2013 Fiscal Year Research-status Report
ボロン酸と糖類の反応に関する基礎研究-ボロン酸金属錯体による糖類の定量-
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25410150
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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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, 教授 (20176407)
小谷 明 金沢大学, 薬学系, 教授 (60143913)
高木 秀夫 名古屋大学, 学内共同利用施設等, 准教授 (70242807)
岩月 聡史 甲南大学, 理工学部, 准教授 (80373033)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ボロン酸 / 糖 / 金属錯体 / 定量 |
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| Research Abstract |
ボロン酸と糖との反応の反応機構論的研究は、糖類検出を目的とするボロン酸センサーの研究の基礎となる本質的な課題であるが、本研究では、(1) ボロン酸および糖の反応活性種の特定と反応を支配する因子の解明、(2) (1)に基づく糖類との反応性の高いボロン酸、およびそれらが配位した高発光性金属錯体の開発、(3) (2)の高発光性金属錯体による糖類の高感度定量および定量条件の最適化、の観点から研究を実施した。
(i) 糖として異性体の存在しない鎖状のソルビトールと数種類のボロン酸との反応の速度論的・平衡論的測定を吸光光度法およびNMR法により行い、結果を詳細に解析することにより反応活性種を特定した。(ii) 糖と反応し得る発光性金属錯体を合成するために、ビピリジルボロン酸配位子の合成を行った。(iii) 本研究におけるボロン酸金属錯体の発光特性を利用する分析法は、糖の定量に適用できるばかりでなく、ホウ素と反応し得る配位子を用いればホウ素の高感度定量にも応用できる。ホウ素との反応部位を有する配位子は市販されているため、25年度はその配位子(3,3’-ジヒドロキシ-2,2’-ビピリジンジ)を購入し、白金(IV)およびイリジウム(III)錯体を合成し、結晶解析を行い、ホウ素の高感度定量を試みた。また、それぞれ3-ピリジルボロン酸、4-ピリジルボロン酸、およびビピリジルボロン酸を配位子とする白金(IV)およびイリジウム(III)混合配位子錯体の合成を試みた。更に、発光生有機化合物を利用するホウ素および糖の高感度定量の可能性を検討するために、ホウ素と反応し得るカテコール部位を有するBODIPY誘導体の合成を行った。
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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
(i) ボロン酸と糖との反応解析の基礎となる、ボロン酸とジオールとの反応系の速度論的・平衡論的測定と解析を行った。酸性およびアルカリ性において、ボロン酸に対してジオール過剰の条件下で、ボロン酸の紫外・可視吸収スペクトルの時間変化を追跡することにより反応速度定数を測定した。また、NMR法および吸光光度法により平衡定数の測定と生成物の同定を行った。測定結果を詳細に解析し、反応活性種の特定を行った。3-および4-ピリジルボロン酸とそれらのN-メチル誘導体とソルビトールとの反応を、pH 9～11のアルカリ性において、ボロン酸に対して糖過剰の条件下で、ボロン酸の紫外・可視吸収スペクトルの時間変化を追跡することにより反応速度定数を測定した。また、NMR法および吸光光度法により平衡定数の測定と生成物の同定を行った。測定結果を詳細に解析し、反応活性種の特定を行った。その結果、ボロン酸とボロン酸イオンとの反応性の逆転が何故起こるのかを説明する知見が得られた。(ii) ビピリジルボロン酸配位子および発光性有機化合物であるBODIPY誘導体の合成を行った。(iii) 3,3’-ジヒドロキシ-2,2’-ビピリジン、3-および4-ピリジルボロン酸を配位子とする白金(IV)およびイリジウム(III)の混合配位子金属錯体や、(ii)で合成したビピリジルボロン酸を配位子とする白金(IV)およびイリジウム(III)混合配位子錯体の合成を行った。以上のように、当初の予定はおおむね順調に実施できている。
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| Strategy for Future Research Activity |
フェニルボロン酸や3-ピリジルボロン酸等とソルビトールとの反応は、エチレングリコール等のジオールとの反応の場合とは異なり、反応は緩衝剤の濃度が高くなると直線的に速くなることが分かった。NMRの測定結果等から、緩衝剤の陽イオンとボロン酸との相互作用(会合)により、反応が促進されていると予想されるが、このことは、ボロン酸センサーによる糖のセンシングの際のアミン系窒素による加速効果のメカニズム密接に関連していると考えられるため、より詳細な検討を必要とする。
フルクトースやグルコースは水溶液中ではそれぞれ数種類の異性体として存在する。これらの糖とボロン酸との反応生成物はNMR法により特定されているが、各異性体間の異性化反応の速度に関しては、反応の遅い酸性側での測定しか行われておらず、実際にボロン酸によるセンシングが行われる中性～アルカリ性においては、異性化反応の速度は速いとの推定にとどまる。糖のセンシングにおけるボロン酸の反応活性種の特定には、異性化反応の速度が糖とボロン酸の反応よりも遅いのか速いのかがキーポイントになり得る。そのため、異性化反応速度の実測が必要となると予想される。
ホウ素と反応し得る配位子を有する白金(IV)およびイリジウム(III)錯体は、合成に成功し結晶解析によりその構造も明らかにすることができたが、糖と反応し得る3-ピリジルボロン酸や4-ピリジルボロン酸を有する白金(IV)およびイリジウム(III)錯体は、単離精製の過程で配位子が解離または分解するため、定量試薬としての使用に耐える純度の錯体を得ることは困難であることが分かった。ビピリジルボロン酸を配位子とする白金(IV)およびイリジウム(III)錯体は、NMRやMASで生成が確認されているが、まだ単離はできていない。カテコール部位を有するBODIPY誘導体は、合成が終了したばかりであり、精製と同定は今後行う予定である。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
本年度実施した研究を継続して行うため。
金属錯体や有機化合物を合成するための試薬や実験器具の購入や、合成した化合物のキャラクタリゼーションを行うための分析機器使用料に充てる。
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[Journal Article] Relative kinetic reactivity of boronic acid and boronate ion towards Tiron, 2,2′-biphenol, and propylene glycol2013
Author(s)
Eisuke Watanabe, Chiaki Miyamoto, Asumi Tanaka, Kenzo Iizuka, Satoshi Iwatsuki, Masahiko Inamo, Hideo D. Takagi, and Koji Ishihara
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Journal Title
Dalton Transactions
Volume: 42
Pages: 8446, 8453
DOI
Peer Reviewed
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