超分子ポリマー及びその合成方法
【課題】 異種環状分子を含有し、例えば環状分子の移動を刺激によって区別することが可能な全く新規な超分子ポリマー及びその合成方法を提供する
【解決手段】 環状分子の中を線状分子が貫通した（ポリ）ロタキサン構造を有する超分子ポリマーである。環状分子として複数種類の環状分子を含有することを特徴とする。例えば、環状分子として２，６−ジメチル−β−シクロデキストリン及びククルビット［７］ウリルを含有し、これらをホスト分子として、ポリプロピレングリコールビスアジドとＮ，Ｎ′−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミンを線状モノマーとする線状分子をゲスト分子として、包接体が構成される。この包接体（超分子ポリマー）は、例えば環状分子が外部刺激に応じて移動する分子スイッチにおいて、環状分子の移動を刺激によって区別することが可能である。
【解決手段】 環状分子の中を線状分子が貫通した（ポリ）ロタキサン構造を有する超分子ポリマーである。環状分子として複数種類の環状分子を含有することを特徴とする。例えば、環状分子として２，６−ジメチル−β−シクロデキストリン及びククルビット［７］ウリルを含有し、これらをホスト分子として、ポリプロピレングリコールビスアジドとＮ，Ｎ′−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミンを線状モノマーとする線状分子をゲスト分子として、包接体が構成される。この包接体（超分子ポリマー）は、例えば環状分子が外部刺激に応じて移動する分子スイッチにおいて、環状分子の移動を刺激によって区別することが可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロタキサン構造を有し異種環状分子を１分子中に含有する新規な超分子ポリマーに関するものであり、さらにはその合成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリロタキサンは、環状分子であるシクロデキストリン（ＣＤ）やククルビットウリル（ＣＢ）を線状分子でそれぞれ串刺し状にしたロタキサンもしくはポリロタキサン構造を有し、いわゆる超分子ポリマーとして知られている。ポリロタキサンでは、環状分子と線状分子は化学結合で結ばれているのではなく、環状分子をホスト分子とし線状分子をゲスト分子として包接体が形成されている。
【０００３】
近年、ポリロタキサンの機械的結合に起因した環状分子の動的挙動による効果が明らかとなり、例えば分子スイッチ等の新しい動的機能が見出されている。今後、さらなる機能性ポリロタキサンの発展が期待され、そのためには、（ポリ）ロタキサン構造を保持したまま新たな機能化が必要とされている。
【０００４】
ポリロタキサンについては、各方面で研究が進められており、種々の合成方法が知られている（例えば、非特許文献１や非特許文献２等を参照）。非特許文献１では、水中にて環状分子を高分子と混合し、沈殿物として得る方法が提案されている。非特許文献２では、環状分子を低分子モノマーと包接させ、それを銅イオンと配位させて分子鎖長を延長する方法が提案されている。また、ポリロタキサンの応用技術として、前記串刺し状構造を利用して、溶媒置換や外部刺激（温度、ｐＨ等）によって環状分子を移動させる「分子シャトル」の概念が提案されている（非特許文献３を参照）。
【非特許文献１】Macromolecules 1990, 23, 2821
【非特許文献２】J. Am. Chem. Soc, 1996, 118(45),11333
【非特許文献３】Acc. Chem. Res, 2001, 34(6), 456
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記ポリロタキサンは、前述のように環状分子が外部刺激に応じて移動する分子スイッチとして提唱されているが、環状分子が１分子中に１種類のみしか含有されていないため、一つの外部刺激に対する動きが単一的なものとなる。外部刺激を認識して、その情報をいくつかに振り分けるためには、環状分子の移動を刺激によって区別する必要がある。
【０００６】
本発明は、前述のような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、異種環状分子を含有し、例えば環状分子の移動を刺激によって区別することが可能な、全く新規な超分子ポリマー及びその合成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、前述の目的を達成するために、長期に亘り種々の研究を重ねてきた。その結果、異種環状分子をポリロタキサン一分子中に含有した超分子ポリマーの合成法を確立するとともに、外部刺激応答を異種環状分子によって区別することに成功した。
【０００８】
本発明は、このような研究結果に基づいて完成されたものであり、本発明の超分子ポリマーは、環状分子の中を線状分子が貫通したロタキサンもしくはポリロタキサン構造を有する超分子ポリマーであって、前記環状分子として複数種類の環状分子を含有することを特徴とする。また、本発明の超分子ポリマーの合成方法は、種類の異なる環状分子をホスト分子とし種類の異なる線状モノマーをゲスト分子とする複数種類の包接体を形成し、前記線状モノマーを付加反応させることにより複数種類の包接体を結合することを特徴とする。
【０００９】
本発明の超分子ポリマーは、前記の通り、異種環状分子を含有するものである。ここで、前記異種環状分子においては、環状分子毎に動的挙動が異なることから、例えば外部刺激応答が環状分子毎に区別される。すなわち、本発明の超分子ポリマーにおいては、（ポリ）ロタキサン構造を保持したまま、新たな機能が付加される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、異種環状分子を含有する新規な超分子ポリマーを提供することが可能である。前記超分子ポリマーでは、例えば環状分子の移動を刺激によって区別することが可能である等、環状分子の移動様式を独立に制御でき、新たな分子スイッチへの応用等、用途の拡大や新機能の追加等が実現可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した超分子ポリマー及びその合成方法について詳細に説明する。なお、以下においては、異種環状分子（ゲスト分子）としてシクロデキストリンの誘導体（２，６−ジメチル−β−シクロデキストリン：ＤＭ−β−ＣＤ）及びククルビットウリル系化合物（ククルビット［７］ウリル：Cucurbit [7] uril：ＣＢ［７］）を用い、線状モノマー（ホスト分子）として両末端にアジド基を有する線状モノマー（ポリプロピレングリコールビスアジド：ＰＰＧ−Ｎ３）及び両末端にアルキニル基を有する線状モノマー（Ｎ，Ｎ′−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミン：ＰＭＰＡ）を用いた場合を例にして説明する。これら化合物の化学式を化１〜化４に示す。
【００１２】
【化１】
【００１３】
【化２】
【００１４】
【化３】
【００１５】
【化４】
【００１６】
ホスト分子として用いる環状分子やゲスト分子として用いる線状分子（線状モノマー）はこれらに限らず、包接体を構成し得る組み合わせであれば任意の環状分子、線状分子（線状モノマー）を用いることが可能である。また、複数種類の環状分子は、互いに分子構造が異なる環状分子の組み合わせであれば任意の環状分子の組み合わせを採用することができる。組み合わせる環状分子の種類の数も、例えば２種類であってもよいし、あるいは３種類以上とすることも可能である。
【００１７】
図１は、本発明を適用した超分子ポリマー（異種環状分子含有擬ポリロタキサン）の合成スキームを示すものである。なお、図１においては、環状分子や線状モノマーを模式的に示してある。
【００１８】
２，６−ジメチル−β−シクロデキストリン（ＤＭ−β−ＣＤ）とβ−シクロデキストリン（β−ＣＤ）とは、水への溶解度の温度依存性が逆であり、室温では高い水溶性を示すが、４０℃〜５０℃では析出する。ＤＭ−β−ＣＤは、ポリプロピレングリコールビスアジド（ＰＰＧ−Ｎ３）と疎水性相互作用を主な駆動力として包接体を形成し、ＤＭ−β−ＣＤ間の水素結合がジメチル基によって消失するため、擬ロタキサンを形成しても擬ロタキサン分子の凝集はない。一方、ククルビット［７］ウリル（ＣＢ［７］）は、カチオン部分とのイオン双極子相互作用と疎水性相互作用によって包接体を形成し、それぞれ異なったメカニズムにより包接体を形成する。
【００１９】
そこで、このメカニズムを利用して、それぞれのゲスト分子と包接体を形成する。すなわち、図１中の反応ａにより、ＤＭ−β−ＣＤをホスト分子、ＰＰＧ−Ｎ３をゲスト分子とする包接体（ＩＣ−ＤＭ−β−ＣＤ／ＰＰＧ−Ｎ３）を形成し、図１中の反応ｂにより、ＣＢ［７］をホスト分子、Ｎ，Ｎ′−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミン（ＰＭＰＡ）をゲスト分子とする包接体（ＩＣ−ＣＢ［７］／ＰＭＰＡ）を形成する。前記反応ａ，ｂは、例えば水中で行うことができ、必要に応じてｐＨ調整を行ってもよい。
【００２０】
前記のように、それぞれのゲスト分子と包接体を形成させた後、クリックケミストリーの１つである１，３−双極子付加反応（図１中、反応ｃ）を行い、前記２種類の包接体の線状モノマーを結合させて異種環状分子含有擬ポリロタキサンを合成する。前記反応ｃは、例えば水中で触媒を添加し、これを加熱することで行う。加熱手段としては、例えばマイクロ波加熱等を採用することができる。
【００２１】
クリックケミストリーとは、「その反応は交換可能な構成であり、対象範囲が大きく高収率で無害な副生成物が生成しても容易に分離できるものでなくてはならない。また、反応は酸素や溶媒に影響がないものが理想的である。」と定義されている。その中でも１，３−双極子付加反応と呼ばれる方法が広く利用されている。この反応はアルキニル基とアジド基との反応であり、新たな結合点として熱やｐＨ等の外部刺激に対して安定なトリアゾール基が生成する。前記反応は選択的な反応であるため、他の置換基が存在する環境でも利用できることが大きな特徴であり、それ故、この反応は生体材料や新規化合物等の合成に頻繁に用いられている。図２に、１，３−双極子付加反応を模式的に示す。また、この反応は多くの場合に触媒として一価の銅イオンＣｕ（Ｉ）を添加して行われるが、その反応機構（１，３−双極子付加反応のＣｕ（Ｉ）による触媒メカニズム）を図３に示す。
【００２２】
以上により、２種類の環状分子（ＤＭ−β−ＣＤとＣＢ［７］）を含有し、これら環状分子の中を線状分子が貫通した（ポリ）ロタキサン構造を有する超分子ポリマー（異種環状分子含有擬ポリロタキサン）が合成される。合成された超分子ポリマーは、例えばｐＨ変化によって異種環状分子がそれぞれのｐＨ応答性に応じて移動する等、外部刺激応答を異種環状分子によって区別することが可能である。
【００２３】
図４は、２種類の環状分子（ＤＭ−β−ＣＤとＣＢ［７］）を含有する超分子ポリマーにおける各環状分子の移動の様子を示すものである。ｐＨ２では、図４（ａ）に示すように、ＤＭ−β−ＣＤはＰＰＧ上に存在し、ＣＢ［７］はＰＭＰＡのフェニル基上に存在する。これに対して、ｐＨ１１では、ＤＭ−β−ＣＤはＰＰＧ上に存在しているものの、結合点のトリアゾール基の近傍に移動する。ＣＢ［７］は、ＰＭＰＡ上のフェニル基上からアミノ基上に移動する。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を適用した実施例について、具体的な実験結果を基に説明する。
【００２５】
［実験１：異種環状分子含有擬ポリロタキサンの合成］
試薬
以下の実験においては、下記の試薬を用いた。試薬や溶媒については、購入したものをそのまま用いたが、特に精製が必要な場合は、精製処理、蒸留等の処理を行った。
（１）プロパギルアミン：シグマアルドリッチジャパン
（２）１，３−ビス(クロロメチル)ベンゼン（BCMB）：アクロス
（３）Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（DMAc）：関東化学
（４）テトラヒドロフラン（THF）：関東化学
（５）トリエチルアミン（Et3N）：シグマアルドリッチジャパン
（６）ポリプロピレングリコール(Mn:400)（PPG）：関東化学
（７）メタンスルホニルクロリド（MS）：東京化成
（８）エタノール：ナカライテスク
（９）アジ化ナトリウム：和光純薬
（１０）ジエチルエーテル（Et2O）：ナカライテスク
（１１）クロロホルム（CHCl3）：ナカライテスク
（１２）重水（D2O）：シグマアルドリッチジャパン
（１３）重水酸化ナトリウム（NaOD）：日本酸素株式会社
（１４）重塩酸：（DCl）：シグマアルドリッチジャパン
（１５）2,6-ジメチル-b-シクロデキストリン（DM-b-CD）：和光純薬
（１６）Cucurbit[7]uril （CB[7]）：シグマアルドリッチジャパン、Pohang University of Science and Technology, Kimoon Kim. Laboratory
（１７）硫酸銅五水和物：関東化学
（１８）アスコルビン酸ナトリウム：シグマアルドリッチジャパン
（１９）蒸留水
【００２６】
Ｎ，Ｎ’−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミン（ＰＭＰＡ）の合成
