ヘテロ原子置換ポルフィリンの合成と励起状態制御による機能創出

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H01190
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 忍久保 洋 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (50281100)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: ポルフィリン / 励起状態 / ヘテロ原子 / 光線力学療法 / 非線形光学応答

研究実績の概要

昨年度の研究において、ポルフィリンの4つのメゾ位の炭素のうち2つを窒素に変換したジアザポルフィリンを還元することによって合成したジアザクロリンおよびジアザバクテリオクロリンが、乳がんの細胞を用いた光線力学療法(PDT)実験において、高いPDT活性を示すことを見いだした。特に、ジアザバクテリオクロリンは800 nmという近赤外光での励起により高い活性を示すことがわかった。そこで、ヒトの乳がんの細胞を移植したゼブラフィッシュの幼生を用いて、個体レベルでのPDT活性を評価した。その結果、760 nmでの光励起により乳がんの細胞の増殖抑制効果を示すことを明らかにした。さらに、これらの分子の励起状態の特性は、励起寿命や過渡吸収スペクトル測定により評価した。その結果、ジアザバクテリオクロリンの一重項酸素発生効率はそれほど高くないことが判明した。したがって、ジアザバクテリオクロリンの高いPDT活性は、従来の光増感による一重項酸素発生とは異なるメカニズムで起こっている可能性があることが明らかになった。
また、ポルフィリン骨格外周部のメゾ位にリンをもつ新規ポルフィリン類縁体の合成に成功していたが、この化合物はの構造および物性について各種スペクトル測定による実験的研究と分子軌道計算による理論的研究を行った。興味深いことに、リン原子上に金を配させると芳香族性が大きく低下し、リンを酸化してリンオキシドとすると反芳香族性へと変化することを見出した。また、リンの酸化に伴って電子状態も大きく変化した。P=O二重結合が強い電子求引基として作用したため、大幅にLUMOエネルギーが低下することが電気化学測定から明らかになった。この結果、化合物の吸収スペクトルは大きく長波長化し、1000 nm以上の近赤外光を吸収できるようになった。このことから、リンを含むポルフィリンは近赤外色素として利用できる可能性が明らかになった。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

ヘテロ原子としてリンを骨格周辺部にもつポルフィリンの合成に世界で初めて成功した。この化合物は芳香族性を持つと予想されていたが、リンを酸化してリンオキシドとすることによって、芳香族性の反転が起こり、反芳香族性になるという興味深い予想外の発見があった。

今後の研究の推進方策

ポルフィリン骨格へのリンの導入が芳香族性に対して予想以上に大きな効果を持つことがわかったことから、複数のリンを導入し分子の電子物性がどのように変化するかを詳しく調査する。また、複数のリン原子が分子の励起状態の特性に与える影響についても明らかにする。

