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カチオンプールの炭素-炭素多重結合への付加を基軸とする多成分反応の開発

炭素-炭素多重結合もつ不飽和化合物に対して、求核剤および求電子剤を付加させる三成分型反応は、多成分反応の最も基本的な様式の一つであるが、炭素カチオンを求電子剤として反応を開始させ、求核剤で反応を終結する反応例は極めて少ない。本研究では、カチオンプール法によって蓄えた炭素カチオンを用いることにより、この形式の反応開発を行った。その結果、分子内カルボヒドロキシル化反応へと展開することによる高立体選択的テトラヒドロフラン環の構築法、および連続的炭素-炭素結合形成にもとづくキラルなジアミノアルコール類の高立体選択的合成法を開発することに成功した。炭素-炭素二重結合や三重結合などのπ電子をもつ不飽和化合物に対して、求核剤および求電子剤を付加させる三成分型反応は、多成分反応の最も基本的な様式の一つである。しかしながら、炭素カチオンを求電子剤として反応を開始させ、求核剤で反応を終結させている反応例は極めて少ない。本研究では、申請者らが最近開発した「カチオンプール法」を用いて発生・蓄積したN-アシルイミニウムイオンやアルコキシカルベニウムイオンなどの反応性に富む炭素カチオンを、求電子剤として炭素-炭素多重結合と反応させることにより新たな炭素カチオンのプールを作り、これに各種求核剤を作用させる反応の開発を目的として研究を行った。本年度は、N-アシルイミニウムイオンと分子内にヒドロキシル基あるいはカルボキシル基をもつアルケンの反応を中心に検討を行った。本研究では、すでに我々が報告しているアルケンとメトキシカルボニル基をもつN-アシルイミニウムイオンの[4+2]付加環化反応を抑制するため、新たにエトキシカルボニル基をもつN-アシルイミニウムイオンを設計し、反応に用いた。その結果、アルケン部位にN-アシルイミニウムイオンが付加し、生成するカチオンにヒドロキシル基あるいはカルボキシル基が攻撃することを見出した。分子内にヒドロキシル基をもつアルケンからはテトラヒドロフラン環が、カルボキシル基をもつアルケンからはγ-ラクトンが効率よく生成した。また、アルケンの置換様式により、endo/exo選択性を完全に制御してこれらの5員環生成物が形成できることがわかった。本年度は昨年度に引き続き、申請者らが最近開発した「カチオンプール法」を用いて発生・蓄積したN-アシルイミニウムイオンと分子内にヒドロキシル基あるいはカルボキシル基をもつアルケンの反応を中心に検討を行った。本研究では、すでに我々が報告しているアルケンとメトキシカルボニル基をもつN-アシルイミニウムイオンの[4+2]付加環化反応を抑制するため、エトキシカルボニル基をもつN-アシルイミニウムイオンを反応に用いた。昨年度までに、アルケン部位にN-アシルイミニウムイオンが付加し、生成するカチオンにヒドロキシル基あるいはカルボキシル基が攻撃することを見出していたが、この反応が、とくに、種々のヒドロキシル基をもつアルケンに対して適応でき、テトラヒドロフラン環の立体選択的形成に極めて有効であることがわかった。とくに、3-ブテノール誘導体を用いた反応においては、アルケンの幾何異性に応じて、生成物のcis/transが完全に作り分けることができることがわかった。また、この反応の選択性発現機構を水酸基をエーテルに変えたオレフィンを用いて行うことにより、反応の位置および立体選択性に関する考察も行った。1.分子内反応への展開炭素カチオンを鍵中間体とする分子内環化反応は多様な炭素骨格を形成する手段としてさまざまな合成反応に用いられている。本年度および繰越年度は、分子内に炭素-炭素多重結合と水酸基をもつ化合物への炭素カチオンプールの付加とそれに伴う連続的分子内環化反応の開発をめざして研究を行った。具体的には、カチオンプール法を用いて蓄えたN-アシルイミニウムイオンと水酸基をもつ様々なオレフィンとの反応を検討した。N-アシルイミニウムイオンと4-ペンテノールの反応を行うとexo環化が進行し、高収率でテトラヒドロフラン環化合物が生成した。これに対し、4-メチル-3-ペンテノールとN-アシルイミニウムイオンの反応ではendo環化が選択的に進行した。また、3-オクテノールとの反応は、endo環化が選択的に進行した。この際、E体からはtrans生成物が、Z体からはcis生成物がそれぞれ立体選択的に得られた。いずれの反応も、N-アシルイミニウムイオンとオレフィンが反応することにより生成した炭素カチオンに対して、アルコール酸素が分子内求核攻撃することにより進行しているものと考えられる。2.キラルな化合物合成への応用

これまでに見出した、三成分反応において、反応の立体選択性は比較的良好なものが多い。これは、カチオン中心に対するカルボニル基の分子内配位がいわゆる隣接基関与と同様な効果をもたらすことで、求核剤によるトラップにおける立体が決定しているためであると思われる。そこで、キラルなエナミン誘導体を炭素-炭素多重結合ユニットに用いた三成分反応を試みた。N-アシルイミニウムイオンとキラルなエナミンを加えこれに、炭素求核剤を作用させると、単一の立体化学をもつ三成分体が生成した。これを加水分解することにより、キラルなジアミノアルコールへと導くことにも成功した。また、これをマイクロ反応システムで行うことにより、反応効率が著しく向上することがわかった。
圧縮成形の高速化と疲労強度の最大化を実現する繊維強化複合材料の開発

