hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
成体期プルキンエ細胞における異種シナプス間競合維持機構の解明

小脳のプルキンエ細胞は平行線維と登上線維による興奮性入力を受けている。発達期ではこの2種類の興奮性入力がそれぞれGluRδ2と電位依存性カルシウムチャネルCav2.1を強化分子として競合することが知られている。しかし、成体期におけるシナプス競合の存在については不明な点が多い。本研究課題では誘導型Cav2.1欠損マウスの形態学的・電気生理学的解析を行いCav2.1が成体小脳においても登上線維入力の強化分子機構として機能していることを明らかにした。この結果は「異種シナプス間競合関係が成体期においても存在し、この均衡維持が小脳の機能発現に重要である」という仮説を実験的に証明するものとなった。小脳の主要なニューロンであるプルキンエ細胞は平行線維と登上線維による興奮性入力を受けている。過去の研究から申請者は、発達期においてこの2種類の興奮性入力はそれぞれGluRδ2と電位依存性カルシウムチャネルCav2.1を強化分子として互いに競合し、登上線維単一支配化や協調運動発現に関わっていることを明らかにしてきた。本研究において申請者は「異種シナプス間競合関係が成体期においても存在し、この均衡維持が小脳の機能発現に重要である」という仮説を立て、この実験的証明のため誘導型Cav2.1欠損マウスを用いた形態学的・電気生理学的解析を行う。【平成26年度の実績】プルキンエ細胞特異的誘導型Cav2.1欠損マウスにおける神経回路を形態学的に解析し以下の所見を得ている。1誘導型Cav2.1欠損マウスにおいて、欠損誘導後のCav2.1発現量の経時的低下を定量的に示した。2平行線維支配領域の近位拡大と登上線維支配領域の近位縮小を光顕、電顕レベルで明らかにした。3登上線維-プルキンエ細胞支配様式を形態学的に解析し、登上線維-プルキンエ細胞多重支配の再出現がみられないことを示した。以上の結果は成熟プルキンエ細胞において平行線維-登上線維間の異種シナプス間競合関係が存在し、この均衡維持においてCav2.1が登上線維入力の強化分子として機能していることを強く示唆するものであった。【概要】小脳のプルキンエ細胞は平行線維と登上線維による興奮性入力を受けている。申請者は、発達期においてこの2種類の興奮性入力がそれぞれGluRδ2と電位依存性カルシウムチャネルCav2.1を強化分子として互いに競合し、登上線維単一支配化や協調運動発現に関わっていることを明らかにしてきた。申請者は「異種シナプス間競合関係が成体期においても存在し、この均衡維持が小脳の機能発現に重要である」という仮説を立て、この実験的証明のため誘導型Cav2.1欠損マウスを用いた形態学的・電気生理学的解析を行う。1欠損誘導後のCav2.1発現量の経時的低下2平行線維支配領域の近位拡大と登上線維支配領域の近位縮小、3登上線維-プルキンエ細胞多重支配の再出現がみられないことを示した。【平成27年度の実績】プルキンエ細胞特異的誘導型Cav2.1欠損マウス形態解析において以下の所見を得ている。4Cav2.1欠損誘導後2週からの協調運動能が低下、5欠損誘導後3週からaldolaseC陰性領域における進行性のプルキンエ細胞死、6小脳帯状構造の境界領域が不明瞭になっている様子を帯状領域特異的マーカー分子発現によって明らかにした。7登上線維-プルキンエ細胞支配単一支配が維持されている様子を電気生理学的解析によって明らかにした。さらにCav2.1は成体小脳においてプルキンエ細胞の生存、小脳帯状構造依存的な分子発現の維持に関わっていることが示唆された。本研究課題では成体小脳における異種シナプス競合機構の解明を目的として、成体期からのCav2.1欠損モデルマウスを作製し、その興奮性回路の経時変化を形態学的・生理学的解析により明らかにしていく。その解析項目は以下の6項目に大別される。1誘導後のCav2.1欠失を経時的に定量、2登上線維、平行線維によるプルキンエ細胞支配領域の検討、3登上線維-プルキンエ細胞支配様式の検討、4協調運動機能の検討、5登上線維-プルキンエ細胞入力の生理学的解析、6平行線維-プルキンエ細胞入力の生理学的解析平成26年度ではこれらの解析項目のうち、1から3まで、平成27年度では4、5が予定通り終了しているため、本研究計画は概ね順調に進行していると考えられる。

申請者は「異種シナプス間競合関係が成体期においても存在し、この均衡維持が小脳の機能発現に重要である」という仮説を立て、この実験的証明のため誘導型Cav2.1欠損マウスを用いた形態学的・電気生理学的解析を行った。【平成26、27年度の実績】プルキンエ細胞特異的誘導型Cav2.1欠損マウスにおける神経回路を形態学的、電気生理学的に解析し、以下の所見を得た。1欠損誘導後のCav2.1発現量の経時的低下2平行線維支配領域の近位拡大と登上線維支配領域の近位縮小、3登上線維-プルキンエ細胞多重支配の再出現がみられないことを示した。4Cav2.1欠損誘導後2週からの協調運動能が低下、5欠損誘導後3週からaldolaseC陰性領域における進行性のプルキンエ細胞死、6小脳帯状構造の境界領域が不明瞭になっている様子を帯状領域特異的マーカー分子発現によって明らかにした。7登上線維-プルキンエ細胞支配単一支配が維持されている様子を電気生理学的解析によって明らかにした。以上の結果は成熟プルキンエ細胞において平行線維-登上線維間の異種シナプス間競合関係が存在し、この均衡維持においてCav2.1が登上線維入力の強化分子として機能していることを強く示唆するものであった。さらにCav2.1は成体小脳においてプルキンエ細胞の生存、小脳帯状構造依存的な分子発現の維持に関わっていることが示唆された。【平成28年度の実績】これまでの研究で得られた知見をまとめ、論文を作成している段階である。これまでの成果は第39回日本神経科学大会、第122回日本解剖学会総会で発表された。小脳のプルキンエ細胞は平行線維と登上線維による興奮性入力を受けている。発達期ではこの2種類の興奮性入力がそれぞれGluRδ2と電位依存性カルシウムチャネルCav2.1を強化分子として競合することが知られている。しかし、成体期におけるシナプス競合の存在については不明な点が多い。本研究課題では誘導型Cav2.1欠損マウスの形態学的・電気生理学的解析を行いCav2.1が成体小脳においても登上線維入力の強化分子機構として機能していることを明らかにした。この結果は「異種シナプス間競合関係が成体期においても存在し、この均衡維持が小脳の機能発現に重要である」という仮説を実験的に証明するものとなった。本研究課題では成体小脳における異種シナプス競合機構の解明を目的として、成体期からのCav2.1欠損モデルマウスを作製し、その興奮性回路の経時変化を形態学的・生理学的解析により明らかにしていく。その解析項目は以下の6項目に大別される。1誘導後のCav2.1欠失を経時的に定量、2登上線維、平行線維によるプルキンエ細胞支配領域の検討、3登上線維-プルキンエ細胞支配様式の検討、4協調運動機能の検討、5登上線維-プルキンエ細胞入力の生理学的解析、6平行線維-プルキンエ細胞入力の生理学的解析平成26年度ではこれらの解析項目のうち、1から3までがほぼ予定通り終了しているため、本研究計画は概ね順調に進行していると考えられる。本研究課題では成体小脳における異種シナプス競合機構の解明を目的として、成体期からのCav2.1欠損モデルマウスを作製し、その興奮性回路の経時変化を形態学的・生理学的に解明することが目的である。平成28年度は研究計画通り、山崎美和子先生(本研究課題研究協力者、北海道大学・講師)の協力を受け、上記解析項目6平行線維-プルキンエ細胞入力の生理学的解析を行う予定である。
転写因子の「下流遺伝子」単離法の開発

