[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

分子レベルでお互いを見分けるゲル

Macroscopic self-assembly through molecular recognition
Harada, A.*: Kobayashi, R. Takashima, Y.; Hashidzume, A.; Yamaguchi. H. Nature Chem.2011, AOP DOI: 10.1038/NCHEM.893

色違いのゲルを、さいの目に切ったものがシャーレに置かれています。水に浸してシェイクすると、特定のペアのみ(赤と緑、黄と青)がくっついて、ゲルの固まりができます。一方で、他の別ペアや同じ物どうしは、くっつきあうことがありません。

この不思議なゲルを開発したのは、大阪大学の原田明教授。

本当に驚くべき現象ですが、果たしてどういう理屈なのでしょう?

実はここには、分子がお互いを見分ける「分子認識」の考え方が、フル活用されているのです。


まずは、前提知識を知っておく必要があります。

ゲルに組み込まれている分子は、糖が環状につながったシクロデキストリン(CD)という化合物です。ここではα-CDβ-CDの二種類が使われていますが、それぞれ環の大きさが異なっています。
いずれも図に示すとおり台形の”バームクーヘン型”をしており、外側は水となじみやすく(親水性)、空孔内部は炭化水素となじみやすい(疎水性)特性をもっています。

gel_macroscopic_3.gif

(画像:原田明研究室より)

CD分子は、穴の大きさにフィットする分子(ゲスト)と強く結合するホスト分子になることが知られています。穴にフィットしない分子とはちゃんと結合しません。また、環の大きさに応じて、取り込める分子の種類は異なります。

CD分子はつまり、特定の分子を選びとって、捕まえる能力をもった化合物と言えるわけです。(参考:シクロデキストリンのホスト・ゲストケミストリー

さて、β-CDはアダマンチル(Ad)基もしくはtert-ブチル(t-Bu)基、α-CDはn-ブチル(n-Bu)基とそれぞれ選択的に、かつ強く結合することが知られています。

これらの分子をアクリルアミドに結合させ、それぞれ重合させて色をつけたのが、この不思議なゲルです。

これだけでご覧のとおり、お互いに結合する分子の組み合わせをもったゲル同士だけが、見事にくっつくのです。

90℃にまで加熱するとはがれます。相互作用の強さは、おおむね分子レベルの結合定数を反映したものになっているようです。β-CD-gelとAd-gelは特に強く結合しますが、大きさの似た極性分子・アダマンチルアミン塩酸塩を成分とするAdA-gelとは上手く結合してくれません。こういった事実からもやはり、ゲル結合表面における分子認識過程こそが重要であるという示唆が得られています。

gel_macroscopic_4.jpg

(画像は論文より引用)

分子認識という非常にミクロな現象が、目で見えるほどのスケールにまで拡大されて発現している例の一つです。よくある表面認識過程では、もっとラフなスケールの事象、たとえば表面のざらつきや凹凸が上手く噛み合うかどうか、などといったことが議論の的になってくるものですが、このケースはそれとは全く異なっています。まさに「分子レベルの目」を持つ化学者にしか、実現出来ない材料の一つなのです。

ところで、この材料にはどんな応用が考えられるのでしょうか? 論文中では特に述べられていませんが、無害な材料ですから、楽しいおもちゃなんかに使えそうですね。機能を持たせたゲルを、マクロスケールで自己組織化させて、より複雑な機能を持たせるようなことすらこれから可能になってくるかもしれません。

そんなことを夢いっぱいに空想することが許されるのも、材料を一から作り出せる能力を持つ化学者ならではの特権だといえそうです。

  • 関連書籍
  • 関連リンク

大阪大学大学院理学系研究科 超分子化学研究室 (原田明 研)

The following two tabs change content below.
cosine

cosine

博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。 関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。 素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. リチウムイオン電池のはなし~1~
  2. Reaxys Prize 2010発表!
  3. アルカリ土類金属触媒の最前線
  4. 第95回日本化学会付設展示会ケムステキャンペーン!Part I
  5. おまえら英語よりもタイピングやろうぜ ~初級編~
  6. 和製マスコミの科学報道へ不平不満が絶えないのはなぜか
  7. 生体深部イメージングに有効な近赤外発光分子の開発
  8. タミフルの新規合成法

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. カンプトテシン /camptothecin
  2. 新しい抗生物質発見:MRSAを1分で99.99%殺菌
  3. アムロジンのデータ資料返還でファイザーが住友化学に仮処分命令申立
  4. ノーベル化学賞・下村さん帰国
  5. 最近の有機化学注目論文1
  6. ハリー・グレイ Harry B. Gray
  7. 科学を伝える-サイエンスコミュニケーターのお仕事-梅村綾子さん
  8. 細胞を模倣したコンピューター制御可能なリアクター
  9. アミン存在下にエステル交換を進行させる触媒
  10. ドミトリ・メンデレーエフの墓

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

Carl Boschの人生 その2

Tshozoです。前回の続き、早速参ります。筆者のフォルダが火を噴く動画集 おそらく現存…

トヨタ、世界初「省ネオジム耐熱磁石」開発

トヨタは、今後急速な拡大が予想される電動車に搭載される高出力モーターなど様々なモーターに使用されるネ…

触媒のチカラで拓く位置選択的シクロプロパン合成

嵩高いコバルト錯体を触媒として用いた位置選択的Simmons–Smith型モノシクロプロパン化反応が…

「原子」が見えた! なんと一眼レフで撮影に成功

An Oxford University student who captured an image…

2018年3月2日:ケムステ主催「化学系学生対象 企業合同説明会」

2月も後半となり、3月1日の就活解禁に向けて、2019年卒業予定の学生のみなさんは、就活モードが本格…

高専シンポジウム in KOBE に参加しました –その 2: 牛の尿で発電!? 卵殻膜を用いた燃料電池–

1 月 27 日に開催された第 23 回 高専シンポジウム in KOBE の参加報告の後編です。前…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP