2022 Fiscal Year Research-status Report

Analysis of Interactions between Cellulose and Aromatic Compounds to Enhance Enantiomer Separation by Cellulose

Research Project

Project/Area Number	22K14930
Research Institution	National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Principal Investigator	齋藤靖子国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究員 (40757415)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	光学分割 / 分子間相互作用 / セルロースナノファイバー / キラル化合物 / 芳香核アミノ酸 / 核磁気共鳴分光法
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、植物細胞壁の主要構成成分であるセルロースを用いた光学異性体分割に関する物である。セルロースはキラル中心を複数有する天然高分子であり、光学異性体の分割機能を示すことが知られている。しかしながら、そのメカニズムの全容は明らかになっていない。本研究課題では、セルロースと芳香核との間に生じる特徴的な分子間相互作用に着目し、ベンゼン環を有する光学活性体とセルロースの吸着挙動を検証することで光学分割機能のメカニズム解明を行い、セルロースの光学分割機能を強化することを目指している。本年度は、課題1のセルロースと特異的に相互作用する芳香族化合物のスクリーニング、および、課題2の溶液NMRを用いた分子間相互作用サイトの解明に取り組んだ。課題1では、芳香核アミノ酸を中心に、ペーパークロマトグラフィーによるRf値の算出およびナノセルロースを用いた吸着試験を行った結果、芳香核アミノ酸の一種であるトリプトファンにおいて、D体とL体でセルロースへの吸着挙動が異なることが示唆された。その違いはわずかであったものの、課題2において、D-およびL-トリプトファンとナノセルロースの混合物のゲルNMR法により測定し、アミノ酸単独の溶液NMRスペクトルとの比較を行ったところ、D体ではセルロースナノファイバーの存在下でトリプトファン芳香核由来のシグナルのシフトが見られ、D体とL体で異なる分子間相互作用が働いていることが示唆された。本年度に調製したNMR測定用試料ではセルロースの検出感度が低く、両者間のNOE相関の検出が行えず、分子間相互作用サイトの同定には至らなかったため、来年度は試料調製法を改善する。また、セルロースモデルを用いた検証でペプチドを用いると吸着を強化できることが示唆されており、来年度はペプチドを用いたNMR解析にも取り組む。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 申請当初における1年目の目標は、セルロースと特異的な分子間相互作用を示すキラル化合物の選定と、選定したキラル化合物とセルロースのゲルNMRによる分子間相互作用の解明であった。水晶振動子マイクロバランス法を用いた吸着挙動の検証ではセルロースへの特異的な吸着の検出にいたらなかったものの、ペーパークロマトグラフィーおよびナノセルロースを用いた吸着試験により、芳香核アミノ酸の選定は進行させることができた。また、ゲルNMR分析によりD-トリプトファンの芳香核とセルロースの分子間相互作用が示唆する結果が得られており、おおむね計画通りに研究が行えていると判断できる。
Strategy for Future Research Activity	本年度のゲルNMR分析では、アミノ酸由来のシグナル検出に注力したため、セルロース側の解析が不十分であった。今後、セルロース由来のシグナル検出が可能であるような測定試料調製を行い、分子間相互作用サイトの解明を目指す。また、相互作用サイトが増大し、吸着が促進されると考えられるペプチドを用いた解析も進める。ナノセルロースを充填したオープンカラムを作製し、課題1で選定した光学異性体の溶液を添加した際の光学分割能の評価を行い、課題2で解析した分子間相互作用との相関を検証する。
Causes of Carryover	水晶振動子マイクロバランス法によるキラル分子の選定に課題があったため、当該装置用の基板の使用数が想定より少なくなった。また、本年度はトリプトファンの解析を中心に行ったため、キラル化試薬の購入が想定より少なかった。来年度に検証するキラル化試薬の種類を増やす予定である。