炭素繊維強化熱可塑性プラスチック(熱可塑性CFRP)の信頼設計において最も重要な面外特性に着目して,その疲労強度の発現メカニズムを解明するため,まず面外方向基本特性の検出を試みた.そのために,熱可塑性CFRPの成形板から矩形断面の試験片を切り出し,目違いに溝を加工してそこに圧縮負荷を与えることによって,面外せん断変形を与えるという,標準規格試験法を応用し,その目違い溝の深さを従来より深く加工して面外変形領域を拡大する試験法によって応力ひずみ関係を直接取得するための計測システムを活用した.その過程で,面外ひずみを,DIC(デジタルイメージコリレーション)という画像解析ツールによってひずみ分布を測定する方法を検証した.画像に収める画角は試験片サイズから極狭い領域であり,カメラ・レンズの高精度化が課題であったが,光軸方向の誤差を抑えつつ,レンズ収差が小さいテレセントリックレンズを用いることを試みた.同時に,有限要素法(FEM)を用いた数値シミュレーションによって,ひずみ分布の広がり方や絶対値を求め,DICによって測定されたひずみ分布が理論的に妥当なものかどうかを検証した.その結果,DICとFEMによるひずみ分布が一致することが確認でき,面外応力ひずみ関係を初めて明確に精度高く測定することができた.一方で,同じ熱可塑性CFRPを用いてその疲労特性を評価した.疲労限度線図によって応力比の影響を定量的に扱えるかどうかを検証するとともに,環境温度の変化による影響を調査した.その結果,曲げ疲労においては圧縮側の層間剥離を伴う亀裂進展が確認でき,最終的に破断に至ることが確認できた.高温条件下では静的強度比で相対的に耐久性が上がることが分かり,樹脂の高延性化=高靭性化の影響が推察された.つまり,疲労特性においてはマトリックス樹脂の特性が支配的であることが分かった.DIC(画像相関法)によって,極小領域のひずみ測定の高精度化まで実現でき,それによって熱可塑性CFRPの面外特性の非線形挙動を明らかにできた.さらに,疲労試験によって,特に樹脂の塑性挙動に起因すると推測される,面外方向の層間剥離による疲労メカニズムまで分析できた.面外特性と圧縮流動における定量的なメカニズムまでは未解明であるが,塑性挙動と粘性挙動の実験結果から類似の傾向を示すことが確認できている.熱可塑性CFRPの面外特性の疲労実験を推進し,同時に,樹脂の疲労挙動も実験によって明らかにして,樹脂塑性力学と面外疲労メカニズムの相関関係を明確にする.数値解析シミュレーションあるいは簡単な力学モデルを構築して,疲労特性を定量的に予測できる手法を検討する.炭素繊維強化熱可塑性プラスチックの信頼設計において最も重要な面外引張特性に着目して,その疲労強度の発現メカニズムを解明するため,まず面外引張方向基本特性の検出を試みた.そのために,湾曲部を有するL字型試験片の4点曲げ試験によって湾曲部の半径方向に引張変形を与えるという,標準規格試験法を応用し,その湾曲部の応力ひずみ関係を直接取得するための計測システムの構築を検討した.その過程で,湾曲部の面外引張応力および半径方向の分布は,湾曲部形状・寸法と4点曲げ方式によって与える曲げモーメントから計算で求められるが,面外引張ひずみはひずみゲージなどの従来型センサーではゲージ範囲で平均化されるために分布を求めることが困難であることが分かった.そこで,DIC(デジタルイメージコリレーション)という画像解析ツールによって湾曲部全域のひずみ分布を測定する方法を検証したところ,曲げモーメントの増加に伴って湾曲部半径方向(面外方向と同一)中央付近が最大となり,山なりにひずみが増加する挙動をつかむことができた.一方で,画像の撮影には画素数の大きい市販のデジタルカメラを用い,湾曲部を拡大するために望遠レンズを用いたが,レンズの焦点距離などの関係でピクセル当たり解像度(空間分解能)には制限があることが分かり,また,レンズ収差などによってひずみ分布解析における精度の低下が考えられた.そこで,レンズ収差を抑制できる手法を検討した.その結果,テレセントリックレンズが有効であることが分かり計測システム改善の準備を進めた.さらに,面外引張挙動を有限要素解析によって把握できるよう,繊維周りに樹脂が存在して繊維直角方向に変形を与えるモデルを作成して数値解析を実施した.その結果,繊維周りに樹脂のひずみが集中して,最終的には樹脂そのものが破断するような挙動を再現できた.L字型試験片を用いた面外引張特性の検出において,ひずみ値の直接計測の精度が想定以上に低かったため,精度を改善するための施策を検討するのにやや時間がかかった.具体的には,デジタルカメラと拡大レンズの組み合わせにおいて試験片湾曲部を拡大撮像する際に,高い画素数のものを用いてはいるものの拡大範囲が限られ,かつ,レンズ収差の影響で取得した画像におけるピクセル解像度が低くなってしまったことが原因と考えられた.代替案としてテレセントリックレンズの活用を考案して,その準備を進めている段階である.よって,当初年度内に一度は試験しようと計画していた疲労試験までは実行することができなかった.炭素繊維強化熱可塑性プラスチック(熱可塑性CFRP)の信頼設計において最も重要な面外特性に着目して,その疲労強度の発現メカニズムを解明するため,まず面外方向基本特性の検出を試みた.そのために,熱可塑性CFRPの成形板から矩形断面の試験片を切り出し,目違いに溝を加工してそこに圧縮負荷を与えることによって,面外せん断変形を与えるという,標準規格試験法を応用し,その目違い溝の深さを従来より深く加工して面外変形領域を拡大する試験法によって応力ひずみ関係を直接取得するための計測システムを活用した.

その過程で,面外ひずみを,DIC(デジタルイメージコリレーション)という画像解析ツールによってひずみ分布を測定する方法を検証した.画像に収める画角は試験片サイズから極狭い領域であり,カメラ・レンズの高精度化が課題であったが,光軸方向の誤差を抑えつつ,レンズ収差が小さいテレセントリックレンズを用いることを試みた.同時に,有限要素法(FEM)を用いた数値シミュレーションによって,ひずみ分布の広がり方や絶対値を求め,DICによって測定されたひずみ分布が理論的に妥当なものかどうかを検証した.その結果,DICとFEMによるひずみ分布が一致することが確認でき,面外応力ひずみ関係を初めて明確に精度高く測定することができた.一方で,同じ熱可塑性CFRPを用いてその疲労特性を評価した.疲労限度線図によって応力比の影響を定量的に扱えるかどうかを検証するとともに,環境温度の変化による影響を調査した.その結果,曲げ疲労においては圧縮側の層間剥離を伴う亀裂進展が確認でき,最終的に破断に至ることが確認できた.高温条件下では静的強度比で相対的に耐久性が上がることが分かり,樹脂の高延性化=高靭性化の影響が推察された.つまり,疲労特性においてはマトリックス樹脂の特性が支配的であることが分かった.DIC(画像相関法)によって,極小領域のひずみ測定の高精度化まで実現でき,それによって熱可塑性CFRPの面外特性の非線形挙動を明らかにできた.さらに,疲労試験によって,特に樹脂の塑性挙動に起因すると推測される,面外方向の層間剥離による疲労メカニズムまで分析できた.面外特性と圧縮流動における定量的なメカニズムまでは未解明であるが,塑性挙動と粘性挙動の実験結果から類似の傾向を示すことが確認できている.当初計画から遅れた面外引張特性における応力ひずみ関係の検出については,ひずみ値の直接計測の精度を改善して再試験を実行する.それから面外挙動を明らかにする.そして,有限要素解析によって面外引張挙動が繊維周りの樹脂の塑性挙動によって支配的であるかどうか,仮説を検証して塑性構成式をベースとした樹脂破壊による強度予測の理論モデルを考案する.同時に,L字型疲労試験を実施して,サイクル数と剛性低下の関係から面外損傷進展を関係曲線によって定式化して,前述の強度予測理論モデルとの関係を求める.また,当初計画のとおり成形性の観点からは,樹脂の粘度が塑性挙動にも影響を受けるという仮説を実験的に検証,あるいは,過去文献などから説明する手法を検討する.熱可塑性CFRPの面外特性の疲労実験を推進し,同時に,樹脂の疲労挙動も実験によって明らかにして,樹脂塑性力学と面外疲労メカニズムの相関関係を明確にする.数値解析シミュレーションあるいは簡単な力学モデルを構築して,疲労特性を定量的に予測できる手法を検討する.カメラ画像による計測システムの構築に多少費用がかかった反面,計測システムの事前検証用試験片については,すでに所有していたものでまかない,また,それに想定以上の時間を要したため,当初予定していた試験片の準備が後ろ倒しになり,必要な試験片加工費が全くかからなかった.
癌性腹膜炎に対する細胞接着阻害剤S-DEX誘導体の開発と実用化の研究

