Development of chemiluminescent sensor molecules that efficiently work under near-physiological conditions

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H04000
• Research Institution: Nagoya City University
• Principal Investigator: 樋口 恒彦 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 教授 (50173159)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 梅澤 直樹 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 准教授 (40347422) ; 久松 洋介 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 講師 (80587270)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 分子内水素結合 / pH依存性 / 1,2-ジオキセタン / 化学発光 / 有機合成 / ７－ヒドロキシクマリン / 生理的条件

Outline of Annual Research Achievements

平成29年度においては、以下の２つの化学発光分子に関する研究を遂行した。
(1) 芳香環上のフェノール性水酸基に隣接する置換基として、これまで化学発光分子に考えてこられなかった分子内水素結合について、それを行うアシルアミド基を導入し、発光に至適pHをより酸性側に変化させる：　３位に1,2-ジオキセタン環を有するフェノールの６位にアセタミドを導入した分子を合成し、アセタミドを有さない分子との緩衝液中での化学発光特性を比較した。平成２９年度に本科研費予算で購入した蛍光光度測定装置により高速スキャンが可能になった結果、これまで減衰により正確に測定できなかった蛍光スペクトルを正確に測定できた。スペクトルはアセタミド基導入により短波長シフトした。また、発光能のpH依存性については、アセタミド基を導入した分子の方が有さない分子に比較して、pH 2程度酸性側にシフトしており、予想通り、分子内水素結合が望ましい効果を示すことを明らかにした。アセタミド基を有するものの方が、発光の半減期が短いという特性も見出した。
(2) 7-ヒドロキシクマリンの５位に1,2-ジオキセタン環を導入した分子を合成し、その化学発光能のpH依存性を検討：　7-ヒドロキシクマリンは、中性付近でも強い蛍光強度をしめすため、本骨格の利用を検討した。目的化合物は、合成に工夫が必要で、種々の合成経路を検討する必要があったが、検討した結果、合成に成功した。本化合物の化学発光能のpH依存性についても検討を加え、期待通りpH 7付近でも発光能をかなり保っていることを明らかにできた。また、発光の半減期はかなり長く、２時間ではほとんど減衰は見られなかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

年度初めに計画していた分子内水素結合を施したフェノール性化学発光分子及び７－ヒドロキシクマリン型化学発光分子については、合成と化学発光能のpH依存性の検討については、共に当初の計画通り遂行することができたため、評価を(2)とした。後者の合成には種々の検討を要したために、予想より時間がかかったことより、(1)の評価に足る成果にまでは至らなかった。

Strategy for Future Research Activity

開発している化学発光分子は、pH依存性に関しては望ましい性質に向かっているため、分子内水素結合については、アセタミド基を２つ導入することにより、さらに酸性側でも機能するものへと改良する。一方、有機溶媒中と比較して、水中では発光効率が大きく低下するという課題がある。最近、π共役型置換基をフェノール性水酸基の隣に導入することで水中での効率を大きく向上させられるという報告があったため、開発中の分子にも同様の置換基の導入を行うことで、汎用性の高い、生理的条件で機能する化学発光分子へと展開を行っていく方策をとる。