１，３−ビス（クロロメチル）ベンゼン（ＢＣＭＢ）１ｇ（５．７ｍｍｏｌ）をＤＭＡｃ１０ｍｌに溶解させ、その溶液を室温でプロパギルアミン３．９ｍｌ（５７ｍｍｏｌ）中に約１時間かけてゆっくりと滴下し、一晩撹拌した。反応溶液からエバポレーションによって過剰のプロパギルアミンと溶媒を取り除き、淡黄色のジェル状の粗生成物を得た。そこに１Ｍ塩酸水溶液を加えてｐＨ７に調整し、その水溶液にＣＨＣｌ３を加え３回分液抽出し水層を回収した。回収した水層をエバポレーションによって濃縮した後、１Ｍ水酸化ナトリウム水溶液を加えてｐＨ１１に調整した。再びその水溶液にＣＨＣｌ３を加え３回分液抽出しＣＨＣｌ３層を回収し、エバポレーションによって溶媒を留去した。次いで、１Ｍ塩酸水溶液を加えてｐＨ２に調整した後、エバポレーションによって溶媒を留去した。さらに、メタノールを加えて溶解させ、過剰のジエチルエーテル（Ｅｔ２Ｏ）に注ぎ再沈殿した。沈殿物を回収し減圧乾燥させ白色粉末を得た（収量４５０ｍｇ、収率３４％）。合成の確認を１Ｈ及び１３Ｃ−ＮＭＲ測定により行った［Varian社製Gemini-300C(300MHz)または、同社UNITY plus750MB (750MHz)］。以後の測定についても同様の装置を使用した。
1H NMR (D2O): δ=7.52-7.42(m, 4H, aromatic), 4.27(s, 4H, -CH2-), 3.80(s, 4H, -CH2-), 2.92(t, 2H,≡CH)
13C NMR (DMSO-d6): δ=132-129(aromatic), 79.7( -CH2-), 74.9(-CH2-)48.6(-C≡), 35.0(≡CH)
【００２７】
前記合成における反応式を化５に示す。また、合成されたＰＭＭＡの１Ｈ−ＮＭＲチャートを図５に示し、１３Ｃ−ＮＭＲチャートを図６に示す。前記合成により、不純物も含まず、１Ｈ−ＮＭＲから算出した導入率が１００％のものを得ることができた。また１３Ｃ−ＮＭＲからもアルキニル基の導入の確認ができた
【００２８】
【化５】
【００２９】
両末端アジド化ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ−Ｎ３）の合成
テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）１００ｍｌにポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）（分子量Ｍｎ：４００）１０ｇ（２５ｍｍｏｌ）を溶解させ、そこにトリエチルアミン（Ｅｔ３Ｎ）３４．７ｍｌ（０．２５ｍｏｌ）を加え氷浴で十分に冷却した。これにテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）５０ｍｌに溶解させたメタンスルホニルクロリド（ＭＳ）を約１時間かけて滴下した。滴下終了後に氷浴をはずし、室温で一晩撹拌すると白色沈殿が生成した。反応終了後、エバポレーションによって溶媒を留去し、残った沈殿物にジエチルエーテル（Ｅｔ２Ｏ）を加えよく撹拌した。その溶液をろ過し、ろ液を回収して再び溶媒を留去することにより薄い赤茶色のＰＰＧ−ＭＳを得た。ＰＰＧ−ＭＳを９０％エタノール水溶液に溶解させ、アジ化ナトリウムを加え９０℃で一晩還流した。反応溶液をエバポレーションによって溶媒を留去し、残った沈殿物にジエチルエーテル（Ｅｔ２Ｏ）を加えよく撹拌した。得られた溶液をろ過し、ろ液を回収してエバポレーションによって溶媒を留去することにより黄色の油状物を得た。そこに少量の水を加えＣＨＣｌ３で３回分液抽出し、ＣＨＣｌ３層を回収した。エバポレーションによって溶媒を留去することによりは黄色の油状のＰＰＧ−Ｎ３を得た（収量：１０ｇ、収率：９０％）。合成の確認を１Ｈ及び１３Ｃ−ＮＭＲによって行った。
1H NMR (D2O):δ=3.73-3.15(br, 21H, -OCHCH2-),1.14-0.93(br, 21H, -CH3)
13C NMR (DMSO-d6):δ=76.2-72.6(-OCHCH2-),57.2-56.6(N3CH-, -CH2N3), 33.6-22.7(-CH3)
【００３０】
前記合成における反応式を化６に示す。また、合成されたＰＰＧ−Ｎ３の１Ｈ−ＮＭＲチャートを図７に示し、１３Ｃ−ＮＭＲチャートを図８に示す。さらに、ＰＰＧ−ＭＳの１Ｈ−ＮＭＲチャートを図９に示し、ＰＰＧの１３Ｃ−ＮＭＲチャートを図１０に示す。
【００３１】
【化６】
【００３２】
１Ｈ−ＮＭＲの結果、両末端活性化状態であるＰＰＧ−ＭＳは１Ｈ−ＮＭＲ（図９）から導入率９３％と算出され高い導入率であった。ＰＰＧ−ＭＳからの両末端のアジド化では、ＰＰＧ−ＭＳのＭＳのメチル基が完全に消失したことからほぼ完全に反応が進行したと考えられる（図７）。ＰＰＧ−Ｎ３の導入率を算出するため同様に１Ｈ−ＮＭＲスペクトルの解析を行ったが、特徴的なピークがなく、また原料であるＰＰＧとスペクトルが似ているため直接算出することはできなかった。従ってＭＳ化によって活性化された部分は 全てアジド基に置換されたものと判断した。これは、ＰＰＧ−ＭＳからＰＰＧ−Ｎ３の反応の際ＭＳのメチル基が完全に消失したことによって裏付けられる。また１３Ｃ−ＮＭＲからも原料であるＰＰＧの末端水酸基に隣接する炭素原子由来のピークが消失し、新たなピークが現れたことからも、アジド基が導入されたものと考えられる
【００３３】
ＣＢ［７］とＰＭＰＡとの包接体（ＩＣ−ＣＢ［７］／ＰＭＰＡ）の調製
重水（Ｄ２Ｏ）３ｍｌにＰＭＰＡ１８ｍｇ（６５μｍｏｌ）を溶解させ、ｐＨ５に調製した。その水溶液を重水（Ｄ２Ｏ）３ｍｌにＣＢ［７］１００ｍｇ（８６μｍｏｌ）を溶解させた水溶液に撹拌しながら徐々に加え、包接体を調製した。包接体形成の確認を１Ｈ−ＮＭＲ及び、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ（Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight Mass Spectrometry：マトリックス支援レーザー脱離イオン化法-飛行時間型質量分析計）によって行った（装置：Applied Biosystems社製 Voyager-DE RP、マトリックス：α−シアノ−４−ヒドロキシ桂皮酸）。以後の測定についても同様の装置とマトリックスを使用した。
【００３４】
図１１に得られた包接体（ＩＣ−ＣＢ［７］／ＰＭＰＡ）の１Ｈ−ＮＭＲチャートを示す。なお、図１１には、ＣＢ［７］及びＰＭＰＡの１Ｈ−ＮＭＲチャートも併せて示す。また、図１２には、得られた包接体（ＩＣ−ＣＢ［７］／ＰＭＰＡ）のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳチャートを示す。
【００３５】
ＰＭＰＡは芳香環を挟むように二級アミンが配置されており、ｐＨ５付近では二級アミンはプロトン化していると考えられる。そして、プロトン化しているＰＭＰＡとＣＢ［７］を混合することにより、ＣＢ［７］は空洞部内の中心付近でＰＭＰＡの芳香環を疎水性相互作用によって認識し、さらに両側の開口部に存在するカルボニル基によってプロトン化した二級アミンを認識し安定な包接体を形成すると考えられる。本実験では、全てのＰＭＰＡを包接させるため、ホスト分子であるＣＢ［７］をやや多く加えた。１Ｈ−ＮＭＲの結果、重水（Ｄ２Ｏ）中、ｐＨ５で混合したサンプルは、図１１に示すように、芳香環由来のピークが３箇所に分裂し、それぞれ高磁場シフトした。これまでの報告では、ＣＢ［７］の空洞部内に存在するゲスト分子のピークは高磁場シフトすることが報告されている。したがって、ＰＭＰＡの芳香環がＣＢ［７］空洞部内に包接されていると考えられる。さらに、図１２に示すＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳにおいても、ＣＢ［７］とＰＭＰＡの１対１の包接体を示すピークが確認できたことから、ｐＨ５の水溶液中ではＣＢ［７］とＰＭＰＡは包接体と形成していると言える。また、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルでは２．０ｐｐｍ付近に新たなピークが現れたが、積分値の比較や後のクリック反応後に消失することから、アルキニル基由来のピークがシフトしたものであると推測される。したがって、ＰＭＰＡ末端のアルキニル基とＣＢ［７］との間で何らかの相互作用を有するものと思われる。
【００３６】
ＤＭ−β−ＣＤとＰＰＧ−Ｎ３との包接体（ＩＣ−β−ＣＤ／ＰＰＧ−Ｎ３）の調製
ＤＭ−β−ＣＤ１１５ｍｇ（８６μｍｏｌ）を重水（Ｄ２Ｏ）１ｍｌに溶解させ、そこにＰＰＧ−Ｎ３２９ｍｇ（６５μｍｏｌ）を加え、室温で約３０分撹拌し包接体を調製した。また対照としてＤＭ−β−ＣＤ３０ｍｇ（２．２μｍｏｌ）、あるいは８９ｍｇ（６．７μｍｏｌ）を重水（Ｄ２Ｏ）１ｍｌに溶解させ、そこにＰＰＧ−Ｎ３１０ｍｇ（２．２μｍｏｌ）を加え室温で約１時間撹拌した。仕込み量の異なる包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：１及びＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：３）の形成の確認を１Ｈ−ＮＭＲ及び、２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲによって行った。
【００３７】
ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：１）の１Ｈ−ＮＭＲチャートを図１３に、ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：３）の１Ｈ−ＮＭＲチャートを図１４に、ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：１）の２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャートを図１５に、ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：３）の２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャートを図１６にそれぞれ示す。
【００３８】
前述の通り、ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体を、それぞれを混合し水中で撹拌することによって調製した。ＤＭ−β−ＣＤとＰＰＧ−Ｎ３は、疎水性相互作用によって包接体を形成すると考えられ、ＰＰＧ−Ｎ３はその分子量から最大３つのＤＭ−β−ＣＤを取り込むことが可能である。そこで先ず、ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤを１：１または１：３で調製し、１Ｈ−ＮＭＲ及び２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲによって確認した。図１３及び図１４に示す１Ｈ ＮＭＲの結果から、１：１、１：３のいずれのサンプルでも明らかなピークシフトは確認できなかったが、ＰＰＧ−Ｎ３のメチル基由来のピークが分裂しており、１：３ではそのピークがブロード化している。これが包接に起因するものであるとは断言できないが、何らかの影響を受けているものと思われる。
【００３９】
図１５及び図１６に示す２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲでは、１：１、１：３のいずれのサンプルでもＤＭ−β−ＣＤの空洞部内部に存在するＣ（３）Ｈプロトン由来のピークとＰＰＧ−Ｎ３のメチル基由来のピークとのクロスピークが確認できた。したがって、１Ｈ −ＮＭＲの結果によるＰＰＧ−Ｎ３のメチル基由来のピークが分裂したことも包接に起因するものと推測される。また、１：３の場合よりも１：１の場合の方がより鮮明にクロスピークが確認されたことから、１：３の仕込みではＰＰＧ−Ｎ３を包接していないＤＭ−β−ＣＤが多く存在しているのではないかと考えられる。これらの結果を参考として、ＣＢ［７］とＰＭＰＡとの包接体の調製の場合と同様、実際に反応に使用するサンプルをややホスト分子を多くし、ＰＰＧ−Ｎ３１分子当たり最低でもＤＭ−β−ＣＤ１分子を含むようにして調製した。
【００４０】
異種環状分子含有擬ポリロタキサンの合成
先に調製したＩＣ−ＣＢ［７］／ＰＭＰＡ（２１．７ｍＭ）とＩＣ−ＤＭ−β−ＣＤ／ＰＰＧ−Ｎ３（２１．７ｍＭ）水溶液を混ぜ、さらに硫酸銅五水和物８．１ｍｇ（３２μｍｏｌ）／０．５ｍｌ水溶液、アスコルビン酸ナトリウム１３ｍｇ（６５μｍｏｌ）／０．５ｍｌ水溶液を順に加え、電子レンジ（８０Ｗ）で３０分間加熱した。その際、途中でアスコルビン酸ナトリウムを始めに加えた量と同量を追加した。前記のクリック反応の終了後、ｐＨ５に調製した蒸留水で二日間透析し（Spectrum Laboratories社製、スペクトラ/ポア6 MW3500）、減圧乾燥することで茶色の粉末を得た（収量：１２８ｍｇ、収率：４９％）。合成の確認を１Ｈ−ＮＭＲ及び２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲ、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳで行った。また、反応の確認のための一つの指標として、ＰＭＰＡとＰＰＧ−Ｎ３のみを用いてほぼ同様の条件にて反応を行った。
【００４１】