(1)酸性多糖類S-DEXの腹膜転移の予防効果と臨床応用における問題点の解決について検討した。(A)まずマウスの腹腔内にS-DEX水溶液を投与し、体重変化、中毒症状、LDx量の計測、身体各臓器の病理学組織学検討、臓器重量等を検討した。投与後の体重減少は一時的で1週間以内に投与前の値に回復した。中毒症状は軽微であった。LD10は0.21mg/g、LD50は0.34mg/g、LD90は0.53mg/gであった。病理組織学的検討では、大腸粘膜の出血性炎症所見を認めたがこれも観察期間の終了とともに治癒していた。(B)S-DEXを家兎の腹腔内に投与してその副作用を検討した。臨床的投与量を十分に上回る0.01mg/kgの投与量における臨床検査に対する影響を検討した。血液臨床検査や末梢血液像のデータに異常を認めなかった。(C)次にラットを用いて腸管吻合部に対する安全性を検討した。ラットの小腸を端々吻合し、この吻合部にかかる破裂圧と縫合不全の頻度によってS-DEXの腸管吻合に対する悪影響を評価した。吻合部を外科用合成接着剤により被覆すれば、吻合部分に対する悪影響は完全に防止されることが明らかとなり、S-DEXは安全に投与されることが明らかになった。(2)マウス移植癌B-16メラノーマ細胞とヒト胃癌細胞株をもちいて、S-DEXの遺伝子レベルおよび蛋白レベルでその作用機序を解析したcDNAマイクロアレイを用いて、S-DEXを作用させた後のmRNAの強弱を経時的に測定した。その結果(A)細胞周期関連の遺伝子ではp-15、CDK4などの経時的増強、また細胞接着関連遺伝子ではIntegrinα6やIntegrinβ1、ICHの経時的減弱を認めた(B)蛋白レベルでは、Western blotでp-15の経時的増加とIntegrinβ1の経時的増加を認めた。このように、mRNAレベルと蛋白レベルでもS-DEXは癌細胞の細胞周期回転の抑制と細胞接着の阻害乍用を示すことが明らかとなた。これらの事から、S-DEX腹腔内投与は安全に腹腔内に投与できる薬品となりうることが示唆された。硫酸デキストラン誘導体の内で、分子量が約50万で生食中に溶解した時のPHが7.4に近いものを各種検討し、その内で多くのヒト癌細胞に対しても接着阻害作用を有するもの(S-DEX-50-99)を見出した。今年度の実験では、初年度の計画の予定に従い実験を行い、以下に述べるような結果を得た。(1) S-DEX-50-99は、複数種類のヒト消化器癌やヒト肉腫の細胞に対して、IN VITROでプラスチック壁への接着を低濃度で阻止した。この効果は、S-DEX-50-99を一旦作用させた後に、S-DEX-50-99を培養液から取り除いた後でも持続することが判明した。

(2)ビーグル犬を用いた腹腔内滞留実験では、S-DEX-50-99は分子量2万5000のものに比較して有意に腹腔内滞留性に優れていた。接着阻止効果は、腫瘍細胞と同時に投与しても、約30分以内に後投与しても、また約1時間前投与しても認められた。(4) S-DEX-50-99の安全性を検討するために、マウスやビーグル犬を用いた実験により、腹腔内投与時の急性毒性実験を行った。十分な接着阻止が可能な投与量の2倍の投与量(0.2mg/g)でも、観察期間の間に全く中毒症状、毒性死や病理組織学的検討上の異常所見は認められなかった。(5)各種の癌細胞に対する直接的殺細胞効果をIN VITROで検討した。アポトーシス検出キットとMTTアッセイによって、細胞に対するアポトーシスやネクローシス惹起を検討したが、各種腫瘍細胞や正常細胞の何れにおいてもネクローシスもアポトーシスを来さず、S-DEX-50-99はこれらの細胞に対する直接的な殺細胞効果を持たないことが明らかとなった。平成11年度の研究成果として以下のことが明らかとなった。S-DEX-50-5についてその細胞接着阻害作用のみならず接着状態の細胞の剥離作用と再接着阻止作用について検討した。その結果、S-DEX-50-5-Aは分裂増殖している癌細胞に対しては剥離作用を示すが、静止状態にある線維芽細胞に対しては剥離作用を示さないことが明らかとなった。また再接着を阻止する作用について癌細胞を用いて検討した結果、0.2mg/mlの濃度でS-DEX-50-5-Aを細胞に作用させた場合には、一旦S-DEX-50-5-Aを取り除いた後にも接着阻止作用は持続し、癌細胞は組織器質に接着出来なくなることが明らかになった。またS-DEX-50-5-Aはこの濃度では直接的な致死的細胞毒性は示さなかった。また動物における腹腔内投与時の毒性について検討した。その結果、治療に要する投与量すなわち体重当りのS-DEX-50-5-A投与量が0.01mg/gでは、マウスにおける毒性は全く認められず、有効量を十分に安全に投与できることが明らかとなった。これらのことから、S-DEX-50-5-Aは将来の臨床応用に有望な接着阻止剤となりうると考えられる。今後はS-DEX-50-5-Aに的を絞ってより詳細な検討を行う予定である。平成12年度の研究成果として、動物実験の結果、以下のことが明らかとなった。(1)S-DEX50-5Hは腹腔内での滞留性に優れる一方で、全身の血液中への移行は極めて徐々であることが明らかになった。この薬剤動態は、腹腔内ではその薬理学的効果が非常に高い反面で、全身的にはその副作用が著しく低くなることが期待できる。(2)多くのS-DEX誘導体の中から将来的に臨床応用が期待できる化合物としてS-DEX50-5Hを開発した。S-DEX50-5Hは、マウスにおける急性毒性試験で極めて安全に使用が可能であることが明らかになった。(3)S-DEX50-5Hは癌の腹膜転移の好発部位である乳斑の部位における癌細胞の接着・着床を阻止するのみならず、手術操作によって傷害された腹膜部位に対する癌細胞の接着・着床をも有効に阻害することが明らかとなった。(4)S-DEX50-5Hは癌細胞の接着を阻害するのみならず、癌細胞の細胞回転をブロックしてG1相に留めるいわゆるG1ブロックを引き起こすこと、またG1ブロックは接着発育型の細胞のみならずP388などの自由細胞で増殖する細胞でも起こること、これらの細胞は接着因子や細胞内骨格を作成する遺伝子が抑制され、またサイクリンやサイクリンカイネースの遺伝子も抑制されること、しかしアポトーシスやネクローシスは引き起こさないこと、などがあきらかになった。
アレルギー性鼻炎における血小板活性化因子(PAF)の検討およびその分解酵素の役割

