2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K05533
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
會澤 宣一 富山大学, 大学院理工学研究部(工学), 教授 (60231099)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 食品の真正証明 / ランタノイド錯体 / NMRキラルシフト試薬 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
食品中に含まれる天然の有機酸やアミノ酸はL体であるが、人工添加物中ではほとんどの場合DLラセミ混合物である。そこで、光学異性体を個別に同定するための、クロマトグラフ法やキャピラリー電気泳動法が開発されてきた。しかしながらこれらの方法は混合物である実試料分析においてはシグナルの重なりが分析の妨げになる。また、シグナルの流動速度は実験条件によって大きく変化するため、標準試料によるシグナルの帰属が必要となる。一方、NMR法は分子中のそれぞれの原子についてシグナルが観測されるため、全てのシグナルが重なることはなく、混合物の分析には適する。また、既知化合物なら標準試料なしで化学シフト値から化合物の同定ができる。そこで、キラルシフト試薬を用いた光学活性体のNMR分析が考案されてきた。しかしながら、現在用いられているキラルシフト試薬は高価な合成多座配位子を有するランタノイド錯体が主流である。さらに、現在通常使用されている超伝導NMR装置は大変高価で、液体ヘリウムや液体窒素を冷媒として使用しているため、維持費も高く、装置を移動して現場で分析することは不可能である。また、磁場が大きいほど、常磁性金属イオンの影響でシグナルの広幅化が顕著になり、キラル分離分析の妨げになる。そこで本研究では、NMR法の利点を食品の真正システムに利用することをめざして、１．安価な光学活性アミノ酸や有機酸を用いて、分子中に不斉点を複数持つキラル識別能が高い配位子を開発する。２．安価な汎用金属イオンを用いたり、磁気異方性が大きいランタノイドイオンを用いて微量の試薬で分析を可能とし、分析コストを下げる。３．永久磁石を備えた低磁場NMRを取り入れる。
今年度は、安価な不斉配位子を合成し、識別能が高いランタノイド錯体により１と２の一部を達成した。
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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
アスパラギン酸のアミノ基をエチレン架橋することによって光学活性配位子を合成した。本配位子を有するSm(III)およびPr(III)錯体を用いて、DL-アラニン、DL-プロリン、DL-バリン、DL-ロイシン、DL-セリン、DL-トレオニン、DL-チロシンなどのアミノ酸のNMRシグナルを分離することができた。また、Sm(III)錯体よりもPr(III)錯体のほうが、基質濃度に対して錯体濃度が薄い条件で分離が可能であった。したがって、金属イオンの種類を選ぶことで、広範囲の基質濃度で分析可能であることが分かった。
NMR キラルシフト試薬によるシグナル分離の要因は、錯体に配位した DL体の化学シフト（δ(b)）の違いと DL体の錯形成平衡定数（K）の違いが考えられる。そこで、実験的にKとδ(b)の値を求めた結果、Sm(III)錯体では両者が、Pr(III) 錯体ではδ(b) の差がキラル分離に大きく寄与していることが分かった。つづいて、任意の濃度条件におけるスペクトルの分離状況を予想するために線幅の基質濃度依存性を求めた。そこで得られたKおよびδ(b)の値と線幅の予想値を用いて任意の濃度におけるスペクトルを再現できた。本法はシグナル分離可能な測定条件を予測するために極めて有用である。
上記の結果を踏まえ、不純物の検出に対する有効性を検討した。Sm(III)錯体を用いて95%以上の純度の記載がある市販のDL-トレオニンを分析した結果、その構造異性体であるD-およびL-アロトレオニンが十数パーセント検出された。したがって、本法は不純物の混入の程度を分析する方法として有効であることが明らかになった。本結果より、種々の金属イオンを用いると、広範な濃度条件で多種の光学活性分子のNMRシグナルをキラル分離できることがわかり、実試料分析に向けて研究は概ね順調に遂行されていると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度合成したアスパラギン酸エチレン架橋配位子以外に、アミノ酸部分の炭素鎖を伸ばしたグルタミン酸エチレン架橋配位子や架橋炭素鎖を伸ばしたプロピレン架橋配位子を合成し、立体選択性の向上を図る。さらに金属イオンにSm(III)やPr(III)以外のランタノイドイオンを用いて磁気的相互作用の増大を図る。これらのキラルシフト試薬によりキラルシグナル分離の感度の向上を試み、分析に用いる試薬量の削減を検討する。また、酸素ドナーとの親和性が高いCr(III)やFe(III)等の第一遷移金属イオンを用いてキラル錯体を合成するために、L-グルタミン酸やL-アスパラギン酸などをジカルボン酸ジクロリドによってアミド架橋した多座カルボン酸配位子の合成に着手する。ジカルボン酸ジクロリド（ClOC-(CH2)n-COCl）はアジピン酸ジクロリド（n = 4）、グルタル酸ジクロリド（n = 3）、コハク酸ジクロリド（n = 2）、マロン酸ジクロリド（n = 1）などを用いて炭素鎖の長さを変える。また、フタル酸ジクロリド（C6H4(COCl)2）を用いて配位子に平面性を持たせてアミノ酸や有機酸の軸配位を促したり、2,6-ピリジンジカルボニルジクロリドを用いて五座配位子を合成しアミノ酸や有機酸の単座配位を促す。
上記の構造や金属イオンの違いがもたらすキラル選択性の相違を明らかにし、分析条件を吟味しながら、混合物の一斉分離や実試料への応用を試みる。実試料分析には、まず天然果汁ジュースを用いる。例えばりんごジュース中のリンゴ酸、オレンジジュース中のイソクエン酸、ぶどうジュース中の酒石酸をキラルシフト試薬なしで観測し、それぞれのDLラセミ混合物を添加してキラルシフト試薬によるシグナルの分離を確かめる。
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| Causes of Carryover |
配位子合成の収率が予想よりも向上し試薬感度が予想以上だったため試薬費用が削減された。また、学会発表旅費が大学校費から支出されたため旅費が削減できた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
濃度条件を吟味すると予想以上に使用できるランタノイドイオンの種類が多いことが分かったため、消耗品費として使用予定額を越えて支出する予定である。
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