2021 Fiscal Year Research-status Report
Development of Novel Metal-Peptide Complexes Mimicking Membrane Enzymes and Their Photocatalytic CO2 Reduction Activity
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20K05531
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
石田 斉 関西大学, 化学生命工学部, 教授 (30203003)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 二酸化炭素還元 / 金属錯体 / ペプチド / 光触媒 / ミセル / 人工光合成 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、光化学的CO2還元触媒反応に注目が集まっているが、そのほとんどは有機溶媒中で行われており、水中での反応は研究例が極めて少ない。本研究では、水中における触媒反応を妨げる原因となっている光増感分子から触媒分子への電荷分離効率を上げるため、ミセル界面を反応場として用いる。ミセルへの取り込みを可能とするために長鎖アルキル基を導入したルテニウム錯体触媒を合成する。特に、水素発生を抑える観点からルテニウム錯体活性部位がミセル疎水場にある程度取り込まれることで一定の疎水環境を維持できるようにするとともに、膜酵素を模倣して触媒活性に関わるアミノ酸残基を触媒活性部位近傍の第二配位圏に配置した新規なルテニウム－ペプチド錯体を合成し、その触媒活性を評価する。
具体的には、ビピリジン型非天然アミノ酸を用いたペプチド合成により、第二配位圏に様々な官能基と、長鎖アルキル基を導入した配位子を系統的に合成する。導入する官能基にはアニオン性、中性、カチオン性として酵素活性中心近傍で作用することが知られているアミノ酸残基を用い、基準としてメチル基（Ala）を導入した錯体を合成する。これらのペプチド配位子を有するルテニウム錯体を合成し、そのミセル中における光化学的CO2還元触媒活性を評価する。評価方法には、光増感分子としてルテニウムトリス（ビピリジン）錯体を、電子源には水溶性のアスコルビン酸を用いて、可視光照射により光化学的CO2還元反応を行う。ミセルには、カチオン性、中性、アニオン性の代表的な界面活性剤を用い、その触媒活性の違いからミセル界面における電荷効果を評価する。また、触媒活性部位近傍の疎水性の効果を知るために、ミセル界面からルテニウム錯体までの距離をアミノ酸残基の数により制御し、その活性の変化を調べる。
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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
研究代表者自身の異動から、研究室の立ち上げを進めてきたが、触媒活性評価の要であるガスクロマトグラフの不調から触媒活性評価を予定通り行うことができなかった。しかし、代わりに錯体触媒合成などを順調に進めていることなどから、「遅れている」とまでは言えない、と考えている。今年度は、ビピリジン型非天然アミノ酸ならびにそのペプチド配位子として系統的に鎖長の異なるアルキル基を有するペプチドを合成した。これらのルテニウム錯体を、原料としてルテニウム（カルボニル）ポリマーと反応させることで合成した。この過程で、従来、赤外分光法で評価してきたルテニウム（カルボニル）ポリマーの純度を13C NMRで評価したところ、調製するたびに異なるポリマーを得ていることが明らかとなり、その再現性を上げる方法を検討し、ほぼ実現できるように改良することができた。また、ミセル中に取り込ませた発光性ルテニウム錯体に対する各種消光分子との消光実験を行い、ミセル界面での電荷分離状態の効率について評価を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、早々にガスクロマトグラフの不調を解消できると見込んでおり、計画通り、研究を推し進める予定である。既に合成を完了している、アルキル鎖長の異なる数種類の錯体触媒に対して、カチオン性・中性・アニオン性のミセル中での光化学的CO2還元反応の触媒活性評価を行う。また、長鎖アルキル基に加えて、導入するアミノ酸残基を系統的に変える合成についても引き続き検討していく。
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| Causes of Carryover |
国際会議出席のための海外出張旅費が、コロナ禍による航空運賃の高騰や出入国時のPCR検査が必要になるなど、当初予定より大幅に高くなることを予想し、次年度予算から200千円を前倒ししたが、想定よりやや少なくて済み、111千円ほどを残すことができた。当初予定から考えると、次年度予算が89千円少なったことになる。最終年度となる2022年度は、物品費などを他予算で調整するなどして、運用していく予定である。
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