個々の転写因子が発現調節を行う「下流遺伝子」の同定は極めて困難である。本研究の目的はその方法を開発する事にある。本研究で開発をめざした「下流遺伝子」の単離法は、目的とする転写因子の抗体を必要とすることなく迅速に行えるという特徴を持つ。まず、SV40複製開始点を持つプラスミドに、SV40 large T抗原cDNAをthymidine kinase遺伝子由来のminimalpromoterの制御下になるよう挿入した。ついで、このプラスミドのminimal promoterの上流にマウスのゲノム断片を挿入し、マウスゲノムライブラリーを構築した。「下流遺伝子」の同定を目指す転写因子としてPax3を選び、このcDNAの哺乳動物発現ベクターを構築した。これらを同時にサルの腎臓由来のCV-1細胞に導入すると、Pax3の結合領域を含むゲノム断片を挿入されたプラスミドはSV40 large T抗原の発現によりSV40複製開始点を介して著明な増幅を受けると考えられた。これらの細胞からHirt法を用いてプラスミドを回収した後、同様のアッセイを繰り返すことにより、目的とするPax3結合領域を含むゲノム断片が単離できると予想された。しかし、報告されているPax3結合配列を含むDNA断片をpositive controlとしても、濃縮は確認できなかった。SV40 large T抗原に対する抗体で検討したところ、プラスミドを導入した多くのCV-1細胞でSV40 large T抗原の発現がみられ、系が動かない原因は高いバックグラウンドによると考えられた。今後は、いかにバックグラウンドを実用レベルにまでおとすか、という点を検討する必要がある。
光機能を有する新規テルライト系透明ガラスセラミックスの設計と開発

本研究は、申請者の発見した透明なテルライト系ガラスセラミックスにおける第二高調波発生(SHG)の機構を解明し、新しいと透明な光機能を有するガラスセラミックスを開発することを目的とする。得られた成果は次の通りである。1)15K2O-15Nb2O5-70TeO2系ガラスの熱処理によって得られるSHGを示す結晶相の化学組成は、ほぼ(Nb1/3Te2/3)2O4.8に対応し、構造は酸素欠損型の蛍石型構造を有する。この結晶は立方晶からわずかにひずんおり、それがSHGの起源であると結論した。2)xNa2O-(15-x)K2O-15Nb2O5-70TeO2系において得られる結晶相の格子定数はNa^+の置換と共に連続的に減少し、Na^+とK^+が生成する結晶相においてお互いに全率固溶する。SHGは、Na2O/K2O比と共に急激に小さくなり、x=8の透明ガラスセラミックスではSHGは確認できない。3)Nb2O5をWO3,MoO3で置換すると、母体ガラスのガラスの熱的安定性が非常に大きくなり、SHGを示す結晶相の生成は極めて難しくなる。1)SHGの強度は、2段階熱処理した後に両面を研磨して得られた試料と表面をあらかじめ研磨した後に熱処理して得られた試料の場合では、大きく異なる。特に、メーカーフリンジ法でSHGの強度を測定すると、後者の方が前者の場合に比べてかなり大きい。また、後者の場合には明瞭なフリンジパターンも観測されることから、表面近傍における結晶相の配向や結晶自体に内部とはかなり異なる状態が出現している。4)15K2O-15Nb2O5-70TeO2ガラスにEr^<3+>を添加した系では、Er2O3を1.5mol%まで添加しても透明ガラスセラミックスが得られる。この透明なガラスセラミックスに800nmのレーザー光を照射すると、550nm付近に^4S_<3/2>→^4I_<15/2>への遷移に帰属できるアップコンバージョンが明瞭に観測される。5)各種テルライト系ガラスの構造緩和を粘性流動の活性化エネルギーや比熱測定から評価した結果、TeO2系ガラスはSiO2系ガラスなどとは異なり、ガラス転移域においてイオン間や網目構造単位間の再配列が極めて容易に起こることが明らかになった。光機能性を有する新規な先端無機材料の設計および開発はこれからのフォトニクス時代に向けて重要かつ緊急の研究課題である。本研究は、申請者の発見した透明なテルライト系ガラスセラミックスにおける第二高調波発生(SHG)を示す準安定結晶の詳細な構造を決定し、第二高調波発生機構を解明すると共に、これまで全く注目されることのなかった準安定結晶を積極的に利用した新しい透明な光機能を有するガラスセラミックスを開発することを目的とする。本研究で得られた成果は次の通りである。

1)15K_2O-15Nb_2O_5-70TeO_2系ガラスの熱処理によって得られるSHGを示す結晶相の化学組成は、ほぼK_2(Nb1/3Te2/3)_2O4.8に対応し、構造は酸素欠損型の蛍石型構造を有する。X線回折パターンの(311)面は非対称であり、立方晶からわずかにひずんでいる。このひずみがSHGの起源であると結論した。2)SHGを示す結晶相のラマン散乱スペクトルは非常にブロードであり、SHGを示す結晶相においてK^+,Nb^<5+>,Te^<4+>の配列はランダムになっている。3)上記ガラス系でK_2OのRb_2Oでの置換を検討した結果、生成するSHGを示す結晶相にはRb^+はわずかにしか固溶しない。これは、イオン半径の大きなRb^+では、結晶相のひずみが大きくなりすぎ、不安定なためと結論した。4)xNa_2O-(15-x)K_2O-15Nb_2O_5-70TeO_2系の得られる結晶相の格子定数はNa^+の置換と共に連続的に減少し、Na^+とK^+が生成する結晶相においてお互いに全率固溶する。SHGは、Na_2O/K_2O比と共に急激に小さくなり、x=8の透明ガラスセラミックスではSHGは確認できない。5)Nb_2O_5をTa_2O_5,WO_3,MoO_3,Bi_2O_3で置換すると、母体ガラスのガラスの熱的安定性が非常に大きくなり、SHGを示す結晶相の生成は極めて難しくなる。本研究によって、テルライト系ガラスから生成するSHGを示す結晶相の生成挙動が明らかになり、透明ガラスセラミックスの開発に対して多くの知見を得た。光機能性を有する新規な先端無機材料の設計および開発はこれからのフォトニクス時代に向けて重要かつ緊急の研究課題である。本研究は、申請者の発見した透明なテルライト系ガラスセラミックスにおける第二高調波の発生(SHG)機構を解明すると共に、希土類イオンを添加した透明なガラスセラミックスの創製およびファイバー化の観点からテルライト系ガラスのガラス転移域での構造緩和挙動を明らかにすることを目的とした。本研究で得られた成果は次の通りである。1)SHGの強度は、2段階熱処理した後に両面を研磨して得られた試料と表面をあらかじめ研磨した後に熱処理して得られた試料の場合では、大きく異なる。特に、メーカーフリンジ法でSHGの強度を測定すると、後者の方が前者の場合に比べてかなり大きい。また、後者の場合には明瞭なフリンジパターンも観測されることから、表面近傍における結晶相の配向や結晶自体に内部とはかなり異なる状態が出現していることが明らかになった。2)15K2O-15Nb2O5-70TeO2ガラスにEr^<3+>を添加した系では、Er2O3を1.5mol%まで添加しても透明ガラスセラミックスが得られることが明らかになった。この透明なガラスセラミックスに800nmのレーザー光を照射すると、550nm付近に^4S_<3/2>→^4I_<15/2>への遷移に帰属できるアップコンバージョンが明瞭に観測された。3)各種テルライト系ガラスの構造緩和を粘性流動の活性化エネルギーや比熱測定から評価した結果、TeO2系ガラスはSiO2系ガラスなどとは異なり、ガラス転移域においてイオン間や網目構造単位間の再配列が極めて容易に起こることが明らかになった。フラジリティの概念をより明確にするために動力学的フラジタティと熱力学的フラジリティを区別する必要のあることを提案した。
核内オーファンプロテインネットワークの解明