図１７は、ＰＭＰＡとＰＰＧ−Ｎ３のみを用いたクリック反応後の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。図１８は合成した異種環状分子含有擬ポリロタキサンの１Ｈ−ＮＭＲチャート、図１９は合成した異種環状分子含有擬ポリロタキサンのＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳチャート、図２０は合成した異種環状分子含有擬ポリロタキサンの２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャートである。
【００４２】
前述の通り、異種環状分子含有擬ポリロタキサンを合成するにあたって、先ずＣＢ［７］とＰＭＰＡをｐＨ５の水溶液中で反応させ、またＤＭ−β−ＣＤとＰＰＧ−Ｎ３をｐＨ７の水溶液中で反応させ、それぞれ包接体を形成させた。そしてこれらを混合し、およそｐＨ５付近にした。この状態では、それぞれの包接体の状態を維持している。そして、そこに触媒として硫酸銅五水和物とアスコルビン酸を加えるが、アスコルビン酸を加えることにより銅イオンは二価から一価へと還元され、反応溶液は黄色へと変化し、アルキニル基とアジド基の反応を活性化する。さらに、反応溶液を電子レンジで急速に加熱することにより短時間で反応が進行した。
【００４３】
合成の確認は、先ず、１Ｈ−ＮＭＲ測定によって、反応によるアルキニル基由来のピークの消失の確認、新たに生成するトリアゾール基由来のピークとＰＭＰＡの芳香環由来のピークとを比較することによって行った（図１７参照）。対照実験としてＰＭＰＡとＰＰＧ−Ｎ３のみでの反応を行い、図１８に示すように、新たに生成するトリアゾール基由来のピークがｐＨ２では８．０ｐｐｍ付近に現れること、トリアゾール基に隣接するプロトンが低磁場シフトすること、ＰＰＧ部位のメチル基由来のピークが分裂し、主なピークと低磁場シフトしたピークがおよそ１対２．８となることが確認された。ＰＰＧの分子量から、シフトしたピークはトリアゾール基に隣接する両末端のメチル基であると推測される。その結果、トリアゾール基由来のピークは確認できたが、ＰＭＰＡの芳香環由来のピークの積分値に比べ非常に小さく、比較対象とならなかった。しかしながら、ＰＭＰＡのアルキニル基由来のピークはほぼ完全に消失していたことや、ＰＰＧ部位のメチル基由来のピークが１対２．４に分裂していることから、反応は進行しているものと考えられる。
【００４４】
そして、透析精製後に仕込み量の半分程度回収できたことからも反応が進行して分子量が大きくなっていると考えられ、図１９に示すように、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳによってその分子量が一定の分子量１１００から１２００程度の間隔をもっており、約２０００から２００００程度まで幅広い分子量で存在することが確認された。この分子量間隔が何を意味しているかを明らかとすることはできなかったが、図１８に示す１Ｈ−ＮＭＲから二種の環状分子及び二種の主鎖構成要素を含むことが確認されており、ピーク幅が広いことから平均化されてしまったと考えられる。また、図１８に示す１Ｈ−ＮＭＲ測定から、ＰＭＰＡとＣＢ［７］は約１：１、ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤは１：１．７と算出された。ＰＰＧ−Ｎ３はその分子量から、三つのＤＭ−β−ＣＤが貫通するスペースをもっているので、仕込み量に比べＤＭ−β−ＣＤがやや多くなったが可能な値であると考えられる。算出にはＰＭＰＡは芳香環部位（６．０〜７．０ｐｐｍ）、ＰＰＧ−Ｎ３はメチル基（０．７〜１．７ｐｐｍ）、ＤＭ−β−ＣＤ はＣ（１）Ｈプロトン（５．１〜５．２ｐｐｍ）の積分値を基準にした。ＣＢ［７］については反応後にピークの形状が変化したため、影響が小さいと思われる４．０から４．２ｐｐｍのピークを基準とした。
【００４５】
一方、反応後の包接体形成状態を確認するために、ＰＭＰＡの二級アミン部位が完全にプロトン化していると考えられるｐＨ２に調製し、２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲによる検証を行った。その結果、図２０に示すように、ＰＰＧ−Ｎ３のメチル基由来のピークとＤＭ−β−ＣＤのＣ（３）Ｈプロトン由来のピークとのクロスピークが確認できたことから、ＤＭ−β−ＣＤはＰＰＧ−Ｎ３上に存在していると考えられる。ＣＢ［７］とＰＭＰＡとはＣＢ［７］内部にプロトンが存在しないため確認できないが、１Ｈ−ＮＭＲの結果、芳香環由来のピークが３箇所に分裂しているので、先の結果よりＣＢ［７］はＰＭＰＡ上に存在していると考えられる。従って、合成された異種環状分子含有擬ポリロタキサンはｐＨ２の状態では、反応の仕込み段階と同様の包接形態をとっていることが示された。
【００４６】
［実験２：異種環状分子含有擬ポリロタキサンのｐＨ変化によるスイッチング］
本実験では、合成した異種環状分子含有擬ポリロタキサンの環状分子認識サイトであるＰＭＰＡ部位での、ＣＢ［７］とＤＭ−β−ＣＤのｐＨ変化によるスイッチングについて検討した。このスイッチングのメカニズムは、ＣＢ［７］とＤＭ−β−ＣＤの包接体形成駆動力の違いを利用して行う。ＣＢ［７］は疎水的な空洞部と両側の開口部に複数のカルボニル基を有しており、ゲスト分子を空洞部内との疎水性相互作用とカルボニル基による正電荷とのイオン−双極子相互作用によって認識し包接体を形成する。またＣＢ［７］の空洞部内の疎水性は、両側の開口部に複数のカルボニル基が存在しているため、中心から外側にかけて徐々に弱くなっていく。ＤＭ−β−ＣＤは疎水的な空洞部を有しており、ゲスト分子と主な駆動力である疎水性相互作用によって包接体を形成する。したがって、ＰＭＰＡの二級アミンがプロトン化している状態では、ＣＢ［７］がＰＭＰＡを包接し、脱プロトン化している状態ではＤＭ−β−ＣＤがＰＭＰＡを包接することが推測される。これらのｐＨ変化によるスイッチングの解析を１Ｈ−ＮＭＲ及び２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲによって行った。
【００４７】
ＣＢ［７］とＰＭＰＡの包接体形成
ＣＢ［７］５．０ｍｇ（４．３μｍｏｌ）とＰＭＰＡ０．９１ｍｇ（３．２μｍｏｌ） をＤ２Ｏ１ｍｌに溶解させてｐＨ２に調整し、ｐＨを２から１０まで変化させて１Ｈ−ＮＭＲによって解析した。ｐＨ調整には、以後の実験においても全てＤＣｌとＮａＯＤを用いて行った。また、これらの実験ではゲスト分子を完全に包接させるためホスト分子をやや過剰に加えて行った。
【００４８】
ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡの包接体形成
ＤＭ−β−ＣＤ６２ｍｇ（４７μｍｏｌ）とＰＭＰＡ１０ｍｇ（３５μｍｏｌ）をＤ２Ｏ１ｍｌに溶解させてｐＨ２に調整し、ｐＨを２から８まで変化させて溶液状態を１Ｈ 及び２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲ、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳによって解析した。
【００４９】
ＰＭＰＡでのＣＢ［７］とＤＭ−β−ＣＤのスイッチング
ＣＢ［７］５．０ｍｇ（４．３μｍｏｌ）、ＤＭ−β−ＣＤ５．７ｍｇ（４．３μｍｏｌ）、ＰＭＰＡ０．９０ｍｇ（３．２μｍｏｌ）をＤ２Ｏ１ｍｌに溶解させてｐＨ２に調整し、ｐＨを２から１０まで変化させて１Ｈ−ＮＭＲによって解析した。
【００５０】
ＰＰＧ−Ｎ３を含むＰＭＰＡでのＣＢ［７］とＤＭ−β−ＣＤのスイッチング
ＣＢ［７］５．０ｍｇ（４．３μｍｏｌ）、ＤＭ−β−ＣＤ５．７ｍｇ（４．３μｍｏｌ）、ＰＭＰＡ０．９０ｍｇ（３．２μｍｏｌ）、ＰＰＧ−Ｎ３１．４ｍｇ（３．２μｍｏｌ）をＤ２Ｏ１ｍｌに溶解させてｐＨ２に調製し、ｐＨを２から１０まで変化させて１Ｈ−ＮＭＲによって解析した。
【００５１】
異種環状分子含有擬ポリロタキサンのスイッチング
先に合成した異種環状分子含有擬ポリロタキサン５ｍｇをＤ２Ｏ１ｍｌに溶解させて、ｐＨ２、１０、１１で１Ｈ−ＮＭＲ及び２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲによって解析した。
【００５２】
ｐＨ変化によるＰＭＰＡとの包接体形成の検討
ＣＢ［７］とＰＭＰＡの包接体形成はｐＨ２から５までは１Ｈ−ＮＭＲ測定の結果により、ＰＭＰＡの芳香環由来の７．５ｐｐｍのピークが６．９、６．７、６．０ｐｐｍ付近の三つに分裂した（図２１Ａ及び図２１Ｂ参照）。この状態では、ＰＭＰＡの二級アミンはプロトン化しており、実験１の包接体の調製でＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳによって包接体の形成が確認されていることから、このｐＨ間では包接体を形成しているものと考えられる。ｐＨ６から７では徐々に分裂したピークがブロードになっていき、ｐＨ８では６．７ｐｐｍ、６．０ｐｐｍ付近のピークはほぼ消失した。そしてｐＨ１０では７．０ｐｐｍ付近のピークのみであり、ｐＨ８の状態と大きな差はなかった。これは、ｐＨを高くしていくことによりＰＭＰＡの二級アミンが徐々に脱プロトン化し、ＣＢ［７］と安定な包接体を形成できなくなったことによるものと考えられる。
【００５３】
対照として、ｐＨ８でのＰＭＰＡのみの１Ｈ−ＮＭＲ測定では、７．１から７．３ｐｐｍの間に分裂した芳香環由来のピークが確認され（図２２参照）、この結果から推測すると、ｐＨ８ではＣＢ［７］とＰＭＰＡは完全に解離しているとは考え難い。したがって、この状態について、ＣＢ［７］は両側の開口部に存在するカルボニル基によって正電荷と相互作用するが、この場合は正電荷を持っていないためその相互作用はないものの、ＣＢ［７］の空洞部内は疎水性なので、その駆動力によって安定な状態で包接体を形成するのではなく、解離に近い状態で相互作用しているのではないかと推測される。また、ｐＨ１０から再度ｐＨを２に戻すと芳香環由来のピークは三つに分離したので、再びカルボニル基と正電荷の相互作用を含めた安定な包接体を形成したと考えられる。これらの結果より、ｐＨ２から５まではＰＭＰＡの芳香環をＣＢ［７］の空洞部内に含む安定な包接体を形成し、ｐＨ８以上では解離に近い状態であり、その可逆性も示された。
【００５４】
ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡの包接体の形成は、前述のＣＢ［７］とＰＭＰＡの包接体形成の実験において、概ねｐＨ８でＰＭＰＡの脱プロトン化が起きることが示されたので、ここではｐＨ２から８まで行った（図２３参照）。１Ｈ−ＮＭＲ測定の結果から、ｐＨ２からｐＨ６まではＰＭＰＡの芳香環由来のピークに大きな変化はなく、包接体を形成していないものと思われる。これは、ＰＭＰＡがプロトン化しており親水性であるため、ＤＭ−β−ＣＤの疎水的な空洞部内と相互作用しないためと考えられる。これに対して、ｐＨ８ではＰＭＰＡ芳香環由来のピークが７．１ｐｐｍから７．３ｐｐｍの間に高磁場シフトした。この状態ではＰＭＰＡは脱プロトン化しており疎水性へと変化したため、ＤＭ−β−ＣＤの疎水的な空洞部内と相互作用することによって包接体を形成したものと考えられる。
【００５５】
そして、２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲ測定では、ＤＭ−β−ＣＤの空洞部内に存在するＣ（３）Ｈプロトン由来のピークとＰＭＰＡの芳香環由来のピークとのクロスピークが観測された（図２４参照）。さらに、このサンプルをＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳで確認したところ、ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡの１対１の包接体を示すピークを確認した（図２５参照）。これらの結果より、ｐＨ２からｐＨ６までは包接体を形成せず、ｐＨ８ではＰＭＰＡの芳香環部をＤＭ−β−ＣＤの空洞部に含む包接体を形成していることが示された。
【００５６】
ｐＨ変化による２種類のホスト分子によるＰＭＰＡでのスイッチングの検討
１Ｈ−ＮＭＲ測定より、ｐＨ２ではＰＭＰＡの芳香環由来のピークが三つに分裂したのでＰＭＰＡ上にはＣＢ［７］が存在していると考えられる（図２６参照）。一方、ｐＨ１０では７．０ｐｐｍ付近のブロードなピークのみであった。先の実験から考えると、ｐＨ１０の条件ではＰＭＰＡの二級アミンは完全に脱プロトン化していると考えられ、この状態ではＤＭ−β−ＣＤがＰＭＰＡ上に存在すると思われたが、結果からその状態をとっているとは考えにくい。むしろこの傾向はＣＢ［７］とＰＭＰＡのみをｐＨ８やｐＨ１０で測定したものと同様であると考えられる。したがって、この状態ではＣＢ［７］及びＤＭ−β−ＣＤともにＰＭＰＡと安定な包接体を形成していないものと考えられる。さらに、ｐＨ１１で測定した結果、ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡのみをｐＨ８で測定した際と同様のＰＭＰＡの芳香環由来のピークの分裂が確認された。このピークの出現はＤＭ−β−ＣＤがＰＭＰＡ上に存在していることを示し、ｐＨ変化によるＰＭＰＡ上でのＣＢ［７］とＤＭ−β−ＣＤのスイッチングが起こったものと考えられる。また、ここで再度ｐＨを２に戻すと、ＰＭＰＡの芳香環由来のピークが再び三つに分裂しＣＢ［７］がＰＭＰＡ上へと移動したことから、図２７にモデルを示すようなスイッチングの可逆性が示された。
【００５７】
