2016 Fiscal Year Annual Research Report
Supramolecular Asymmetric Photochirogenesis with Biopolymers as Chiral Reaction Media
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16H02289
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
和田 健彦 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (20220957)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 不斉光反応 / 不斉合成 / 有機光化学 / 超分子 / 生体高分子 / タンパク質 / 核酸アプタマー / 環境調和型 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、新しい不斉合成法として注目されている光不斉反応に、生体高分子を"キラルナノバイオリアクター"として活用した”超分子光不斉反応系”構築に取組み、適用基質の拡大等により、熱的不斉合成法と補完的で力量ある"環境調和型不斉合成法"としての確立を目指している。
これまでにヒト血清アルブミン(HSA)を不斉反応場とする2-アントラセンカルボン酸(AC)の超分子光二量化反応を詳細に検討し、90%を超える高い鏡像体過剰率 (ee)で光二量体が得られることを報告してきた。平成28年度は、2,6-アントラセンジカルボン酸(AD)のHSA中での超分子光二量化反応を検討し、溶液系では得られないナフタレン環を有する特異的な構造の二量体がほぼ完ぺき完全な鏡像体区別で生成することを見出した。特にADに特徴的な反応は、HSAが有する複数有するの結合サイトのうち、AC結合には関与しないAD選択結合サイトで起こっていることを明らかとした。これらの知見に基づき、HSAにACとADの2つの光反応基質を取込ませた後での光照射により、異なる2つの不斉光反応が進行あるいはすると考え、多様な基質取込能を有するタンパク質の利点を生かした夾雑系超分子不斉光反応の構築に取組んだ。その結果、意外にもAC-ADヘテロ二量体が主生成物として97%を超える高いエナンチオ過剰率で得られた。これは、AC-AD間の光反応が動的に起きていると同時に、HSAからの極めて効率よいキラル情報伝搬が達成されていることを示す結果であり、本知見に基づき従来とは全く異なる超分子不斉光反応系概念の提案に成功した。
加えて、Ⅱ. 一般性の高い新規不斉合成法への発展を目指し光反応生成物を標的とするファージディスプレイ法、あるいは核酸アプタマー法を駆使したキラル反応場用坑体・アプタマー（人工坑体）の取得と超分子光不斉反応系への活用研究も推進した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
基底状態相互作用を活用する従来概念を打ち破るべく、HSAに結合したアントラセンカルボン酸の励起状態ダイナミクスに着目し、これを利用した新しい超分子光不斉反応系構築に向けた実証実験に取組んだ。具体的には、2,6-アントラセンジカルボン酸(AD)のHSA中での超分子不斉光二量化反応を詳細に検討し、溶液系では得られないナフタレン環を有する特異的な構造の二量体がほぼ完全な鏡像体区別で生成することを見出した。さらに多様な基質取込能を有するタンパク質の特徴・利点を生かし二種類の光反応基質をHSAに取込ませた夾雑系超分子不斉光反応の構築にも取組んだ。種々の条件下での実験を検討した結果、AC-ADヘテロ二量体が主生成物として得られ、エナンチオ過剰率がヘテロ不斉光二量化反応としては世界最高の97%を超える高い値である事を明らかとした。これは、世界最高の光学収率が得られただけでなく、HSAに取込まれたACとADがタンパク質内での動的に励起状態で相互作用し、不斉反応場であるHSAからの極めて効率よいキラル情報伝搬が励起状態で達成されていることを示す結果である。本知見に基づき従来とは全く異なる励起状態相互作用を活用した新しい超分子不斉光反応系概念の提案に成功した。
このような予想以上のAD系、そしてAC-AD系の進展により、核酸アプタマー法を駆使したキラル反応場用坑体・アプタマー（人工坑体）の取得と超分子光不斉反応系への活用研究は、AD,AD-AC系の知見も活用し、平成29年度に推進するよう変更した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究の目的である、生体高分子を"キラルナノバイオリアクター"として活用した、”超分子光不斉反応系”の、高効率不斉合成法としての確立、そして水を溶媒とし、クリーンなエネルギーである光と、生分解性の生体高分子を融合した“超分子光不斉反応”を、熱的不斉合成法と補完的で力量ある"環境調和型不斉合成法"としての確立を目指し、引き続きⅠ.血清アルブミン(SA)類を活用した超分子光不斉反応系の力量ある光不斉合成法としての展開と、Ⅱ. 一般性の高い新規不斉合成法への発展を目指し光反応生成物を標的（ハプテン）とするファージディスプレイ法ならびに核酸アプタマー法を駆使したキラル反応場用坑体（人工坑体）の取得と超分子光不斉反応系への活用研究を並行して効率よく推進する。
特に平成28年度の研究推進により取得できたAD、そしてAD-AC系の知見に基づき、1．適用基質の拡大、2．触媒的反応系への展開、そして3．実用的合成法としての確立を指向した高分子修飾による固定リアクターへの応用に取組む。
また、平成28年度予想以上に研究が進展したことのより節約できた研究費を活用し、Ⅱのファージディスプレイ法ならびに核酸アプタマー法を駆使したキラル反応場用人工坑体の取得と超分子光不斉反応系への活用研究を加速し推進するため、研究課題推進に資する備品を購入し、さらなる研究展開に取組む。
上記研究戦略に基づき、研究期間内に"生体高分子をキラル反応場として活用する超分子光不斉反応系"を力量ある不斉合成法として確立し、その有効性の実証を目指す。
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[Journal Article] Synthetic Control of Photophysical Process and Circularly Polarized Luminescence of [5]Carbohelicene Derivatives Substituted by Maleimide Units2016
Author(s)
Sakai, Hayato; Kubota, Takako; Yuasa, Junpei; Araki, Yasuyuki; Sakanoue, Tomo; Takenobu, Taishi; Wada, Takehiko; Kawai, Tsuyoshi; Hasobe, Taku
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Journal Title
Journal of Physical Chemistry C
Volume: 120,
Pages: 7860-7869
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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