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

2019 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, 医薬学総合研究院(薬学), 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: 化学発光 / 分子内水素結合 / 電子供与性 / 置換基効果 / 1,2-ジオキセタン / センサー分子 / フェノール / 反応速度

Outline of Annual Research Achievements

化学発光プローブは、それ自身蛍光プローブより感度が格段に高く、また、励起光が必要のない点、簡便に計測可能な利点を有している。一方で、酵素活性や刺激に応答できるものでは、多くはフェノキシドの生成を引き金にするため、中性条件ではほとんど発光しないことや、水中では発光強度が極端に低下することが課題である。平成３０年度までに、ジオキセタン型フェノールであるAMPDとフェノール性水酸基のオルト位にアセタミド基を導入した１を合成し、発光能の比較を行った結果、1の方がより中性側で発光能が高いことと、期待通り分子内NH-O水素結合がそのpHプロファイルに関与していることを明らかにした。一方、1の方がAMPDより５０倍反応速度が大きいという、予想していなかった特性も明らかになった。そこで、令和元年度は、反応速度に及ぼすアセタミドの効果に電子供与性と水素結合のどちらが大きく寄与しているかを、類縁体を合成することにより検討した。
アセタミドと同程度の電子供与性を持ちながらNH-O水素結合を行えないN-メチルアセタミド基導入体２、及び電子求引性でNH-O水素結合を形成可能なジフルオロアセタミド基導入体３を合成し、化学発光特性を１と比較した。化合物1，2両方ともフェノキド型になるpH11においても、1の反応速度は440倍２よりも大きく、反応速度に関してはNH-O水素結合の効果が圧倒的であることを示唆した。また、pH11における１と3の比較では、３の反応速度は１の4分の1程度であり、また、pH 8の時にはほぼ同速度であった。このことにより、アセタミドの電子供与性の寄与は限定的であることも裏付けられた。
以上の結果より、AMPDの化学発光におけるフェノール性水酸基への分子内水素結合が、そのpHプロファイルのみならず、反応速度にも大きく影響を与えることを明らかにした。現在投稿論文を準備中である。

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。