1)GFP-RAD51融合タンパク質の過剰発現により可視化されたICD領域と遺伝子転写部位、複製部位の可視化を行った。その結果、転写部位はICD領域と密接な関連があることが明らかとなった。また、転写部位、複製部位の核内分布には一定の法則があることが示唆されたため、現在海外共同研究者とともにシミュレーションモデルとの比較による検討を行っている。2)紫外線マイクロ照射法および通常のX線照射によるゲノム損傷誘導後のゲノム修復関連タンパク質Rad51およびMre11とssDNA形成部位の空間的、時間的関連を解析により、ゲノム損傷部位ではまずMre11ついでRad51の集積が認められることを明らかにした。また、これらのタンパク質複合体は様々なパターンでssDNA形成部位と共局在を示し、ゲノム修復の多様性が示唆された。現在論文投稿準備中である。また、RAD54Bがヒト細胞においてゲノム修復に関わらないゲノム相同組換えに重要であることを明らかにした。3)転写抑制因子Bach2と転写部位の関連の検討を行った。その結果、酸化ストレス誘導後、Bach2が形成する核内フォーカスがPML bodyと密接な関連を示し、さらにPML body内の遺伝子転写が特異的に抑制されることを明らかにした。特定の転写因子による遺伝子発現調節と核高次構造の関連を明らかにした報告は国内外になく、ポストゲノムにおける核高次構造研究の重要性を示すことができたと考えられる。
ランニングを対象とした身体知の獲得支援研究

ランニングは,現代社会において最もポピュラーな運動であり,かつブームとも言える,ところが,手軽に始められる反面,すぐに止めてしまうランナーも一定数存在するという側面も否定できない,本研究を通じて,ランニングをスキル学習の対象としてとらえ,それによってランニングスキルに対する知的好奇心を高める事が重要である.そこで,本研究では,今年度は,(1)ランニングの学習プロセスを検討し,(2)単体支援モデルの詳細化,(3)分散支援モデルの検討,(4)オンラインモデルの研究に取り組んできた.学習プロセスとしては,ランナーの人口構造をピラミッド化し,その中で特に初級から中級層を対象とした際の学習プロセスについて整理した.また,単体支援の手法としては,三次元加速度センサで局所的なフォーム改善も可能であるが,ランニングが全身運動の側面も有することから,モーションキャプチャを導入し,トレッドミル上でのフォーム改善について研究を行った.その結果,一部の身体部位については,長時間走行により安定しない事が分かり,ほぼリアルタイムにそれを注意することで一定の改善が図られた.一方で,オープンスキルとしてのランニングでは,屋外等の条件が刻々と変化する環境を前提とした際に,過去の自分と仮想的に競争する環境を構築し,有機ELディスプレイを帽子につけて走りなが、ら目視できるツールを構築した.また,リモートコーチングの可能なシステムも同時に開発し,実際にリモートコーチングの可能性を確認した.リモートコーチングでほ,映像ではなくセンサから得られる情報を元に判断を試みたが,映像では分かりにくい細かなフォームの変化についても捉えることができた.これは,技術支援により,幅広い層のランナー集団に適用可能なフレームワークとなりえる.本研究では、ランニング支援の方法として、同期性/非同期性の軸と、個人/集団の軸を直行座標系の支援軸として定義している。従来、ランニング等の移動を伴う運動においては非同期に支援する枠組みが主であった。これに対し、同期支援の枠組みも採用する新しい支援モデルを提案する。本研究は、ランニングを対象に知識獲得と身体知獲得を融合させた支援を行う。すなわち、まずランニングにおける注意点や意識すべき訓練方法を明示的に知識として与える。ただし、センサ技術とアクチュエータの実装により、訓練中にリアルタイムにランニングを支援するものである。さらには、集団的な学びの場を通して、モチベーションを高める機会を生みだす。(1)研究全体方針の決定、調査、検討関連する研究を抽出し、学会横断的、分野横断的に調査を実施した。さらに、学習対象のランニングスキル特性を明らかにするべく、運動データ取得方法を設計した。それと並行して、運動者のスキル習熟過程を考慮した学習プロセスを議論し、モデル化した。評価設計としては、この学習プロセスに沿った形で実施した。(2)単体支援方法の検討とシステム開発運動データの蓄積をデバイス単体で行えるようにデバイス上のメモリ上に実装する方式を設計した。このオンメモリデータを基に、ランナーにフィードバックする支援方法を初期実装した。(3)分散モデルの検討単体モデルを拡張し、デバイス間のアドホックによるメッシュネットワークの構成を実装した。学習集団における行動変容の心理を利用したアウェアネス支援の枠組みを検討した。ランニングは,現代社会において最もポピュラーな運動であり,かつブームとも言える,ところが,手軽に始められる反面,すぐに止めてしまうランナーも一定数存在するという側面も否定できない,本研究を通じて,ランニングをスキル学習の対象としてとらえ,それによってランニングスキルに対する知的好奇心を高める事が重要である.そこで,本研究では,今年度は,(1)ランニングの学習プロセスを検討し,(2)単体支援モデルの詳細化,(3)分散支援モデルの検討,(4)オンラインモデルの研究に取り組んできた.学習プロセスとしては,ランナーの人口構造をピラミッド化し,その中で特に初級から中級層を対象とした際の学習プロセスについて整理した.また,単体支援の手法としては,三次元加速度センサで局所的なフォーム改善も可能であるが,ランニングが全身運動の側面も有することから,モーションキャプチャを導入し,トレッドミル上でのフォーム改善について研究を行った.その結果,一部の身体部位については,長時間走行により安定しない事が分かり,ほぼリアルタイムにそれを注意することで一定の改善が図られた.一方で,オープンスキルとしてのランニングでは,屋外等の条件が刻々と変化する環境を前提とした際に,過去の自分と仮想的に競争する環境を構築し,有機ELディスプレイを帽子につけて走りなが、ら目視できるツールを構築した.また,リモートコーチングの可能なシステムも同時に開発し,実際にリモートコーチングの可能性を確認した.リモートコーチングでほ,映像ではなくセンサから得られる情報を元に判断を試みたが,映像では分かりにくい細かなフォームの変化についても捉えることができた.これは,技術支援により,幅広い層のランナー集団に適用可能なフレームワークとなりえる.
スピンと電荷の相乗効果による動的スピンクロスオーバー現象とその多重機能性の開発

