多座硫黄配位子を用いたバイオミメティック配位空間の構築と機能化

• Project/Area Number: 18033021
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 巽 和行 Nagoya University, 物質科学国際研究センター, 教授 (10155096)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,900,000); Fiscal Year 2007: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000); Fiscal Year 2006: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
• Keywords: カルコゲン / 硫黄 / 遷移金属 / クラスター / 多座硫黄配位子 / ヒドロゲナーゼ / 金属酵素 / アセチルCoA合成酵素 / ニッケル / チオラート / 架橋スルフィド / 異核二核錯体 / アセチル補酵素A合成酵素

Research Abstract

システイン(チオラート)と遷移金属の結合部位はタンパク中に広く存在し、電子移動やイオン濃度の制御に関与する、あるいは酵素活性中心として小分子活性化を触媒する。本研究ではシステインを模倣する多座の硫黄配位子を用いて、酵素活性中心にある種々の金属チオラート/スルフィドクラスターを合成化学的に構築し、その性質や反応性から酵素活性部位の構造と機能の本質に迫るべく、特にアセチルCoA合成酵素と[NiFe]ヒドロゲナーゼに注力して研究を進めた。
N_2S_2型配位子を有するニッケル錯体とNiBr_2の反応から得られるNi-Ni-Ni三核錯体に、テトラメチルチオ尿素(tmtu)の存在下、4倍当量のAg(OTf)を反応させ、さらに1倍当量のMeMgC1とKSDmpを順次反応させたところ、一方のNi上にメチル基とチオラートを併せ持つNi-Ni二核錯体が得られた。これは室温で一気圧のCOと速やかに反応し、還元的脱離を経てNi(0)カルボニル錯体と、チオラートがアセチル化されたアセチルCoA類縁体であるCH_3C(0)SDmpを収率80%で与えた。本反応の結果は、実際の酵素活性中心においても、二つあるニッケル中心のうち末端ニッケル側だけで反応が進行することを示唆している。
水素の発生と消費に関わる[NiFe]ヒドロゲナーゼの活性部位を再現する無機合成は困難を極めており、構造と機能の関係に迫る研究は世界的にも進んでいない。我々は、多座チオラートを組み込んだカルボニル/シアノ鉄錯体を鍵前駆体としてFe-Ni二核錯体の合成に取り組んだ。反応条件、特に空気と熱の両方に不安定な化合物の取り扱いについて種々検討し、[NiFe]ヒドロゲナーゼ活性部位の構造を模倣するモデル化合物の合成にも成功した。