鼻アレルギーの病態における血小板活性因子(PAF)およびその分解酵素であるPAFアセチルヒドラーゼ(PAF-AH)の役割について検討するために、季節中のスギ花粉症患者の誘発鼻汁など血清を用いて実験を行った。スギ抽出液により作製したディスクを用いて誘発し、15分後の鼻汁を採取し実験に用いた。サンプル中のPAF-AH活性はMiwa etalの方法に準じてRIA法にて測定した。その結果、現在まで検討した全例においてPAF-AH活性を検出し、これを定量した。さらに鼻汁中のPAF-AHの特性を血漿ならびに細胞質画分のPAF-AHと比較検討するため、それぞれをTrypsin,EGTA,EDTA,pBPB(p-Bromophenacyl Bromide),NaF(Sodium Fluoride),DTNB(5,5、-Dithio-bis-(2-Nitrobenzoic Acid)で処理し、残存したPAF-AH活性を測定した。その結果、誘発鼻汁中のPAF-AHは、炎症、アレルギー反応に深く関与する血漿型のPAF-AHであることが判明した。現在鼻アレルギー患者の血清及び鼻汁中のPAF-AH活性値と臨床症状についての関連を検討するために、データーを集積し、解析中である。
副腎皮質病態解析のためのtargeted steroidomics研究

染色体異常等による副腎の過形成/低形成に基づく原発性の副腎皮質ホルモン産生異常は難治性のものが多く、早期の診断と治療が必要となる。本研究では、このような疾患の早期診断を目的として、コルチゾールおよびその生合成前駆体/代謝関連化合物の微量定量を、少量の生体試料で行えるよう、プロトン親和性誘導体とLC-ESI-MS/MS法を用いて構築した。本研究では、定量用の重水素標識内標準物質の調整、18ーオキソコルチゾールの合成をはじめ、各種プロトン親和性誘導体の有用性を精査し、ピコリン酸エステル誘導体が最も優れていることを見出し、誘導体の副腎皮質ホルモン産生異常疾患の診断への応用を展開した。18-オキソコルチゾールをLC-ESI-MS/MS法を用いて定量するための重水素標識した内標準物質の化学合成法を検討した。ビスメチレンジオキシ(BMD)基で側鎖を保護したコルチゾンを出発原料に、NaOD/MeODを用いて活性水素を重水素に置換し、ただちにMeOD/NaBD4でカルボニル基を還元した。ついで活性二酸化マンガンで3位水酸基を選択的に酸化してBMD-[2,2,4,9a,11a,12,12-D7]-コルチゾールとした。BMD-[2,2,4,9a,11a,12,12-D7]-コルチゾールをNOCl/ピリジンで処理し、重要中間体である11b-nitrite体とした。11-Nirite体を窒素気流下、Barton反応に付し18-oxime体としたのち、3工程で目的とする重水素標識した18-オキソコルチゾールを得た。質量スペクトルにより、標識された水素は9a11a、12aおよび12b&#61538;の4箇所であった。一方、重要中間体である11b-nirite体を酸素気流下、Barton反応に付し18-nitro体としたのち、重水素標識した18-ヒドロキシコルチゾール-BMDを得た。合成した内標準物質を用いて、まず18-オキソコルチゾールのプロトン親和性誘導体化によるLC-ESI-MS/MS法の確立を行った。前年度までの研究において17-20,20-21-bismethyleledioxy[2,2,4,9a,11a,12,12-d7]-cortisolを出発原料として得た17-20,20-21-bismethyleledioxy [9a,11a,12,12-d4]-18-oxo-cortisolについて、保護基の除去を検討した。フッ化水素酸あるいは希硫酸で脱保護を行ったところ、いずれの方法でも脱保護は可能であったが、収率は2-3 %程度であった。得られた化合物を内標準物質として、18-エトキシ-21-ピコリン酸エステルあるいは、18-エトキシ-21-フザリン酸エステルとし検量線を作成した。いずれの誘導体を用いても良好な直線性が得られた。18-oxo-cortisolのLC-ESI-MS/MSによる検出感度は、18-エトキシ-21-フザリン酸エステルの方が18-エトキシ-21-ピコリン酸エステルの方が4倍高いことが判明した。これまで検討してきた副腎皮質ホルモン類(cortisol、cortisone、11-deydrocortisol、aldosteroneおよびそれらの代謝物)に加え、18-oxo-cortisol、18-OH-cortisolをプロファイルに加えることが可能となった。染色体異常等による副腎の過形成/低形成に基づく原発性の副腎皮質ホルモン産生異常は難治性のものが多く、早期の確実な診断と治療が必要となる。本研究では、コルチゾールに代表される副腎皮質ホルモンの先駆体や代謝物を含む一斉分析法の開発と診断への応用の達成を目的として、我々が開発したプロトン親和性誘導体化とLC-ESI-MS/MS法を駆使した「副腎皮質病態解析のためのtargeted steroidomics研究」を行った。まず、微量定量法の確立を行うため、コルチゾールの生合成・代謝に関連するステロイドの重水素標識内標準物質の合成を行った。入手困難な18-oxo-cortisol及びその重水素標識内標準物質は、コルチゾール及び重水素標識コルチゾールを出発原料に部分合成した。プロトン親和性誘導体として、21位水酸基をターゲットしたピコリン酸やフザリン酸を導入した分子を調製した。これらの誘導体はLC-ESI-MS/MSに極めて高感度に応答することを見出した。また、開発した誘導体化とLC-ESI-MS/MSによる検出は、特定の分子だけでなく、アルドステロンを含むコルチゾールの生合成・代謝に関わる前駆体や代謝物のプロファイリングに応用できることを明らかにした。確立したtargeted steroidomics手法を駆使して、副腎機能(過形成、低形成、酵素欠損、がん化)の状態による各成分の濃度変化との関連性や先天性代謝異常症の早期診断への応用研究を展開している。

本研究では、定量用の重水素標識内標準物質の調整、18ーオキソコルチゾールの合成をはじめ、各種プロトン親和性誘導体の有用性を精査し、ピコリン酸エステル誘導体が最も優れていることを見出し、誘導体の副腎皮質ホルモン産生異常疾患の診断への応用を展開した。重水素標識した内標準物質類の調製により、LC-ESI-MS/MSによる基本的なプロファイリング法の確立ができた。当初計画した、重水素標識18-hydroxycortisolの調製は、脱保護法が確立されておらず、未完成であるが、重水素化cortisol等の類縁物質を内標準物質として利用し、18-OH-cortisolが測定できることが判明している。分析化学18-Oxo-cortisol、18-OH-cortisolをプロファイルに加えた分析法がほぼ確立し、実用段階となったので、本法を用いて新生児の先天性副腎機能の正常と各種病態モデルとの間の遺伝子発現レベルをマーカーとした評価(臨床検体の測定)に応用中である。さらに、18-Oxo-cortisolおよび18-OH-cortisolの誘導体化を工夫した、原発性アルドステロン症の確定診断への応用についても検討中である。重水素標識していないコルチゾール-BMDを原料に数度予備実験を行い、合成ルートをシミュレーションした。標識された重水素のうち、安定な9a、11a、12aおよび12bの4箇所が残存し、Barton反応以後の反応過程で、活性水素に置換した重水素は脱離していた。重水素標識体に含まれる非標識体の割合は0.5%以下であり、LC-ESI-MS法における内標準物質として使用可能であることが、検量線の作成により判明している。重水素標識した18-ヒドロキシコルチゾール-BMDのBMD基の脱保護については、現在検討中である。18-ヒドロキシコルチゾールの内標準物質の合成が完了次第、アルドステロンを含むこれら18位が酸化されたステロイド類ならびにこれらの代謝前駆体および代謝物を含めたプロファイリングを、プロトン親和性誘導体化法を駆使して構築する。構築された手法を、副腎皮質モルモン類のtargeted steroidomicsに展開し、臨床検体測定への応用、副腎疾患の臨床診断法(原発性アルドステロン症、アジソン病、先天性副腎疾患の早期診断など)への実用化を検討する。旅費の支出額が予定より少なかったため。次年度の使用計画に繰越、旅費などの支出に充当する。
局在プラズモンが示す近接場円偏光による光不斉化学反応場の開拓

局在プラズモン共鳴を示す金ナノ構造に円偏光を照射すると、構造キラリティーを持たず遠方場では光学不活性である場合でも近接場では局所的にキラリティーが観測され、近接場円偏光が生じる。本研究の目的は、未解明であるプラズモンによる近接場キラリティー発現の起源を明らかにし、近接場円偏光を分子との光不斉反応場へ展開することである。そのために、プラズモンナノ構造の形状と近接場の分光特性の関係を系統的に明らかにし、近接場と分子が強く相互作用可能な系の構築を行う。平成30年度は、局所キラリティー発現メカニズムについての仮説を提唱し、その仮説を時間領域差分法による電磁シミュレーションと多光子光電子顕微鏡(MP-PEEM)による局所的な増強電場の観察の両面から検証することを目的して研究を行った。特に、金ナノ構造に円偏光を照射した際の局在表面プラズモン共鳴による増強電場の空間分布および近接場スペクトル特性、そこから求められる近接場の円二色性に着目して研究を行った。近接場円二色性の発現機構がプラズモンモード間の干渉に由来すると考え、各モードの位相差が0となる波長でもっとも強い円二色性が得られるという仮説を立てた。その検証のため、様々なアスペクト比を有する金ナノ長方形を電子線リソグラフィ-リフトオフ法を用いて作製し、その近接場円二色性についてシミュレーションとMP-PEEMの双方を用いて系統的に検討したところ、すべての構造において仮説を支持する結果が得られた。平成30年度の当初目標は、構造作製と近接場円二色性スペクトルの測定と電磁界解析シミュレーションとの照合であったが、上述の通り本目標は十分に達成できた。加えて、本成果から得られたもっとも重要な示唆は、各プラズモンモードの共鳴波長における位相情報と、近接場スペクトルの形状から近接場円二色性スペクトルを予測可能であるということであり、このことから近接場におけるキラリティー発現の一般則解明に大きく近づいたと考えられる。これは研究開始当初には予測し得なかった、近接場キラリティーの本質に迫る極めて重要な成果である。平成31年度はより広い波長域で、高いSN比を持った近接場円二色性スペクトルを取得する。そのために、光電子顕微鏡に新たな光源、偏光板を導入する。また、長方形以外のナノ構造についても同様に近接場円二色性について検討し、実績項で述べた一般則が成り立つかどうか検証する。さらに、ラマン散乱計測などを通して、近接場円二色性が化合物に与える影響について検討する。これらを通して、不斉反応に最適と考えられるナノ構造とその配置を決定する。令和2年度はアミノ酸誘導体を含むラセミ化合物をナノ構造上に配置し、特定の光学異性体の選択的分解を試みる。鏡像体過剰率を増幅するための自己触媒反応や種々の分析手段を駆使してアキラルなナノ構造上における不斉反応を証明する。

令和2年度はアミノ酸誘導体を含むラセミ化合物をナノ構造上に配置し、特定の光学異性体の選択的分解を試みる。鏡像体過剰率を増幅するための自己触媒反応や種々の分析手段を駆使してアキラルなナノ構造上における不斉反応を証明する。
創傷治癒過程におけるインスリン様成長因子の役割の解明

遺伝子組み替え技術を用い、pcDNA3プラスミドにケラチン14プロモーターおよびdominant-negative typeのインスリン様成長因子レセプターを組み込み、導入遺伝子の作製した。次に大腸に形質変換して大量培養後、導入遺伝子を組み込んだpcDNA3プラスミドのDNAを抽出した。抽出した導入遺伝子を組み込んだpcDNA3プラスミドのDNAを制限酵素で切断し、目的とする導入遺伝子を電気抽出後、カラムにて精製した。精製した導入遺伝子はシークエンスにて確認した。雌マウスをホルモンにより排卵誘発後、雄マウスと交配させ受精卵を取り出し培養した。マイクロマニュピレーターにより精製遺伝子を取り出した受精卵に顕微鏡下で注入し、遺伝導入を行った。遺伝子導入をした受精卵を培養、観察した。精管を結紮した雄マウスと不妊交配して得られた偽妊娠雌マウスに生存した受精卵を移植して出産させた。出産したマウスの尾よりDNAを抽出、精製してサザンブロット法およびPCR法にて導入遺伝子の組み込まれの有無を確認する。しかし、他の遺伝子導入マウスでは、陽性個体を認めているのだが、現在陽性個体を認めていない。陽性個体を確認後、繁殖を行い、皮膚の性状および免疫組織化学的に観察する。さらに、背部に一次治癒および二次治癒する創を作製および植皮を行い、その治癒過程を正常マウスや糖尿病マウスと力学的、免疫組織化学的に比較観察する。マウスとヒトでは創傷治癒過程に種特異性による差があると考えられているが、我々は、ヒトのケロイドの線維芽細胞においても正常に比べインスリン様成長因子レセプターが有意に発現が増加しているのを確認しており、ヒトにおいてもインスリン様成長因子が創傷治癒に大きく関与していることが、示唆された。(第6回日本形成外科学会基礎学術集会にて発表)今後、さらに検討を重ねていきたい。次に大腸菌に形質変換して大量培養後、導入遺伝子を組み込んだpcDNA3プラスミドのDNAを抽出した。マイクロマニュピレーターにより精製遺伝子を取り出した受精卵に顕微鏡下で注入し、遺伝子導入を行った。現在、出産したマウスの尾よりDNAを抽出、精製してサザンブロット法およびPCR法にて導入遺伝子の組み込まれの有無を確認中である。今後は、陽性個体を観察後、繁殖を行い、皮膚の性状および免疫組織化学的に観察する。次に、背部に一次治癒および二次治癒する創を作製および植皮を行い、その治癒過程を正常マウスや糖尿病マウスと力学的、免疫組織化学的に比較観察する。遺伝子組み替え技術を用い、pcDNA3プラスミドにケラチン14プロモーターおよびdominant-negative typeのインスリン様成長因子レセプターを組み込み、導入遺伝子を作製した。抽出した導入遺伝子を組み込んだpcDNA3プラスミドのDNAを制限酵素で切断し、目的とする導入