研究成果

• [国際共同研究] Karlsruhe Institute of Technology(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Karlsruhe Institute of Technology
• [国際共同研究] Institut Charles Gerhardt de Montpellier/Institut des Biomolecules Max Mousseron(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Institut Charles Gerhardt de Montpellier/Institut des Biomolecules Max Mousseron
• [国際共同研究] Yonsei University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Yonsei University
• [国際共同研究] Western Washington University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Western Washington University
• [国際共同研究] University of Bath(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Bath
• [雑誌論文] Regioselective Oxidative Ring Cleavage of Antiaromatic Nickel(II) Norcorrole to Dialkoxybis(dipyrrin)s (2019)
  • 著者名/発表者名: Shafie Siham A, Kawashima Hiroyuki, Miyake Yoshihiro, Shinokubo Hiroshi
  • 雑誌名: ChemPlusChem 巻: 84 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1002/cplu.201900068
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ni(II) 10-Phosphacorrole: A Porphyrin Analogue Containing Phosphorus at the Meso Position (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Omori, Satoru Hiroto, Youhei Takeda, Heike Fliegl, Satoshi Minakata, Hiroshi Shinokubo
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 141 ページ: 4800-4805
  • DOI: 10.1021/jacs.8b13169
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Synthesis of Dihydropyrazine-fused Porphyrin Dimers (2019)
  • 著者名/発表者名: Takiguchi Asahi, Wakita Mana, Hiroto Satoru, Shinokubo Hiroshi
  • 雑誌名: Chemistry Letters 巻: 48 ページ: 371-373
  • DOI: 10.1246/cl.190002
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diazachlorin and diazabacteriochlorin for one- and two-photon photodynamic therapy. (2018)
  • 著者名/発表者名: Jean Francois Longevial, Yamaji Ayaka, Aggad Dina, Kim Gakhyun, Chia Wen Xi, Nishimura Tsubasa, Miyake Yoshihiro, Clement Sebastien, Oh Juwon, Daurat Morgane, Nguyen Christophe, Kim Dongho, Gary-Bobo Magali, Richeter Sebastien, Shinokubo Hiroshi
  • 雑誌名: Chemical communications 巻: 54 ページ: 13829-13832
  • DOI: 10.1039/c8cc07489e
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] X-Shaped Cyclobutane-Linked Tetraporphyrins through a Thermal [2+2] Cycloaddition of Etheno-Fused Diporphyrins (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Nagai, Asahi Takiguchi, Masayuki Ueda, Kazuma Oda, Satoru Hiroto, Hiroshi Shinokubo
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 140 ページ: 8392-8395
  • DOI: 10.1021/jacs.8b04673
  • 査読あり
• [学会発表] Synthesis and Properties of Dialkoxybis(dipyrrin)s through Oxidative Cleavage of Norcorrole (2019)
  • 著者名/発表者名: SHAFIE, Siham Asyiqin; KAWASHIMA, Hiroyuki; MIYAKE, Yoshihiro; SHINOKUBO, Hiroshi
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] 5,15-ジアザポルフィリン金属錯体のN-メチル化反応 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西條 真由・西村 翼・CHIA Wen Xi・三宅 由寛・忍久保 洋
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] ジアザポルフィリンマンガン錯体を用いたアルカンの直接的フッ素化反応 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森 しほ・西村 翼・忍久保 洋・三宅 由寛
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] 5,15-ジアザポルフィリン鉄錯体のsp3 C-H酸化触媒としての利用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西村 翼・渡辺 芳人・荘司 長三・忍久保 洋・三宅 由寛
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] ヒドロキシオキソフロリン誘導体の合成と物性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 瀧口 あさひ・忍久保 洋
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会
• [学会発表] Exploration of Antiaromatic Porphyrins (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Shinokubo
  • 学会等名: Core-to-Core and GTR Symposiumon Elements Function for Transformative Catalysis and Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ジヘテロポルフィリンの合成と物性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 忍久保洋