ＰＭＰＡと二つの環状分子にさらにＰＰＧ−Ｎ３を加えた実験についても、ほぼ同様の結果が１Ｈ−ＮＭＲから得られた（図２８参照）。ｐＨ２では、ＣＢ［７］はＰＭＰＡ上に存在し、一方ＤＭ−β−ＣＤとＰＰＧ−Ｎ３はｐＨ変化に対して包接体形成に影響が無いと考えられので、ＤＭ−β−ＣＤはＰＰＧ−Ｎ３上に存在しているものと思われる。ｐＨ１０ではＤＭ−β−ＣＤはＰＰＧ−Ｎ３上に存在しており、ＣＢ［７］とＰＭＰＡは解離に近い状態で存在していると考えられる。ｐＨ１１ではＤＭ−β−ＣＤが移動しＰＭＰＡ上にスイッチングした。ＰＭＰＡとの包接体から脱離したＣＢ［７］については、一般的にＣＢ［７］に包接されたゲスト分子は、１Ｈ−ＮＭＲ上で高磁場シフトすることが報告されていることから考えると、ＰＰＧ−Ｎ３のメチル基由来のピークに変化がないことから、ＰＰＧ−Ｎ３とは包接体を形成しておらず、単独で存在しているものと考えられる。これらの結果から、ＰＰＧ−Ｎ３の有無にかかわらず、二つの環状分子を含むスイッチングの検討において、ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡのみではｐＨ８で包接体を形成したが、二つのホスト分子を含む場合ではｐＨ１１でなければＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡが包接体を形成しなかった。この現象については、初期状態（ｐＨ２の状態）ではＣＢ［７］はイオン−双極子相互作用と疎水性相互作用によってＰＭＰＡ上に存在している。そこでｐＨ１０に変化させると、ＣＢ［７］とＰＭＰＡ間は疎水性相互作用のみとなり、流動的にＰＭＰＡ上に存在しているものと推測される。この時はＣＢ［７］とＤＭ−β−ＣＤがＰＭＰＡとの包接体形成の中間状態であり、その駆動力も均衡していると考えられる。ここでｐＨ１１に変化させるとＤＭ−β−ＣＤの修飾されていない水酸基が脱プロトン化し負電荷を有し、ＤＭ−β−ＣＤがＰＭＰＡ上に移動するための何らかの駆動力を得てスイッチングしたのではないかと推測される。いずれにせよ、ＰＰＧ−Ｎ３を含むＰＭＰＡでの二つの環状分子間でのｐＨ変化によるスイッチングが可能であることが示された。
【００５８】
ｐＨ変化による異種環状分子含有擬ポリロタキサンのＰＭＰＡ部位でのスイッチングの検討
前述の通り、１Ｈ−ＮＭＲ及び２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲ測定から、ｐＨ２ではＣＢ［７］はＰＭＰＡ部位に、ＤＭ−β−ＣＤはＰＰＧ部位に存在することが明らかとなっている（図１８、図２０）。また、１Ｈ−ＮＭＲの結果から、 ｐＨ１０ではＰＭＰＡの芳香環由来のピークはｐＨ２と同様の傾向を示し、三つに分裂したがブロードなピークとなった。ｐＨ１１では７．０ｐｐｍから７．３ｐｐｍの間のブロードなピークであった（図図２９及び図３０参照）。さらに、ｐＨ２、１０、１１ではＰＰＧ部位のメチル基由来のピークが大きく異なっている。先ず、主なピークである０．６から１．１ｐｐｍのピークは、ｐＨ２では鋭く狭い範囲で分裂しているが、ｐＨ１０、１１では広くブロードしている。次にトリアゾール基に隣接していると考えられるピークでは、ｐＨ２では１．５ｐｍｍに鋭いピークが見られるが、ｐＨ１０では１．４ｐｐｍと１．５ｐｐｍにややブロードに分裂し、ｐＨ１１では１．４ｐｐｍにブロードなピークとなり、ｐＨが高くなるに連れて高磁場へシフトした。
【００５９】
一方、トリアゾール基由来のピークはｐＨ２では８．１ｐｐｍであったが、ｐＨ１０、１１では低磁場シフトし８．３ｐｐｍに現れた。さらに、２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲの結果、ｐＨ２では確認されたＤＭ−β−ＣＤのＣ（３）ＨプロトンとＰＰＧの主なメチル基（０．６〜１．１ｐｐｍ）とのクロスピークがｐＨ１０、１１についても確認された（図３１及び図３２参照）。これらの結果から、ｐＨ１０ではＣＢ［７］はＰＭＰＡの芳香環由来のピークがブロードに三つに分裂しており、ＰＭＰＡの芳香環部位に安定に存在していないものと考えられる。そして、ＰＰＧ部位のメチル基由来のピークが高磁場方向へブロードし、トリアゾール基に隣接しているメチル基由来のピークの高磁場への分裂、及びトリアゾール基由来のピークが高磁場シフトしたことから、前述したようにＣＢ［７］空洞部内に存在するゲスト分子は高磁場シフトし、空洞部の外側近辺に存在するものは低磁場シフトすることから考えると、ＣＢ［７］はある部位で留まっているのではなく、ＰＰＧ上及びＰＭＰＡ上を移動しているものと考えられる。ＤＭ−β−ＣＤは、２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲの結果からＰＰＧ上に存在しているものと考えられる。ｐＨ１１ではＰＭＰＡの芳香環由来のピークが７．０ｐｐｍから７．３ｐｐｍの間でブロードになっているため、ＣＢ［７］はＰＭＰＡの芳香環部位とほぼ相互作用していないものと考えられ、ＰＰＧ部位のメチル基由来のピークの高磁場方向へのブロード、トリアゾール基に隣接しているメチル基由来のピークが全て高磁場へシフト、トリアゾール基由来のピークの高磁場シフト等を総合して考えると、ＣＢ［７］はＰＰＧ部位上のトリアゾール基付近に存在するものと考えられる。またＤＭ−β−ＣＤは、２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲから、ＰＰＧ上に存在していると考えられるので、ＰＰＧ部位の空間的にもＣＢ［７］はＰＰＧ部位の末端付近に存在すると考えられる。
【００６０】
以上のことから、実験１において合成された異種環状分子含有擬ポリロタキサンは、ｐＨ２ではＣＢ［７］はＰＭＰＡ部位に存在し、ｐＨ１０あるいは１１ではＰＭＰＡ部位に留まることなく主鎖上を移動しており、図３３にモデルを示すようなＰＭＰＡ部位でのＣＢ［７］のスイッチングが示唆された。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの合成スキームを示す模式図である。
【図２】１，３−双極子付加反応の模式図である。
【図３】１，３−双極子付加反応におけるＣｕ（Ｉ）による触媒メカニズムを示す図である。
【図４】異種環状分子含有擬ポリロタキサンにおけるスイッチングの様子を示す図である。
【図５】ＰＭＰＡの１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図６】ＰＭＰＡの１３Ｃ−ＮＭＲチャートである。
【図７】ＰＰＧ−Ｎ３の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図８】ＰＰＧ−Ｎ３の１３Ｃ−ＮＭＲチャートである。
【図９】ＰＰＧ−ＭＳの１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図１０】ＰＰＧの１３Ｃ−ＮＭＲチャートである。
【図１１】ＣＢ［７］及びＰＭＰＡ、さらにはこれらの包接体の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図１２】ＣＢ［７］とＰＭＰＡの包接体のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳチャートである。
【図１３】ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：１）の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図１４】ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：３）の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図１５】ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：１）の２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャートである。
【図１６】ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：３）の２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャートである。
【図１７】ＰＭＰＡとＰＰＧ−Ｎ３のクリック反応後の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図１８】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ２）である。
【図１９】異種環状分子含有擬ポリロタキサンのＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳチャートである。
【図２０】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャート（ｐＨ２）である。
【図２１Ａ】ＣＢ［７］とＰＭＰＡの混合物の１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ２〜７）である。
【図２１Ｂ】ＣＢ［７］とＰＭＰＡの混合物の１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ８〜１０及びｐＨ２）である。
【図２２】ＰＭＰＡのｐＨ８での１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図２３】ＤＭ−β−ＣＤ、ＰＭＰＡ、及びこれらの混合物（ｐＨ２〜８）の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図２４】ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡの包接体の２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャートである。
【図２５】ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡの包接体のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳチャートである。
【図２６】ＣＢ［７］、ＤＭ−β−ＣＤ、及びＰＭＰＡの混合物の１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ２〜１１）である。
【図２７】ＰＭＰＡでのＣＢ［７］とＤＭ−β―ＣＤのスイッチングモデルを示す図である。
【図２８】ＣＢ［７］、ＤＭ−β−ＣＤ、ＰＭＰＡ、及びＰＰＧ−Ｎ３の混合物の１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ２〜１１）である。
【図２９】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ１０）である。
【図３０】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ１１）である。
【図３１】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャート（ｐＨ１０）である。
【図３２】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャート（ｐＨ１１）である。
【図３３】異種環状分子含有擬ポリロタキサンのスイッチングの様子を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロタキサン構造を有し異種環状分子を１分子中に含有する新規な超分子ポリマーに関するものであり、さらにはその合成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリロタキサンは、環状分子であるシクロデキストリン（ＣＤ）やククルビットウリル（ＣＢ）を線状分子でそれぞれ串刺し状にしたロタキサンもしくはポリロタキサン構造を有し、いわゆる超分子ポリマーとして知られている。ポリロタキサンでは、環状分子と線状分子は化学結合で結ばれているのではなく、環状分子をホスト分子とし線状分子をゲスト分子として包接体が形成されている。
【０００３】
近年、ポリロタキサンの機械的結合に起因した環状分子の動的挙動による効果が明らかとなり、例えば分子スイッチ等の新しい動的機能が見出されている。今後、さらなる機能性ポリロタキサンの発展が期待され、そのためには、（ポリ）ロタキサン構造を保持したまま新たな機能化が必要とされている。
【０００４】
ポリロタキサンについては、各方面で研究が進められており、種々の合成方法が知られている（例えば、非特許文献１や非特許文献２等を参照）。非特許文献１では、水中にて環状分子を高分子と混合し、沈殿物として得る方法が提案されている。非特許文献２では、環状分子を低分子モノマーと包接させ、それを銅イオンと配位させて分子鎖長を延長する方法が提案されている。また、ポリロタキサンの応用技術として、前記串刺し状構造を利用して、溶媒置換や外部刺激（温度、ｐＨ等）によって環状分子を移動させる「分子シャトル」の概念が提案されている（非特許文献３を参照）。
【非特許文献１】Macromolecules 1990, 23, 2821
【非特許文献２】J. Am. Chem. Soc, 1996, 118(45),11333
【非特許文献３】Acc. Chem. Res, 2001, 34(6), 456
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記ポリロタキサンは、前述のように環状分子が外部刺激に応じて移動する分子スイッチとして提唱されているが、環状分子が１分子中に１種類のみしか含有されていないため、一つの外部刺激に対する動きが単一的なものとなる。外部刺激を認識して、その情報をいくつかに振り分けるためには、環状分子の移動を刺激によって区別する必要がある。
