2023 Fiscal Year Annual Research Report
Non-equilibrium Chemical Systems for Spatiotemporal Control with Bifunctional Organocatalysts
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23H01953
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
浅野 圭佑 北海道大学, 触媒科学研究所, 准教授 (90711771)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 二官能性有機触媒 / 時空間選択的反応 / 非平衡化学系 / シクロオクテン / 生体適合化学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
シクロオクテン触媒の活性が置換基により制御可能なことを見いだし、既に報告した触媒（ACIE 2018, 57, 13863）と比較してもさらに高活性な二官能性シクロオクテン触媒を開発した。また、この触媒によるフェノールの臭素化反応を開発し、チロシン側鎖の臭素化にも利用できることを見いだした。さらに、速度論実験や対照実験により反応機構について研究し、二官能性触媒が反応剤を多点活性化し、反応を時空間制御するために好適な速度論を持つことを明らかにした。これに基づき、二官能性シクロオクテン触媒に光分解性保護基を付けることで、光照射により系内で活性化できる光駆動触媒を開発した。光化学的性質は光分解性保護基に依存する特徴を活かして、可視光で駆動できる触媒も開発した。また、これらの触媒をさらに高機能化するために、シクロオクテン誘導体のライブラリを拡張できる合成法を開発した。置換シクロオクテンの合成法は古典的手法から全く更新されていなかったが、上記の通り置換基が触媒機能に大きく影響するため、様々な置換基をオレフィン部位に効率よく導入し、既存法では合成できなかったシクロオクテン誘導体を得られる手法として、クロスカップリング反応を利用した合成法を開発した。本手法で合成したシクロオクテン誘導体から新たな高活性触媒も開発した。
さらに、触媒開発だけではなく、生理的条件（水系溶媒、反応温度37 ℃）にてバックグラウンド反応は起こさないが、触媒があれば速やかに反応する生体適合型臭素化剤も独自に開発した。この反応剤は光駆動シクロオクテン触媒により上記と同様の反応機構で活性化できる。また、この臭素化剤は光照射により励起でき、色素分子を光触媒として利用する触媒系も開発した。現在は、開発したシクロオクテン触媒系と色素触媒系を複合した生体分子標識法の開発をさらに進めている。
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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
当初予定していた研究計画に沿って概ね良い結果を得ており、目的に着実に近づいている。また、触媒開発だけではなく、目的の実現に必要な反応剤の開発にも進展があり、この反応剤の励起状態の反応性を見いだしたことで基盤反応技術はさらに拡張した。このように研究構想に広がりが生まれ、全体として研究は概ね順調に進展していると考えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
アミノ酸やペプチドの反応に対して開発した触媒・反応剤を利用して、タンパク質の修飾反応を開発する。このために各反応ツールの水溶性を向上させる必要があり、親水性置換基を導入した分子を開発する。また、選択的ラベル化技術を応用して光触媒の細胞膜タンパク質への導入を検討する。これらの触媒反応プローブを利用して細胞膜表面での近接標識法を開発する。
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