配位子場がスピンクロスオーバー領域にある混合原子価錯体では、電荷移動とスピンクロスオーバー転移が連動した特異な相転移を起こす可能性を持っている。実際、配位子場がスピンクロスオーバー領域にある混合原子価錯体(n-C_3H_7)_4N[Fe^<II>Fe^<III>(dto)_3](dto=C_2O_2S_2)において、Fe^<II>からFe^<III>に一斉に電子が移動し、Fe^<II>とFe^<III>のサイトが完全に入れ替わる電荷移動相転移が起こる。この相転移は、系全体の自由エネルギーを最も安定にするために隣接する金属イオン間で電荷を移動させてスピン状態の組換えが起こるものであり、相転移温度(T_c=120K)のところでアボガドロ数個の電子移動を伴った構造転移を起こし、伝導度および誘電率に特異な増幅が起こる。また、この系ではFe^<II>(S=0)とFe^<III>(S=5/2)の間に存在する電荷移動相互作用のために強い強磁性相互作用が働いており、この系は強磁性体になる。本研究において、(n-C_nH_<2n+1>)_4N[Fe^<II>Fe^<III>(dto)_3]で見出された電荷移動相転移および強磁性転移は対イオンのサイズに著しく依存することを明らかにした。n=3,4ではそれぞれ120Kおよび140Kで電荷移動相転移が起こり、低温相のスピン配置(Fe^<II>:S=0,Fe^<III>:S=5/2)で強磁性が発現するが、n=5,6では常圧下で電荷移動相転移が起こらずn=3,4の高温相に相当するスピン配置(Fe^<II>:S=2,Fe^<III>:S=1/2)で強磁性が発現する。また、この系における電荷移動相転移および強磁性転移は圧力に著しく依存することを明らかにした。このことは、固体状態で光異性化を起こすスピロピランを対イオンとして[Fe^<II>Fe^<III>(dto)_3]_∞の層間に導入することにより、スピロピランの異性化を媒介とした[Fe^<II>Fe^<III>(dto)_3]錯体の電荷移動相転移および強磁性の光制御が可能になりことを強く示唆している。この分子設計に基づき、光異性化分子であるスピロピランを対イオンとして導入した光応答性有機・無機複合錯体(SP)[Fe^<II>Fe^<III>(dto)_3](SP=spiropyran)を開発し、スピロピランの光異性化を媒介とする強磁性および電荷移動相転移の光制御に成功した。この分子設計に基づき、光異性化分子であるスピロピランを対イオンとして導入した光応答性有機・無機複合錯体(SP)[Fe^<II>

Fe^<III>(dto)_3](SP=spiropyran)を開発し、スピロピランの光異性化を媒介とする強磁性および電荷移動相転移の光制御に成功した。配位子場がスピンクロスオーバー領域にある混合原子価錯体では、電荷移動とスピンクロスオーバー転移が連動した特異な相転移を起こす可能性を持っている。このような観点に立ち、我々は非対称配位子dto(=C_2O_2S_2)を架橋とする鉄混合原子価錯体(n-C_3H_7)_4N[Fe(II)Fe(III)(dto)_3]を開発し、Fe(II)からFe(III)への電子移動とスピンクロスオーバー転移が連動した新しい型の相転移を発見した。本研究では、この新しい型の相転移の発現機構を解明するため、配位子場がスピンクロスオーバー領域にある非対称配位子dto(=C_2O_2S_2), mto(=C_2O_3S), tto(=C_2OS_3)を架橋とする鉄混合原子価錯体(n-C_nH_<2n+1>)_4N[Fe(II)Fe(III)X_3](n=3-6,x=dto, mto, tto)を合成し、その結晶構造および磁気特性を研究した。単結晶構造解析の結果、(n-C_3H_7)_4N[Fe(II)Fe(III)(dto)_3]はdto(=C_2O_2S_2)を架橋としてFe(II)およびFe(III)が交互に結合し、2次元蜂の巣構造を形成していることを明らかにした。特筆すべきこととして、メスバウアー分光、磁化率およびESRの測定により(n-C_nH_<2n+1>)_4N[Fe(II)Fe(III)(dto)_3](n=3-4)においては、Fe(II)からFe(III)への電子移動とスピンクロスオーバー転移が連動した新しい型の相転移(電荷移動相転移)が発現するが、n=5,6では発現しないことを見出した。また、電荷移動相転移は外部圧力に極めて敏感であり、電荷移動相転移を起こさない(n-C_5H_<11>)_4N[Fe(II)Fe(III)(dto)_3]において外部圧力を印加すると0.5GPa以上で突然電荷移動相転移が発現することを見出した。また、この系は、すべて強磁性になること、強磁性発現の主な原因はFe(II)-Fe(III)間電荷移動相互作用であることを明らかにした。また、非対称配位子mto(=C_2O_3S)を架橋とする鉄混合原子価錯体(n-C_nH_<2n+1>)_4N[Fe(II)Fe(III)(mto)_3](n=3-6)では、Fe(III)の位置に反転対称がないため、強磁性と強誘電体を併せ持つ機能性が期待され、その開発に着手した。実際、配位子場がスピンクロスオーバー領域にある混合原子価錯体(n-C_3H_7)_4N[Fe^<II>Fe^<III>(dto)_3](dto=C_2O_2S_2)において、Fe^<II>からFe^<III>に一斉に電子が移動し、Fe^<II>とFe^<III>のサイトが完全に入れ替わる電荷移動相転移が起こる。この相転移は、系全体の自由エネルギーを最も安定にするために隣接する金属イオン間で電荷を移動させてスピン状態の組換えが起こるものであり、相転移温度(T_c=120K)のところでアボガドロ数個の電子移動を伴った構造転移を起こし、伝導度および誘電率に特異な増幅が起こる。また、この系ではFe^<II>(S=0)とFe^<III>(S=5/2)の間に存在する電荷移動相互作用のために強い強磁性相互作用が働いており、この系は強磁性体になる。本研究において、(n-C_nH_<2n+1>)_4N[Fe^<II
ウィルス糖尿病高感受性マウスの開発

