植草 秀裕

うえくさ ひでひろ
Hidehiro Uekusa
東京工業大学理学院
准教授
A01
専門分野化学結晶学
公募班（2020-2021）

気相－結晶相反応による有機ベイポクロミック結晶の創製と粉末結晶解析による機構解明

関連する研究者
研究協力者: 関根あき子（東京工業大学理学院、助教）
研究協力者: 杉山晴紀（慶應義塾大学自然科学研究教育センター、助教）

研究概要

結晶への蒸気暴露に反応し、可逆的に結晶が相転移し、色調変化を示すベイポクロミズム有機結晶は、「ソフトクリスタル」の典型例であり、また類例がないガスセンサー物質としても重要である。本研究は結晶構造科学に基づきベイポクロミズムの原理を明らかにすることで、蒸気暴露により結晶構造が変化するベイポクロミズム有機結晶を創製することを目的としている。特に三次元の詳細な分子構造・結晶構造変化を明らかにする事は重要であり、結晶転移で単結晶が崩壊しても結晶解析が可能である、微小結晶解析・粉末結晶解析法を駆使して研究を推進する。
新しい有機ベイポクロミズムの原理として、結晶水脱離による分子間相互作用の変化に誘起された電子状態変化を考えており、特にプロトン移動による分子変化に注目して好適な分子系を探索する。さらに、蒸気暴露による分子挿入・分子交換による結晶構造転移も利用した結晶設計・結晶創製を行う。
有機物結晶によるベイポクロミズム結晶のメカニズムや設計原理を明らかにできれば、多様な有害蒸気を検出するガスセンサーとしての応用も期待される。

ベイポクロミック有機結晶
外部刺激により得られた粉末結晶の粉末未知結晶構造解析
公募班（2018-2019）

粉末結晶解析による有機ベイポクロミック結晶の創製と結晶転移機構の解明

キーワード
ペイポクロミズム、ソフトクリスタル、有機結晶、粉末結晶解析、X線結晶構造解析、蒸気誘起相転移、脱水和転移、水和転移

研究概要

結晶への蒸気暴露に反応し、可逆的に結晶が相転移し、色調変化を示すベイポクロミズム有機結晶は、「ソフトクリスタル」の典型例であり、また類例がないガスセンサー物質としても重要である。本研究は結晶構造科学に基づきベイポクロミズムの原理を明らかにすることで、蒸気暴露により結晶構造が変化するベイポクロミズム有機結晶を創製することを目的としている。特に三次元の詳細な分子構造・結晶構造変化を明らかにする事は重要であり、結晶転移で単結晶が崩壊しても結晶解析が可能である、微小結晶解析・粉末結晶解析法を駆使して研究を推進する。
新しい有機ベイポクロミズムの原理として、結晶水脱離による分子間相互作用の変化に誘起された電子状態変化を考えており、特にプロトン移動による分子変化に注目して好適な分子系を探索する。さらに、蒸気暴露による分子挿入・分子交換による結晶構造転移も利用した結晶設計・結晶創製を行う。
有機物結晶によるベイポクロミズム結晶のメカニズムや設計原理を明らかにできれば、多様な有害蒸気を検出するガスセンサーとしての応用も期待される。

