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2019 Fiscal Year Research-status Report

バリノマイシンのカリウムイオン選択性の水和効果の解明

Research Project

Project/Area Number 19K23624
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

平田 圭祐  東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (80845777)

Project Period (FY) 2019-08-30 – 2021-03-31
Keywordsバリノマイシン / 水和効果 / 赤外分光 / エレクトロスプレーイオン化 / 質量分析
Outline of Annual Research Achievements

令和元年度はバリノマイシンのカリウムイオン選択性の起源について微視的な分子論の視点から明らかにすることを目指し、以下の成果を得た。
1) エレクトロスプレー・冷却イオントラップ分光装置を用いて、バリノマイシン-アルカリ金属錯合体の赤外スペクトルを測定した。バリノマイシン-アルカリ金属錯合体をエレクトロスプレーでイオン化し、質量選別したのちイオントラップで目的のイオンのみを捕捉した。このイオントラップ内で水素分子とのファンデルワールス錯体を生成させ、赤外光を波長掃引しながら照射した。赤外光を吸収すると水素分子が解離し、赤外スペクトルが測定できる。このようにして得られた赤外スペクトルを解析すると、リチウムを除くすべてのアルカリ金属錯合体で、金属イオンはバリノマイシンの分子構造の対称性を失わずにキャビティの中央に内包されていることがわかった。このことから水和がなければイオン選択性は生まれないことが明確になった。
2) バリノマイシン-アルカリ金属錯合体に水分子が一つ(n = 1)結合した水和クラスターについても赤外スペクトルを測定することができた。量子化学計算の結果と組み合わせることで、ナトリウム水1クラスターでは水分子がキャビティ内部のナトリウムイオンと直接結合しているのに対して、カリウム水1クラスターでは、水分子はキャビティ外部に位置していることがわかった。
3) より大きな水和クラスターを測定するためには、水和核となるバリノマイシン-アルカリ金属錯合体イオンの捕集効率を向上させる必要がある、そこで、空間的に広がるイオンを捕集する装置であるイオンファネルをガラスキャピラリー出口に導入した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

令和元年度は、バリノマイシン-アルカリ金属イオン錯合体とその水和クラスターの赤外スペクトルを測定し、バリノマイシンのカリウムイオン選択性に対する水和の影響について端緒をつかんだ。また、より水分子の多く付加した水和クラスターを測定するために、捕集効率を向上させるイオンファネルを分光装置に導入した。

Strategy for Future Research Activity

水分子の個数を増やした(n > 1)水和クラスターおよび重水クラスターの赤外スペクトルを測定し、量子化学計算の結果と合わせてスペクトルを解析する。これをもとに、カリウムイオンとその他のイオンとの構造の違いを明らかにし、バリノマイシンのカリウムイオン選択性に対する微視的な水和効果に迫る。

Causes of Carryover

消耗品購入費用が抑えられたため。次年度に使用する科研費は消耗品の購入あるいはデータ取得システムの構築に用いる予定である。

  • Research Products

    (2 results)

All 2020

All Presentation (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results)

  • [Presentation] Cryogenic Ion Spectroscopy of Valinomycin-Metal Complexes: Effect of Water on Potassium Selectivity2020

    • Author(s)
      Keisuke Hirata
    • Organizer
      Gordon Research Conferences: Molecular and Ionic Clusters 2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 冷却イオントラップ法によるバリノマイシンーアルカリ金属イオン水和クラスターの赤外分光2020

    • Author(s)
      佐藤映虹
    • Organizer
      第13回分子科学討論会

URL: 

Published: 2021-01-27  

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