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水溶液中の有害なイオン種に選択的に応答する蛍光プローブの開発

Research Project

Project/Area Number 11J02295
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Reaction engineering/Process system
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

角谷 繁宏  大阪大学, 基礎工学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2011 – 2012
Project Status Completed (Fiscal Year 2012)
Budget Amount *help
¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000)
Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords蛍光プローブ / 亜鉛 / カドミウム / クマリン / ジピコリルアミン / アミド / 水溶液 / 水酸化物イオン / シアン化物イオン / スピロピラン / フルオレセイン / 求核相互作用 / ポリマー / 水
Research Abstract

特定のイオン種に対して選択的に蛍光挙動を変化させる蛍光プローブは、迅速かつ簡便にイオン種の定性・定量分析ができるため、生化学や環境分析の分野で注目を集めている。しかしながら、従来の蛍光プローブの応答は有機溶媒中に限られており、水溶液中で機能する蛍光プローブの報告例は少ない。本研究では、水溶液中の有害イオン種を選択的に検出できる蛍光プローブの開発を目的としている。本年度は、極めて性質の類似した亜鉛イオン(Zn^<2+>)およびカドミウムイオン(Cd^<2+>)に対して異なる波長の蛍光を示すプローブの開発に取り組んだ。
クマリンにアミドおよびジピコリルアミンを連結させた分子を開発した。本分子は中性水溶液中では無蛍光だが、Zn^<2+>およびCd^<2+>の存在下では、それぞれ437nmおよび386nmを極大とする蛍光を示す。一方、他の金属イオンに対しては蛍光を示さない。つまり、本分子はZn^<2+>とCd^<2+>に対して選択的に発光し、これらのイオン種を蛍光波長から識別できる。この異なる蛍光応答はZnおよびCd錯体の配位構造に起因する。これらの錯体は2つのピリジン窒素、アミン窒素、カルボニル酸素を配位子として含むが、Zn錯体は水酸化物イオンが金属中心に配位した構造を形成する。非経験的分子軌道計算によりCdおよびZn錯体の電子密度分布を求めたところ、Cd錯体のHOMOのπ電子はクマリン部位に局在化しているが、LUMOではクマリン部位からピリジン部位にかけて分布する。これは励起によりクマリン部位からピリジン部位への分子内電荷移動が起こることを示している。一方、Zn錯体の場合、HOMOおよびLUMOのπ電子はクマリン部位に局在化しており、電荷移動は起こらない。そのためクマリン部位の電子密度が増加し、Zn錯体は長波長蛍光を出現させる。

Report

(2 results)
  • 2012 Annual Research Report
  • 2011 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2013 2012 2011

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Mechanism for Different Fluorescence Response of a Coumarin-Amide-Dipicolylamine Linkage to Zn(II) and Cd(II) in Water2013

    • Author(s)
      Shigehiro Sumiya, et al.
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry A

      Volume: 117 Pages: 1474-1482

    • Related Report
      2012 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Colorimetric Sensing of Cyanide Anion in Aqueous Media with a Fluorescein-Spiropyran Conjugate2012

    • Author(s)
      Shigehiro Sumiya, et al
    • Journal Title

      Tetrahedron

      Volume: 68 Issue: 2 Pages: 690-696

    • DOI

      10.1016/j.tet.2011.10.097

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermoresponsive Copolymer Containing a Coumarin-Spiropyran Conjugate : Reusable Fluorescent Sensor for Cyanide Anion Detection in Water2011

    • Author(s)
      Yasuhiro shiraishi, et al
    • Journal Title

      ACS Applied Materials & Interfaces

      Volume: 3 Issue: 12 Pages: 4649-4656

    • DOI

      10.1021/am201069n

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Multicolor Fluorescence of a Styrylquinoline Dye Tuned by Metal Cations2011

    • Author(s)
      Yasuhiro shiraishi, et al
    • Journal Title

      Chemistry A European Journal

      Volume: 17 Issue: 30 Pages: 8324-8332

    • DOI

      10.1002/chem.201101048

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Entropy-Driven Thermal Isomerization of Spiropyran in Viscous Media2011

    • Author(s)
      Yasuhiro shiraishi, et al
    • Journal Title

      The Journal of Physical Chemistry A

      Volume: 115 Issue: 33 Pages: 9083-9090

    • DOI

      10.1021/jp201137d

    • Related Report
      2011 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Zn(II)およびCd(II)に対するクマリン-アミド-ジピコリルアミン連結分子の多色蛍光応答特性2013

    • Author(s)
      角谷繁宏
    • Organizer
      日本化学会第93春季年会
    • Place of Presentation
      立命館大学(滋賀県)
    • Year and Date
      2013-03-24
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Highly Sensitive Cyanide Anion Detection with a Coumarin-Spiropyran Conjugate as a Fluorescent Receptor2012

    • Author(s)
      角谷繁宏
    • Organizer
      7th Asian Photochemistry Conference 2012
    • Place of Presentation
      大阪大学(大阪府)
    • Year and Date
      2012-11-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] スピロピラン誘導体によるシアン化物イオンの蛍光センシング2012

    • Author(s)
      角谷繁宏
    • Organizer
      2012年光化学討論会
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-09-12
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] フルオレセイン-スピロピラン複合体による水中シアン化物イオンの発色センシング2012

    • Author(s)
      角谷繁宏, ら
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会
    • Place of Presentation
      東京(慶應義塾大学)
    • Year and Date
      2012-03-26
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] スピロピラン結合型感温性高分子による水中シアン化物イオンの高感度蛍光センシング2012

    • Author(s)
      角谷繁宏, ら
    • Organizer
      日本化学会第92春季年会
    • Place of Presentation
      東京(慶應義塾大学)
    • Year and Date
      2012-03-25
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Highly Sensitive Cyanide Anion Detection with a Coumarin-Spiropyran Conjugate as a Fluorescent Receptor2011

    • Author(s)
      角谷繁宏
    • Organizer
      The 11th Global COE International Symposium : Bio-Environmental Chemistry
    • Place of Presentation
      大阪(大阪大学)
    • Year and Date
      2011-12-20
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 粘性溶媒中におけるスピロピランのエントロピー駆動型熱異性化2011

    • Author(s)
      角谷繁宏, ら
    • Organizer
      2011年光化学討論会
    • Place of Presentation
      宮崎(宮崎市河畔コンベンションエリア)
    • Year and Date
      2011-09-07
    • Related Report
      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属イオンにより誘起されるスチリルキノリン誘導体の多色蛍光特性2011

    • Author(s)
      角谷繁宏, ら
    • Organizer
      2011年光化学討論会
    • Place of Presentation
      宮崎(宮崎市河畔コンベンションエリア)
    • Year and Date
      2011-09-06
    • Related Report
      2011 Annual Research Report

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Published: 2011-12-12   Modified: 2024-03-26  

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