Creation of novel strategy for asymmetric photochirogenesis mediated by asymmetric coordination space scaffolded by biopolymer

• Project Area: Coordination Asymmetry: Design of Asymmetric Coordination Sphere and Anisotropic Assembly for the Creation of Functional Molecules
• Project/Area Number: 19H04558
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 和田 健彦 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20220957)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2019: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 配位アシンメトリー / キラリティー / キラリティー転写 / キラリティー増幅 / 不斉光反応 / 不斉配位反応場 / 超分子不斉光反応 / キラルナノシリケート / 金属配位 / キラル空間 / 不斉合成 / タンパク質 / キラル配位空間 / 光反応 / 超分子 / 生体高分子 / SDGｓ / 配位アシンメトリック非対称空間 / 不斉配位空間

Outline of Research at the Start

本研究では申請者の”生体高分子をキラル反応場とする超分子不斉光反応系”で培った知識と経験を、配位アシンメトリー不斉空間のキラル反応場としての活用研究に適用し、配位アシンメトリー不斉空間構築のスカッフォールドとして、タンパク質など生体高分子のキラル空間が活用できるのか？さらに構築した不斉空間が、超分子不斉光反応のキラル反応場として機能するのかを明らかにする。本研究により、クリーンなエネルギーである光を反応駆動力とし、生分解性の生体高分子を不斉反応場として活用し、水を溶媒とする"環境調和型不斉合成法"の有効性が明らかになること期待される。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では配位アシンメトリーにより構築される非対称空間を、“キラル反応場”として活用する超分子不斉光反応系を構築し、配位アシンメトリーの分子キラリティーへの転写、さらに触媒的反応に展開することによるキラリティー増幅の実現に取り組んだ。近年、医薬や農薬や食品のみならず、液晶材料や次世代表示材料として期待される円偏光発光(CPL)材料等、新規機能材料をはじめ、多くの分野で様々な光学活性化合物合成への要求が急速に増大し、現在、主流の熱的不斉合成を補完する新たな合成法の構築が待望され、光を用いる光不斉反応が注目されている。不斉光化学は、電子的励起状態を経由するため、熱的合成では困難、あるいは多段階を要する生理活性天然物やCPL 材料等に多く見られる多環芳香族・高歪化合物等を１段階で合成可能な例も報告され、熱的不斉合成を補完する力量ある不斉合成法としての発展が期待されている。
さらにクリーンな光を反応の駆動力とすることから、環境調和型合成法としても期待されている。
具体的には、自己集合的に形成される配位アシンメトリーを、環境調和型プロセスとして注目されている超分子光合成のキラルナノリアクターとしての活用を目指し、血清アルブミンへの金属配位を基質結合足場とする新規不斉光反応系構築に取組み、均一系では合成困難なキラル光二量体のほぼ完全な鏡像体選択率での合成に成功した。また酒石酸と二鎖型界面活性剤を水中で混合するだけで形成される螺旋型ナノリボン集合体をケイ素化合物でラップしたハイブリッドナノリボン集合体を反応場とする超分子光反応により、機能材料として重要であるが従来合成が困難であった頭Head-to-Head型二量体を97％以上の選択性で合成できることも明らかとし当初計画以上の成果が得られた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Selective Photo-Crosslinking Detection of Methylated Cytosine in DNA Duplex Aided by a Cationic Comb-Type Copolymer (2022)
  • Author(s): Kojima Atsuhiro、Nakao Juki、Shimada Naohiko、Yoshida Naoki、Abe Yota、Mikame Yu、Yamamoto Tsuyoshi、Wada Takehiko、Maruyama Atsushi、Yamayoshi Asako
  • Journal Title: ACS Biomaterials Science & Engineering Volume: 8 Issue: 5 Pages: 1799-1805
  • DOI: 10.1021/acsbiomaterials.2c00048
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Random laser oscillation from an organic fluorescent dye loaded inside a porous zirconia medium (2021)
  • Author(s): Sakurayama Yukari、Onodera Tsunenobu、Araki Yasuyuki、Wada Takehiko、Oikawa Hidetoshi
  • Journal Title: RSC Advances Volume: 11 Issue: 51 Pages: 32030-32037
  • DOI: 10.1039/d1ra05791j
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Amphiphilic Perforated Honeycomb Films for Gravimetric Liquid Separation (2021)
  • Author(s): Chen Bihai、Wada Takehiko、Yabu Hiroshi
  • Journal Title: Advanced Materials Interfaces Volume: 9 Issue: 1 Pages: 2101954-2101954
  • DOI: 10.1002/admi.202101954
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Near perfect head-to-head selectivity on the supramolecular photocyclodimerisation of 2-anthracenecarboxylate with self-organised gemini surfactant bilayers (2020)
  • Author(s): Yospanya Wijak、Nishijima Masaki、Araki Yasuyuki、Buffeteau Thierry、Pouget Emilie、Wada Takehiko、Oda Reiko
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 56 Issue: 69 Pages: 10058-10061
  • DOI: 10.1039/d0cc04198j
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Solvent Effects and Aggregation Phenomena Studied by Vibrational Optical Activity and Molecular Dynamics: The Case of Pantolactone (2020)
