官能基化された分子ブロックおよび反応場の設計による超分子触媒の創製

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K08225
• 研究機関: 東京理科大学
• 研究代表者: 青木 伸 東京理科大学, 薬学部生命創薬科学科, 教授 (00222472)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 超分子 / 自己集積 / 酵素モデル / リン酸モノエステル / 加水分解 / 触媒 / 二相系

研究実績の概要

人工の分子集積体（超分子）の化学の発展は目覚しいが、触媒機能を有する超分子の例は非常に限られている。その主な理由として、i)酵素のように反応中心で酸と塩基を一定の距離間隔で配置する人工触媒の設計が困難である事、ii)反応の遷移状態を安定化する触媒設計が未開拓である事、iii)従来のモデル錯体は金属イオンの第一配位圏の再現だけにとどまり、アミノ酸などの触媒基を、活性中心周囲（外圏）に三次元的に配置できていない事、iv) 上記の条件を満たす構造を共有結合でつくるには長い合成ルートが必要であり、しかも極少量しか合成できず、詳細な解析ができない事、が挙げられる。これらを克服するためには、様々な官能基をもつ分子ブロックを短時間で多数合成し、溶液中で混合するだけで多様な三次元的活性中心を構築する必要がある。
そこで本研究は、分子間相互作用による自己集積的分子構築によって、三次元的に官能基を配置した酵素類似活性中心を構築した。官能基化された分子ブロックを合成し、その他の分子と混合するだけで、金属活性中心と触媒官能基が三次元的に配置された超分子を創製した。長鎖アルキル基を一つだけ導入した二核亜鉛錯体と化学修飾したバルビタール誘導体と銅イオンの組み合わせによる超分子を有機溶媒とpH緩衝水溶液の二相系溶媒で構築し、リン酸モノエステルのの加水分解を行ったところ、大きな反応加速と触媒回転を確認した。結果として、酵素モデルを様々な分子部品を組わ合わせて自己集積させて構築したこと、二相系溶媒（有機溶媒／水）によって反応を行ったこと、二相系の人工的反応であるにも関わらず、天然酵素と同様の速度論的法則（Michaelis-Menten速度論）に従うこと、反応が触媒回転することなどを明らかにした。天然酵素による触媒的反応機構の物理化学的理解の一端になるものと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] The Design and Green Synthesis of Novel Benzotriazoloquinolinyl Spirooxindolopyrrolizidines: Antimycobacterial and Antiproliferative Studies (2020)
  • 著者名/発表者名: V. Pogaku, V. S. Krishna, C. Balachandran, K. Rangan, D. Sriram, S. Aoki, S. Basavoju,
  • 雑誌名: Carbohydrate Res. 巻: 487 ページ: 107888(12pages)
  • DOI: 10.1039/c9nj03802g
  • 査読あり
• [雑誌論文] One-Pot Synthesis of Cyclic Oligosaccharides by the Polyglycosylation of Monothioglycosides (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Someya, G. Ishigami, T. Itoh, Y. Saga, Y. Yamada, and S. Aoki,
  • 雑誌名: Carbohydrate Research 巻: 487 ページ: 107888(12pages)
  • DOI: org/10.1016/j.carres.2019.107888
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unprecedented Formation of Palladium(II)-Pyrazole Based Thiourea from Chromone Thiosemicarbazone and [PdCl2(PPh3)2]: Interaction with Biomolecules and Apoptosis through Mitochondrial Signaling Pathway (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Jebiti, C. Balachandran, M. Muthu T. Y. Arun, N. S. P. Bhuvanesh, S. Aoki, and R. Karvembu,
  • 雑誌名: J. Inorg. Biochem. 巻: 205 ページ: 110988(11pages)
  • DOI: org/10.1016/j.jinorgbio.2019.110988
  • 査読あり
• [雑誌論文] Iron Oxide Nanoparticle Core-Sell Magnetic Microspheres: Applications toward Targeted Drug Delivery (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Ayyanaar, M. P. Kesavan, C. Balachandran, S. Rasala, S. Aoki, J. Rajesh, T. Webster, G. Rajagopal
  • 雑誌名: Nanomed. Nanotech. Biol. Med., 巻: 24 ページ: 102134(11pages)
  • DOI: org/10.1016/j.nano.2019.192134
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Simple and Convenient Method for the Isolation, Culture, and Re-collection of Cancer Cells from Blood by Using Glass-Bead Filters (2019)
  • 著者名/発表者名: B. Shashni, H. Matsuura, R. Saito, T. Hirata, S. Ariyasu, K. Nomura, H. Takemura, K. Akimoto, N.Aikawa, A. Yasumori and S. Aoki,
