クリック反応素子DACNを活用した分子ハイブリッド法の開発と中分子合成への展開

• Project Area: Middle molecular strategy: Creation of higher bio-functional molecules by integrated synthesis.
• Project/Area Number: 18H04419
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 友岡 克彦 九州大学, 先導物質化学研究所, 教授 (70207629)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2018: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 中分子ユニット / クリック反応 / 分子ハイブリッド化 / 有機合成化学 / DACNオリゴマー

Outline of Annual Research Achievements

分子ハイブリッド化法の仕組みの一つとして，高歪みの中員環アルキンとアジドの付加環化反応（Huisgen反応）を利用したクリック反応は極めて重要であるが，中員環アルキンの合成効率や安定性，反応の選択性に難があった．これに対して本研究では，従来の欠点を解消した新型中員環アルキンとして「環内に二つの窒素官能基を有する9員環のアルキン」4,8-diazacyclononyne（DACN）およびその誘導体を考案した．このアルキン分子は合成容易であるとともに，高いクリック反応性，優れた熱的安定性，優れた反応特異性を有し，また多様な分子ユニットを導入することが可能であるなど多くの利点を有している．そこで本研究では，DACN類の効率的合成法の開発と多機能化を検討するとともに各種の応用研究を行うことを目的として種々検討した．
本年度においては，生体機能分子の化学修飾に適した多分子連結型DACNとしてペプチドの修飾に有用なDACN-NHS ester誘導体およびDACN-maleimide誘導体の開発に成功した．また，側基としてDACNを組み込んだポリマーの開発に成功した．本年度においてはさらに，田中教授，山田准教授（名大）の研究グループとの連携研究として，フタロシアニンとポルフィリンをロタキサン構造で繋いだ複合分子の合成において，ロタキサン部分の留め具としてDACNが有効であることを見出した．一方，大神田教授（信州大）の研究グループとの連携研究として，fusicoccin由来のアジドとDACNを導入したペプチドとをクリック反応で繋ぎ，複合化体を得ることに成功した． これらはDACNが機能性分子や生体関連分子の構築に有用であることを明示するものである．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Copper-Free Huisgen Cycloaddition for the 14-3-3-Templated Synthesis of Fusicoccin‐Peptide Conjugates (2020)
  • Author(s): Masuda, R.; Kawasaki,, Y.; Igawa, K.; Manabe, Y.; Fujii, H.; Kato, N.; Tomooka, K.; Ohkanda, J.
  • Journal Title: Chem. Asian. J. Volume: 17 Issue: 6 Pages: 742-747
  • DOI: 10.1002/asia.202000042
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of NMs-DACN: Small and Hydrophilic Click Reaction Device (2019)
  • Author(s): Kawasaki, Y.; Yamanaka, Y.; Seto, Y.; Igawa, K.; Tomooka, K.
  • Journal Title: Chem. Lett. Volume: 49 Issue: 5 Pages: 495-497
  • DOI: 10.1246/cl.190026
  • NAID: 130007642579
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of NMs-DACN: Small and Hydrophilic Click Reaction Device (2019)
  • Author(s): Kawasaki, Y.; Yamanaka, Y.; Seto, Y.; Igawa, K.; Tomooka, K.
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 48
  • NAID: 130007642579
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Site‐Selective Supramolecular Complexation Activates Catalytic Ethane‐Oxidation of μ‐Nitrido‐Bridged Iron Porphyrinoid Dimer (2018)
  • Author(s): Yamada Yasuyuki、Mihara Nozomi、Takaya Hikaru、Kitagawa Yasutaka、Igawa Kazunobu、Tomooka Katsuhiko、Fujii Hiroshi、Tanaka Kentaro
  • Journal Title: Chemistry A European Journal Volume: 25 Issue: 13 Pages: 3369-3375
  • DOI: 10.1002/chem.201805580
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 生体分子の化学修飾を指向した新規クリック反応素子DACN-MMCの開発 (2019)
