含窒素複素環式カルベンを有する人工生体触媒の創成と有機合成への応用

• 研究課題/領域番号: 25288078
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 一部基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生体関連化学
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 依馬 正 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (20263626)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円); 2017年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2016年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2015年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2014年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2013年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 生体触媒 / 有機触媒 / 含窒素複素環式カルベン / 無溶媒 / 酵素 / 酵素反応 / 人工酵素 / 触媒・化学プロセス / 生体機能利用 / 化学修飾 / 人工生体触媒

研究成果の概要

炭素-炭素結合形成反応を触媒できる人工生体触媒を創成した。リパーゼの活性中心セリン残基と結合させるためにリン酸エステルを連結したNHC前駆体1を13段階で合成した。1をリパーゼに混ぜて両者が連結した人工生体触媒CALB-1を得た。ベンズアルデヒドのベンゾイン反応を触媒した。
変異導入でリパーゼのイソロイシン287をシステインに置換したI287C変異体を化学修飾した。
無溶媒でNHC触媒反応を行うと従来より少ない触媒量でも反応が進行することを発見した。触媒的な固体-液体又は固体-固体変換反応も進行した。固体-固体変換反応においては、固体混合物が部分的に融けた半固相状態を経由して反応が進行した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

C-C結合形成反応を触媒できる汎用酵素は極めて希である。生体触媒は、環境に優しく持続的発展を可能にする技術の１つであるが、C-C結合形成反応を触媒できるものが少ないため、これを打破する革新的手法が待ち望まれていた。本研究では、C-C結合形成反応を触媒できる活性種として含窒素複素環式カルベン（NHC）を選択し、NHC前駆体をタンパク質反応場であるリパーゼに導入することにより、人工生体触媒を創成し、実際にC-C結合形成反応を触媒することを確認した。C-C結合形成反応を触媒する人工生体触媒を創成できることを実証した本研究の意義は極めて大きい。

研究成果

• [雑誌論文] Solvent-Free Benzoin and Stetter Reactions with a Small Amount of NHC Catalyst in the Liquid or Semisolid State (2016)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Ema, Yoshiko Nanjo, Sho Shiratori, Yuta Terao, Ryo Kimura
  • 雑誌名: Organic Letters 巻: 18 号: 21 ページ: 5764-5767
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.6b03115
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chemical Modification of Lipase for Rational Enhancement of Enantioselectivity (2015)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Ema, Hiroki Inoue
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 44 号: 10 ページ: 1374-1376
  • DOI: 10.1246/cl.150667
  • NAID: 130005101495
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 効率的利用を目指したNHC触媒反応の条件検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岩井健太，小野真一，南條喜子，前田千尋，高石和人，依馬 正
  • 学会等名: 2018年日本化学会中国四国支部大会
• [学会発表] 微量のNHC触媒を用いる無溶媒benzoin反応とStetter反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小野真一，南條喜子，前田千尋，高石和人，依馬 正
  • 学会等名: 第28回基礎有機化学討論会
• [学会発表] ペンタフルオロフェニル基を有するNHC有機触媒を用いた無溶媒benzoin反応とStetter反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小野真一，南條喜子，前田千尋，高石和人，依馬 正
  • 学会等名: 第44回有機典型元素化学討論会
• [学会発表] 無溶媒で液体または固体の基質を用いるNHC有機触媒反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小野真一，南條喜子，前田千尋，高石和人，依馬 正
  • 学会等名: 日本化学会中国四国支部大会
• [学会発表] 微量のNHC有機触媒を用いる無溶媒ベンゾイン反応とStetter反応 (2017)
  • 著者名/発表者名: 白鳥 翔，南條喜子，前田千尋，高石和人，依馬 正
  • 学会等名: 日本化学会第97春季年会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] NHC有機触媒を用いた無溶媒ベンゾイン反応 (2016)
  • 著者名/発表者名: 南條喜子，寺尾雄太，木村 涼，前田千尋，高石和人，依馬 正
  • 学会等名: 日本化学会第96春季年会
  • 発表場所: 同志社大学
  • 年月日: 2016-03-25
• [学会発表] Creation of Chemically Modified Lipases and Application to Organic Synthesis (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Inoue, Chihiro Maeda, Tadashi Ema
  • 学会等名: Active Enzyme Molecule 2014
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2014-12-18
• [学会発表] 有機合成への応用を目的とした化学修飾リパーゼの創成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井上浩希，前田千尋，依馬 正
  • 学会等名: 第8回バイオ関連化学シンポジウム
  • 発表場所: 岡山
  • 年月日: 2014-09-11
• [学会発表] 化学修飾リパーゼの創成と有機合成への応用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 井上浩希，前田千尋，依馬 正
  • 学会等名: モレキュラー・キラリティー2014
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-06-07