【０００６】
本発明は、前述のような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、異種環状分子を含有し、例えば環状分子の移動を刺激によって区別することが可能な、全く新規な超分子ポリマー及びその合成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、前述の目的を達成するために、長期に亘り種々の研究を重ねてきた。その結果、異種環状分子をポリロタキサン一分子中に含有した超分子ポリマーの合成法を確立するとともに、外部刺激応答を異種環状分子によって区別することに成功した。
【０００８】
本発明は、このような研究結果に基づいて完成されたものであり、本発明の超分子ポリマーは、環状分子の中を線状分子が貫通したロタキサンもしくはポリロタキサン構造を有する超分子ポリマーであって、前記環状分子として複数種類の環状分子を含有することを特徴とする。また、本発明の超分子ポリマーの合成方法は、種類の異なる環状分子をホスト分子とし種類の異なる線状モノマーをゲスト分子とする複数種類の包接体を形成し、前記線状モノマーを付加反応させることにより複数種類の包接体を結合することを特徴とする。
【０００９】
本発明の超分子ポリマーは、前記の通り、異種環状分子を含有するものである。ここで、前記異種環状分子においては、環状分子毎に動的挙動が異なることから、例えば外部刺激応答が環状分子毎に区別される。すなわち、本発明の超分子ポリマーにおいては、（ポリ）ロタキサン構造を保持したまま、新たな機能が付加される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、異種環状分子を含有する新規な超分子ポリマーを提供することが可能である。前記超分子ポリマーでは、例えば環状分子の移動を刺激によって区別することが可能である等、環状分子の移動様式を独立に制御でき、新たな分子スイッチへの応用等、用途の拡大や新機能の追加等が実現可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した超分子ポリマー及びその合成方法について詳細に説明する。なお、以下においては、異種環状分子（ゲスト分子）としてシクロデキストリンの誘導体（２，６−ジメチル−β−シクロデキストリン：ＤＭ−β−ＣＤ）及びククルビットウリル系化合物（ククルビット［７］ウリル：Cucurbit [7] uril：ＣＢ［７］）を用い、線状モノマー（ホスト分子）として両末端にアジド基を有する線状モノマー（ポリプロピレングリコールビスアジド：ＰＰＧ−Ｎ３）及び両末端にアルキニル基を有する線状モノマー（Ｎ，Ｎ′−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミン：ＰＭＰＡ）を用いた場合を例にして説明する。これら化合物の化学式を化１〜化４に示す。
【００１２】
【化１】
【００１３】
【化２】
【００１４】
【化３】
【００１５】
【化４】
【００１６】
ホスト分子として用いる環状分子やゲスト分子として用いる線状分子（線状モノマー）はこれらに限らず、包接体を構成し得る組み合わせであれば任意の環状分子、線状分子（線状モノマー）を用いることが可能である。また、複数種類の環状分子は、互いに分子構造が異なる環状分子の組み合わせであれば任意の環状分子の組み合わせを採用することができる。組み合わせる環状分子の種類の数も、例えば２種類であってもよいし、あるいは３種類以上とすることも可能である。
【００１７】
図１は、本発明を適用した超分子ポリマー（異種環状分子含有擬ポリロタキサン）の合成スキームを示すものである。なお、図１においては、環状分子や線状モノマーを模式的に示してある。
【００１８】
２，６−ジメチル−β−シクロデキストリン（ＤＭ−β−ＣＤ）とβ−シクロデキストリン（β−ＣＤ）とは、水への溶解度の温度依存性が逆であり、室温では高い水溶性を示すが、４０℃〜５０℃では析出する。ＤＭ−β−ＣＤは、ポリプロピレングリコールビスアジド（ＰＰＧ−Ｎ３）と疎水性相互作用を主な駆動力として包接体を形成し、ＤＭ−β−ＣＤ間の水素結合がジメチル基によって消失するため、擬ロタキサンを形成しても擬ロタキサン分子の凝集はない。一方、ククルビット［７］ウリル（ＣＢ［７］）は、カチオン部分とのイオン双極子相互作用と疎水性相互作用によって包接体を形成し、それぞれ異なったメカニズムにより包接体を形成する。
【００１９】
そこで、このメカニズムを利用して、それぞれのゲスト分子と包接体を形成する。すなわち、図１中の反応ａにより、ＤＭ−β−ＣＤをホスト分子、ＰＰＧ−Ｎ３をゲスト分子とする包接体（ＩＣ−ＤＭ−β−ＣＤ／ＰＰＧ−Ｎ３）を形成し、図１中の反応ｂにより、ＣＢ［７］をホスト分子、Ｎ，Ｎ′−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミン（ＰＭＰＡ）をゲスト分子とする包接体（ＩＣ−ＣＢ［７］／ＰＭＰＡ）を形成する。前記反応ａ，ｂは、例えば水中で行うことができ、必要に応じてｐＨ調整を行ってもよい。
【００２０】
前記のように、それぞれのゲスト分子と包接体を形成させた後、クリックケミストリーの１つである１，３−双極子付加反応（図１中、反応ｃ）を行い、前記２種類の包接体の線状モノマーを結合させて異種環状分子含有擬ポリロタキサンを合成する。前記反応ｃは、例えば水中で触媒を添加し、これを加熱することで行う。加熱手段としては、例えばマイクロ波加熱等を採用することができる。
【００２１】
クリックケミストリーとは、「その反応は交換可能な構成であり、対象範囲が大きく高収率で無害な副生成物が生成しても容易に分離できるものでなくてはならない。また、反応は酸素や溶媒に影響がないものが理想的である。」と定義されている。その中でも１，３−双極子付加反応と呼ばれる方法が広く利用されている。この反応はアルキニル基とアジド基との反応であり、新たな結合点として熱やｐＨ等の外部刺激に対して安定なトリアゾール基が生成する。前記反応は選択的な反応であるため、他の置換基が存在する環境でも利用できることが大きな特徴であり、それ故、この反応は生体材料や新規化合物等の合成に頻繁に用いられている。図２に、１，３−双極子付加反応を模式的に示す。また、この反応は多くの場合に触媒として一価の銅イオンＣｕ（Ｉ）を添加して行われるが、その反応機構（１，３−双極子付加反応のＣｕ（Ｉ）による触媒メカニズム）を図３に示す。
【００２２】
以上により、２種類の環状分子（ＤＭ−β−ＣＤとＣＢ［７］）を含有し、これら環状分子の中を線状分子が貫通した（ポリ）ロタキサン構造を有する超分子ポリマー（異種環状分子含有擬ポリロタキサン）が合成される。合成された超分子ポリマーは、例えばｐＨ変化によって異種環状分子がそれぞれのｐＨ応答性に応じて移動する等、外部刺激応答を異種環状分子によって区別することが可能である。
【００２３】
図４は、２種類の環状分子（ＤＭ−β−ＣＤとＣＢ［７］）を含有する超分子ポリマーにおける各環状分子の移動の様子を示すものである。ｐＨ２では、図４（ａ）に示すように、ＤＭ−β−ＣＤはＰＰＧ上に存在し、ＣＢ［７］はＰＭＰＡのフェニル基上に存在する。これに対して、ｐＨ１１では、ＤＭ−β−ＣＤはＰＰＧ上に存在しているものの、結合点のトリアゾール基の近傍に移動する。ＣＢ［７］は、ＰＭＰＡ上のフェニル基上からアミノ基上に移動する。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を適用した実施例について、具体的な実験結果を基に説明する。
【００２５】
［実験１：異種環状分子含有擬ポリロタキサンの合成］
試薬
以下の実験においては、下記の試薬を用いた。試薬や溶媒については、購入したものをそのまま用いたが、特に精製が必要な場合は、精製処理、蒸留等の処理を行った。
（１）プロパギルアミン：シグマアルドリッチジャパン
（２）１，３−ビス(クロロメチル)ベンゼン（BCMB）：アクロス
（３）Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（DMAc）：関東化学
（４）テトラヒドロフラン（THF）：関東化学
（５）トリエチルアミン（Et3N）：シグマアルドリッチジャパン
（６）ポリプロピレングリコール(Mn:400)（PPG）：関東化学
（７）メタンスルホニルクロリド（MS）：東京化成
（８）エタノール：ナカライテスク
（９）アジ化ナトリウム：和光純薬
（１０）ジエチルエーテル（Et2O）：ナカライテスク
（１１）クロロホルム（CHCl3）：ナカライテスク
（１２）重水（D2O）：シグマアルドリッチジャパン
（１３）重水酸化ナトリウム（NaOD）：日本酸素株式会社
（１４）重塩酸：（DCl）：シグマアルドリッチジャパン
（１５）2,6-ジメチル-b-シクロデキストリン（DM-b-CD）：和光純薬
（１６）Cucurbit[7]uril （CB[7]）：シグマアルドリッチジャパン、Pohang University of Science and Technology, Kimoon Kim. Laboratory
（１７）硫酸銅五水和物：関東化学
（１８）アスコルビン酸ナトリウム：シグマアルドリッチジャパン
（１９）蒸留水
【００２６】
Ｎ，Ｎ’−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミン（ＰＭＰＡ）の合成
１，３−ビス（クロロメチル）ベンゼン（ＢＣＭＢ）１ｇ（５．７ｍｍｏｌ）をＤＭＡｃ１０ｍｌに溶解させ、その溶液を室温でプロパギルアミン３．９ｍｌ（５７ｍｍｏｌ）中に約１時間かけてゆっくりと滴下し、一晩撹拌した。反応溶液からエバポレーションによって過剰のプロパギルアミンと溶媒を取り除き、淡黄色のジェル状の粗生成物を得た。そこに１Ｍ塩酸水溶液を加えてｐＨ７に調整し、その水溶液にＣＨＣｌ３を加え３回分液抽出し水層を回収した。回収した水層をエバポレーションによって濃縮した後、１Ｍ水酸化ナトリウム水溶液を加えてｐＨ１１に調整した。再びその水溶液にＣＨＣｌ３を加え３回分液抽出しＣＨＣｌ３層を回収し、エバポレーションによって溶媒を留去した。次いで、１Ｍ塩酸水溶液を加えてｐＨ２に調整した後、エバポレーションによって溶媒を留去した。さらに、メタノールを加えて溶解させ、過剰のジエチルエーテル（Ｅｔ２Ｏ）に注ぎ再沈殿した。沈殿物を回収し減圧乾燥させ白色粉末を得た（収量４５０ｍｇ、収率３４％）。合成の確認を１Ｈ及び１３Ｃ−ＮＭＲ測定により行った［Varian社製Gemini-300C(300MHz)または、同社UNITY plus750MB (750MHz)］。以後の測定についても同様の装置を使用した。
1H NMR (D2O): δ=7.52-7.42(m, 4H, aromatic), 4.27(s, 4H, -CH2-), 3.80(s, 4H, -CH2-), 2.92(t, 2H,≡CH)
13C NMR (DMSO-d6): δ=132-129(aromatic), 79.7( -CH2-), 74.9(-CH2-)48.6(-C≡), 35.0(≡CH)
【００２７】
前記合成における反応式を化５に示す。また、合成されたＰＭＭＡの１Ｈ−ＮＭＲチャートを図５に示し、１３Ｃ−ＮＭＲチャートを図６に示す。前記合成により、不純物も含まず、１Ｈ−ＮＭＲから算出した導入率が１００％のものを得ることができた。また１３Ｃ−ＮＭＲからもアルキニル基の導入の確認ができた
【００２８】
【化５】
【００２９】
両末端アジド化ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ−Ｎ３）の合成
テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）１００ｍｌにポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）（分子量Ｍｎ：４００）１０ｇ（２５ｍｍｏｌ）を溶解させ、そこにトリエチルアミン（Ｅｔ３Ｎ）３４．７ｍｌ（０．２５ｍｏｌ）を加え氷浴で十分に冷却した。これにテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）５０ｍｌに溶解させたメタンスルホニルクロリド（ＭＳ）を約１時間かけて滴下した。滴下終了後に氷浴をはずし、室温で一晩撹拌すると白色沈殿が生成した。反応終了後、エバポレーションによって溶媒を留去し、残った沈殿物にジエチルエーテル（Ｅｔ２Ｏ）を加えよく撹拌した。その溶液をろ過し、ろ液を回収して再び溶媒を留去することにより薄い赤茶色のＰＰＧ−ＭＳを得た。ＰＰＧ−ＭＳを９０％エタノール水溶液に溶解させ、アジ化ナトリウムを加え９０℃で一晩還流した。反応溶液をエバポレーションによって溶媒を留去し、残った沈殿物にジエチルエーテル（Ｅｔ２Ｏ）を加えよく撹拌した。得られた溶液をろ過し、ろ液を回収してエバポレーションによって溶媒を留去することにより黄色の油状物を得た。そこに少量の水を加えＣＨＣｌ３で３回分液抽出し、ＣＨＣｌ３層を回収した。エバポレーションによって溶媒を留去することによりは黄色の油状のＰＰＧ−Ｎ３を得た（収量：１０ｇ、収率：９０％）。合成の確認を１Ｈ及び１３Ｃ−ＮＭＲによって行った。
1H NMR (D2O):δ=3.73-3.15(br, 21H, -OCHCH2-),1.14-0.93(br, 21H, -CH3)
13C NMR (DMSO-d6):δ=76.2-72.6(-OCHCH2-),57.2-56.6(N3CH-, -CH2N3), 33.6-22.7(-CH3)
