瀬高研究室_研究内容

研究内容

    環境負荷が小さいケイ素を組み込んだ新規な分子の設計、合成、および機能性についての実験研究を通して、
    低炭素社会を実現する新しいファインケミカルの開発原理の確立を目指す研究を進めています。

ケイ素の特長を利用した機能分子化学

PeriodicTable炭素(C)とケイ素(Si)は、元素周期表で同族の14族元素であるため、基本的な性質が良く似ています。また、炭素は生体分子を構成する主要な元素であるのに対し、ケイ素は岩石を構成する主要な元素であることが良く知られています。すなわち、炭素とケイ素は自然界に豊富に存在し、比較的毒性の小さな元素です。私たちは、おもに炭素(C)、水素(H)、酸素(O)、窒素(N)などで構成される有機化合物に、ケイ素(Si)を組み込むことで、通常の有機化合物には実現困難である高度な機能を持った分子の開発研究を進めています。

分子機械

分子の一部がメカニカルな動きをする分子は分子機械と呼ばれています。生体内には多くの分子機械があるにも関わらず、その機能を人工的に模倣することは現在もなお困難であり、分子機械研究は未だ基礎の段階にあります。私たちは、ケイ素の構造上の特長や固有の反応性を利用して、分子ジャイロコマ、分子シャトル、分子ギアを比較的容易に合成可能であることを明らかにしました。現在、応用を視野に入れた機能開発研究を進めています。

シリル置換π電子系

ベンゼンなどπ電子系化合物は、機能を持った有機化合物として知られています。これにケイ素を導入すると、立体的・電子的に相互作用してπ電子系に新たな機能性が付与されます。私たちは、π電子系にケイ素を導入して分子の新機能を開発する研究を進めています。

分子ジャイロコマ

大規模かご型分子骨格の内部に回転する部分が架橋した分子は、構造の類似性から分子ジャイロコマ(Molecular Gyrotop)と呼ばれています。私たちは、この化合物の合成法を確立し、回転子の回転運動に伴う機能性について研究しています。

GyroTop

 瀬高 渉・山口健太郎、「π電子系が結晶中で一軸回転する分子コマとその製造方法」、特許第5235927号.

結晶複屈折変化:分子ジャイロコマ1は、固体(結晶)状態、室温で、ベンゼン環が毎秒100万回転しています。このため、温度上昇とともに結晶内部のベンゼン環の位置が乱れ、結晶複屈折が変化することを発見しました。

gyro birefringence

 文献: W. Setaka, K. Yamaguchi, PNAS, 109, 9271-9275 (2012). doi:10.1073/pnas.1114733109
 (朝日新聞で報道されました。) ( プレスリリース)


分子風船:分子ジャイロコマ2は、固体(結晶)状態、室温以上で、ベンゼン環が高速回転します。このため、温度上昇とともに分子のかご構造が膨らみ、巨大な体積膨張を示すことを発見しました。これは、萎んでいた風船が膨らむ変化になぞらえます。

MolBalloon

 文献: W. Setaka, K. Yamaguchi, JACS, 134, 12458-12461 (2012). doi:10.1021/ja305822e
 (Nature Chemistry誌でハイライトされました。)


ダイポールローターの結晶内配向の秩序ー無秩序転移:チオフェンを回転子とする分子ジャイロコマ3は、チオフェン環のダイポール(硫黄がー、ジエン側が+に分極していること(0.52 D))のため、結晶内部での配向秩序に興味が持たれます。低温では、秩序ある配向をしているのに対し、高温では環の分子運動のため無秩序配向する結晶相転移の様子を明らかにしました。

ThioGyro

 文献: W. Setaka, K. Yamaguchi, JACS, 135, 14560-14563 (2013). doi:10.1021/ja408405f

分子シャトル

軸分子に環状分子がはまり込んだ構造の分子は、ロタキサンと呼ばれています。私たちは、ケイ素の反応性を利用して単純な構造のロタキサンを合成し、構造を明らかにしました。

Silarotaxane

 文献: S. T. Phan, W. Setaka, M. Kira, CL, 37, 976-977 (2008). doi:10.1246/cl.2008.976

分子ギア

ジトリプチシルメタン類は、トリプチセン同士が噛み合って回転運動するため分子ギアと呼ばれています。ケイ素が4配位から5配位になる変化を利用してクラッチ機構を導入しました。

MolGear

 文献: W. Setaka, T. Nirengi, C. Kabuto, and M. Kira, JACS, 130, 15762-15763 (2008). doi:10.1021/ja805777p