Research Products

• [Journal Article] Heterolytic Dihydrogen Activation by a Sulfido-and Oxo-Bridged Dinuclear Germanium-Ruthenium Complex (2008)
  • Author(s): T. Matsumoto, Y. Nakaya, and K. Tatsumi
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. 47 Pages: 1913-1915
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Functional Hydrogenase Model: Reversible Interconversion of H_2 and H_2O by a Hydroxo/Sulfido-Bridged Dinuclear Ruthenium-Germanium Complex (2008)
  • Author(s): T. Matsumoto, Y. Nakaya, N. Itakura, and K. Tatsumi
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. 130 Pages: 2458-2459
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of syn-2,4-Dimercapto-1, 3, 2, 4-dithiadigermetane and Its Application for Ge_2PdS_4 Cluster Synthesis (2008)
  • Author(s): T. Matsumoto, Y. Matsui, M. Ito, and K. Tatsumi
  • Journal Title: Chem. Asian J. 3 Pages: 607-613
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and Characterization of Heteroleptic Iron (II) Thiolate Complexes with Weak Iron-Arene Interactions (2007)
  • Author(s): S. Ohta, Y. Ohki, Y. Ikagawa, R. Suizu, and K. Tatsumi
  • Journal Title: J. Organomet. Chem. 692 Pages: 4792-4799
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of New [8Fe-7S] Clusters: A Topological Link Between the Core Structures of P-cluster, FeMo-co, and FeFe-co of Nitrogenases (2007)
  • Author(s): Y. Ohki, Y. Ikagawa, and K. Tatsumi
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. 129 Pages: 10457-10465
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New nickel(II) thiolates with a flexible cyclo-Ni_<10>S_<20> framework (2006)
  • Author(s): Zhang, C., Takada, S., Kolzer, M., Matsumoto, T., Tatsumi, K.
  • Journal Title: Angew. Chem., Int. Ed. 45 Pages: 3768-3772
• [Journal Article] Synthesis of Oxo- and Sulfido-Bridged Germanium-Ruthenium Complexes and Reactions on the Chalcogenido Bridges (2006)
  • Author(s): Matsumoto, T., Nakaya, Y., Tatsumi, K.
  • Journal Title: Organometallics 25 Pages: 4835-4845
• [Journal Article] Mono{Hydrotris(mercaptoimidazolyl)borato} Complexes of Manganese(II), Iron(II), Cobalt(II), and Nickel(II) Halides (2006)
  • Author(s): Senda, S., Ohki, Y., Hirayama, T., Toda, D., Chen, J.-T., Matsumoto, T., Kawaguchi, H., Tatsumi, K.
  • Journal Title: Inorg. Chem. 45 Pages: 9914-9925
• [Journal Article] Reductive N-N Bond Cleavage of Diphenylhydrazine and Azobenzene Induced by Coordinatively Unsaturated Cp*Fe{N(SiMe_3)_2} (2006)
  • Author(s): Ohki, Y., Takikawa, Y., Hatanaka, T., Tatsumi, K.
  • Journal Title: Organometallics 25 Pages: 3111-3113
• [Journal Article] New Porphyrin Based MOF (Metal-Organic Framework) with High-Porosity : 2-D Infinite 22.2 A Square Grid Coordination Network (2006)
  • Author(s): Ohki, Y., Takikawa, Y., Hatanaka, T., Tatsumi, K.
  • Journal Title: Inorg. Chem. 45 Pages: 7988-7990
• [Journal Article] Theory of Chemical Bonds in Metalloenzymes V : Hybrid-DFT Studies of the Inorganic [8Fe-7S] Core. (2006)
  • Author(s): Shoji, M., Koizumi, K., Kitagawa, Y., Yamasaka, S., Okumura, M., Yamaguchi, K., Ohki, Y., Sunada, Y., Honda, M., Tatsumi, K.
  • Journal Title: Int. J. Quantum Chem. 106 Pages: 3288-3302
• [Presentation] Synthesis of Dinuclear Nickel Complexes as Structural and Reaction Models for an Active Site of Acetyl-CoA Synthase (2009)
  • Author(s): Mikinao Ito, Tsuyoshi Matsumoto, Kazuyuki Tatsumi
  • Organizer: The 4th joint IRTG Symposium between Nagoya University and University of Munster
  • Place of Presentation: ミュンスター(ドイツ)
• [Presentation] [NiFe]ヒドロゲナーゼ活性部位モデルとなるtert-ブタンチオラート架橋鉄カルボニル-ニッケル二核錯体の合成と反応 (2008)
  • Author(s): 安藤勝・谷野聡一郎・安村和成・久家克明・大木靖弘・巽和行
  • Organizer: 日本化学会第88春季年会
  • Place of Presentation: 立教大学
• [Presentation] アセチルCoA合成酵素の活性中心モデルとなるニッケル複核錯体とコバルトメチル錆体を用いたチオアセテート生成反応 (2008)
  • Author(s): 伊藤幹直・小寺麻衣・松本剛・巽和行
  • Organizer: 日本化学会第88春季年会
  • Place of Presentation: 立教大学
• [Presentation] チオエーテル・チオラー卜配位子を架橋部位にもつ鉄カルボニル-ニッケル二核錯体の合成:[NiFe]ヒドロゲナーゼ活性中心モデル (2008)
  • Author(s): 下方聡子・GEILEN, Frank・谷野聡一郎・大木靖弘・巽和行
  • Organizer: 日本化学会第88春季年会
  • Place of Presentation: 立教大学