【００３０】
前記合成における反応式を化６に示す。また、合成されたＰＰＧ−Ｎ３の１Ｈ−ＮＭＲチャートを図７に示し、１３Ｃ−ＮＭＲチャートを図８に示す。さらに、ＰＰＧ−ＭＳの１Ｈ−ＮＭＲチャートを図９に示し、ＰＰＧの１３Ｃ−ＮＭＲチャートを図１０に示す。
【００３１】
【化６】
【００３２】
１Ｈ−ＮＭＲの結果、両末端活性化状態であるＰＰＧ−ＭＳは１Ｈ−ＮＭＲ（図９）から導入率９３％と算出され高い導入率であった。ＰＰＧ−ＭＳからの両末端のアジド化では、ＰＰＧ−ＭＳのＭＳのメチル基が完全に消失したことからほぼ完全に反応が進行したと考えられる（図７）。ＰＰＧ−Ｎ３の導入率を算出するため同様に１Ｈ−ＮＭＲスペクトルの解析を行ったが、特徴的なピークがなく、また原料であるＰＰＧとスペクトルが似ているため直接算出することはできなかった。従ってＭＳ化によって活性化された部分は 全てアジド基に置換されたものと判断した。これは、ＰＰＧ−ＭＳからＰＰＧ−Ｎ３の反応の際ＭＳのメチル基が完全に消失したことによって裏付けられる。また１３Ｃ−ＮＭＲからも原料であるＰＰＧの末端水酸基に隣接する炭素原子由来のピークが消失し、新たなピークが現れたことからも、アジド基が導入されたものと考えられる
【００３３】
ＣＢ［７］とＰＭＰＡとの包接体（ＩＣ−ＣＢ［７］／ＰＭＰＡ）の調製
重水（Ｄ２Ｏ）３ｍｌにＰＭＰＡ１８ｍｇ（６５μｍｏｌ）を溶解させ、ｐＨ５に調製した。その水溶液を重水（Ｄ２Ｏ）３ｍｌにＣＢ［７］１００ｍｇ（８６μｍｏｌ）を溶解させた水溶液に撹拌しながら徐々に加え、包接体を調製した。包接体形成の確認を１Ｈ−ＮＭＲ及び、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳ（Matrix Assisted Laser Desorption Ionization Time of Flight Mass Spectrometry：マトリックス支援レーザー脱離イオン化法-飛行時間型質量分析計）によって行った（装置：Applied Biosystems社製 Voyager-DE RP、マトリックス：α−シアノ−４−ヒドロキシ桂皮酸）。以後の測定についても同様の装置とマトリックスを使用した。
【００３４】
図１１に得られた包接体（ＩＣ−ＣＢ［７］／ＰＭＰＡ）の１Ｈ−ＮＭＲチャートを示す。なお、図１１には、ＣＢ［７］及びＰＭＰＡの１Ｈ−ＮＭＲチャートも併せて示す。また、図１２には、得られた包接体（ＩＣ−ＣＢ［７］／ＰＭＰＡ）のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳチャートを示す。
【００３５】
ＰＭＰＡは芳香環を挟むように二級アミンが配置されており、ｐＨ５付近では二級アミンはプロトン化していると考えられる。そして、プロトン化しているＰＭＰＡとＣＢ［７］を混合することにより、ＣＢ［７］は空洞部内の中心付近でＰＭＰＡの芳香環を疎水性相互作用によって認識し、さらに両側の開口部に存在するカルボニル基によってプロトン化した二級アミンを認識し安定な包接体を形成すると考えられる。本実験では、全てのＰＭＰＡを包接させるため、ホスト分子であるＣＢ［７］をやや多く加えた。１Ｈ−ＮＭＲの結果、重水（Ｄ２Ｏ）中、ｐＨ５で混合したサンプルは、図１１に示すように、芳香環由来のピークが３箇所に分裂し、それぞれ高磁場シフトした。これまでの報告では、ＣＢ［７］の空洞部内に存在するゲスト分子のピークは高磁場シフトすることが報告されている。したがって、ＰＭＰＡの芳香環がＣＢ［７］空洞部内に包接されていると考えられる。さらに、図１２に示すＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳにおいても、ＣＢ［７］とＰＭＰＡの１対１の包接体を示すピークが確認できたことから、ｐＨ５の水溶液中ではＣＢ［７］とＰＭＰＡは包接体と形成していると言える。また、１Ｈ−ＮＭＲスペクトルでは２．０ｐｐｍ付近に新たなピークが現れたが、積分値の比較や後のクリック反応後に消失することから、アルキニル基由来のピークがシフトしたものであると推測される。したがって、ＰＭＰＡ末端のアルキニル基とＣＢ［７］との間で何らかの相互作用を有するものと思われる。
【００３６】
ＤＭ−β−ＣＤとＰＰＧ−Ｎ３との包接体（ＩＣ−β−ＣＤ／ＰＰＧ−Ｎ３）の調製
ＤＭ−β−ＣＤ１１５ｍｇ（８６μｍｏｌ）を重水（Ｄ２Ｏ）１ｍｌに溶解させ、そこにＰＰＧ−Ｎ３２９ｍｇ（６５μｍｏｌ）を加え、室温で約３０分撹拌し包接体を調製した。また対照としてＤＭ−β−ＣＤ３０ｍｇ（２．２μｍｏｌ）、あるいは８９ｍｇ（６．７μｍｏｌ）を重水（Ｄ２Ｏ）１ｍｌに溶解させ、そこにＰＰＧ−Ｎ３１０ｍｇ（２．２μｍｏｌ）を加え室温で約１時間撹拌した。仕込み量の異なる包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：１及びＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：３）の形成の確認を１Ｈ−ＮＭＲ及び、２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲによって行った。
【００３７】
ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：１）の１Ｈ−ＮＭＲチャートを図１３に、ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：３）の１Ｈ−ＮＭＲチャートを図１４に、ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：１）の２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャートを図１５に、ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：３）の２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャートを図１６にそれぞれ示す。
【００３８】
前述の通り、ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体を、それぞれを混合し水中で撹拌することによって調製した。ＤＭ−β−ＣＤとＰＰＧ−Ｎ３は、疎水性相互作用によって包接体を形成すると考えられ、ＰＰＧ−Ｎ３はその分子量から最大３つのＤＭ−β−ＣＤを取り込むことが可能である。そこで先ず、ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤを１：１または１：３で調製し、１Ｈ−ＮＭＲ及び２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲによって確認した。図１３及び図１４に示す１Ｈ ＮＭＲの結果から、１：１、１：３のいずれのサンプルでも明らかなピークシフトは確認できなかったが、ＰＰＧ−Ｎ３のメチル基由来のピークが分裂しており、１：３ではそのピークがブロード化している。これが包接に起因するものであるとは断言できないが、何らかの影響を受けているものと思われる。
【００３９】
図１５及び図１６に示す２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲでは、１：１、１：３のいずれのサンプルでもＤＭ−β−ＣＤの空洞部内部に存在するＣ（３）Ｈプロトン由来のピークとＰＰＧ−Ｎ３のメチル基由来のピークとのクロスピークが確認できた。したがって、１Ｈ −ＮＭＲの結果によるＰＰＧ−Ｎ３のメチル基由来のピークが分裂したことも包接に起因するものと推測される。また、１：３の場合よりも１：１の場合の方がより鮮明にクロスピークが確認されたことから、１：３の仕込みではＰＰＧ−Ｎ３を包接していないＤＭ−β−ＣＤが多く存在しているのではないかと考えられる。これらの結果を参考として、ＣＢ［７］とＰＭＰＡとの包接体の調製の場合と同様、実際に反応に使用するサンプルをややホスト分子を多くし、ＰＰＧ−Ｎ３１分子当たり最低でもＤＭ−β−ＣＤ１分子を含むようにして調製した。
【００４０】
異種環状分子含有擬ポリロタキサンの合成
先に調製したＩＣ−ＣＢ［７］／ＰＭＰＡ（２１．７ｍＭ）とＩＣ−ＤＭ−β−ＣＤ／ＰＰＧ−Ｎ３（２１．７ｍＭ）水溶液を混ぜ、さらに硫酸銅五水和物８．１ｍｇ（３２μｍｏｌ）／０．５ｍｌ水溶液、アスコルビン酸ナトリウム１３ｍｇ（６５μｍｏｌ）／０．５ｍｌ水溶液を順に加え、電子レンジ（８０Ｗ）で３０分間加熱した。その際、途中でアスコルビン酸ナトリウムを始めに加えた量と同量を追加した。前記のクリック反応の終了後、ｐＨ５に調製した蒸留水で二日間透析し（Spectrum Laboratories社製、スペクトラ/ポア6 MW3500）、減圧乾燥することで茶色の粉末を得た（収量：１２８ｍｇ、収率：４９％）。合成の確認を１Ｈ−ＮＭＲ及び２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲ、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳで行った。また、反応の確認のための一つの指標として、ＰＭＰＡとＰＰＧ−Ｎ３のみを用いてほぼ同様の条件にて反応を行った。
【００４１】
図１７は、ＰＭＰＡとＰＰＧ−Ｎ３のみを用いたクリック反応後の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。図１８は合成した異種環状分子含有擬ポリロタキサンの１Ｈ−ＮＭＲチャート、図１９は合成した異種環状分子含有擬ポリロタキサンのＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳチャート、図２０は合成した異種環状分子含有擬ポリロタキサンの２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャートである。
【００４２】
前述の通り、異種環状分子含有擬ポリロタキサンを合成するにあたって、先ずＣＢ［７］とＰＭＰＡをｐＨ５の水溶液中で反応させ、またＤＭ−β−ＣＤとＰＰＧ−Ｎ３をｐＨ７の水溶液中で反応させ、それぞれ包接体を形成させた。そしてこれらを混合し、およそｐＨ５付近にした。この状態では、それぞれの包接体の状態を維持している。そして、そこに触媒として硫酸銅五水和物とアスコルビン酸を加えるが、アスコルビン酸を加えることにより銅イオンは二価から一価へと還元され、反応溶液は黄色へと変化し、アルキニル基とアジド基の反応を活性化する。さらに、反応溶液を電子レンジで急速に加熱することにより短時間で反応が進行した。
【００４３】
合成の確認は、先ず、１Ｈ−ＮＭＲ測定によって、反応によるアルキニル基由来のピークの消失の確認、新たに生成するトリアゾール基由来のピークとＰＭＰＡの芳香環由来のピークとを比較することによって行った（図１７参照）。対照実験としてＰＭＰＡとＰＰＧ−Ｎ３のみでの反応を行い、図１８に示すように、新たに生成するトリアゾール基由来のピークがｐＨ２では８．０ｐｐｍ付近に現れること、トリアゾール基に隣接するプロトンが低磁場シフトすること、ＰＰＧ部位のメチル基由来のピークが分裂し、主なピークと低磁場シフトしたピークがおよそ１対２．８となることが確認された。ＰＰＧの分子量から、シフトしたピークはトリアゾール基に隣接する両末端のメチル基であると推測される。その結果、トリアゾール基由来のピークは確認できたが、ＰＭＰＡの芳香環由来のピークの積分値に比べ非常に小さく、比較対象とならなかった。しかしながら、ＰＭＰＡのアルキニル基由来のピークはほぼ完全に消失していたことや、ＰＰＧ部位のメチル基由来のピークが１対２．４に分裂していることから、反応は進行しているものと考えられる。
【００４４】
そして、透析精製後に仕込み量の半分程度回収できたことからも反応が進行して分子量が大きくなっていると考えられ、図１９に示すように、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳによってその分子量が一定の分子量１１００から１２００程度の間隔をもっており、約２０００から２００００程度まで幅広い分子量で存在することが確認された。この分子量間隔が何を意味しているかを明らかとすることはできなかったが、図１８に示す１Ｈ−ＮＭＲから二種の環状分子及び二種の主鎖構成要素を含むことが確認されており、ピーク幅が広いことから平均化されてしまったと考えられる。また、図１８に示す１Ｈ−ＮＭＲ測定から、ＰＭＰＡとＣＢ［７］は約１：１、ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤは１：１．７と算出された。ＰＰＧ−Ｎ３はその分子量から、三つのＤＭ−β−ＣＤが貫通するスペースをもっているので、仕込み量に比べＤＭ−β−ＣＤがやや多くなったが可能な値であると考えられる。算出にはＰＭＰＡは芳香環部位（６．０〜７．０ｐｐｍ）、ＰＰＧ−Ｎ３はメチル基（０．７〜１．７ｐｐｍ）、ＤＭ−β−ＣＤ はＣ（１）Ｈプロトン（５．１〜５．２ｐｐｍ）の積分値を基準にした。ＣＢ［７］については反応後にピークの形状が変化したため、影響が小さいと思われる４．０から４．２ｐｐｍのピークを基準とした。
【００４５】
