| 研究課題/領域番号 |
18KK0156
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
林 高史 大阪大学, 工学研究科, 教授 (20222226)
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| 研究分担者 |
大洞 光司 大阪大学, 工学研究科, 准教授 (10631202)
吉川 佳広 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (30373294)
北岸 宏亮 同志社大学, 理工学部, 教授 (60448090)
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| 研究期間 (年度) |
2018-10-09 – 2023-03-31
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| キーワード | ポルフィリン / シクロデキストリン / 超分子化学 |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、ヘムタンパク質に含まれる補因子のヘム分子（鉄ポルフィリン）に着目し、ヘム類縁体である金属ポルフィリンを基盤とする触媒およびデバイスの創製について、日本の研究グループとフランスの研究グループの各々が共通の課題のもとに分子設計、合成、評価を行い、その結果を共有しながら議論を進めることを目的としている。特に、ポルフィリン分子の骨格変換やシクロデキストリン等を用いた周辺の精密な分子環境設計を実施し、高活性な分子中心として機能する金属ポルフィリン類縁体の新規触媒としての利用および、金属ポルフィリン類縁体の集積化に基づくエネルギー・電子移動デバイスの開発を行う。将来的には、分子レベルでの合理的な設計に基づく太陽電池や燃料電子の電極、人工光合成デバイスとして展開可能な基盤技術の獲得をめざす。
当該年度は、ようやく、日本側から博士後期課程1年の学生をストラスブールに3ヶ月の期間派遣して、共同研究を実際に開始することができた。具体的には自己集積するストラップポルフィリンの合成方法の改良を行い、ビピリジンを架橋に有する新しい化合物の合成を進め、収率の向上と同定を完了した。また、これとは別に、日本側では、人工光合成系構築を指向した金属ポルフィリンを補因子として含有するヘムタンパク質の新しい集積体の創製や、合成ポルフィリンとシクロデキストリン二量体を用いた新しい水溶性ヘムタンパク質モデルの構築、さらには、ポルフィリンをユニットとする分子集積体のSTMでの解析技術の評価系の確立を継続的に進め、フランス側と、相互の情報交換を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
当該年度は、ようやく日本からフランスへの学生派遣が実現で、実質的な共同実験は一部再開できた。特に、派遣した学生はストラスブール大学で、これまでWeiss教授を行っている自己集積能を有するストラップポルフィリンの改良の一環として、フェナンスロリンの代わりにビピリジルをアームに有する新しい化合物の開発を進め、これまで難しかった途中の合成の条件検討を行い、高収率で目的化合物を得ることに成功した。さらに、亜鉛錯体を合成し、イミダゾールの配位滴定実験も実施し、今後、本化合物が超分子構造を示す集合体に展開できることを確認した。この化合物は将来、本研究分担者の吉川研究員（産総研）のもとで、基板上での集積化の評価をSTMを用いて実施することになっている。一方、レンヌ第一大学のBiotrel教授との共同研究では、ストラップポルフィリンとシクロデキストリン二量体を組み合わせて，新しい水溶性ヘムタンパク質モデルを構築し，ガス結合挙動についてデータを収集し、特に酸素分子と鉄ポルフィリンの結合・解離速度をもとめ、酸素結合ヘムタンパク質モデルとしての議論を深めた。
さらなる研究交流はコロナ禍の下で、なかなか進みにくかったが、昨年５月下旬に、日仏合同でオンラインのセミナーを開催し、メンバー全員での討議と今後の予定をディスカッションした。また、研究代表者の林が年度末にストラスブールに立ち寄り、今後の共同研究とさらなる学生の派遣、及び当該年度の学生の成果をもとした論文作成について協議を行った。
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| 今後の研究の推進方策 |
ようやく、日仏間での往来が可能になりつつあるので、これまでの研究成果も含めて、本プロジェクトのまとめと、今後のさらなる共同研究の展開を令和４年度で協議する予定である。特に、令和４年度は最終年度ではあるが、ストラスブール大学のDominique Armspach教授もフランス側の研究協力者として参加することになり、さっそく、令和4年度に来日することが決まったため研究分担者の北岸教授（同志社大）とともにシクロデキストリンを組み込んだポルフィリンの超分子化も、今後の展開として模索する。また、ストラスブール大学のJean Weiss教授の来日も予定されており、今後の学生の派遣も含めた共同研究の協議をする機会が増えると予想される。具体的には、(1)ストラップ型金属ポルフィリンのシクロデキストリンダイマーによるカプセル化と、得られた複合体を用いた水中で選択的に酸素4電子還元が可能なシトクロムcオキシダーゼモデルの構築や、(2)エネルギー・電子移動材料を指向した新しい集積型ストラップ金属ポルフィリノイドの開発、(3)光合成に学ぶ人工光捕集系の分子デザインとその構築をさらに進め 、光エネルギーの効率的捕捉を実施し、触媒分子と組みわせ、化学エネルギーへのスムーズな変換をめざす。以上の研究課題を通じて、高機能触媒の開発、電子移動 材料の構築、光捕集系の創製を指向したポルフィリンの集積体の調製を引き続き行う。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
新型コロナ感染拡大によって、共同研究のとりまとめに関する議論が、直接実施することができなかったため、改めて令和4年度にフランスのグループを招へいし、国際共著論文作成のディスカッションを行うことにした。したがって、その旅費の経費を令和4年度に計上した。
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