ベイポクロミック有機結晶
外部刺激により得られた粉末結晶の粉末未知結晶構造解析

研究業績

査読付発表論文

A01-15

  1. “Dehydration and Rehydration Mechanisms of Pharmaceutical Crystals: Classification of Hydrates by Activation Energy” M. Takahashi and H. Uekusa*, J. Pharm. Sci., 111, 618-627 (2022).
    DOI: 10.1016/j.xphs.2021.10.033
  2. "van der Waals solid solution crystals for highly efficient in-air photon upconversion under subsolar irradiance"　R. Enomoto, M. Hoshi, H. Oyama, H. Agata, S. Kurokawa, H. Kuma, H. Uekusa, Y. Murakami*, Mater. Horiz., 8, 3449-3456 (2021).
    DOI: 10.1039/D1MH01542G
  3. "Pillar[6]quinone: facile synthesis, crystal structures and electrochemical properties"　T. Hirohata, N. Shida, H. Uekusa, N. Yasuda, H. Nishihara, T. Ogoshi, I. Tomita, S. Inagi*, Chem. Commun., 57, 6360-6363 (2021).
    DOI: 10.1039/D1CC02413B
  4. "Solid-state dehydration mechanism of diclofenac sodium salt hydrates" H. Oyama, T. Miyamoto, A. Sekine, I. Nugrahani, H. Uekusa*, Crystals, 11, 412 (2021).
    DOI: 10.3390/cryst11040412
  5. "Crystal structures of antiarrhythmic drug disopyramide and its salt with phthalic acid” M. Tamboli, Y. Okamoto, Y. Utsumi, T. Furuishi, S. Wang, D. Umeda, O. Putra, K. Fukuzawa, H. Uekusa, E. Yonemochi*, Crystals, 11, 379 (2021).
    DOI: 10.2116/xraystruct.36.31
  6. "New Sodium Mefenamate - Nicotinamide Multicomponent Crystal Development to Modulate Solubility and Dissolution: Preparation, Structural, and Performance Study" I. Nugrahani*, F. Fisandra, A. Horikawa, H. Uekusa, J. Pharm. Sci., 110, 3246-3260 (2021).
    DOI: 10.1016/j.xphs.2021.05.022
  7. "Enantioselective Synthesis of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH)-Based Planar Chiral Bent Cyclophanes by Rhodium-Catalyzed [2+2+2] Cycloaddition" Y. Aida, J. Nogami, H. Sugiyama, H. Uekusa, K. *Tanaka, Chem. - Eur. J., 26, 12579-12588 (2020).
    DOI: 10.1002/chem.202001450
  8. "Salt Cocrystal of Diclofenac Sodium-L-Proline: Structural, Pseudopolymorphism, and Pharmaceutics Performance Study" *I. Nugrahani, R. A. Kumalasari, N. A. Winni, A. Horikawa, H. Uekusa, Pharmaceutics, 12, 690 (2020).
    DOI: 10.3390/pharmaceutics12070690
  9. "Two-step crystal-crystal phase transformation of N-salicylidene-p-aminobenzoic acid by gas-solid reaction with aqua-ammonia vapor" H. Sugiyama, *H. Uekusa, Acta Crystallogr., Sect. C: Struct. Chem., 77, 56-60 (2021).
    DOI: 10.1107/S2053229620016411
  10. "Relationship between Crystal Structure, Crystal Morphology, and Mechanochromic Luminescence of Triphenylimidazolylbenzothiadiazole Derivatives" *S. Ito, S. Nagai, T. Ubukata, T. Ueno, H. Uekusa, Cryst. Growth Des., 20, 4443-4453 (2020). (領域内共同研究 A02公募 伊藤傑)
    DOI: 10.1021/acs.cgd.0c00253
  11. "Synthesis of Belt- and Möbius-Shaped Cycloparaphenylenes by Rhodium-Catalyzed Alkyne Cyclotrimerization", S. Nishigaki, Y. Shibata, A. Nakajima, H. Okajima, Y. Masumoto, T. Osawa, A. Muranaka, H. Sugiyama, A. Horikawa, H. Uekusa, H. Koshino, M. Uchiyama, A. Sakamoto, *K. Tanaka, J. Am. Chem. Soc., 141, 14955-14960 (2019).
    DOI: 10.1021/jacs.9b06197
  12. "In-Situ Photochromism Switching with Crystal Jumping through the Deammoniation of N-Salicylideneaniline Ammonium Salt", H. Sugiyama, K. Johmoto, A. Sekine, *H. Uekusa, Cryst. Growth Des., 19, 4324-4331 (2019).
    DOI: 10.1021/acs.cgd.9b00039
  13. "Elucidation of the crystal structures and dehydration behaviors of ondansetron salts", R. Mizoguchi, *H. Uekusa, Crystals, 9, 180/1-180/16 (2019).
    DOI: 10.3390/cryst9030180
  14. "Development of Visible-Light Driven Cu(I) Complex Photosensitizers for Photocatalytic CO2 Reduction", H. Takeda, Y. Monma, H. Sugiyama, H. Uekusa, *O. Ishitani, Front. Chem., 7, 418/1-418/12 (2019).
    DOI: 10.3389/fchem.2019.00418
  15. "Ambipolar transistors based on chloro-substituted tetraphenylpentacene" R. Sato, S. Eda, H. Sugiyama, H. Uekusa, T. Hamura, *T. Mori, J. Mater. Chem. C, 7, 3294-3299 (2019).
    DOI: 10.1039/C8TC06603E
  16. "Multicomponent Crystal of Mefenamic Acid and N-Methyl-D-Glucamine: Crystal Structures and Dissolution Study. " E. Zaini, L. Fitriani, R. Sari, H. Rosaini, A. Horikawa, H. Uekusa, J. Pharm. Sci., 108, 2341-2348 (2019).
    DOI: 10.1016/j.xphs.2019.02.003
  17. “Triplon band splitting and topologically protected edge states in the dimerized antiferromagnet” *K. Nawa, K. Tanaka, N. Kurita, T. J. Sato, H. Sugiyama, H. Uekusa, S. Ohira-Kawamura, K. Nakajima, *H. Tanaka, Nature Commun., 10, 2096 (2019).
    DOI: 10.1038/s41467-019-10091-6
  18. “Reversible on/off switching of photochromic properties in N-salicylideneaniline co-crystals by heating and humidification” H. Sugiyama, K. Johmoto, A. Sekine, *H. Uekusa, CrystEngComm, 21, 3170–3175 (2019). (
    DOI: 10.1039/C9CE00442D
  19. "Capturing a new hydrate polymorph of amodiaquine dihydrochloride dihydrate via heterogeneous crystallisation" P. O. Dwichandra, A. Pettersen, S. O.N. Lill, D. Umeda, E. Yonemochi, Y. P. Nugraha, *H. Uekusa, CrystEngComm, 21, 2053-2057 (2019).
    DOI: 10.1039/C8CE01720D

国際学会発表

A01-15

  1. "Ab-initio powder structure analysis for polymorphism and phase transformation studies with pharmaceutical applications" H. Uekusa, IUCr2021 (Prague, Czech, Aug. 14-22, 2021)
  2. "Vapor-Responsive Metal Complexes Exhibiting Chromic Phenomena" H Uekusa (Plenary), International Conferenceon Contemporary Science and Clinical Pharmacy 2021, (Padang, Indonesia, Sep.9-19, 2021)"
  3. “Pharmaceutical Co-crystals: Crystal Structure and Property relationship”, Pacifichem 2021 (Honolulu, USA, Dec. 16-22, 2021)
  4. ”Pharmaceutical Co-crystals: Crystal Structure and Property Relationship” H. Uekusa (Plenary), The 1st International Conference on Pharmaceutical Sciences and Pharmacy (Bandung, Indonesia, Oct. 7-8, 2020)
関連ウェブサイト
連絡先
uekusa[at]chem.titech.ac.jp