ウイルス糖尿病高感受性マウスを作出するためには、ウイルス糖尿病の感受性要因を明らかにすることが必要である。まず、インターフェロンシグナル伝達分子であるTyk-2、ピコルナウイルス蛋白と相互作用して細胞死を誘導するSiva遺伝子、細胞の生死をコントロールする基本分子Bcl-xについて、以下の検討を行った。これまでの研究成果から、インターフェロンレセプター以下のシグナル伝達経路が重要であることが示唆されたため、インターフェロン受容体に会合するシグナル分子であるTyk-2遺伝子に着目して研究を推進した。EMC-DウイルスをTyk-2欠損マウスに感染させると糖尿病が発症した。Tyk-2欠損マウスでは、膵島細胞におけるウイルス増殖が高く、細胞死が誘導され、インスリン産生が障害されることを確認した。また、血清中のインターフェロンレベルは高いものの、インターフェロンの投与、Poly-I.C.の投与では、糖尿病は誘発されないことが明らかとなった。さらに、Tyk-2欠損細胞では、インターフェロン処理細胞におけるウイルス増殖抑制能が著しく障害されることが明らかとなってきている。最近、ウイルス糖尿病感受性のマウスの系統にTyk-2遺伝子変異を同定した。一方、ピコルナウイルス蛋白と相互作用して細胞死を誘導するSiva遺伝子に関して、ウイルス糖尿病感受性系統のSJLマウスにこれまでに報告のないV126Aの遺伝子変異を発見した。この変異が糖尿病発症感受性に直接関係するかどうかを検討すべく、抵抗性マウス系統のC57BL/6マウスヘバッククロスを行っている。さらに、膵島β細胞特異的Bcl-x KOマウスでは、軽度の耐糖能障害が認められた。今後、Bcl-family遺伝子の意義についての研究が必要であると考えられるので、さらに研究を継続している。今後、このような感受性因子を複数有するマウスを作出することにより、ウイルス糖尿病感受性マウスを作成する予定である。一方、ピコルナウイルス蛋白と相互作用して細胞死を誘導するsiva遺伝子に関して、ウイルス糖尿病感受性系統のSJLマウスにこれまでに報告のないV126Aの遺伝子変異を発見した。この変異が糖尿病発症感受性に直接関係するかどうかを検討すべく、抵抗性マウス系統のC57BL/6マウスへバッククロスを行っている。今後、このような感受性因子を複数有するマウスを作出することにより、ウイルス糖尿病高感受性マウスを作成する予定である。
固体表面場における触媒反応の電子的メカニズムに関する理論的研究

本研究では、いくつかの固体触媒反応に対して理論的な手法を用いてその触媒作用を解明し、その結果に基づいて触媒設計の指針を理論的研究から与えることを目指した。ここでは、このような目的で行った研究のうち、ホルムアルデヒド合成反応に対する銀の触媒作用に関する研究を報告する。本研究は、これまでに行ってきた銀表面における酸素活性化の研究を基礎としており、また、昨年本重点領域研究で報告したエチレンのエポキシ化反応に対する銀の触媒作用との対比としても興味深いテーマである。本研究では、ホルムアルデヒド合成反応に対して、反応メカニズムと吸着酸素種の役割を明らかにした。ホルムアルデヒド合成反応は、理論的にも二段階(O-H解離とC-H解離)で進むことが示され、ともに吸着酸素は活性種として働くことがわかった。しかし、C-H解離の際、吸着酸素が存在すると副反応を導く可能性が示された。さらに、吸着酸素は生成物であるホルムアルデヒドを再吸着させ、さらなる分解を引き起こすことが示された。この吸着酸素種の二面性のため、反応プロセスではメタノール過剰つまり酸素不足の条件が用いられている。反応温度が高いのは、酸素不足によりあまり有利でない過程を経る必要があるためである。熱力学的にも有利な酸素過剰で反応させるためには、効果的にホルムアルデヒド生成物を反応場から取り除く必要がある。本研究の結果は、今後の触媒設計へ重要な指針を与えるものであろう。
数学的学習具の発達段階に応じた特性に関する実践的研究

実態把握調査を行った。内容は算数・数学教育における道具を使用する授業に関する調査である。当初の対象は,小学校,中学校数学科,高等学校数学科の教員であったが,研究を進めていく上で,幼児教育における幼児の経験も重要と考え,幼稚園・保育所・幼保連携認定こども園の教員を加えた。それにより,幼児・児童・生徒の発達段階に応じた現物実験の意義,それに伴う学習具の特性をマトリックスとしてまとめた。複数の数学的学習具の開発,トライアウトを行うことができた。『見てふれて,納得!中学校数学おもしろ教材&授業アイデア』(単著,2019.2,明治図書)という形で発表を行った。また,「小学校「算数セット」の拡張性に関する考察ーex sion(ten,pan)の空欄を前者とする質の強調を通してー」(単著,2018. 5,稚内北星学園大学紀要第19号)を発表し,これを基盤に小学校の教員から算数教育における学習具の情報を得ることができた。さらに,実験授業を弟子屈町立弟子屈中学校で実施,データの採取,その分析により,関数領域における現物実験の意義,学習具のあり方を検証することができた。また,数学教育実践研究会兼夏季セミナー講演会「生徒全員が活躍できる授業づくりー「教具・学習具」からのアプローチ」ー」に講師として参加し,高等学校の数学科教員から研究テーマに関する情報を得ることができた。さらに,小学校及び高等学校の実験授業の予定授業者と実験授業に向けての授業づくりを検討することができた。研究計画における平成29年度の不十分な事項,「数学教育における実態把握の本調査」,「児童・生徒の発達段階に応じた算数・数学教育における現物実験の意義の整理」,「数学的学習具の特性の整理」は実施することができた。研究を進める過程で,数学的学習具にかかわる発達段階に応じた特性を考察すると,幼児教育の道具を使用する学びの経験が以後の学びに作用していることが明らかになった。データ採取対象を幼児教育まで広げたため,当初の計画より遅れを生じている。また,実態把握調査の回収率が非常に悪く,予定データ数を得るのにも時間を要した。さらに,研究の成果物である単著にかかわるデータ収集,授業実践,原稿執筆にもかなりの時間を要した。しかし,そこから得られる貴重なデータも生じている。「やや遅れている」としたことは,小学校・高等学校における授業実践が不十分であることである。小学校,高等学校における実験授業の授業計画を策定し,実験授業を実施する。さらに,幼稚園における学習具開発,教育実践を進める。研究をまとめ,所属学会の研究大会において発表する。平成31年度は,本研究のエフォートを高めに設定し,上記における内容を積極的に進める。調査活動として,日本教材学会研究発表大会(平成29年10月,千葉県松戸市)に参加し,教具・学習具についての調査・資料収集活動を行い,最近の研究成果にも触れることができた。その際,本研究にかかわるテーマ『数学教育における自己を導く道具としてのノート学習具に関する一考察』(日本教材学会第29回研究発表大会研究発表要旨集,pp.108-109)を発表し,以後の研究における示唆を得た。また,本研究を進める上で,「学習具」における研究の整理を行うため,以下の研究論文を作成し,発表した。研究代表者は中学校の学習具についての研究が中心であったため,「発達段階に応じた」とする本研究の観点から,小学校の学習具「算数セット」に着目し,研究の質を高めることを目的としたものが後者である。『構造的なイメージを形成する数学的学習具の特性に関する考察』(稚内北星学園大学紀要第18号,pp.19-32,平成30年2月),『小学校「算数セット」の拡張性に関する考察ーex sion(ten,pan)の空欄を前者とする質の強調を通してー』(稚内北星学園大学紀要第19号,平成30年5月)さらに,実態把握予備調査を行った。内容は数学教育における実験,学習具に関するもので,対象は小学校,中学校数学科,高等学校数学科の教員である。データは少ないが,本調査に向けて,調査項目及びその内容を検討することができた。さらに,予備調査を受けて,数学的学習具の開発を行った。計画では平成30年度に位置付けたものであるが,今後トライアウト,改良を重ね,平成30年度の実験授業に使用するものとしていく。研究の基盤を強化したいと考え,当初の研究計画にはなかった研究発表(『数学教育における自己を導く道具としてのノート学習具に関する一考察』(日本教材学会第29回研究発表大会)),論文作成・発表(『構造的なイメージを形成する数学的学習具の特性に関する考察』(稚内北星学園大学紀要第18号)及び『小学校「算数セット」の拡張性に関する考察ーex sion(ten,pan)の空欄を前者とする質の強調を通してー』(稚内北星学園大学紀要第19号))を行い,それが有効であったこと,さらに平成30年度に計画していた数学的学習具の開発も若干進めることができたため,「計画以上」の要素もあるが,数学教育における現物実験の調査が予備調査の状況であり,それに付随する考察,整理等も不十分であるため,「やや遅れている」と判断できる部分もある。

