N-Heterocyclic Carbene-modified Gold Nanoclusters: Novel Materials with Potential Biological Applications

• 研究課題/領域番号: 16K13962
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 無機化学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: CRUDDEN Cathleen 名古屋大学, トランスフォーマティブ生命分子研究所, 客員教授 (10721029)
• 研究協力者: 東山 哲也 ; 吉村 崇 ; 南保 正和
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2018年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: ナノ材料 / 金ナノクラスター / N-ヘテロサイクリックカルベン / 二座配位子 / 安定性 / バイオイメージング / Nano Materials / Nanocluster / N-Heterocyclic Carbene / Gold / Thiol / Biological Applications / Stability / Gold Nanoclusters / Gold Nanoparticle / N-Heterocylclic carbene / Biological applications / gold nanocluster / N-heterocylic carbene / bio-imaging

研究成果の概要

本研究では生体イメージングなどの応用を指向したN-ヘテロサイクリックカルベン(NHC)で修飾された新規金ナノクラスターの創製を目指した。金ナノクラスターの単離に重要な安定性の向上を目指し、新規二座NHCの設計・合成、およびそれを用いた金ナノクラスターの調製を行った。単結晶X線構造解析や質量分析などによって金ナノクラスターの構造に関する知見を得た。また得られた金クラスターは高温でもクラスター構造が保たれており、温度に対して極めて高い安定性が示唆された。また金クラスターは蛍光を示すことも明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

金属ナノ粒子やナノクラスターをはじめとするナノ物質はバルク金属、金属錯体とも異なる物性を示すことから新たな金属材料として注目を集めている。その中でも金は生体親和性が高く、ドラッグデリバリーや生体イメージングなどの医療にむけた材料としての応用に注目が集まっている。これまでにチオールやホスフィンなどを配位子とする金クラスターが報告されてきたが、酸化的な環境である生体内では安定性が課題となる。またナノクラスターは材料だけでなく触媒としても機能することが期待でき、その未知の触媒活性を調査する上でも安定なナノクラスターの合成法の開拓は重要な課題である。

研究成果

• [国際共同研究] Queen's University/McGill University/The University of Toronto(カナダ)
• [国際共同研究] China University of Political Science(中国)
• [国際共同研究] University of Jyvaskyla(フィンランド)
• [国際共同研究] Queen's University(Canada)
• [国際共同研究] Collaborative Innovation Center(China)
• [国際共同研究] クイーンズ大学(カナダ)
• [国際共同研究] セント・アンドルーズ大学(英国)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] N-heterocyclic carbene-functionalized magic-number gold nanoclusters (2019)
  • 著者名/発表者名: Mina R. Narouz, Kimberly M. Osten, Phillip J. Unsworth, Renee W. Y. Man, Kirsi Salorinne, Shinjiro Takano, Masakazu Nambo, Hannu Hukkinen, Tatsuya Tsukuda, Cathleen M. Crudden et al
  • 雑誌名: Nature Chemistry 巻: - 号: 5 ページ: 419-425
  • DOI: 10.1038/s41557-019-0246-5
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cu-catalyzed Desulfonylative Amination of Benzhydryl Sulfones (2019)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Nambo, Yasuyo Tahara, Jacky C.-H. Yim, Cathleen M. Crudden
  • 雑誌名: Chemistry A Eurpean Journal 巻: 25 号: 8 ページ: 1923-1926
  • DOI: 10.1002/chem.201805638
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Generation and conversion of an N-heterocyclic carbene on Pt(111) (2018)
  • 著者名/発表者名: Yang Zeng, Tianchi Zhang, Mina R. Narouz, Cathleen M. Crudden, Peter H. McBreen
  • 雑誌名: Chemical Communications 巻: 54 号: 88 ページ: 12527-12530
  • DOI: 10.1039/c8cc06894a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Self-Assembled N-Heterocyclic Carbene-Based Carboxymethylated Dextran Monolayers on Gold as a Tunable Platform for Designing Affinity-Capture Biosensor Surfaces (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhijun Li, Kim Munro, Mina R. Narouz, Andrew Lau, Hongxia Hao, Cathleen M. Crudden, J. Hugh Horton
  • 雑誌名: ACS Applied Materials and Interfaces 巻: 10 号: 21 ページ: 17560-17570
  • DOI: 10.1021/acsami.8b02595
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Structural and Electrochemical Effects of N-Heterocyclic Carbene Monolayers on Magnesium (2018)
  • 著者名/発表者名: Lisa Stephens, J. Daniel Padmos, Mina R. Narouz, Abrar Al-Rashed, Chien-Hung Li, Nicholas Payne, Matthew Zamora, Cathleen M. Crudden, Janine Mauzeroll, J. Hugh Horton
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society 巻: 165 号: 13 ページ: G139-G145
  • DOI: 10.1149/2.0501811jes
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Ultrastable Gold Nanoparticles Modified by Bidentate N-Heterocyclic Carbene Ligands (2018)
  • 著者名/発表者名: Man Renee W. Y.、Li Chien-Hung、MacLean Michael W. A.、Zenkina Olena V.、Zamora Matthew T.、Saunders Lisa N.、Rousina-Webb Alexander、Nambo Masakazu、Crudden Cathleen M.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 号: 5 ページ: 1576-1579
  • DOI: 10.1021/jacs.7b08516
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Azaborines: synthesis and use in the generation of stabilized boron-substituted carbocations (2018)
  • 著者名/発表者名: Clarke J. J.、Eisenberger P.、Piotrkowski S. S.、Crudden C. M.