遺伝子を電気抽出後、カラムにて精製した。精製した導入遺伝子はシークエンスにて確認した。雌マウスをホルモンにより排卵誘発後、雄マウスと交配させ受精卵を取り出し培養した。マイクロマニュピレーターにより精製遺伝子を取り出した受精卵に顕微鏡下で注入し、遺伝子導入を行った。遺伝子導入をした受精卵を培養、観察した。精管を結紮した雄マウスと不妊交配して得られた偽妊娠雌マウスに生存した受精卵を移植して出産させた。出産したマウスの尾よりDNAを抽出、精製してサザンブロット法およびPCR法にて導入遺伝子の組み込まれの有無を確認する。しかし、他の遺伝子導入マウスでは、陽性個体を認めているのだが、現在陽性個体を認めていない。陽性個体を確認後、繁殖を行い、皮膚の性状および免疫組織化学的に観察する。さらに、背部に一次治癒および二次治癒する創を作製および植皮を行い、その治癒過程を正常マウスや糖尿病マウスと力学的、免疫組織化学的に比較観察する。マウスとヒトでは創傷治癒過程に種特異性による差があると考えられているが、我々は、ヒトのケロイドの線維芽細胞においても正常に比ベインスリン様成長因子レセプターが有意に発現が増加しているのを確認しており、ヒトにおいてもインスリン様成長因子が創傷治癒に大きく関与していることが、示唆された。(第6回日本形成外科学会基礎学術集会にて発表)今後、さらに検討を重ねていきたい。
ツマグロヨコバイ吸汁部位認識機構の解析

ヨコバイ類のような吸汁性昆虫の摂食行動は1)植物に定位する、2)口針を試し刺しする(feeding markの形成)、3)口針鞘を形成しながら目的の吸汁部位に到達する(口針鞘形成)、4)吸汁行動を開始する、と一般に言われている。しかしながら、「なぜ、吸汁性昆虫が目的の吸汁部位を認識し、口針を植物組織内の目的部位(篩管及び導管)に到達させ得るのか?」については未だ明かとなっていない。本研究では、吸汁性昆虫の摂食行動の化学的解析方法の確立および新しい化学的害虫防除の見地から、吸汁性昆虫(ツマグロヨコバイ)の吸汁部位認識機構解明を試みた。過去3年間の研究により、ツマグロヨコバイは口針を吸汁部位に到達させる前に、寄主認識物質(仮称)を認識し、その後口針を目的部位に到達させることが明らかとなり、その認識物質の構造をTricin 5-O-glucosideと同定した。この物質の生物学的意味を確定させる目的で同じくイネの吸汁性害虫であるセジロウンカとヒメトビウンカについてこの認識物質の単離・構造解析を調べたところ、いずれのウンカの場合もTricin 5-O-glucosideが寄主認識物質として作用することがわかった。すなわち、吸汁性昆虫の寄主範囲の決定には寄主認識物質が重要な役割を果たしていることがわかった。また、従来、probing刺激物質として報告されている化合物は広い意味での寄主認識物質であると考えられる。ヨコバイ類のような吸汁性昆虫の摂食行動は1.植物に定位する、2.口針を試し刺しする(feeding markの形成)、3.口針鞘を形成しながら目的の吸汁部位に到達する(口針鞘形成)、4.吸汁行動を開始する、と一般に言われている。ツマグロヨコバイにイネを摂食させ、その際に形成される口針鞘を植物のパラフィン切片法を用いて観察した。口針鞘の形成が始まっている部位・・・いずれの口針鞘も破生通気孔から形成が始まっていた。口針鞘の到達部位・・・・・・・・・・形成された口針鞘の90%以上が維管束に到達していた。これらの結果は、破生通気孔あるいはその周りの組織に、口針を維管束に到達させるための化学シグナル(吸汁部位認識物質(仮称))が存在するものと考えられた。吸汁部位認識物質(仮称)の抽出・単離・精製植物体をメタノールで抽出しヘキサンで脱脂して得られたイネの水溶性画分をパラフィルム越しにツマグロヨコバイに与えると、植物体内に形成される口針鞘と極めて類似した口針鞘が形成された。この抽出物中に吸汁部位認識物質が存在するものと考えられたことから、この生物検定装置を用いて、その口針鞘を形成させる物質の単離・精製中である。ヨコバイ類のような吸汁性昆虫の摂食行動は1)植物に定位する、2)口針を試し刺しする(feeding markの形式)、3)口針鞘を形成しながら目的の吸汁部位に到達する(口針鞘形成)、4)吸汁行動を開始する、と一般に言われている。