ただ,本研究の中枢的事項である数学的学習具の特性については,研究論文『構造的なイメージを形成する数学的学習具の特性に関する考察』において,数学的学習具の特性の数学におけるイメージへの作用を示すことができ,『小学校「算数セット」の拡張性に関する考察ーex sion(ten,pan)の空欄を前者とする質の強調を通してー』において,小学校算数科において最も使用されている学習具について考察した点は,本研究の今後の進捗には意義があると考える。実態把握調査を行った。内容は算数・数学教育における道具を使用する授業に関する調査である。当初の対象は,小学校,中学校数学科,高等学校数学科の教員であったが,研究を進めていく上で,幼児教育における幼児の経験も重要と考え,幼稚園・保育所・幼保連携認定こども園の教員を加えた。それにより,幼児・児童・生徒の発達段階に応じた現物実験の意義,それに伴う学習具の特性をマトリックスとしてまとめた。複数の数学的学習具の開発,トライアウトを行うことができた。『見てふれて,納得!中学校数学おもしろ教材&授業アイデア』(単著,2019.2,明治図書)という形で発表を行った。また,「小学校「算数セット」の拡張性に関する考察ーex sion(ten,pan)の空欄を前者とする質の強調を通してー」(単著,2018. 5,稚内北星学園大学紀要第19号)を発表し,これを基盤に小学校の教員から算数教育における学習具の情報を得ることができた。さらに,実験授業を弟子屈町立弟子屈中学校で実施,データの採取,その分析により,関数領域における現物実験の意義,学習具のあり方を検証することができた。また,数学教育実践研究会兼夏季セミナー講演会「生徒全員が活躍できる授業づくりー「教具・学習具」からのアプローチ」ー」に講師として参加し,高等学校の数学科教員から研究テーマに関する情報を得ることができた。さらに,小学校及び高等学校の実験授業の予定授業者と実験授業に向けての授業づくりを検討することができた。研究計画における平成29年度の不十分な事項,「数学教育における実態把握の本調査」,「児童・生徒の発達段階に応じた算数・数学教育における現物実験の意義の整理」,「数学的学習具の特性の整理」は実施することができた。研究を進める過程で,数学的学習具にかかわる発達段階に応じた特性を考察すると,幼児教育の道具を使用する学びの経験が以後の学びに作用していることが明らかになった。データ採取対象を幼児教育まで広げたため,当初の計画より遅れを生じている。また,実態把握調査の回収率が非常に悪く,予定データ数を得るのにも時間を要した。さらに,研究の成果物である単著にかかわるデータ収集,授業実践,原稿執筆にもかなりの時間を要した。しかし,そこから得られる貴重なデータも生じている。「やや遅れている」としたことは,小学校・高等学校における授業実践が不十分であることである。研究計画における平成29年度の不十分な事項を早急に実施していく。それは,数学教育における現物実験に関する実態把握の本調査,児童・生徒の発達段階に応じた算数・数学教育における現物実験の意義,数学的学習具の特性の整理である。また,平成30年度に予定している実験授業の実施に向けて,小学校,中学校,高等学校それぞれにおける数学的学習具の開発,実施対象の予備調査,授業計画の策定を,研究協力者(授業者)とともに進めていく。
Ge-on-Insulator基板上のSteep SlopeトンネルFETの実現

本研究では、大規模集積回路の超低消費電力化を目指し、代表者がこれまでに構築してきた独自技術である「金属/(ゲルマニウム)Ge接合の障壁の広範制御」を活用した、非対称メタル・ソース/ドレイン(S/D)をベースとするGe Steep SlopeトンネルFET(TFET)を実証する。この構造は、一般的なpn接合では不可能な急峻なソース/チャネル構造が実現でき、室温での低電圧動作が可能となる。既知の課題を解決する技術を新たに開発(Ge-on-Insulator(GOI)基板の高品質化、不純物偏析による極薄高濃度領域形成)し、現行CMOSの半分(0.5 V)の低電圧・低消費電力駆動を実証する。
極微小電子線プロ-ブを用いた半導体ー金属界面の研究

平成3年度は、金属/半導体,半導体/半導体界面の構造評価と電子物性の測定をナノメ-タ-サイズで行なうために電界放射型電子鋭を備えた電子顕微鏡でナノ回折,ナノEELS(電子線エネルギ-損失分光)の実験を進めた。電界放射型電子鋭を用いることにより、(1)510nmのプロ-ブ径で角度分解能0.1mrad以下のナノ電子回折ができ、半導体界面のナノメ-タ-サイズの領域の格子歪を検出することができた。また(2)半導体超格子の数nm中の1個1個の量子井戸の電子状態を測定するため、ナノプロ-ブでEELSスペクトルが得られることも示した。平成3年度後半には上記EELSのデ-タを検証するとともにナノプロ-ブをMgO表面に適用して、表面に関するデ-タを得た。さらに最近発見された金と酸化物半導体界面におけるNO,CO分解の触媒作用の機構を明らかにする研究も行った。
低湿重粘土水田の不耕起栽培に関する実証的研究