• [Presentation] Dinuclear Nickel Complexes Having the Diamidodithiolate ligand: Model Complexes of the Active Site in Acetyl Coenzyme A Synthase (2008)
  • Author(s): 宋玉梅・松本剛・巽和行
  • Organizer: 日本化学会第88春季年会
  • Place of Presentation: 立教大学
• [Presentation] アセチルCoA合成酵素の活性中心モデル:メチル基とチオラー卜を持つニッケル二核錯体の合成と反応 (2008)
  • Author(s): 小寺麻衣・伊藤幹直・松本剛・巽和行
  • Organizer: 日本化学会第88春季年会
  • Place of Presentation: 立教大学
• [Presentation] Synthetic Analogues of the Active Site of Acetyl-CoA Synthase (2008)
  • Author(s): Mikinao Ito, Tsuyoshi Matsumoto, and Kazuyuki Tatsumi
  • Organizer: Global COE in Chemistry, Nagoya Special Symposium
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Thiolate-Bridged Dinuclear Nickel-Iron (Carbonyl/Cyano) Complexes Modeling the [NiFe] Hydrogenase Active Site (2008)
  • Author(s): Soichiro Tanino, Zilong Li, Yasuhiro Ohki, Kazuyuki Tatsumi
  • Organizer: International Symposium on Chemistry of Reductases
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Synthesis of Dinuclear Fe-Ni Complexes Bridged by Thioether-thiolate Hybrid Ligands as Structural Models for the [NiFe] Hydrogenase Active Site (2008)
  • Author(s): Satoko Shimokata, Frank M. A. Geilen, Soichiro Tanino, Yasuhiro Ohki, Kazuyuki Tatsumi
  • Organizer: International Symposium on Chemistry of Reductases
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Synthesis and Reactions of the Dinuclear Iron (tris-carbonyl)-Nickel Complexes Bridged by tert-Butanethiolates: Models for the [NiFe] Hydrogenase Active Site (2008)
  • Author(s): Masaru Ando, Soichiro Tanino, Kazunari Yasumura, Katsuaki Kuge, Yasuhiro Ohki, Kazuyuki Tatsumi
  • Organizer: International Symposium on Chemistry of Reductases
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Dicarboxyamido-dithiolato Bridged Dinuclear Nickel Complexes: Modeling the Active Site of Acetyl Coenzyme A Synthase (2008)
  • Author(s): Yumei Song, Mikinao Ito, Tsuyoshi Matsumoto, Kazuyuki Tatsumi
  • Organizer: International Symposium on Chemistry of Reductases
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Dinuclear Ni(II)-Ni(I) Complex Modeling the Active Site of Acetyl-CoA Synthases (2008)
  • Author(s): Mikinao Ito, Mai Kotera, Yumei Song, Tsuyoshi Matsumoto, Kazuyuki Tatsumi
  • Organizer: International Symposium on Chemistry of Reductases
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] [NiFe]ヒドロゲナーゼ活性部位のモデル構築:チオエーテル・チオラート混合型配位子の配位特性を生かした鉄-ニッケル二核錯体の合成 (2007)
  • Author(s): 下方聡子・Frank Gielen・谷野聡一郎・大木靖弘・巽和行
  • Organizer: 第57回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
• [Presentation] Dinuclear (Carbony1/Cyano) Iron-Nickel Complexes Modeling the Active Site of [NiFe] Hydrogenase (2007)
  • Author(s): 李子龍・谷野聡一郎・大木靖弘・巽和行
  • Organizer: 第57回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
• [Presentation] アセチルCoA合成酵素活性中心のモデルとなるNi(II)-Ni(0)およびNi(II)-Ni(I)複核錯体 (2007)
  • Author(s): 伊藤幹直・小寺麻衣・宋玉梅・松本剛・巽和行
  • Organizer: 第57回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
• [Presentation] [NiFe]ヒドロゲナーゼ活性部位モデル:t-ブタンチオラートが架橋した鉄カルボニル-ニッケル二核錯体の合成と反応 (2007)
  • Author(s): 安藤勝・谷野聡一郎・安村和成・久家克明・大木靖弘・巽和行
  • Organizer: 第57回錯体化学討論会
  • Place of Presentation: 名古屋工業大学
• [Presentation] Dinuclear Nickel Complexes Modeling the Active Site of Acetyl-CoA Synthases (2007)
  • Author(s): Mikinao Ito, Mai Kotera, Song Yumei, Tsuyoshi Matsumoto, and Kazuyuki Tatsumi
  • Organizer: Workshop on Bioinorganic and Organometallic Perspectives in Activation of Small Molecules
  • Place of Presentation: 岡崎カンファレンスセンター
• [Presentation] Dinuclear Nickel Complexes Having the Diamidodithiolate ligand: Model Complexes of the Active Site in Acetyl Coenzyme A Synthase (2007)
  • Author(s): Song Yumei, Mikinao Ito, Tsuyoshi Matsumoto, and Kazuyuki Tastumi
  • Organizer: Workshop on Bioinorganic and Organometallic Perspectives in Activation of Small Molecules
  • Place of Presentation: 岡崎カンファレンスセンター
• [Presentation] Dinuclear (Carbonyl/Cyano) Iron-Nickel Complexes Modeling the Active Site of [NiFe] Hydrogenase (2007)
  • Author(s): Zilong Li, Soichiro Tanino, Yasuhiro Ohki, and Kazuyuki Tatsumi
  • Organizer: Workshop on Bioinorganic and Organometallic Perspectives in Activation of Small Molecules
  • Place of Presentation: 岡崎カンファレンスセンター