2023 Fiscal Year Annual Research Report
ボロン酸に関する基礎研究を基盤とするジボロン酸型糖比色および蛍光センサーの開発
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21K05117
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
石原 浩二 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (20168248)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
稲毛 正彦 愛知教育大学, 教育学部, 特別教授 (20176407)
菅谷 知明 千葉工業大学, 工学部, 教授 (30633367)
岩月 聡史 甲南大学, 理工学部, 教授 (80373033)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ジボロン酸 / 糖センサー / D-グルコース / センシングメカニズム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ボロン酸と糖との反応の反応機構や反応性に関する基礎研究の成果により、二つの等価なボロン酸からなるジボロン酸では、糖混合物からD-グルコースを選択的に定量することは困難であるが、pKaが異なる二つの非等価なボロン酸からなるジボロン酸では、後から反応するpKaの高いボロン酸(b)にのみ発色団を組み込めば、選択的なセンシングが可能であることが示唆された。このことに基づき、種々の非等価なジボロン酸の合成とキャラクタリゼーションを行い、選択的センシングの可能性を検討した。また、等価なジボロン酸型D-グルコースセンサーによるD-グルコースのセンシングの詳細なメカニズムを明らかにした。
例えば、ボロン酸(a)、 (b)としてそれぞれピリジルボロン酸、o-アゾフェニルボロン酸かなるジボロン酸では、D-グルコースおよびD-フルクトースに対する生成定数の違いから、血中のようなD-グルコース約5 mM、D-フルクトースが約0.05 mMの条件では、D-グルコースのみに応答して色調が変化するため、選択的センシングが可能であることがわかった。
二つのピリジルボロン酸をアントラセンで架橋した等価なジボロン酸によるD-グルコースのセンシングでは、ジボロン酸の反応活性種は、二つのボロン酸部位が三配位－四配位および四配位－四配位の二種類であり、これらがD-グルコースの反応活性種であるα-D-glucofuranoseと反応することがわかった。また、ボロン酸部位の反応性は三配位 > 四配位であった。これらの二種類の化学種との反応において、α-D-glucofuranoseのトリオール部位がそれぞれジボロン酸の三配位ボロン酸部位、二つの四配位ボロン酸部位の片方と反応し始める過程が律速で、ジオール部位と残りのボロン酸部位との反応は速やかに起こり、環状生成物を与えることがわかった。
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