八郎潟干拓地の低湿重粘土水田における不耕起栽培の導入効果は次のようである。(1)省力・低コスト化耕起・代かきの省略によって労働が軽減される。また,化石燃料の消費の抑制,省力化による低コスト稲作農業の確立,さらに,耕起・代かき期間内の労働力の競合を回避することが可能となる。(2)地下水位の低下による地耐力と透水性の向上根穴が破壊されずに土中に保存されているので,地下水位の低下と圃場排水の改善,また,それに伴う地耐力の向上によって管理作業とコンバインの収穫作業が容易となる。(3)土壌管理技術の確立と暗渠排水機能の向上イネの根の活力を利用して土壌改良など,不耕起栽培は低湿重粘土の物理性の改善を図るための有効な土壌管理技術となる。また,根穴(根成孔隙)と吸水渠を上手に連絡する施行法を考えれば,暗渠の排水機能の向上とその効果の長期化を図ることができる。(4)低湿重粘土水田の汎用化排水性の向上により,イネ裏作の麦や大豆などの畑作の導入に有利な土壌条件が形成されることから,輪作体系の確立に必要な圃場の汎用化が図られる可能性が高い。(5)環境保全型農業の展開代かき水の流出に伴う肥料の流亡や懸濁水(にごり水)の流出による水質汚染も少なく,また切りイナわらが作土層に混入しないので,発生するメタンガスの量も少なく環境保全型農業の確立が期待できる。さらに,土壌微生物を含めた土壌小動物などを活用した生態系農業の展開も期待できる。(6)収量の安定化不耕起水田土層は栽培期間中も根穴を通じての酸素の供給が活発で土層は酸化状態が維持されやすい。このため,イネの根が生育後半まで健全で高い活力を持つので,イネは秋まさり的生育が特長で,収量も安定している。八郎潟干拓地の低湿重粘土水田について不耕起田および耕起・代かき田の圃場環境,土壌環境およびイネの生育・収量に関する実態調査をした。不耕起田の特徴(1)地下水位が低く、地耐力が向上する試験栽培3作目が経過した。不耕起田の地下水位は仕切りがないのにもかかわらず耕起・代かき田に比べて常時低い状態で経過している。また、表層部の地耐力の向上がみられる。(2)排水性に優れている不耕起田は暗渠排水口からの排水量が多く、地盤浸透量が大きく、圃場の排水性に優れている。また、土壌断面調査の結果では不耕起田は酸化層が厚く、グライ層の出現位置が低い。地温も作土層ではわずかながら高めに経過する傾向にある。(3)圃場が乾燥し、透水性が大きい圃場含水比の減少、仮比重の増加など圃場の乾燥化が進行し、根穴(根成孔隙)の発達量が多く、透水性も大きい。さらに不耕起田は土壌小動物が多く観察され、好気性の土壌微生物などを含めて、土壌小動物の棲息環境として適しているものと推察される。(4)根穴が多く、根の伸長・発達が良好X線造影法による土壌間隙の形態は、不耕起田はイネの根が腐食分解して残った根穴(根成孔隙)の分布量が多い。つまり、耕起・代かきを省略した不耕起田の方がイネの根の伸長,発達が良好であることがわかる。

(5)不耕起イネの生育と収量不耕起田の根の伸長、発達が良好で根株が太い。根は白く、若々しく太いのが特徴である。また、生育・収量調査では茎数、茎の太さ、穂数、収量などはいずれも不耕起田の方が耕起・代かき田に比べて優った。八郎潟干拓地の低湿重粘土水田における不耕起栽培の導入効果は次のようである。(1)省力・低コスト化耕起・代かきの省略によって労働が軽減される。また、化石燃料の消費の抑制、省力化による低コスト稲作農業の確立、さらに、耕起・代かき期間内の労働力の競合を回避することが可能となる。(2)地下水位の低下による地耐力と透水性の向上根穴が破壊されずに土中に保存されているので、地下水位の低下と圃場排水の改善、また、それに伴う地耐力の向上によって管理作業とコンバインの収穫作業が容易となる。(3)土壌管理技術の確立と暗渠排水機能の向上イネの根の活力を利用して土壌改良など、不耕起栽培は低湿重粘土の物理性の改善を図るための有効な土壌管理技術となる。また、根穴(根成孔隙)と吸水渠を上手に連絡する施工法を考えれば、暗渠の排水機能の向上とその効果の長期化を図ることができる。(4)低湿重粘土水田の汎用化排水性の向上により、イネ裏作の麦や大豆などの畑作の導入に有利な土壌条件が形成されることから、輪作体系の確立に必要な圃場の汎用化が図られる可能性が高い。(5)環境保全型農業の展開代かき水の流出に伴う肥料の流亡や懸濁水(にごり水)の流出による水質汚染も少なく、また切りイナわらが作土層に混入しないので、発生するメタンガスの量も少なく環境保全型農業の確立が期待できる。さらに、土壌微生物を含めた土壌小動物などを活用した生態系農業の展開も期待できる。(6)収量の安定化不耕起水田土層は栽培期間中も根穴を通じての酸素の供給が活発で土層は酸化状態が維持されやすい。このため、イネの根が生育後半まで健全で高い活力を持つので、イネは秋まさり的生育が特長で、収量も安定している。
界面アニソトロピーの戦略的制御による分子認識場の構築