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 47 号: 6 ページ: 1791-1795
  • DOI: 10.1039/c7dt01329a
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] N-Heterocyclic Carbene Self-assembled Monolayers on Copper and Gold: Dramatic Effect of Wingtip Groups on Binding, Orientation and Assembly (2017)
  • 著者名/発表者名: Larrea Christian R.、Baddeley Christopher J.、Narouz Mina R.、Mosey Nicholas J.、Horton J. Hugh、Crudden Cathleen M.
  • 雑誌名: ChemPhysChem 巻: 18 号: 24 ページ: 3536-3539
  • DOI: 10.1002/cphc.201701045
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Preparation of Quaternary Centers via Nickel-Catalyzed Suzuki?Miyaura Cross-Coupling of Tertiary Sulfones (2017)
  • 著者名/発表者名: Ariki Zachary T.、Maekawa Yuuki、Nambo Masakazu、Crudden Cathleen M.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 号: 1 ページ: 78-81
  • DOI: 10.1021/jacs.7b10855
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Enantiospecific and Iterative Suzuki?Miyaura Cross-Couplings (2017)
  • 著者名/発表者名: Rygus Jason P. G.、Crudden Cathleen M.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 139 号: 50 ページ: 18124-18137
  • DOI: 10.1021/jacs.7b08326
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Amphiphilic N-Heterocyclic Carbene-Stabilized Gold Nanoparticles and Their Self-Assembly in Polar Solvents (2017)
  • 著者名/発表者名: Narouz Mina R.、Li Chien-Hung、Nazemi Ali、Crudden Cathleen M.
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 33 号: 50 ページ: 14211-14219
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b02248
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] N-Heterocyclic Carbene Self-Assembled Monolayers on Gold as Surface Plasmon Resonance Biosensors (2017)
  • 著者名/発表者名: Li Zhijun、Munro Kim、Ebralize Iraklli I.、Narouz Mina R.、Padmos J. Daniel、Hao Hongxia、Crudden Cathleen M.、Horton J. Hugh
  • 雑誌名: Langmuir 巻: 33 号: 49 ページ: 13936-13944
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b03280
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Carboxymethylated Dextran-Modified N-Heterocyclic Carbene Self-Assembled Monolayers on Gold for Use in Surface Plasmon Resonance Biosensing (2017)
  • 著者名/発表者名: Li Zhijun、Narouz Mina R.、Munro Kim、Hao Bin、Crudden Cathleen M.、Horton J. Hugh、Hao Hongxia
  • 雑誌名: ACS Appl. Mater. Interfaces 巻: 9 号: 45 ページ: 39223-39234
  • DOI: 10.1021/acsami.7b13114
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of Tetraarylmethanes by the Triflic Acid-Promoted Formal Cross-Dehydrogenative Coupling of Triarylmethanes with Arenes (2017)
  • 著者名/発表者名: Nambo Masakazu、Crudden Cathleen、Yim Jacky、Fowler Kevin
  • 雑誌名: Synlett 巻: 28 号: 20 ページ: 2936-2940
  • DOI: 10.1055/s-0036-1588563
  • NAID: 120006473514
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Pd-Catalyzed Desulfonative Cross-Coupling of Benzylic Sulfone Derivatives with 1,3-Oxazoles (2017)
  • 著者名/発表者名: Yim Jacky C.-H.、Nambo Masakazu、Crudden Cathleen M.
