を比較的効率よく酸素化することができることを示すことができた。2)銅イオンが触媒するフェノール類の酸素酸化反応における金属集積化の効果:フェノールやカテコールのO_2-酸化反応は、銅(II)イオンによって触媒され、活性種は四核銅錯体であると考えられてきた。しかし、これを実証した例はない。生体内では、活性中心に4つの銅イオンを持つマルチ銅タンパク質がフェノールなどを含む様々な基質のO_2-酸化反応を触媒している。我々は、これらの金属集積化効果を実証し、その理由を解明するために、二核及び四核銅錯体を合成してその構造を決定するとともに、これらが触媒するフェノール類のO_2-酸化反応を速度論的に検討した。その結果、カテコールのO_2-酸化反応が四核銅錯体によって加速されることが示された。実際に、大環状配位子によって集積化された四核銅錯体が最も大きな反応速度を与えた。この反応全体の律速段階は、O_2の還元反応である。O_2の還元では1電子移動は熱力学的に不利な過程で、2電子移動が要求される。従って、実際の律速段階の反応は、{Cu_2(I,II)}_2からO_2への2電子移動となる。即ち、銅イオンが触媒する基質のO_2-酸化反応は、主にO_2の還元が律速段階であり、この過程には2(または4)電子移動が要求される。これが、金属集積化効果の原因である。

実際に、大環状配位子によって集積化された四核銅錯体が最も大きな反応速度を与えた。この反応全体の律速段階は、O_2の還元反応である。O_2の還元では1電子移動は熱力学的に不利な過程で、2電子移動が要求される。従って、実際の律速段階の反応は、{Cu_2(I,II)}_2からO_2への2電子移動となる。即ち、銅イオンが触媒する基質のO_2-酸化反応は、主にO_2の還元が律速段階であり、この過程には2(または4)電子移動が要求される。これが、金属集積化効果の原因である。