一方、反応後の包接体形成状態を確認するために、ＰＭＰＡの二級アミン部位が完全にプロトン化していると考えられるｐＨ２に調製し、２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲによる検証を行った。その結果、図２０に示すように、ＰＰＧ−Ｎ３のメチル基由来のピークとＤＭ−β−ＣＤのＣ（３）Ｈプロトン由来のピークとのクロスピークが確認できたことから、ＤＭ−β−ＣＤはＰＰＧ−Ｎ３上に存在していると考えられる。ＣＢ［７］とＰＭＰＡとはＣＢ［７］内部にプロトンが存在しないため確認できないが、１Ｈ−ＮＭＲの結果、芳香環由来のピークが３箇所に分裂しているので、先の結果よりＣＢ［７］はＰＭＰＡ上に存在していると考えられる。従って、合成された異種環状分子含有擬ポリロタキサンはｐＨ２の状態では、反応の仕込み段階と同様の包接形態をとっていることが示された。
【００４６】
［実験２：異種環状分子含有擬ポリロタキサンのｐＨ変化によるスイッチング］
本実験では、合成した異種環状分子含有擬ポリロタキサンの環状分子認識サイトであるＰＭＰＡ部位での、ＣＢ［７］とＤＭ−β−ＣＤのｐＨ変化によるスイッチングについて検討した。このスイッチングのメカニズムは、ＣＢ［７］とＤＭ−β−ＣＤの包接体形成駆動力の違いを利用して行う。ＣＢ［７］は疎水的な空洞部と両側の開口部に複数のカルボニル基を有しており、ゲスト分子を空洞部内との疎水性相互作用とカルボニル基による正電荷とのイオン−双極子相互作用によって認識し包接体を形成する。またＣＢ［７］の空洞部内の疎水性は、両側の開口部に複数のカルボニル基が存在しているため、中心から外側にかけて徐々に弱くなっていく。ＤＭ−β−ＣＤは疎水的な空洞部を有しており、ゲスト分子と主な駆動力である疎水性相互作用によって包接体を形成する。したがって、ＰＭＰＡの二級アミンがプロトン化している状態では、ＣＢ［７］がＰＭＰＡを包接し、脱プロトン化している状態ではＤＭ−β−ＣＤがＰＭＰＡを包接することが推測される。これらのｐＨ変化によるスイッチングの解析を１Ｈ−ＮＭＲ及び２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲによって行った。
【００４７】
ＣＢ［７］とＰＭＰＡの包接体形成
ＣＢ［７］５．０ｍｇ（４．３μｍｏｌ）とＰＭＰＡ０．９１ｍｇ（３．２μｍｏｌ） をＤ２Ｏ１ｍｌに溶解させてｐＨ２に調整し、ｐＨを２から１０まで変化させて１Ｈ−ＮＭＲによって解析した。ｐＨ調整には、以後の実験においても全てＤＣｌとＮａＯＤを用いて行った。また、これらの実験ではゲスト分子を完全に包接させるためホスト分子をやや過剰に加えて行った。
【００４８】
ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡの包接体形成
ＤＭ−β−ＣＤ６２ｍｇ（４７μｍｏｌ）とＰＭＰＡ１０ｍｇ（３５μｍｏｌ）をＤ２Ｏ１ｍｌに溶解させてｐＨ２に調整し、ｐＨを２から８まで変化させて溶液状態を１Ｈ 及び２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲ、ＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳによって解析した。
【００４９】
ＰＭＰＡでのＣＢ［７］とＤＭ−β−ＣＤのスイッチング
ＣＢ［７］５．０ｍｇ（４．３μｍｏｌ）、ＤＭ−β−ＣＤ５．７ｍｇ（４．３μｍｏｌ）、ＰＭＰＡ０．９０ｍｇ（３．２μｍｏｌ）をＤ２Ｏ１ｍｌに溶解させてｐＨ２に調整し、ｐＨを２から１０まで変化させて１Ｈ−ＮＭＲによって解析した。
【００５０】
ＰＰＧ−Ｎ３を含むＰＭＰＡでのＣＢ［７］とＤＭ−β−ＣＤのスイッチング
ＣＢ［７］５．０ｍｇ（４．３μｍｏｌ）、ＤＭ−β−ＣＤ５．７ｍｇ（４．３μｍｏｌ）、ＰＭＰＡ０．９０ｍｇ（３．２μｍｏｌ）、ＰＰＧ−Ｎ３１．４ｍｇ（３．２μｍｏｌ）をＤ２Ｏ１ｍｌに溶解させてｐＨ２に調製し、ｐＨを２から１０まで変化させて１Ｈ−ＮＭＲによって解析した。
【００５１】
異種環状分子含有擬ポリロタキサンのスイッチング
先に合成した異種環状分子含有擬ポリロタキサン５ｍｇをＤ２Ｏ１ｍｌに溶解させて、ｐＨ２、１０、１１で１Ｈ−ＮＭＲ及び２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲによって解析した。
【００５２】
ｐＨ変化によるＰＭＰＡとの包接体形成の検討
ＣＢ［７］とＰＭＰＡの包接体形成はｐＨ２から５までは１Ｈ−ＮＭＲ測定の結果により、ＰＭＰＡの芳香環由来の７．５ｐｐｍのピークが６．９、６．７、６．０ｐｐｍ付近の三つに分裂した（図２１Ａ及び図２１Ｂ参照）。この状態では、ＰＭＰＡの二級アミンはプロトン化しており、実験１の包接体の調製でＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳによって包接体の形成が確認されていることから、このｐＨ間では包接体を形成しているものと考えられる。ｐＨ６から７では徐々に分裂したピークがブロードになっていき、ｐＨ８では６．７ｐｐｍ、６．０ｐｐｍ付近のピークはほぼ消失した。そしてｐＨ１０では７．０ｐｐｍ付近のピークのみであり、ｐＨ８の状態と大きな差はなかった。これは、ｐＨを高くしていくことによりＰＭＰＡの二級アミンが徐々に脱プロトン化し、ＣＢ［７］と安定な包接体を形成できなくなったことによるものと考えられる。
【００５３】
対照として、ｐＨ８でのＰＭＰＡのみの１Ｈ−ＮＭＲ測定では、７．１から７．３ｐｐｍの間に分裂した芳香環由来のピークが確認され（図２２参照）、この結果から推測すると、ｐＨ８ではＣＢ［７］とＰＭＰＡは完全に解離しているとは考え難い。したがって、この状態について、ＣＢ［７］は両側の開口部に存在するカルボニル基によって正電荷と相互作用するが、この場合は正電荷を持っていないためその相互作用はないものの、ＣＢ［７］の空洞部内は疎水性なので、その駆動力によって安定な状態で包接体を形成するのではなく、解離に近い状態で相互作用しているのではないかと推測される。また、ｐＨ１０から再度ｐＨを２に戻すと芳香環由来のピークは三つに分離したので、再びカルボニル基と正電荷の相互作用を含めた安定な包接体を形成したと考えられる。これらの結果より、ｐＨ２から５まではＰＭＰＡの芳香環をＣＢ［７］の空洞部内に含む安定な包接体を形成し、ｐＨ８以上では解離に近い状態であり、その可逆性も示された。
【００５４】
ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡの包接体の形成は、前述のＣＢ［７］とＰＭＰＡの包接体形成の実験において、概ねｐＨ８でＰＭＰＡの脱プロトン化が起きることが示されたので、ここではｐＨ２から８まで行った（図２３参照）。１Ｈ−ＮＭＲ測定の結果から、ｐＨ２からｐＨ６まではＰＭＰＡの芳香環由来のピークに大きな変化はなく、包接体を形成していないものと思われる。これは、ＰＭＰＡがプロトン化しており親水性であるため、ＤＭ−β−ＣＤの疎水的な空洞部内と相互作用しないためと考えられる。これに対して、ｐＨ８ではＰＭＰＡ芳香環由来のピークが７．１ｐｐｍから７．３ｐｐｍの間に高磁場シフトした。この状態ではＰＭＰＡは脱プロトン化しており疎水性へと変化したため、ＤＭ−β−ＣＤの疎水的な空洞部内と相互作用することによって包接体を形成したものと考えられる。
【００５５】
そして、２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲ測定では、ＤＭ−β−ＣＤの空洞部内に存在するＣ（３）Ｈプロトン由来のピークとＰＭＰＡの芳香環由来のピークとのクロスピークが観測された（図２４参照）。さらに、このサンプルをＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳで確認したところ、ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡの１対１の包接体を示すピークを確認した（図２５参照）。これらの結果より、ｐＨ２からｐＨ６までは包接体を形成せず、ｐＨ８ではＰＭＰＡの芳香環部をＤＭ−β−ＣＤの空洞部に含む包接体を形成していることが示された。
【００５６】
ｐＨ変化による２種類のホスト分子によるＰＭＰＡでのスイッチングの検討
１Ｈ−ＮＭＲ測定より、ｐＨ２ではＰＭＰＡの芳香環由来のピークが三つに分裂したのでＰＭＰＡ上にはＣＢ［７］が存在していると考えられる（図２６参照）。一方、ｐＨ１０では７．０ｐｐｍ付近のブロードなピークのみであった。先の実験から考えると、ｐＨ１０の条件ではＰＭＰＡの二級アミンは完全に脱プロトン化していると考えられ、この状態ではＤＭ−β−ＣＤがＰＭＰＡ上に存在すると思われたが、結果からその状態をとっているとは考えにくい。むしろこの傾向はＣＢ［７］とＰＭＰＡのみをｐＨ８やｐＨ１０で測定したものと同様であると考えられる。したがって、この状態ではＣＢ［７］及びＤＭ−β−ＣＤともにＰＭＰＡと安定な包接体を形成していないものと考えられる。さらに、ｐＨ１１で測定した結果、ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡのみをｐＨ８で測定した際と同様のＰＭＰＡの芳香環由来のピークの分裂が確認された。このピークの出現はＤＭ−β−ＣＤがＰＭＰＡ上に存在していることを示し、ｐＨ変化によるＰＭＰＡ上でのＣＢ［７］とＤＭ−β−ＣＤのスイッチングが起こったものと考えられる。また、ここで再度ｐＨを２に戻すと、ＰＭＰＡの芳香環由来のピークが再び三つに分裂しＣＢ［７］がＰＭＰＡ上へと移動したことから、図２７にモデルを示すようなスイッチングの可逆性が示された。
【００５７】
ＰＭＰＡと二つの環状分子にさらにＰＰＧ−Ｎ３を加えた実験についても、ほぼ同様の結果が１Ｈ−ＮＭＲから得られた（図２８参照）。ｐＨ２では、ＣＢ［７］はＰＭＰＡ上に存在し、一方ＤＭ−β−ＣＤとＰＰＧ−Ｎ３はｐＨ変化に対して包接体形成に影響が無いと考えられので、ＤＭ−β−ＣＤはＰＰＧ−Ｎ３上に存在しているものと思われる。ｐＨ１０ではＤＭ−β−ＣＤはＰＰＧ−Ｎ３上に存在しており、ＣＢ［７］とＰＭＰＡは解離に近い状態で存在していると考えられる。ｐＨ１１ではＤＭ−β−ＣＤが移動しＰＭＰＡ上にスイッチングした。ＰＭＰＡとの包接体から脱離したＣＢ［７］については、一般的にＣＢ［７］に包接されたゲスト分子は、１Ｈ−ＮＭＲ上で高磁場シフトすることが報告されていることから考えると、ＰＰＧ−Ｎ３のメチル基由来のピークに変化がないことから、ＰＰＧ−Ｎ３とは包接体を形成しておらず、単独で存在しているものと考えられる。これらの結果から、ＰＰＧ−Ｎ３の有無にかかわらず、二つの環状分子を含むスイッチングの検討において、ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡのみではｐＨ８で包接体を形成したが、二つのホスト分子を含む場合ではｐＨ１１でなければＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡが包接体を形成しなかった。この現象については、初期状態（ｐＨ２の状態）ではＣＢ［７］はイオン−双極子相互作用と疎水性相互作用によってＰＭＰＡ上に存在している。そこでｐＨ１０に変化させると、ＣＢ［７］とＰＭＰＡ間は疎水性相互作用のみとなり、流動的にＰＭＰＡ上に存在しているものと推測される。この時はＣＢ［７］とＤＭ−β−ＣＤがＰＭＰＡとの包接体形成の中間状態であり、その駆動力も均衡していると考えられる。ここでｐＨ１１に変化させるとＤＭ−β−ＣＤの修飾されていない水酸基が脱プロトン化し負電荷を有し、ＤＭ−β−ＣＤがＰＭＰＡ上に移動するための何らかの駆動力を得てスイッチングしたのではないかと推測される。いずれにせよ、ＰＰＧ−Ｎ３を含むＰＭＰＡでの二つの環状分子間でのｐＨ変化によるスイッチングが可能であることが示された。
【００５８】
ｐＨ変化による異種環状分子含有擬ポリロタキサンのＰＭＰＡ部位でのスイッチングの検討
前述の通り、１Ｈ−ＮＭＲ及び２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲ測定から、ｐＨ２ではＣＢ［７］はＰＭＰＡ部位に、ＤＭ−β−ＣＤはＰＰＧ部位に存在することが明らかとなっている（図１８、図２０）。また、１Ｈ−ＮＭＲの結果から、 ｐＨ１０ではＰＭＰＡの芳香環由来のピークはｐＨ２と同様の傾向を示し、三つに分裂したがブロードなピークとなった。ｐＨ１１では７．０ｐｐｍから７．３ｐｐｍの間のブロードなピークであった（図図２９及び図３０参照）。さらに、ｐＨ２、１０、１１ではＰＰＧ部位のメチル基由来のピークが大きく異なっている。先ず、主なピークである０．６から１．１ｐｐｍのピークは、ｐＨ２では鋭く狭い範囲で分裂しているが、ｐＨ１０、１１では広くブロードしている。次にトリアゾール基に隣接していると考えられるピークでは、ｐＨ２では１．５ｐｍｍに鋭いピークが見られるが、ｐＨ１０では１．４ｐｐｍと１．５ｐｐｍにややブロードに分裂し、ｐＨ１１では１．４ｐｐｍにブロードなピークとなり、ｐＨが高くなるに連れて高磁場へシフトした。
【００５９】