  • 学会等名: 集合有機分子機能セミナー
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] メゾ位にリンを含む新規ポルフィリノイドの合成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 大森裕土・忍久保 洋
  • 学会等名: 第45回有機典型元素化学討論会
• [学会発表] ジアザポルフィリン鉄錯体を用いたアルカンの直接的酸化反応 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西村 翼・荘司 長三・渡辺 芳人・忍久保 洋・三宅 由寛
  • 学会等名: 第49回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
• [学会発表] Synthesis and Properties of Diethoxybis(dipyrrin) through Oxidation of Norcorrole (2018)
  • 著者名/発表者名: Siham Asyiqin Shafie・川島弘之・忍久保洋
  • 学会等名: 第49回 中部化学関係学協会支部連合秋季大会
• [学会発表] 5,15-ジアザポルフィリン鉄錯体触媒を用いたアルカンの直接的酸化反応 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西 村 翼・荘司 長三・渡辺 芳人・忍久保 洋・三宅 由寛
  • 学会等名: 第51回酸化反応討論会
• [学会発表] N-メチル-5,15-ジアザポルフィリン白金およびパラジウム錯体の合成と反応性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西條真由・西村 翼・三宅由寛・忍久保洋
  • 学会等名: CSJ化学フェスタ
• [学会発表] 積み重ねて生みだす芳香族の新次元 (2018)
  • 著者名/発表者名: 忍久保洋
  • 学会等名: CSJ化学フェスタ
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 金属錯体の有機反応による新規ポルフィリン類縁体の合成と物性探求 (2018)
  • 著者名/発表者名: 忍久保洋
  • 学会等名: 第4回材料相模セミナー
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 流れに任せて (2018)
  • 著者名/発表者名: 忍久保洋
  • 学会等名: 2018年π造形若手会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis and properties of novel porphyrins from dipyrrins (2018)
  • 著者名/発表者名: 忍久保 洋
  • 学会等名: Hunan Normal University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 遷移金属ジアザポルフィリン錯体触媒による sp3 C-H 結合の直接的酸化反応 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西 村 翼・荘司 長三・渡辺 芳人・忍久保 洋・三宅 由寛
  • 学会等名: 第65回有機金属化学討論会
• [学会発表] ポルフィリンにおける有機化学と無機化学の接点 (2018)
  • 著者名/発表者名: 忍久保洋
  • 学会等名: 第31回生物無機化学夏季セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Synthesis and Properties of Phosphorus(V) Norcorrole (2018)
  • 著者名/発表者名: Siham Asyiqin Shafie・Takuya Yoshida・ Yoshihiro Miyake・Hiroshi Shinokubo
  • 学会等名: 第29回基礎有機化学討論会
• [学会発表] Synthesis and Properties of meso-Alkyl Norcorroles (2018)
  • 著者名/発表者名: Siyu Liu・Norihito Fukui・Hiroshi Shinokubo
  • 学会等名: 第29回基礎有機化学討論会
• [学会発表] Diazachlorin and Diazabacteriochlorin for In Vivo Two Photon Photodynamic Therapy (2018)
  • 著者名/発表者名: Ayaka Yamaji・Jean Francois Longevial・Dina Aggad・Gakhyun Kim・Wen Xi Chia・Tsubasa Nishimura・Yoshihiro Miyake・Se_bastien Cle_ment・Dongho Kim・Magali Gary-Bobo・Se_bastien Richeter・ Hiroshi Shinokubo
  • 学会等名: 第29回基礎有機化学討論会
• [学会発表] ビススピロ骨格をもつポルフィリン二量体の合成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 瀧口あさひ・坪井秀夫・伊藤覚・廣戸聡・忍久保洋
  • 学会等名: 第29回基礎有機化学討論会
• [学会発表] 反芳香族ポルフィリンから探る新たな芳香族性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 忍久保洋
  • 学会等名: 有機合成夏期セミナー「明日の有機合成化学」
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Functionalization and Properties of Norcorroles (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Shinokubo
  • 学会等名: 10th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Synthesis of novel porphyrins from dipyrrins (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Shinokubo
  • 学会等名: Supramolecular Chemistry of Nitrogen Ligands
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新規ポルフィリン類縁体の合成と物性の探求 (2018)
  • 著者名/発表者名: 忍久保洋
  • 学会等名: 新潟大学大学院講演会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 可逆的に構造変化するポルフィリン二量体の合成とフラーレンとの包接挙動 (2018)
  • 著者名/発表者名: 瀧口あさひ、廣戸聡、忍久保洋
  • 学会等名: 第113回有機合成シンポジウム
• [学会発表] Synthesis of N-methyl-5,15-diazaporphyrin exhibiting high electron accepting ability (2018)
  • 著者名/発表者名: Chia Wen Xi, T. Nishimura, H. Omori, H. Shinokubo
  • 学会等名: 第113回有機合成シンポジウム
• [学会発表] Exploration of Novel Porphyrins from Dipyrrin Precursors (2018)
  • 著者名/発表者名: H. Shinokubo
  • 学会等名: Japanese-Spanish Post-Symposium in Organic Synthesis in Nagoya
  • 国際学会 / 招待講演