  • Author(s): 河崎悠也，山中裕貴，瀬戸祐樹，河原慎太朗，井川和宣，友岡克彦
  • Organizer: 第36回有機合成化学セミナー
• [Presentation] 多分子連結素子DACN-MMC の開発とペプチド化学への応用 (2019)
  • Author(s): 河崎悠也，瀬戸祐樹，河原慎太朗，井川和宣，友岡克彦
  • Organizer: 第5回 統合物質創製化学研究機構シンポジウム
• [Presentation] クリック反応素子DACNの実用的合成法とその応用 (2019)
  • Author(s): 河崎悠也，谷口優太郎，瀬戸祐樹，井川和宣，友岡克彦
  • Organizer: 日本化学会第100春季年会
• [Presentation] 細胞内中分子合成を指向したHuisgen環状付加反応と14-3-3鋳型効果 (2019)
  • Author(s): 増田遼馬，河崎悠也，井川和宣，友岡克彦，藤井博，加藤修雄，大神田淳子
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会 第14回年会
• [Presentation] アミノ酸残基と連結可能なDACN誘導体の合成とその応用 (2018)
  • Author(s): 瀬戸祐樹，河崎悠也，河原慎太郎，青山慎，井川和宣，友岡克彦
  • Organizer: 第55回化学関連支部合同九州大会
• [Presentation] 生体分子の化学修飾に有用な多分子連結型DACNの開発 (2018)
  • Author(s): 河崎悠也，瀬戸祐樹，河原慎太朗，井川和宣，友岡克彦
  • Organizer: 第60回天然有機化合物討論会
• [Presentation] 複数の分子連結部位を有する新規クリック反応素子の開発と応用 (2018)
  • Author(s): 河崎悠也，瀬戸祐樹，河原慎太朗，井川和宣，友岡克彦
  • Organizer: 統合物質創製化学研究推進機構 第4回国内シンポジウム
• [Presentation] Nitrogen-embedded Nine-membered Cycloalkyne DACN: Synthesis and Utility as Multi-molecule Connector (2018)
  • Author(s): Kazunobu Igawa, Yuuya Kawasaki, Runyan Ni, Yuuki Seto, Takeru Kashiwagi, Shin Aoyama, Naoto Mitsuda, Shintarou Kawahara, Katsuhiko Tomooka
  • Organizer: The 13th International Conference on Cutting-Edge Organic Chemistry in Asia
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multi-molecule Connectable DACN for Chemical Modification of Biomolecules (2018)
  • Author(s): Yuuya Kawasaki, Yuuki Seto, Shintarou Kawahara, Kazunobu Igawa, Katsuhiko Tomooka
  • Organizer: The 14th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nitrogen-embedded Nine-membered Cycloalkyne DACN: Synthesis and Utility as Multi-molecule Connector (2018)
  • Author(s): Shin Aoyama, Naoto Mitsuda, Shintarou Kawahara, Katsuhiko Tomooka
  • Organizer: The International Symposium on Organic Reactions-13
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Multi-molecule Connectable DACN for Chemical Modification of Biomolecules (2018)
  • Author(s): Kazunobu Igawa, Yuuya Kawasaki, Runyan Ni, Yuuki Seto, Takeru Kashiwagi, Shin Aoyama, Naoto Mitsuda, Shintarou Kawahara, Katsuhiko Tomooka
  • Organizer: The 4th International Symposium of Middle Molecular Strategy Multi-molecule Connectable DACN for Chemical Modification of Biomolecules
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development and Application of Multi-molecule Connectable DACN (2018)
  • Author(s): Yuuya Kawasaki, Yuuki Seto, Shintarou Kawahara, Kazunobu Igawa, Katsuhiko Tomooka
  • Organizer: IRCCS 2nd International Symposium 2018
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞内中分子合成を指向したフシコクシン誘導体のクリック反応 (2018)
  • Author(s): 増田遼馬，河崎悠也，井川和宣，友岡克彦，加藤修雄，大神田淳子
  • Organizer: 日本化学会 第99春季年会