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核酸塩基の水素結合解析による冷結晶化メカニズムの解明

通过核碱基氢键分析阐明冷结晶机制

基本信息

批准号：
21K14725
负责人：
本田暁紀
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Tokyo University of Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K14725/
关键词：
核酸塩基冷結晶化水素結合蓄熱赤外分光法熱分析

项目摘要

アルキル基を導入した低分子の示す冷結晶化について研究した。ここで冷結晶化とは、冷却時に過冷却液体やガラス状態になった分子を再加熱した際に、加熱過程で発熱を伴った結晶化が生じる現象を指す。過冷却状態の分子は固体と液体の間のエネルギー差(潜熱)を蓄熱した状態であるため、冷結晶化に関する研究は蓄熱材料の発展および省エネルギー社会の実現につながることが期待される。熱挙動は、示差走査熱量測定(DSC)および赤外分光法(FTIR)を主体として解析した。加えて、分子集合構造をX線構造解析によって明らかにし、熱変化に伴う分子の様子の変化は偏光顕微鏡観察の結果も含めて解析した。核酸塩基として、アルキル置換したアデニンおよびチミン分子を用いた。温度制御ステージを用いて試料の温度を変化させつつ、赤外分光法によって分子間の水素結合の変化を観測した。アデニンとチミンを1:1で混合した試料を加熱した液体状態、冷却後の過冷却液体、再加熱後の冷結晶化固体、の各々について水素結合の状態を計測した。その結果、相補的な水素結合によるネットワーク構造が各状態で異なることが判明した。水素結合の多様性による系の不均一化によって結晶化速度が低下し、過冷却および冷結晶化が生じていることが分かった。その他、相補的な水素結合を形成するアデニンとウラシルの系についても、温度制御赤外分光計測を実施した。ウラシルの系については、結晶多形の影響も含めて熱挙動を考察した。加えて、核酸塩基以外の色素分子や金属錯体分子の冷結晶化についても研究を展開した。

A study on the introduction of low molecular weight and crystallization The phenomenon of cold crystallization, cooling, supercooling, molecular reheating, heating, and crystallization occurs. The development of thermal storage materials and the realization of thermal storage society are expected to be studied in the supercooled state of molecules and the state of thermal storage between solids and liquids. Thermal and differential scanning calorimetry (DSC) and infrared spectroscopy (FTIR) are the main analytical methods. X-ray structural analysis of additive and molecular aggregates, thermal analysis of molecular aggregates, polarization and microscopic observation of the results Nucleic acid bases are used in nucleic acid molecules such as adenine and adenine molecules. The temperature control method is used to measure the temperature change of the sample, and the infrared spectroscopy method is used to measure the change of the intermolecular water binding. 1:1 mixing of the sample, liquid state after heating, supercooled liquid after cooling, cold crystallized solid after reheating, and state of combination of water elements in each case. The result is that the water element combination is different from each other. The heterogeneity of water binding is due to the low crystallization rate, supercooling and cold crystallization. The combination of other and complementary elements forms a system of temperature control and infrared spectroscopy. The influence of crystal polymorphism on the thermal behavior of the crystal is investigated. Cold crystallization of pigment molecules other than nucleic acid groups and metal complex molecules has been studied.