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 19 号: 14 ページ: 3715-3718
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b01510
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Water-Soluble N-Heterocyclic Carbene-Protected Gold Nanoparticles: Size-Controlled Synthesis, Stability, and Optical Properties (2017)
  • 著者名/発表者名: Kirsi Salorinne, Renee W. Y. Man, Chien-Hung Li, Masayasu Taki, Masakazu Nambo, Cathleen M. Crudden
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 印刷中 号: 22 ページ: 6198-6202
  • DOI: 10.1002/anie.201701605
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Borocation catalysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Patrick Eisenberger, Cathyleen M. Crudden
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 46 号: 15 ページ: 4874-4887
  • DOI: 10.1039/c6dt04232e
  • 査読あり
• [雑誌論文] 1. Development of Versatile Sulfone Electrophiles for Suzuki-Miyaura Cross-Coupling Reactions (2017)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Nambo, Eric C. Keske, Jason P. G. Rygus, Jacky, C.-H. Yim, Cathleen M. Crudden
  • 雑誌名: ACS Catalysis 巻: 7 号: 2 ページ: 1108-1112
  • DOI: 10.1021/acscatal.6b03434
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Installing Stable Molecular Chirality within the Walls of Periodic Mesoporous Organosilicas via Self-Assembly (2016)
  • 著者名/発表者名: Lacey M. Reid, Cathleen M. Crudden
  • 雑誌名: Chemistry of Materials 巻: 28 号: 21 ページ: 7605-7612
  • DOI: 10.1021/acs.chemmater.6b02153
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simple direct formation of self-assembled N-heterocyclic carbene monolayers on gold and their application in biosensing (2016)
  • 著者名/発表者名: C. M. Crudden, J. H. Horton, M. R. Narouz, Z. Li, C. A. Smith, K. Munro, C. J. Baddeley, C. R. Larrea, B. Drevniok, B. Thanabalasingam, A. B. McLean, O. V. Zenkina, I. I. Ebralidze, Z. She, H.-B. Kraatz, N. J. Mosey, L. N. Saunders, A. Yagi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 号: 1 ページ: 12654-12654
  • DOI: 10.1038/ncomms12654
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Chiral carbene-borane adducts: precursors for borenium catalysts for asymmetric FLP hydrogenations (2016)
  • 著者名/発表者名: Jolie Lam, Benjamin A. R. Gunther, Jeffrey M. Farrell, Patrick Eisenberger, Brian P. Bestvater, Paul D. Newman, Rebecca L. Melen, Cathleen M. Crudden, Douglas W. Stephan
  • 雑誌名: Dalton Transactions 巻: 45 号: 39 ページ: 15303-15316
  • DOI: 10.1039/c6dt02202b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accessible bidentate diol functionality within highly ordered composite periodic mesoporous organosilicas (2016)
  • 著者名/発表者名: Lacey M. Reid, Gang Wu, Cathleen M. Crudden
  • 雑誌名: New journal of Chemistry 巻: 40 号: 7 ページ: 6487-6497
  • DOI: 10.1039/c6nj00401f
  • 査読あり
• [雑誌論文] 4. Arylative Desulfonation of Diarylmethyl Phenyl Sulfones with Arenes Catalyzed by Scandium Triflate (2016)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Nambo, Zachary T. Ariki, Daniel Canseco-Gonzalez, D. Dawson Beattie, Cathleen M. Crudden
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 18 号: 10 ページ: 2339-2342
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.6b00744
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Toward game-changing molecular materials (2019)
  • 著者名/発表者名: Cathleen Crudden
  • 学会等名: International ERATO Itami Molecular Nanocarbon Symposium 2019
  • 招待講演
• [学会発表] Metal catalysts, clusters and surfaces: Catalytic preparation of chiral bio-molecules and carbon-based self-assembled monolayers (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen Crudden
  • 学会等名: Southwestern Ontario Undergraduate Chemistry Conference
  • 招待講演
• [学会発表] N-heterocyclic carbenes as ligands for metal surfaces (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen Crudden
  • 学会等名: 255th ACS National Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Organoboron compounds in cross coupling chemistry and as catalysts for FLP reductions (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen Crudden
  • 学会等名: 255th ACS National Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Metal catalysts, clusters and surfaces from carbon-based self assembled monolayers (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen Crudden
  • 学会等名: 25th Canadian Symposium on Catalysis
  • 招待講演
• [学会発表] N-Heterocyclic Carbenes as Ligands for Surfaces, Nanoparticles and Clusters (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen Crudden
  • 学会等名: CIC Catalysis Award Lecture, 101st Canadian Society for Chemistry annual conference
  • 招待講演
• [学会発表] Main Group Catalysis in the Reduction of Organic Compounds (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen Crudden
  • 学会等名: Si Symposium for Bob West, 101st Canadian Society for Chemistry annual conference
  • 招待講演
• [学会発表] Borenium Ions and Cross-Coupling Transformations of Multiply Borylated Molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen Crudden
  • 学会等名: Boron in the Americas XVI “Boron in Catalysis
  • 国際学会
• [学会発表] The Many Dimensions of Stereochemistry: Catalysis, Chemical Biology, Macromolecules, and Synthesis, “Sulfur in the Suzuki- Miyaura Reaction" (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen Crudden
  • 学会等名: Gordon Research Conference
  • 招待講演
• [学会発表] N-heterocyclic Carbenes on Au and Cu Surfaces: Opportunities in ALD and ALE (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen Crudden