  • 雑誌名: ACS Biomater. Sci. Eng 巻: 5 ページ: 438-452
  • DOI: 10.1021/acsbiomaterials.8b01335
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stereoselective Aldol Reactions of Dihydroxyacetone Derivatives Catalyzed by Chiral Zn2+ Complexes (2019)
  • 著者名/発表者名: M. Yasuda, Y. Saga, T. Tokunaga, S. Itoh, and S. Aoki
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 75 ページ: 5603-5616
  • DOI: org/10.1016/j.tet.2018.12.060
  • 査読あり
• [雑誌論文] Catalytic Hydrolysis of Phosphate Monoester by Supramolecular Phosphatases Formed from a Monoalkylated Dizinc(II) Complex, Cyclic Diimide Units & Copper(II) in Two-Phase Solvent System (2019)
  • 著者名/発表者名: A. B. Rahman, H. Imafuku, Y. Miyazawa, A. Kafle, H. Sakai, Y. Saga, and S. Aoki
  • 雑誌名: Inorg. Chem. 巻: 58 ページ: 5603-5616
  • DOI: 10.1021/acs.inorgchem.8b03586
  • 査読あり
• [雑誌論文] Design, Synthesis, DNA/HSA Binding and Cytotoxic Activity of Half-Sandwich Ru(II)-Arene Complexes Containing Tiarylamines-Thiosemicarbazone Hybrids (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Jeyalakshmi, J. Haribabu, C. Balachandran, E. Narmatha, N. S. P. Bhuvanesh, S. Aoki, and Ramasamy Karvembu
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 4 ページ: 11712-11723
  • DOI: org/10.1039/C8NJ04246B
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Catalytic Hydrolysis of Phosphate Monoester by Supramolecular Complexes Formed by the Self-Assembly of a Hydrophobic Bis(Zn2+-Cyclen) Complex, Copper, and Barbital Units that are Functionalized with Amino Acids in a Two-Phase Solvent System (2019)
  • 著者名/発表者名: Y. Miyazawa, A. B. Rahman, Y. Saga, H. Imafuku, Y. Hisamatsu, and S. Aoki
  • 雑誌名: Micromachines 巻: 10 ページ: 452 (24 pages)
  • DOI: org/10.3390/mi10070452
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Design, Synthesis, and Anticancer Activity of Iridium(III) Complex-Peptide Hybrids that Contain Hydrophobic Acyl Groups at the N-terminus of the Peptide Units (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Naito, K. Yokoi, C. Balachandran, Y. Hisamatsu, and S. Aoki,
  • 雑誌名: J. Inorg. Biochem. 巻: 199 ページ: 110785(17pges)
  • DOI: org/10.1016/j.jinorgbio.2019.110785
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Zn2+ Coordination Structures in Chiral Zn2+ Complexes Based on Shape Measurement Factors: Relationships between Activity and the Coordination Structure (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Aoki, C. Kikuchi, Y. Kitagawa, Y. Hasegawa, S. Sonoike, Y. Saga, and M. Hatanaka,
  • 雑誌名: Eur. J. Inorg. Chem. 巻: - ページ: 4740-4751
  • DOI: 10.1002/ejic.201900934
  • 査読あり
• [雑誌論文] NHC Catalyzed Green Synthesis of Functionalized Chromones: DFT Mechanistic Insights and in vitro Activities in Cancer Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: N. Murugesh, J. Haribabu, K. Arumugam, C. Balachandran, R.Swaathy, S. Aoki, A. Sreekanth, R. Karvembu, and S. Vedachalam
  • 雑誌名: New J. Chem. 巻: - ページ: 13509-13525
  • DOI: 10.1039/c9nj02650a
  • 査読あり
