呼吸類似酸化還元反応と共役したイオンの膜透過反応の解析と新規膜分離法の開発

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11440216
• 研究機関: 京都工芸繊維大学
• 研究代表者: 木原 壯林 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 教授 (60161543)
• 研究分担者: 吉田 裕美 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 助手 (40314306) ; 前田 耕治 京都工芸繊維大学, 工芸科学研究科, 助教授 (00229303)
• キーワード: 生体膜での呼吸反応 / 人工液膜系での生体類似膜反応 / 素過程 / 電気化学の基礎概念と方法論 / 新タイプの膜透過反応 / 平行膜透過反応 / 微小界面ボルタンメトリー / 有機相中のヒドロキノンと水相中の酸素

研究概要

本研究は、生体膜での呼吸反応に類似した反応を、酵素やタンパクを含まない人工液膜系で実現し、その反応に関与する素過程を電気化学の基礎概念と方法論によって解明して、生体膜反応の本質の理解を進展させようとするものである。本年度は次の3件の研究が進展した。
[1]新タイプの生体類似膜反応
一般に、電荷の膜透過反応といえば、電荷が一方の水相から取り込まれ、膜を横切り、他の水相へと放出される反応を意味する。しかし、電荷が水相のある場所で膜に取込まれ、膜中を移動して、別の場所で元の水相に戻る反応、あるいは、電荷がある場所で膜から水相に移動し、水相中を移動し、別の場所で膜に戻る反応も膜透過反応と見なすことができる。後者を平行膜透過反応と呼ぶことにした。検討の結果、(1)平行膜透過反応は、水相中あるいは膜中の2地点間に膜に沿った電位勾配が存在するとき生じること、(2)平行膜透過反応では、水相/膜界面電位差も膜に沿って変化するので、膜のある部分は特定の電荷の水相から膜への取込みや膜から別の水相への放出に適した界面電位差となり得るので、平行膜透過反応は垂直膜透過反応を誘起することが分った。平行膜透過反応およびそれに伴う垂直膜透過反応の理解は、生体膜でのイオンや電子の移動とその共役関係の解明の基礎を与えると期待される。
[2]人工液膜系での呼吸類似反応のボルタンメトリー的概念による理解
膜と見なせる有機相中のヒドロキノン誘導体と水相中の酸素との界面酸化還元反応と、それと共役したプロトンの界面移動反応をほぼ完全に解析し、水相/有機相界面では均質溶液では生じ得ない特異な反応が生じることを明らかにした。
[3]微小水相/有機相界面ボルタンメトリーの開発
従来の水相/有機相界面電荷移動ボルタンメトリーのもつ、親水性イオンの移動を観察できない、低誘電率溶媒には適用できないなどの難点を、界面を微小化することによって克服した。

研究成果

• [文献書誌] K.Maeda,S.Nagami,Y.Yoshida,H.Ohde and S.Kihara: "Voltammetric elucidation of the process of self-sustained potential oscillation observed with a liquid membrane system composed of water containing cetyltrimethylammonium chloride/nitrobenzene containing picric acid/pure water"J.Electroanal.Chem.. Vol.496. 124-130 (2001)
• [文献書誌] N.Kurauchi,Y.Yoshida,N.Ichieda,H.Ohde,O.Shirai,K.Maeda and S.Kihara,: "Membrane transport process in the presence of an applied electrical potential gradient parallel to the aqueous/membrane interface"J.Electroanal.Chem.. Vol.496. 118-123 (2001)
• [文献書誌] H.Ohde,A.Uehara,Y.Yoshida,K.Maeda and S.Kihara: "Some factors in voltammetric measurement of ion transfer at the micro aqueous/organic solution interface"J.Electroanal.Chem.. Vol.496. 110-117 (2001)
• [文献書誌] H.Ohde,K.Maeda,Y.Yoshida and S.Kihara: "Redox reactions between molecular oxygen and tetrachlorohydroquinone at the aqueous/organic interface"J.Electroalal.Chem.. Vol.483. 108-116 (2000)
• [文献書誌] H.Ohde,F.Hunt,S.Kihara and C.M.Wai: "Voltammetric measurement in supercritical CO_2 utilizing a water-in-CO_2 microemulsion"Anal.Chem.. Vol.72. 124-130 (2000)
• [文献書誌] H.Takeishi,Y.Kitatsuji,T.Kimura,Y.Meguro,Z.Yoshida and S.Kihara: "Solvent extraction of uranium, neptunium, plutonium, americium, curium and californium ions by bis (1-penyl-3-methyl-4-acylpyrazol-5-one) derivatives"Anal.Chim.Acta. (印刷中).
• [文献書誌] S.Kihara,H.Ohde,K.Maeda,Y.Yoshida and O.Shirai: ""Biomimetic charge transfers through artificial membranes" in "Liquid Interfaces in Chemical,Biological and Pharmaceutical Application""A.Volkov ed.,Marcel Dekker,New York. 27 (2001)
• [文献書誌] K.Maeda and S.Kihara: ""The oscillation of membrane potential or membrane current" in "Liquid Interfaces in Chemical, Biological and Pharmaceutical Application""A.Volkov ed., Marcel Dekker, New York . 19 (2001)