本研究では、吸汁性昆虫の摂食行動の化学的解析方法の確立および新しい化学的害虫防除の見地から、吸汁性昆虫(ツマグロヨコバイ)の吸汁部位認識機構解明を試みた。In vivoでの口針鞘形成の観察結果から、イネ中の破生通気孔周辺の組織に、口針を維管束に到達させるための化学シグナル{吸汁部位認識物質(仮称)}が存在するものと考えられたことから、この物質の単離を試みた。植物体をメタノールで抽出しヘキサンで脱脂して得られたイネの水溶性画分をパラフィルム越しにツマグロヨコバイに与えると、植物体内に形成される口針鞘と極めて類似した口針鞘が形成された。この抽出物中に吸汁部位認識物質が存在するものと考えられたことから、この生物検定装置を用いて、その口針鞘を形成させる物質の単離・精製を行い単独で高い活性を示すフラボノイド配糖体を単離し。その構造をTricin 5-O-glucosideと同定した。現在この化合物の生物学的意味について検討中である。ヨコバイ類のような吸汁性昆虫の摂食行動は1)植物に定位する、2)口針を試し刺しする(feeding markの形成)、3)口針鞘を形成しながら目的の吸汁部位に到達する(口針鞘形成)、4)吸汁行動を開始する、と一般に言われている。しかしながら、「なぜ、吸汁性昆虫が目的の吸汁部位を認識し、口針を植物組織内の目的部位(篩管及び導管)に到達させ得るのか?」については未だ明かとなっていない。過去2年間の研究により、ツマグロヨコバイは口針を吸汁部位に到達させる前に、寄主認識物質(仮称)を認識し、その後口針を目的部位に到達させることが明らかとなり、その認識物質の構造をTricin 5-O-glucosideと同定した。この物質の生物学的意味を確定させる目的で同じくイネの吸汁性害虫であるセジロウンカとヒメトビウンカについてこの認識物質の単離・構造解析を調べたところ、いずれのウンカの場合もTricin 5-O-glucosideが寄主認識物質として作用することがわかった。すなわち、吸汁性昆虫の寄主範囲と寄主認識物質には明確な正の関係があることがわかった。
アクチュエータの最大性能を効率的に用いる機械制御アルゴリズムの開発

平成17年度の研究実績の概要を以下に述べる.1.超高速サーボ系の設計法の構築:入力飽和の存在下で,既知のダイナミクスにより生成される目標入力に対し,制御量を定常的にオフセットを生じることなく,速やかに追従させる制御系の設計法を示した.この方法では,1)制御量が追従可能となる初期状態集合を明らかにしている,2)飽和状態を積極的に利用することで応答の高速化を達成している,3)設計問題は線形行列方程式と線形行列不等式を解く問題に帰着されており,効率的に解くことが可能などの有用な特徴を有している.2.可変振幅型多重飽和フィードバック制御則の構築とロボット制御への応用:状態量の値に応じて振幅が変化する飽和関数を直列結合した構造を有するフィードバック制御則を提案した.この制御則を用いることにより,飽和フィードバックのクラスで,直列積分器系の大域的漸近安定化と漸近的外乱除去が可能であることを理論的に示した.さらに,この制御則を,非ホロノミック移動ロボットの軌道追従制御問題に適用する方法を提案した.この手法を用いることにより,移動ロボットの初期位置が目標軌道から任意に離れていても,アクチュエータ飽和の存在下で目標軌道に移動ロボットを漸近的に追従させることが可能となる.さらに,目標軌道の曲率に応じて前進速度を制御する方法を提案した.3.VTOL航空機の飛行制御:非線形かつ不安定なダイナミクスを有するVTOL航空機のための,ゲインスケジュールドフィードバック制御器の設計法を提案し,その有効性を実験的に検証した.平成15年度の研究実績概要を以下に述べる.1.不安定系に対するAnti-windup設計法の構築:外部入力の振幅や初期状態集合の大きさを陽に考慮することで不安定系への適用が可能となった,新たなAnti-windup設計法を示した[1].新たに構築した設計法は,線形行列不等式(LMI)制約条件の下で,線形関数を最小化する問題に帰着されており,数値的最適化アルゴリズムを用いることで容易に実行することが可能である.[1]大元,和田,佐伯:Anti-windup性能の局所的評価と最適化;第46回自動制御連合講演会講演論文集,pp.1233-1236(2003)2.飽和フィードバック制御系のL2ゲイン解析条件の導出:飽和関数をポリトープ形式で表現し,さらに,パラメータ依存Lyapunov関数を用いた,新しいL2ゲイン解析条件を導出した.この解析条件は,(1)従来法よりも保守性が低いことが理論的に保証される,(2)完全なLMI条件に帰着されている,(3)設計条件も同様にLMIに帰着できるといった有用な特徴を持つ.さらに,このアイデアに基づく実時間最適化型制御則も導出した.これらの成果については,現在ジャーナル投稿中である.3.飽和フィードバック制御則のロボット制御への応用:双曲線正接関数を利用した状態フィードバック制御則を提案した[2].この制御則を用いると,制御入力の振幅をある値以下に抑えたまま,非ホロノミック型移動ロボットを任意の有界外乱の存在下でロバストに目標軌道に追従させることが可能となる.平成16年度の研究実績の概要を以下に述べる.1.パラメータ不確かさや外乱に対してロバストなモデル予測制御法の構築:入力の振幅制約の存在したで、パラメータ不確かさや外乱に対してロバストなモデル予測制御アルゴリズムの構成法を示した[1].新たに構築した設計法は,線形行列不等式(LMI)制約条件の下で,線形関数を最小化する問題に帰着されており,数値的最適化アルゴリズムを用いることで容易に実行することが可能である.[1]和田,齋藤,佐伯:l_2/l_∞外乱およびパラメータ不確かさを考慮した制約つきモデル予測制御;計測自動制御学会論文集,(2004)2.超高速サーボ系の設計法の構築:入力飽和の存在下で,既知のダイナミクスにより生成される目標入力に対し,制御量を定常的にオフセットを生じることなく,速やかに追従させる制御計の設計法を示した.この方法では,1)制御量が追従可能となる初期状態集合を明らかにしている,2)飽和状態を積極的に利用することでおん応答の高速化を達成している,3)設計問題は線形行列方程式と線形行列不等式を解く問題に帰着されており,効率的に解くことが可能などの有用な特徴を有している.3.飽和フィードバック制御則のロボット制御への応用:双曲線正接関数を利用した状態フィードバック制御則を提案した[2].この制御則を用いると,制御入力の振幅をある値以下に抑えたまま,非ホロノミック型移動ロボットを任意の有界外乱の存在下でロバストに目標軌道に追従させることが可能となる.平成17年度の研究実績の概要を以下に述べる.1.超高速サーボ系の設計法の構築:入力飽和の存在下で,既知のダイナミクスにより生成される目標入力に対し,制御量を定常的にオフセットを生じることなく,速やかに追従させる制御系の設計法を示した.この方法では,1)制御量が追従可能となる初期状態集合を明らかにしている,2)飽和状態を積極的に利用することで応答の高速化を達成している,3)設計問題は線形行列方程式と線形行列不等式を解く問題に帰着されており,効率的に解くことが可能などの有用な特徴を有している.