  • 学会等名: American Vacuum Society, 65th International symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Advances in the Suzuki-Miyaura Reaction and Catalysis with NHC-modified materials (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen Crudden
  • 学会等名: International Kyoto Conference on Organic Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metal catalysts, clusters and surfaces: Catalytic preparation of chiral bio-molecules and carbon-based self assembled monolayers. (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: Core-to-Core meetings
• [学会発表] N-heterocyclic carbenes as ligands for metal surfaces” and “Organoboron compounds in cross coupling chemistry and as catalysts for FLP reductions (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: 255th ACS National Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Metal catalysts, clusters and surfaces from carbon-based self assembled monolayers (2018)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: Southern Ontario Undergraduate Student Chemistry Conference
• [学会発表] Metal catalysts, clusters and surfaces: From the synthesis of chiral bio-molecules to carbon-based self assembled monolayers (2017)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: 12th International Conference for Heteroatom Chemistry
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Chirality in Coupling Reactions: Stereoetentive Suzuki-Miyaura Cross-couplings and the Development of New Electrophiles for Cross-coupling Chemistry (2017)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: 100th Canadian Society for Chemistry conference
  • 招待講演
• [学会発表] N-heterocyclic Carbenes as Supporting Ligands for Borenium-based Catalysts and on Metal Surfaces (2017)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: 100th Canadian Society for Chemistry conference
  • 招待講演
• [学会発表] Metal catalysts, clusters and surfaces: From the synthesis of chiral bio-molecules to carbon-based self assembled monolayers (2017)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: 12th International Conference on Heteroatom Chemistry
  • 国際学会
• [学会発表] Metal catalysts, clusters and surfaces: From the synthesis of chiral bio-molecules to carbon-based self assembled monolayers (2017)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: International Symposium on Monolayer Protected Clusters
  • 国際学会
• [学会発表] Impact of Research on Training of Highly Qualified Personnel (HQP) (2017)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: 9th Canadian Science Policy Conference
  • 招待講演
• [学会発表] Water-soluble N-heterocyclic carbene protected gold nanoparticles for biological applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Kirsi Salorinne, Renee Man, Henry Li, Masayasu Taki, Masakazu Nambo, Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: 96th CSJ meeting
  • 発表場所: Keio University
• [学会発表] Enhanced stability: Synthesis and characterizations of N-heterocyclic carbene-stabilized gold nanoparticles (2017)
  • 著者名/発表者名: Renee Man, Henry Li, Masakazu Nambo, Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: 96th CSJ meeting
  • 発表場所: Keio University
• [学会発表] Pd-Catalyzed Sequential Arylation of Methyl Sulfone Derivatives toward Straightforward Synthesis of Multiply-arylated Methanes (2016)
  • 著者名/発表者名: Masakazu Nambo, Eric, C. Keske, Jason, P. G. Ryugus, Jacky C.-H. Yim, Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: Gordon Research Conference, Stereochemistry
  • 発表場所: Boston, United States.
  • 年月日: 2016-07-27
  • 国際学会
• [学会発表] Organometallic chemistry at the interfaces: Preparation of biologically active molecules using enantiospecific cross coupling and the design of novel carbon-based monolayers on gold (2016)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: 4th International Symposium on New Frontiers in Materials Science
  • 発表場所: Hokkaido, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Catalysis from Molecules to Materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: Connaught Industry Alliance Symposium
  • 発表場所: Toronto, Canada
  • 招待講演
• [学会発表] New Trends in Organometallic Chemistry leading to Organic Synthesis (2016)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: American Chemical Society Conference
  • 発表場所: Philidelphia, United States.
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Organometallic chemistry for the preparation of biologically important molecules and for the design of novel self assembled monolayers on gold (2016)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: Centre in Green Chemistry and Catalysis annual meeting
  • 発表場所: Montreal, Canada
  • 招待講演
• [学会発表] Organometallic chemistry: Surfaces and Catalysts (2016)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: IRTG Symposium
  • 発表場所: Muenster, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] N-Heterocyclic carbenes as valuable supporting ligands in catalysis: From cross-coupling to borenium catalysis to materials chemistry (2016)
  • 著者名/発表者名: Cathleen M. Crudden
  • 学会等名: Catalysis Division Conference
  • 発表場所: Ottawa, Canada
  • 招待講演
• [備考] IPMI Carol Tyler Award
  • URL: https://www.ipmi.org
• [備考] 2017 Queen’s Prize for Excellence in Research
  • URL: http://www.chem.queensu.ca
• [備考] Congratulations to SYNLETT Best Paper Award 2017
  • URL: https://www.thieme.de/en/thieme-chemistry/2017-winners-123200.htm
• [備考] SYNLETT Best Paper Award 2017
  • URL: http://www.itbm.nagoya-u.ac.jp/en/news/2018/02/Crudden-Synlett.php