• [雑誌論文] A New Class of&Pyrrolidino-1,2,3-triazole Derivatives as β-Adrenergic Receptor Inhibitors: Synthesis, Pharmacological and Docking Studies (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Easwaramoorthi, J. A. Rajendran, K. C. Rao, C. Balachandran, Y. Arun, S. M. Mahalingam, N. Arumugam, A. I. Almansour, R. S. Kumar, D. M. Al-thamili, S. Aoki,
  • 雑誌名: Molecules 巻: 24 ページ: 3501 (19 pages)
  • DOI: org/10.3390/molecules24193501
  • 査読あり
• [学会発表] 672.Design and Synthesis of Artificial Phosphatases Formed by the Self-Assembly of Monoalkylated Dizinc(II) Complex, Copper, and Diimide Units Functionalized with Lewis Acid or Crown Ether Moities (2020)
  • 著者名/発表者名: Akib Bin Rahman, Yuya Miyazawa, and Shin Aoki
  • 学会等名: 7th International Postgraduate Conference on Pharmaceutical Sciences 2020 (iPoPS2020)、2/27~2/28、2020, Noda, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Design and Synthesis of Supramolecular Complexes Formed by the Self-Assembly of Monoalkylated Dizinc(II) Complex, Copper, and Diimide Units with Lewis Acid or Crown Ether Moieties (2020)
  • 著者名/発表者名: Akib Bin Rahman, Yuya Miyazawa, and Shin Aoki
  • 学会等名: Akib Bin Rahman, Yuya Miyazawa, and Shin Aoki
  • 招待講演
• [学会発表] 2.モノアルキル化された二核亜鉛錯体と有機分子ブロックの自己集積による超分子ホスファターゼの設計・合成とリン酸モノエステル加水分解活性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 青木 伸、Akib Bin Rahman、宮澤 有哉、嵯峨 裕
  • 学会等名: 第17回ホストゲスト・超分子化学シンポジウム
• [学会発表] Design and Synthesis of Cyclometalated Iridium(III) Complex-Peptide Hybrids for the Induction of Cancer Cell Death (2019)
  • 著者名/発表者名: Shin Aoki
  • 学会等名: The 9th World Congress on Chemistry and Medicinal Chemistry (WCC2019)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 23.Design, Synthesis, and Phosphatase Activities of Supramolecular Complexes Inspired by an Active Center of Alkaline Phosphatase (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuya Miyazawa, Yutaka Saga, Akib Bin Rahman, Hiroki Imafuku, Shin Aoki
  • 学会等名: 錯体化学会第69回討論会
• [学会発表] 25.Design and Synthesis of Metallosupramoelcular Catalysts in Two-Phase Solvent Systems that Mimic Natural Enzymes (2019)
  • 著者名/発表者名: Shin Aoki
  • 学会等名: 7th Asian Congress on Coordination Chemistry (ACCC7)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 646.Design and Synthesis of Tetrakis(Zn2+-cyclen) Complex Bridged with an Alkyl Chain for the Contruction of Supramolecular Phosphatase by Self-Assembly with Barbital and Copper(II) (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuka Kobayashi, Akib Bin Rahman, Yuya Miyazawa, Yutaka Saga, and Shin Aoki
  • 学会等名: 7th Asian Congress on Coordination Chemistry (ACCC7)
  • 国際学会
• [学会発表] 659.Design & Synthesis of Supramolecular Phosphatases Based on Self-Assembly of Molecular Building Blocks & Mechanistic Study by Means of Imaging of Reaction Mixtures (2019)
  • 著者名/発表者名: Akib Bin Rahman, Yuya Miyazawa, Ananda Kafle, Hideki Sakai, Yutaka Saga, and Shin Aoki
  • 学会等名: 東京理科大学総合研究院イメージングフロンティアセンターシンポジウム
• [備考] 東京理科大学薬学部ホームページ
  • URL: https://www.rs.noda.tus.ac.jp/aokilab/