一方、トリアゾール基由来のピークはｐＨ２では８．１ｐｐｍであったが、ｐＨ１０、１１では低磁場シフトし８．３ｐｐｍに現れた。さらに、２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲの結果、ｐＨ２では確認されたＤＭ−β−ＣＤのＣ（３）ＨプロトンとＰＰＧの主なメチル基（０．６〜１．１ｐｐｍ）とのクロスピークがｐＨ１０、１１についても確認された（図３１及び図３２参照）。これらの結果から、ｐＨ１０ではＣＢ［７］はＰＭＰＡの芳香環由来のピークがブロードに三つに分裂しており、ＰＭＰＡの芳香環部位に安定に存在していないものと考えられる。そして、ＰＰＧ部位のメチル基由来のピークが高磁場方向へブロードし、トリアゾール基に隣接しているメチル基由来のピークの高磁場への分裂、及びトリアゾール基由来のピークが高磁場シフトしたことから、前述したようにＣＢ［７］空洞部内に存在するゲスト分子は高磁場シフトし、空洞部の外側近辺に存在するものは低磁場シフトすることから考えると、ＣＢ［７］はある部位で留まっているのではなく、ＰＰＧ上及びＰＭＰＡ上を移動しているものと考えられる。ＤＭ−β−ＣＤは、２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲの結果からＰＰＧ上に存在しているものと考えられる。ｐＨ１１ではＰＭＰＡの芳香環由来のピークが７．０ｐｐｍから７．３ｐｐｍの間でブロードになっているため、ＣＢ［７］はＰＭＰＡの芳香環部位とほぼ相互作用していないものと考えられ、ＰＰＧ部位のメチル基由来のピークの高磁場方向へのブロード、トリアゾール基に隣接しているメチル基由来のピークが全て高磁場へシフト、トリアゾール基由来のピークの高磁場シフト等を総合して考えると、ＣＢ［７］はＰＰＧ部位上のトリアゾール基付近に存在するものと考えられる。またＤＭ−β−ＣＤは、２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲから、ＰＰＧ上に存在していると考えられるので、ＰＰＧ部位の空間的にもＣＢ［７］はＰＰＧ部位の末端付近に存在すると考えられる。
【００６０】
以上のことから、実験１において合成された異種環状分子含有擬ポリロタキサンは、ｐＨ２ではＣＢ［７］はＰＭＰＡ部位に存在し、ｐＨ１０あるいは１１ではＰＭＰＡ部位に留まることなく主鎖上を移動しており、図３３にモデルを示すようなＰＭＰＡ部位でのＣＢ［７］のスイッチングが示唆された。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの合成スキームを示す模式図である。
【図２】１，３−双極子付加反応の模式図である。
【図３】１，３−双極子付加反応におけるＣｕ（Ｉ）による触媒メカニズムを示す図である。
【図４】異種環状分子含有擬ポリロタキサンにおけるスイッチングの様子を示す図である。
【図５】ＰＭＰＡの１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図６】ＰＭＰＡの１３Ｃ−ＮＭＲチャートである。
【図７】ＰＰＧ−Ｎ３の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図８】ＰＰＧ−Ｎ３の１３Ｃ−ＮＭＲチャートである。
【図９】ＰＰＧ−ＭＳの１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図１０】ＰＰＧの１３Ｃ−ＮＭＲチャートである。
【図１１】ＣＢ［７］及びＰＭＰＡ、さらにはこれらの包接体の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図１２】ＣＢ［７］とＰＭＰＡの包接体のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳチャートである。
【図１３】ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：１）の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図１４】ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：３）の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図１５】ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：１）の２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャートである。
【図１６】ＰＰＧ−Ｎ３とＤＭ−β−ＣＤの包接体（ＰＰＧ−Ｎ３：ＤＭ−β−ＣＤ＝１：３）の２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャートである。
【図１７】ＰＭＰＡとＰＰＧ−Ｎ３のクリック反応後の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図１８】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ２）である。
【図１９】異種環状分子含有擬ポリロタキサンのＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳチャートである。
【図２０】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャート（ｐＨ２）である。
【図２１Ａ】ＣＢ［７］とＰＭＰＡの混合物の１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ２〜７）である。
【図２１Ｂ】ＣＢ［７］とＰＭＰＡの混合物の１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ８〜１０及びｐＨ２）である。
【図２２】ＰＭＰＡのｐＨ８での１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図２３】ＤＭ−β−ＣＤ、ＰＭＰＡ、及びこれらの混合物（ｐＨ２〜８）の１Ｈ−ＮＭＲチャートである。
【図２４】ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡの包接体の２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャートである。
【図２５】ＤＭ−β−ＣＤとＰＭＰＡの包接体のＭＡＬＤＩ−ＴＯＦ−ＭＳチャートである。
【図２６】ＣＢ［７］、ＤＭ−β−ＣＤ、及びＰＭＰＡの混合物の１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ２〜１１）である。
【図２７】ＰＭＰＡでのＣＢ［７］とＤＭ−β―ＣＤのスイッチングモデルを示す図である。
【図２８】ＣＢ［７］、ＤＭ−β−ＣＤ、ＰＭＰＡ、及びＰＰＧ−Ｎ３の混合物の１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ２〜１１）である。
【図２９】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ１０）である。
【図３０】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの１Ｈ−ＮＭＲチャート（ｐＨ１１）である。
【図３１】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャート（ｐＨ１０）である。
【図３２】異種環状分子含有擬ポリロタキサンの２Ｄ−ＲＯＥＳＹ−ＮＭＲチャート（ｐＨ１１）である。
【図３３】異種環状分子含有擬ポリロタキサンのスイッチングの様子を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状分子の中を線状分子が貫通したロタキサンもしくはポリロタキサン構造を有する超分子ポリマーであって、前記環状分子として複数種類の環状分子を含有することを特徴とする超分子ポリマー。
【請求項２】
前記環状分子として、シクロデキストリンまたはその誘導体、及びククルビットウリル系化合物を含有することを特徴とする請求項１記載の超分子ポリマー。
【請求項３】
前記シクロデキストリンまたはその誘導体が２，６−ジメチル−β−シクロデキストリンであり、前記ククルビットウリル系化合物がククルビット［７］ウリルであることを特徴とする請求項２記載の超分子ポリマー。
【請求項４】
前記線状分子は、両末端にアジド基を有する線状モノマーと両末端にアルキニル基を有する線状モノマーとが１，３−双極子付加反応により結合されてなり、結合点にトリアゾール基を有することを特徴とする請求項２または３記載の超分子ポリマー。
【請求項５】
前記両末端にアジド基を有する線状モノマーがポリプロピレングリコールビスアジドであり、前記両末端にアルキニル基を有する線状モノマーがＮ，Ｎ′−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミンであることを特徴とする請求項４記載の超分子ポリマー。
【請求項６】
種類の異なる環状分子をホスト分子とし種類の異なる線状モノマーをゲスト分子とする複数種類の包接体を形成し、前記線状モノマーを付加反応させることにより前記複数種類の包接体を結合することを特徴とする超分子ポリマーの合成方法。
【請求項７】
シクロデキストリンまたはその誘導体をホスト分子とし両末端にアジド基を有する線状モノマーをゲスト分子とする第１の包接体と、ククルビットウリル系化合物をホスト分子とし両末端にアルキニル基を有する線状モノマーをゲスト分子とする第２の包接体とを作製し、
これら第１の包接体の線状モノマーと第２の包接体の線状モノマーとを１，３−双極子付加反応させることを特徴とする請求項６記載の超分子ポリマーの合成方法。
【請求項８】
２，６−ジメチル−β−シクロデキストリンをホスト分子としポリプロピレングリコールビスアジドをゲスト分子とする第１の包接体と、ククルビット［７］ウリルをホスト分子としＮ，Ｎ′−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミンをゲスト分子とする第２の包接体を形成し、
前記ポリプロピレングリコールビスアジドとＮ，Ｎ′−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミンとを１，３−双極子付加反応させることを特徴とする請求項７記載の超分子ポリマーの合成方法。
【請求項１】
環状分子の中を線状分子が貫通したロタキサンもしくはポリロタキサン構造を有する超分子ポリマーであって、前記環状分子として複数種類の環状分子を含有することを特徴とする超分子ポリマー。
【請求項２】
前記環状分子として、シクロデキストリンまたはその誘導体、及びククルビットウリル系化合物を含有することを特徴とする請求項１記載の超分子ポリマー。
【請求項３】
前記シクロデキストリンまたはその誘導体が２，６−ジメチル−β−シクロデキストリンであり、前記ククルビットウリル系化合物がククルビット［７］ウリルであることを特徴とする請求項２記載の超分子ポリマー。
【請求項４】
前記線状分子は、両末端にアジド基を有する線状モノマーと両末端にアルキニル基を有する線状モノマーとが１，３−双極子付加反応により結合されてなり、結合点にトリアゾール基を有することを特徴とする請求項２または３記載の超分子ポリマー。
【請求項５】
前記両末端にアジド基を有する線状モノマーがポリプロピレングリコールビスアジドであり、前記両末端にアルキニル基を有する線状モノマーがＮ，Ｎ′−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミンであることを特徴とする請求項４記載の超分子ポリマー。
【請求項６】
種類の異なる環状分子をホスト分子とし種類の異なる線状モノマーをゲスト分子とする複数種類の包接体を形成し、前記線状モノマーを付加反応させることにより前記複数種類の包接体を結合することを特徴とする超分子ポリマーの合成方法。
【請求項７】
シクロデキストリンまたはその誘導体をホスト分子とし両末端にアジド基を有する線状モノマーをゲスト分子とする第１の包接体と、ククルビットウリル系化合物をホスト分子とし両末端にアルキニル基を有する線状モノマーをゲスト分子とする第２の包接体とを作製し、
これら第１の包接体の線状モノマーと第２の包接体の線状モノマーとを１，３−双極子付加反応させることを特徴とする請求項６記載の超分子ポリマーの合成方法。
【請求項８】
２，６−ジメチル−β−シクロデキストリンをホスト分子としポリプロピレングリコールビスアジドをゲスト分子とする第１の包接体と、ククルビット［７］ウリルをホスト分子としＮ，Ｎ′−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミンをゲスト分子とする第２の包接体を形成し、
前記ポリプロピレングリコールビスアジドとＮ，Ｎ′−（１，３−フェニレンビス（メチレン））ジプロプ−２−エン−１−アミンとを１，３−双極子付加反応させることを特徴とする請求項７記載の超分子ポリマーの合成方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１Ａ】
【図２１Ｂ】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２００７−２１１０６０（Ｐ２００７−２１１０６０Ａ）
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０３０３（Ｐ２００６−３０３０３）
【出願日】平成１８年２月７日（２００６．２．７）
【出願人】（３０４０２４４３０）国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学 (169)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２３日（２００７．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月７日（２００６．２．７）
【出願人】（３０４０２４４３０）国立大学法人北陸先端科学技術大学院大学 (169)
【Ｆターム（参考）】
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