修飾炭素系電極による高能率電極反応

Research Project

Project/Area Number	63607505
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
Allocation Type	Single-year Grants
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	長哲郎東北大学, 薬学部, 教授 (10010753)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	柏木良友東北大学, 薬学部, 技官 (50204384) 末永智一東北大学, 工学部, 助教授 (70173797) 内田勇東北大学, 工学部, 教授 (50005302)
Project Period (FY)	1988
Project Status	Completed (Fiscal Year 1988)
Budget Amount *help	¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000) Fiscal Year 1988: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Keywords	修飾炭素電極 / カーボンフェルト / TEMPO(2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジニロキシフリーラジカル) / ニコチンアミド補酵素、ジアフォラーゼ / ビオローゲン / フェロセン / 生物電気化学反応
Research Abstract	1.マクロ電解用メディエーター修飾電極。前年度に引き続き、2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジニロキシフリーラジカル(TEMPO)のカーボンフェルト電極への固定化をマクロ電解合成用電極の観点から検討し、ポリアクリル酸被覆電極のカルボン酸部位の約半量をエチレンジアミンでアミド架橋し、ついでTEMPOをアミド結合で固定化する方法が適していることが判明した。この修飾電極を陽極とすると、一価アルコール類は電気化学的触媒反応により効率よくアルデヒド類へ変換された。二価アルコール類からは同様な反応によりラクトン環が生成した。これらの反応におけるメディエータのターンオーバー数は100以上であり、所期の目的を達成した。現在、他の反応基質への適用を検討するとともに、電極に修飾するメディエーターをビオローゲン、フェロセンに変えて実験を進めている。 2.酵素修飾電極。ニコチンアミド補酵素(NAD^+)の選択的還元(NADHの生成)をジアフォラーゼ修飾炭素電極を用いて、ビオローゲン系のメディエーターの存在下に行なった。側鎖置換基が極性の場合は触媒効果が極めて低く、酵素・メディエーター間の疎水性相互作用が触媒効果の発現に大きく寄与していることが示唆された。またフェロセン系のメディエーターの場合、NADHの酵素酸化反応の速度論的パラメーターであるミカエリス定数(km)と分子活性(ko)の分光学的方法による算出は、困難であったが、電気化学的手法により決定できた。両値とメディエーターのフォーマル電位との相関は認められなかったが、疎水性フェロセン類で小さいkm値を与え、ビオローゲン系と同様な傾向を示した。グルタルアルデヒドによる架橋法を用いたジアフォラーゼ修飾電極はNADH/NAD^+系のレドックス反応が選択的に進行し、バイオエレクトロケミカル反応器を構築できた。