2017 Fiscal Year Research-status Report
Bhc基へのオレフィン導入による新しい光化学特性を持つ光分解性保護基の開発と応用
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17K18148
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
鈴木 商信 東邦大学, 理学部, 博士研究員 (30532105)
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2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | バイオテクノロジー / 有機化学 / 脳・神経 / 光化学 / ケミカルバイオロジー / ケージド化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、光分解性保護基であるBhc基にオレフィンを伸展させることで、可視光での光分解性を有する等の新たな性能を持つ光分解性保護基を開発することが目的である。私は、まず、Bhc基の8位にアルデヒド基を持つケージド酢酸を合成し、アルデヒド基に対しWittig試薬を反応させることで、Bhc基の8位にオレフィンが伸展した各種ケージド酢酸を合成した。得られた化合物に関して、50%DMSO含有KMOPS緩衝液中での紫外－可視吸収スペクトルを測定した。結果の例を挙げると、8-styrenyl-Bhc-ケージド酢酸は385 nm、8-(4-phenyl butadienyl)Bhc-ケージド酢酸は398 nmに吸収極大を持つことがわかった。8位にオレフィンが入っていない通常のBhc-ケージド酢酸の吸収極大は370 nmであり、合成したそれぞれの化合物はわずかに長波長シフトしていることがわかった。これら2例の化合物に450 nmの光を照射し、HPLCで反応を追跡した結果、光分解効率は極めて低いものの光分解することが確認された。通常のBhc ケージド化合物は450 nmで光分解を引き起こすことはできないため、Bhc基を改変することで新たな性能を持つ光分解性保護基を開発できたと言える。
また、8位にアルデヒド基を持つBhc基を元に、閉環構造（短波長吸収）と開環構造（長波長吸収）が光照射により相互変換されるフォトクロミズムと光分解反応を組み合わせた新たな光分解性保護基の開発も試みている。しかし、現在までに期待した結果、すなわち長短2波長照射により光分解反応が進行する化合物は得られていない。
オレフィン伸展Bhcケージド化合物の合成から、それらの光分解性の確認までの実験方法を確立することができたため、今後は、化合物の種類を増やし、望みの性能を持つ光分解性保護基を探索して行く予定である。
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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
まず、研究手法が確立できたことは、本研究を進める上での大きな成果である。8-ホルミルBhc-ケージド酢酸は、Wittig試薬またはN-methyl indolium化合物と容易に反応し、５，６割の収率で目的のオレフィン伸展Bhc-ケージド酢酸が得られることがわかった。光分解後に酢酸と共に放出されるアルコール体 (オレフィン伸展Bhc-methanol)は、対応するオレフィン伸展Bhc-ケージド酢酸をトリエチルアミン－メタノール溶液中で反応させることで容易に得られた。これにより、オレフィン伸展Bhc-ケージド酢酸に450 nm等の可視領域の光を照射し、得られた混合物を高速液体クロマトグラフィー（HPLC）にて追跡しアルコール体の放出を見ることで、ケージド化合物が望み通りの光分解反応を起こしているかを確認することができた。また、光照射時間と光分解量の関係から光分解の量子収率(Φ)を計算することも可能になった。
合成したケージド酢酸は、共役系の伸展と共に徐々に最大吸収波長が長波長シフトしていたが、それらのΦは0.001前後と計算され、Bhc-ケージド酢酸のΦ=0.035と比較すると大きく低下していた。現在、伸展させるオレフィンを変えることで、性能の改善が可能かを検討している。
フォトクロミズムと光分解を組み合わせた光分解性保護基に関しては、8-ホルミルBhc-ケージド酢酸と1,2,3,3-tetramethyl-3H-indoliumを反応させた化合物が吸収極大を350 nmと548 nmに持つこと、350 nmの光照射で光分解または一部が開環構造に変化すること、550 nmの光照射では光分解も光異性化も引き起こされないことがわかった。特に550 nmでの光異性化が起こらないことは予想外であり、現在indolium化合物を変えたものを合成し、光化学特性を調査している。
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| Strategy for Future Research Activity |
現段階では特筆すべき性能の光分解性保護基は得られていないが、オレフィン伸展による新規光分解性保護基の探索という概念は新規性あると考えており、引き続き合成と光分解性の検討を進めていく。当初の実験計画においては、研究が遅滞した場合の予定として、8-ホルミルBhc-ケージドルシフェリンとWittig試薬を用いて、コンビケム的手法によりケージド化合物を多数合成し、ルシフェリンの化学発光を指標として光分解性を持つ化合物をスクリーニングする方法も検討していた。しかし、先述の通り、オレフィン伸展ケージド化合物の合成と光分解性のHPLCによる検討のメソッドは確立しており、個々のケージド化合物を純品として単離できることや、光分解性をHPLCで定量できることのメリットが大きく、今後も本方法を用いて実験を進めていく予定である。
現在得られているオレフィン伸展ケージド化合物の問題点は、通常のBhc-ケージド化合物と比較してΦが低いことである。今までは、なるべく共役系が伸展するような化合物を設計してきたが、次はシンプルにオレフィンを１つ２つと伸展させた場合にどうなるかを調べ、得られた結果を次の化合物の設計にフィードバックさせることで、より良い特性を持つ光分解性保護基を開発して行きたいと考えている。得られた化合物に関する全てのデータは論文を書く上で有益であり、面白そうな光分解性保護基が開発できた段階で、光分解性保護基を開発するための新たなメソッドとして論文にする予定である。
フォトクロミズムと光分解を組み合わせた光分解性保護基に関しては、少なくともクマリン系のフォトクロミズム材料が報告されていることから、本研究で開発した化合物の長波長光による光反応の消失が、この化合物特有の性質なのか否かを検討していきたい。そのためにも、今後は反応させるindolium化合物の種類を増やしていく予定である。
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| Causes of Carryover |
今年度は、研究が遅滞した場合の予定として、コンビケム的手法により粗生成物を多数合成し、光反応する可能性のある化合物を大規模にスクリーニングする計画をしていた。今年度はそれに関わる費用、すなわちケージドルシフェリンの合成費用、ルシフェリンの発光を見るための試薬の費用などを計上していた。幸いなことに研究は順調に遂行できており、HPLCを用いて光反応を追跡し、光分解効率を定量する方法を確立することができたため、上記の大規模スクリーニングの費用を次年度に繰り越すことにした。しかし、論文にする上で必要な化合物の種類を確保するためにはそれに対応する原料が必要であり、引き継いだ費用は、次年度の合成原料の購入費用に使用する予定である。また、次年度は、上記のメソッドを用いてHPLCでの反応追跡の実験をより大規模に行うことを計画しており、HPLCの運用に関わる費用が予定より多く必要となるため、その費用にも当てる。
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