本研究は、相互作用点を集積することを基本コンセプトとして分離機能材料の開発を行い、液体クロマトグラフィ(HPLC)への応用展開を目指した。当該年度の代表的な研究成果を下記の通り要約する。(1)相互作用点としてのカルボニル基を分子レベルで集積するために、長鎖アルキル化b-Alaを側鎖に導入したグルタミド誘導体を作製した。多孔質シリカ粒子に固定化したのち、HPLCにおける分離能を調査し、様々な幾何異性体に対して優れた分子形状識別能を発揮することを確認した。また、この高い選択性の原因が、長鎖アルキル鎖によるカルボニル基の配向促進効果に基づくことも明らかにした。(Chem. Comm., 2015で発表)(2)b-Ala基由来のカルボニル基を多重相互作用点とする有機相を設計する上で、ベースユニット当りのb-Alaの導入量や導入位置を系統的に変化させたアミノ酸誘導体を種々作製し、これらを多孔質シリカ粒子に固定化して、HPLCによる分離能を比較調査した。分子構造およびシリカ上での集積構造については、DRIFT、固体および懸濁NMR、DSC等により評価した。b-Ala基の集積は、有機相の配向状態の促進に寄与し、結果として逆相分配モードでの分子形状識別能が著しく増大することを確認した。また、b-Ala基の集積によって、逆相分配モードだけでなく、親水性相互作用モードでの分離能も著しく向上することを確認した。この性質を利用して、キサンチン、核酸塩基、ヌクレオチド、水溶性ビタミンなどに対して高い選択性が得られることを確認した。(Anal. Chem., 2015で発表)(3)L-Lysベースの分子ゲル形成分子を作製し、多孔質シリカ粒子に固定化してHPLCに適用した。光学分割能を確認した始めての分子ゲル固定化粒子として研究成果を報告した。(Anal. Methods, 2015で発表)27年度が最終年度であるため、記入しない。27年度が最終年度であるため、記入しない。本研究は、多重相互作用点を集積することを基本コンセプトとした分離機能材料の開発を行い、液体クロマトグラフィへの応用展開を目指す。下記に、当該年度の代表的な研究成果を報告する。(1)逆相クロマトグラフィのために新しい固定相を開発した。具体的には、Lーリシンをベースにアミド結合を介して長鎖アルキル鎖を導入した物質を作製した。同物質は有機溶媒中で配向集合し、繊維状ナノ構造化することによって溶液をゲルさせる能力があることを確認した。同物質を多孔質シリカ粒子に導入し、液体クロマトグラフィ用分離剤として適用した。結果として、多環芳香族類に対して著しく高い分子形状識別能を示すことが明らかになった。おそらく、リシン誘導体中に存在する複数のアミド結合が分子間水素結合帯を形成しながら、シリカ上で高度に配向した状態を形成した有機相を形成しているためと推察される。(2)液体クロマトグラフィにおいて新しいタイプの両親媒性有機相を提供するため、官能基としてのβーアラニル基に注目し、シリカとオクタデシル基のスペーサーとして活用した。具体的には、βーアラニル基を1個、2個、3個のものを作製し、比較検討した。シリカへの固定化状態については、固体NMRや懸濁NMR、視差走査熱量分析、FTーIRなどにより調査した。結果として、逆相モードおよび親水性相互作用モードのどちらにおいても高い分子形状識別能を発揮することが明らかになった。βーアラニル基の繰り返し構造化により、3分子間水素結合を促進するアミド結合が1次元的に配列し、これが有機相の秩序化を促進したためと推測される。(3)非イオン性かつ親水性の高い有機相を開発するため、2-vinyl oxazolineの構造に着目し、同モノマーの多孔質シリカ上でのグラフト重合を実施した。結果として、高い選択性が極性溶媒および非極性溶媒の両方で発揮されることを確認した。

また、b-Ala基の集積によって、逆相分配モードだけでなく、親水性相互作用モードでの分離能も著しく向上することを確認した。この性質を利用して、キサンチン、核酸塩基、ヌクレオチド、水溶性ビタミンなどに対して高い選択性が得られることを確認した。(Anal. Chem., 2015で発表)(3)L-Lysベースの分子ゲル形成分子を作製し、多孔質シリカ粒子に固定化してHPLCに適用した。光学分割能を確認した始めての分子ゲル固定化粒子として研究成果を報告した。(Anal. Methods, 2015で発表)本年度は、新しい有機相の開発に主眼を置き、リシンをベースにした超分子ゲル形成有機相、非イオン性かつ親水性のポリマー有機相、さらには複数の水素結合促進基を導入した有機相の3種類を合成した。それぞれ液体クロマトグラフィにおいて特異な選択性を示した。応用研究については今後の展開となるが、基本成果はすでに3報の論文として報告済みであり、ほぼ当初目標を達成していると判断した。27年度が最終年度であるため、記入しない。今年度新たに作製したLーリシン誘導体を分子配向場とするHPLC用分離剤は、多環芳香族類に対する分子形状識別能に対しては高い数値が示されたものの、光学分割については限定的な選択性のみが得られている。そのため、本年度は、光学分割を中心目標に据えた立体選択性の向上を目指し、下記のような研究目標を立てている。(1)Lーリシン誘導体による選択性向上の根底には、カルボニル基の配向が関与しているものと推察されるが、分子配向をさらに促進するためには、シリカへの固定化方法から再検討する必要がある。そこで、次年度は、固定化方法の改善から着手する。具体的には、スペーサーの柔軟性や配向性を考慮した分子設計を行い、固体NMR、FTーIRシリカ、振動CDスペクトル等によって評価する。Lーリシン間の分子間配向に関する知見と光学分割能に対する相関性を調査し、必要に応じて分子設計を再考する。(2)長鎖アルキル基の配向により分子配向が促進され、結果として高い分子形状識別能を発現させることができる。その一例が、本研究室で開発したポリ(オクタデシルアクリレート)をシリカにグラフト化したHPLC用分離剤である。同有機相は、キラル中心を有しないが、結晶相を形成する温度で高い分子形状識別能を発揮するだけでなく、芳香環を有するキラルな試薬によってラベル化したジアステレオマーに対して高い選択性を発揮する。本研究では、この有機相の選択性をさらに向上させることを目的として、重合時に発生する立体規則性や固定化密度を制御し、ジアステレオマー分割能との関係を調査する。具体的には、固定化反応を、超臨界法を含む高圧化で実施し、オクタデシル基の配向状態を固体NMR等により評価する。また、キラルのラベル化剤としては(R)-および(S)-(1,1'-bi-2-naphthol)を中心に検討し、配向状態と選択性との相関性を調査する。
シロキシピリリウム塩とソフトな求核試剤による新規な増炭反応

4,6-ジメチル-2-シロキシピリリウムトリフラート(1__)を4,6-ジメチル-2-ピロンとt-ブチルジメチルシリルトリフラートから、無溶媒110°C1時間という条件で調製した。生成した1__と有機銅試薬の反応を行ったところ、1__の4位に置換基が導入された対応する4H-ピラン(2__)が得られた(収率40-65%)。有機銅試薬の置換基(R)や対カチオンなどの検討を行った結果、〈1〉Rがアリール・ビニルおよび2級アルキルの場合は2__が選択的に得られたが、Rが1級アルキルやメチル基の場合は2__と6位付加物の混合物となった。〈2〉R_2CuLiの方がR_2CuMgBrよりも好収率で2__を与えた。生成した2__は感情ケテンシリルアセタールであるので、種々の求電子試薬との反応を行うことができた。2a__(R=p-トリル)とm-クロロ過安息香酸との反応では3-シロキシ-2-ピロンが33%の収率で得られ、イミニウム塩との反応では3-メチレン-2-ピロンが63%の収率で得られた。またDMF中N-ブロモスクシンイミドで2__を処理すると、3-ブロモ-2-ピロン(3__)が47-92%の好収率で得られた。3__はジアステレオマー混合物として得られた(74/2689/11)が、主生成物を置換基Rと臭素がトランスの生成物であると帰属した。これはRがビニル基の場合の主生成物のNOE実験から確認した。生成した3__の4-アリールまたは4-アルケニル-3-ブロモ体は、Ag(I)塩の存在下でアリールまたはアルケニル基が3位に転位した3-置換2-ピロンを与えた。この転位反応の最適条件を検討した結果、ジクロロメタン中AgSbF_6を用いるのが最も良いことがわかった。この方法では、ほとんどの3__は室温15分以内に転位が完了するため今までの方法では得ることが困難であった不安定な3-アルケニル-2-ピロンを得ることができた。この転位反応は、〈1〉3__のトランス体の方がシス体よりもはるかに速く反応する。〈2〉転位に関与するアルケニル基の立体化学は完全に保持されるなどという特徴を有し、転位は協奏的に起こることが明らかとなった。