2.可変振幅型多重飽和フィードバック制御則の構築とロボット制御への応用:状態量の値に応じて振幅が変化する飽和関数を直列結合した構造を有するフィードバック制御則を提案した.この制御則を用いることにより,飽和フィードバックのクラスで,直列積分器系の大域的漸近安定化と漸近的外乱除去が可能であることを理論的に示した.さらに,この制御則を,非ホロノミック移動ロボットの軌道追従制御問題に適用する方法を提案した.この手法を用いることにより,移動ロボットの初期位置が目標軌道から任意に離れていても,アクチュエータ飽和の存在下で目標軌道に移動ロボットを漸近的に追従させることが可能となる.さらに,目標軌道の曲率に応じて前進速度を制御する方法を提案した.3.VTOL航空機の飛行制御:非線形かつ不安定なダイナミクスを有するVTOL航空機のための,ゲインスケジュールドフィードバック制御器の設計法を提案し,その有効性を実験的に検証した.
カーボンエッジ配位化学に立脚した非貴金属カーボン電極触媒の開拓

本研究は、固体高分子形燃料電池カソードにおいて酸素から水への4電子還元を伴う酸素還元反応のための高効率かつ高耐久性を兼ね備えた非貴金属カーボン電極触媒を開発する。電導性・高耐久性を兼ね備えたグラフェン材料に、酸素還元を触媒する精密な金属活性点を組み込んだ非貴金属カーボン電極触媒を調製する。ジアザヘキサベンゾコロネン骨格を基軸として、カーボンエッジ配位化学に立脚した含窒素金属錯体活性点の構築と、プログラム化サーマル合成を駆使したグラフェン構造の構築、を両輪としたカーボン触媒調製法を突破口に、高活性・高耐久性を実現した非貴金属カーボン電極触媒を創製する。
モデルによる気象・気候研究の将来計画

気候変動国際協同研究計画(WCRP)の日本における実施案がまとまり昭和62年度から開始されることになった。この研究計画においては、気象・気候の数値モデルによるコンピューター実験が中心的役割をはたす。気象・気候の数値モデルには莫大な計算を要し、このため、コンピューターの能力が劣っていた日本においては、この方面の研究は大幅に立遅れていた。最近に至ってコンピューター事情の好転に伴って、数値モデルによる研究がようやく日本でも可能となり、世界のレベルに追いつきつゝある。このような状況下において、既に蓄積のある世界の研究者から最近の成果や問題についての情報を得ることは、日本での研究を加速するのに必要かつ有効である。折よく、昭和61年8月初旬に東京で短期・中期の数値天気予報に関する国際シンポジウムが開催され、数値モデルによる研究を行っている研究者多数が日本を訪れた。そこでこの機会を利用し、特に12名の第一線研究者を選んで早めに来日してもらい、日本の研究者とともに研究会を開いた。その概要は次の通りである。期日:昭和61年7月30日-8月2日。場所:京都市・京大会館。参加者:国外12名(米,英,スイス,中国,韓国)、国内約40名。発表論文数:50。研究会では、東京でのシンポジウムでは聞けないような、数値モデルについての詳細なノウハウや、現在進行中の研究についての中間結果などを話してもらい、一方、日本側研究者もそれぞれの研究成果や経過を発表して討論を行い、今後の研究推進に有用な情報を得ることができた。したがって、この研究会を開いたことによって、日本のWCRPにおける数値モデル研究グループの研究実施計画は一段と向上し、世界のトップレベルに近づいたものと思われる。発表論文数:50。
刺激応答性金属錯体の創製：分子吸着・放出の自在制御と高感度センシング

本研究では、(a)機能性金属錯体の組織化構造と相互作用部位の配置を合理的に制御して、柔軟な構造と電子状態を持つ相互作用空間の構築法の確立、(b)骨格構造とゲスト分子の動的かつ協同的な連動による特異なゲスト応答性の発現、(c)ゲスト雰囲気下in situ物性測定による応答機構の解明、を推進した。主に化学的刺激への応答性に着目して、(1)骨格構造とゲスト分子の相互作用によるスピン状態の制御と機構の解明、(2)メゾ粒子化による応答性向上、(3)発光性骨格の構築とゲスト応答性の発現およびその機構の解明、(4)親脂質性の導入による配位高分子とリポソームとの複合化に成功した。本研究は、外部刺激により物性および機能を制御可能な集積系および孤立系の金属錯体を創出し、それらを高次に組織化して、個々の金属錯体の機能・物性が連動する高度な刺激応答機能の能動的制御の達成を目指す。そのために、金属錯体の組織化構造と相互作用部位の配置を合理的に制御して、金属錯体分子が動的かつ協同的に機能する相互作用空間をボトムアップ的に自在に構築する手法を確立する。本年度は、三次元多孔性金属錯体{Fe(L)[Pt(CN)_4]}(L=pyrazine(1),1,2-di(4-pyridyl)ethylene(2),1,2-di(4-pyridyl)ethane(3))を合成し、それらの機能・物性評価を進め、高度機能の発現と制御を目指した。化合物1は、T_c=305Kで20Kのヒステリシスを伴うスピン転移を示し、室温でCS_2を吸着すると低スピン状態を安定化した。また、thioureaを包接させると、T_cは低下するが、ヒステリシス幅が3倍になることを見出した。逆ミセル法により粒径が200nm程度の1のメゾ結晶を調整すると、T_cが275Kに低下した。このメゾ結晶は、磁気双安定領域の外でも可逆的にCS_2に対して応答した。更に、水に懸濁液はバルク粉末の溶液の10倍以上の感度でCS_2に応答することを分光測定により確認した。また、このCS_2包接体を330Kまで加熱すると、水中で高スピン状態になるとともにCS_2を放出することを確認した。1の細孔空間を拡張した化合物2と3は、1では包接できない大きな有機分子、bibenzyl、anthracene、phenazine、xantheneなどを導入することができた。高輝度放射光によるX線回折測定と磁気測定から、これらのスピン転移挙動とゲスト分子の構造およびホストーゲスト相互作用との相関を詳細に検討した。今後は・光刺激にようスピン状態変化と、それに伴うゲスト分子放出について検討を進める。本年度はこれまでの成果を基に、1刺激応答性金属錯体の設計と合成、2刺激応答性金属錯体の機能・物性評価および3高度機能の発現と制御を進めた。1では、新たに1次元型{M(pz)[Au(CN)4]2}および2次元型{M(H2O)2[Ni(CN)4]} (M = Fe, Co, Mn, Ni, Cu)を合成した。1次元型集積体は、配位水の脱離により鎖間に新たな架橋が形成され2次元型へと変化し、吸湿により元の1次元構造に可逆的に変化することを見出した。孤立系では、発光特性を有する希土類三核錯体を開発した。2では、1で合成した化合物、並びに{Fe(pz)[Pt(CN)4]}の外部刺激への応答性を評価した。1次元型集積体は、脱水処理後は2次元中空シート構造を形成しており、ゲスト吸着の際に、ゲート吸着現象とともに中空シート内にゲスト分子を捕捉することを明らかにした。2次元型集積体では、これら一連の化合物が水のゲート吸着現象を示し、デート圧が二価金属イオンMにより制御できることを見出した。また、{Fe(pz)[Pt(CN)4]}では、NOにて特異的に応答して高スピン状態が誘起されることを、ゲスト雰囲気下でのIRスペクトルと粉末X線回折の同時測定により明らかにした。3では、{Fe(pz)[Pt(CN)