  • Author(s): Ghidinelli Simone、Abbate Sergio、Koshoubu Jun、Araki Yasuyuki、Wada Takehiko、Longhi Giovanna
  • Journal Title: The Journal of Physical Chemistry B Volume: 124 Issue: 22 Pages: 4512-4526
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.0c01483
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reversible Changes in the Orientation of Gold Nanorod Arrays on Polymer Brushes (2020)
  • Author(s): Sekizawa Yu、Mitomo Hideyuki、Nihei Mizuki、Nakamura Satoshi、Yonamine Yusuke、Kuzuya Akinori、Wada Takehiko、Ijiro Kuniharu
  • Journal Title: Nanoscale Advances Volume: 2 Issue: 9 Pages: 3798-3803
  • DOI: 10.1039/d0na00315h
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Underwater Bubble and Oil Repellency of Biomimetic Pincushion and Plastron-Like Honeycomb Films (2020)
  • Author(s): Chen Bihai、Wada Takehiko、Yabu Hiroshi
  • Journal Title: Langmuir Volume: 36 Issue: 23 Pages: 6365-6369
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c00427
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Protein adsorption behavior in nanoscale phase-separated polymer coatings prepared using poly(2-methacrylolyoxyethyl phosphorylcholine)-containing amphiphilic block copolymers (2020)
  • Author(s): Masuda Tsukuru、Hiraguchi Yukari、Kushiro Keiichiro、Araki Yasuyuki、Wada Takehiko、Takai Madoka
  • Journal Title: European Polymer Journal Volume: 135 Pages: 109885-109885
  • DOI: 10.1016/j.eurpolymj.2020.109885
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Efficient Light‐Harvesting Antennae Resulting from the Dense Organization of Dyes into DNA Junctions though d ‐Threoninol (2020)
  • Author(s): Kashida Hiromu、Azuma Hidenori、Maruyama Ryoko、Araki Yasuyuki、Wada Takehiko、Asanuma Hiroyuki
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: - Issue: 28 Pages: 11360-11363
  • DOI: 10.1002/anie.202004221
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantitative Analyses of F?rster Resonance Energy Transfer between Identical Pyrene Chromophores (Homo‐FRET) In DNA Scaffolds. (2020)
  • Author(s): Kashida Hiromu、Kawai Hayato、Azuma Hidenori、Araki Yasuyuki、Wada Takehiko、Asanuma Hiroyuki
  • Journal Title: ChemPhotoChem Volume: 5 Issue: 2 Pages: 167-172
  • DOI: 10.1002/cptc.202000199
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 1.Development of an Engineered Photoactive Yellow Protein as a Cross-Linking Junction for Construction of Photoresponsive Protein-Polymer Conjugates (2019)
  • Author(s): Ui, Mihoko; Miyauchi, Yusuke; Inoue, Masataka; Murakami, Makoto; Araki, Yasuyuki; Wada, Takehiko; Kinbara, Kazushi
  • Journal Title: ChemPhotoChem Volume: 3 Issue: 6 Pages: 356-360
  • DOI: 10.1002/cptc.201900024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 2.N-Benzoyl-Protected Peptide Nucleic Acid (PNA) Monomers Expand the Range of Nucleobases Available for PNA-DNA Chimera (2019)
  • Author(s): ito Inagaki , Ryohei Uematsu , Tatsuya Mizutani , Daisuke Unabara, Yasuyuki Araki , Seiji Sakamoto , Hiromu Kashida , Masaki Nishijima , Hiroyuki Asanuma , Yoshihisa Inoue , and Takehiko Wada
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 48 Issue: 4 Pages: 341-344
  • DOI: 10.1246/cl.181048
  • NAID: 130007624438
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 3.Transient Circular Dichroism Measurement of The Excited Triplet State of Pristine Hexahelicene in Solution at Room Temperature (2019)
  • Author(s): Makoto Kuronuma , Takehito Sato , Yasuyuki Araki ,* Tadashi Mori , Seiji Sakamoto, Yoshihisa Inoue , Osamu Ito , and Takehiko Wada
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 48 Issue: 4 Pages: 357-360
  • DOI: 10.1246/cl.190012
