Development of near infrared cyanine dyes controlled by ring closing-opening system
| Project/Area Number |
21K06525
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
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| Research Institution | Kobe Pharmaceutical University |
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Principal Investigator |
高木 晃 神戸薬科大学, 薬学部, 講師 (00758980)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
奥田 健介 神戸薬科大学, 薬学部, 教授 (00311796)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | 蛍光色素 / シアニン色素 / 開環閉環 / 近赤外蛍光 / ジアミン |
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| Outline of Research at the Start |
本研究課題では、従来達成困難であった、単独で蛍光on-off制御機能を有する近赤外蛍光シアニン色素の創製を目的とする。本研究の最大の特徴は、近赤外蛍光シアニン色素に対してジアミン構造を用いたスピロ閉環－開環システムを導入することで、中性条件において消光－蛍光状態をコントロールする点である。本研究の課題を順次達成することで創製した分子が①保護基の脱保護により近赤外蛍光応答が可能 ②収束的合成により多様な誘導体合成が迅速に可能 ③設計容易な近赤外蛍光プローブへの応用が可能 となることが期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度の研究計画に基づき開環－閉環システムを有するシアニン蛍光色素候補分子の創製を行うべく、候補分子の合成および得られた分子の蛍光特性について評価を行った。
C3ジアミン構造を有するシアニン化合物は塩基性条件にて分液操作を行うと、色調の変化が観測され、1H NMRスペクトルにおいてもジアミン構造が閉環したと考えられるスペクトルが観測された。得られた化合物を再度酸性条件にて分液操作を行うと元のシアニン化合物へと変化することも確認された。
そこで、本シアニン化合物を水中での紫外－可視吸収スペクトルおよび蛍光スペクトル測定によりpH依存的なスペクトル変化を観察した。紫外―可視吸収スペクトルにおいて、開環体および閉環体のいずれも中性pHで同様の吸収スペクトルを示したことから、水溶液中では開環状態で存在していることが示唆された。さらに閉環体を塩基性水溶液中で測定した場合においても同様の吸収スペクトルが見られた。このことから水溶液中において本シアニン化合物は開環状態を維持していると考察した。
また、蛍光スペクトル測定において、中性条件では近赤外蛍光を示すことが確認され、酸性へとpHを変化させることで蛍光強度の減弱が見られ、再度塩基性へと変化させることで蛍光が回復する変化が見られた。
これらスペクトル測定の結果から、水溶液中で本シアニン化合物は所望の閉環構造を取ることは困難であるが、pH変化に依存して蛍光強度の可逆的な変化がみられることから、本研究の目的である単純な置換基の導入によりシアニン色素の蛍光のon-off制御に貢献できる可能性を見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2022年度の研究結果により、当初予想していた閉環―開環による蛍光のon-offシステムとは異なるが、pHの変化により蛍光応答の強弱を変化させる化合物を見出すことに成功した。
本シアニン化合物の構造を基に構造展開を行うことで、本研究課題の目的である複雑なシステム構築を必要としないシアニン構造ベースの蛍光プローブへの応用が達成可能であると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度の結果を基に、新たな蛍光プローブへの適用を目指す。
計画調書にも記載したように、刺激応答性保護基を有するインドレニンユニットを合成、導入することで新たなシアニン構造ベースでの蛍光プローブの基盤構築を目指す。
また、2021年度に得られたC2ジアミン構造を有する7員環構造への変換反応についても、反応前後での蛍光波長が大きく異なることが明らかになったため、アミン上に刺激応答性保護基を導入することでレシオメトリック検出が可能な蛍光プローブの開発を目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(10 results)
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[Journal Article] Could London Dispersion Force Control Regioselective (2+2) Cyclodimerizations of Benzynes? YES: Application to the Synthesis of Helical Biphenylenes2021
Author(s)
Takashi Ikawa, Yuta Yamamoto, Akito Heguri, Yutaka Fukumoto, Tomonari Murakami, Akira Takagi, Yuto Masuda, Kenzo Yahata, Kenzo Yahata, Hiroshi Aoyama, Yasuteru Shigeta, Hiroaki Tokiwa, Shuji Akai
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 143
Issue: 29
Pages: 10853-10859
DOI
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Peer Reviewed
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