2018 Fiscal Year Annual Research Report
Design and Synthesis of Two-photon responsive chromophores in near IR region
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18J20500
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
千歳 洋平 広島大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 二光子吸収 / 光解離性保護基 / ケージド化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
光解離性保護基により生理活性物質の活性部位を保護し，一時的に生理不活性となった化合物はケージド化合物と呼ばれる．ケージド化合物に光を照射すると脱保護反応が起き，生理活性物質の濃度を局所的に上昇させることができる．保護基部位が近赤外領域(680-1050 nm)の二光子を効率的に吸収することができれば，光による細胞侵襲を抑えつつ，細胞深部における脱保護反応が可能となる．本研究では，従来のクマリン型保護基の二光子吸収能を向上させることを目的とした．
これまでの先行研究では，クマリンの3位に電子供与性置換基としてアミノベンゼン部位を導入した分子が650 nm付近に高い二光子吸収能を持つことが量子化学計算から予測されていた．本年度は，この二光子吸収波長を700 nm以上にシフトさせるため，クマリンと3位のアミノベンゼン部位の間に2重結合を導入し，さらにπ共役系を拡張させた新規分子を設計した．π拡張した新規分子の二光子吸収断面積(単位:GM)を量子化学計算により予測したところ，680 nmにおいて1290 GMと算出された．実際に合成した分子の二光子吸収断面積は，700 nmにおいて855 GMと極めて高い値を示した．次に，この分子を基本骨格とした光解離性保護基により安息香酸を保護したケージド安息香酸を合成し，溶液中における光学特性や光反応性を調査した．合成したケージド安息香酸は極性溶媒(DMSO)，無極性溶媒(トルエン)中のいずれにおいても光照射後に安息香酸を50％程度の収率で脱保護することが分かった．さらに光反応後の生成物分析を行うことで，脱保護反応の過程で起きる結合解離反応のメカニズムについても考察することができた．将来的には水溶性を向上させたクマリン型保護基を設計・開発し，目的に応じた生理活性物質を導入することで，近赤外光を利用した様々な生理学実験への展開が期待される．
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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
本研究で設計した新規クマリン分子の近赤外二光子吸収能は，これまで報告されてきた分子と比べて極めて高いことが分かり，今後の分子設計を行う上で重要な基本骨格となった．当初の目標であった，従来の基質の二光子吸収能の向上を達成できたため，今年度は期待通り研究が遂行されたと思われる．
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| Strategy for Future Research Activity |
従来のクマリン分子に二重結合を導入することで二光子吸収能の向上に成功したが，一方で，光反応時に系中に生じる一重項酸素が二重結合部位と反応し，分子の分解を促進してしまう可能性がある．そのため，今後は発生する一重項酸素に影響を受けないような分子骨格の設計が必要となる．さらにクマリン骨格に水溶性置換基を導入し，十分な水溶性を付与した上で，実際に生理活性物質を保護し，生理学条件下で脱保護反応が進行するかを確認する予定である．
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Research Products
(3 results)