  • NAID: 130007624434
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Photochirogenesis of 2-Anthracene Carboxylate and 2,6-Anthracene Dicarboxylate mediated by Serum Albumin as Chiral Reaction Nanoreactor (2021)
  • Author(s): Masaki Nishijima, Nagisa Kanazawa, Misaki Kawai, Sota Toyooka, Yuta Fujishiro, Tadashi Mori, Yasuyuki Araki, Yoshihisa Inoue, Takehiko WADA
  • Organizer: Materials Research Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Supramolecular enantio- and regioselective photocyclodimerization of 2-anthracenecarboxylate mediated by hybrid nanofibers and antibodies in water (2021)
  • Author(s): Takehiko WADA, Presenter; Wijak YOSPANYA; Masaki NISHIJIMA; Yasuyuki ARAKI; Reiko ODA
  • Organizer: PACIFICHEM2021（THE INTERNATIONAL CHEMICAL CONGRESS OF PACIFIC BASIN SOCIETIES 2021）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] シリカナノリボンを反応場とする２-アントラセ ンカルボン酸の超分子光二量化反応 (2021)
  • Author(s): Wijak YOSPANYA 1,3、西嶋 政樹 1、荒木 保幸 1、森 直 2、 Pouget EMILIE 3、Reiko ODA3、*和田 健彦 1
  • Organizer: 2021光化学討論会
• [Presentation] 触媒的超分子不斉光反応の構築：ヒト血清アルブミンによるアントラセン誘導体のヘテロ二量化 (2021)
  • Author(s): 西嶋 政樹・河合 美咲・豊岡 壮太・藤城 祐也・荒木 保幸・森 直・井上 佳久・和田 健彦
  • Organizer: 第 31 回バイオ・高分子シンポジウム
• [Presentation] 生体高分子による触媒的不斉光反応：ヒト血清アルブミンによるアントラセン誘導体の光ヘテロ二量化 (2021)
  • Author(s): 西嶋政樹 1・河合 美咲 1・豊岡 壮太 1・藤城 祐也 1・荒木 保幸 1・森 直 2・井上 佳久 2 ・和田 健彦 1
  • Organizer: 第70回高分子学会年次大会
• [Presentation] Supramolecular Asymmetric Photochirogenesis (SMAP) of 2-Anthracene Carboxylate and 2,6-Anthracene Dicarboxylate mediated by Serum Albumin as Chiral Reaction Nanoreactor - Utilizing a Dynamics of Photoexcited Molecule for New Type of Asymmetric Photoreaction - (2020)
  • Author(s): Takehiko WADA
  • Organizer: Universit de Bordeaux - Tohoku University Joint Work Shop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 金属配位を活用したタンパク質系新規元素ブロック構築と超分子不斉光反応への展開 (2020)
  • Author(s): 和田健彦
  • Organizer: 第69回高分子討論会
  • Invited
• [Presentation] 細胞内環境応答型人工核酸システムの開発 ‐ヌクレアーゼ活性制御機能を有する癌細胞選択的核酸医薬創製を目指して‐ (2020)
  • Author(s): 和田健彦
  • Organizer: 長崎大学大学院医歯薬学総合研究科 第3回機能性分子化学フォーラム
  • Invited
• [Presentation] Development of high sensitive and high time-resolve circular dichroism (CD) measurement system (2019)
  • Author(s): Takehiko WADA
  • Organizer: Advances in Noncanonical Nucleic Acids 2019 (ANNA2019)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Synthesis of Intracellular Condition Responsive Artificial Nucleic Acids for the Catalytic Oligonucleotide Therapeutics (2019)
  • Author(s): Takehiko WADA
  • Organizer: 6th Annual Joint Data Science in Life Science and Engineering Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 弱い相互作用を協働的に活用した不斉光反応制御 ‐生体高分子をキラル反応場として活用した超分子不斉光反応系を中心として‐ (2019)
  • Author(s): 和田健彦
  • Organizer: 第40回光化学若手の会
  • Invited
• [Presentation] 天然ヌクレアーゼ活性超越に資するDNA-人工核酸キメラ分子構造設計と機能評価 (2019)
  • Author(s): 和田健彦
  • Organizer: 第68回高分子討論会
  • Invited
• [Book] 水中有機合成の開発動向 (2022)
  • Author(s): 小林修編・著、和田健彦著
  • Total Pages: 319
  • Publisher: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781316635
• [Book] 進化を続ける核酸化学 (2021)
  • Author(s): 杉本直己編・著、和田健彦著
  • Total Pages: 228
  • Publisher: 化学同人
  • ISBN: 9784759814019
• [Book] 刺激応答性高分子の開発動向 (2021)
  • Author(s): 荏原充宏編・著、和田健彦著
  • Total Pages: 315
  • Publisher: シーエムシー出版
  • ISBN: 9784781316116
• [Book] 核酸科学ハンドブック (2020)
  • Author(s): 杉本 直己編・著、和田健彦著
  • Total Pages: 576
  • Publisher: 講談社
  • ISBN: 9784065207864
• [Patent(Industrial Property Rights)] ・ キメラ分子、医薬組成物、標的核酸の切断方法、及び標的核酸切断用又は診断用キット (2019)
  • Inventor(s): 和田健彦
  • Industrial Property Rights Holder: 和田健彦
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2019