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2022 年度 実績報告書

膜酵素を模倣した金属ペプチド錯体の開発と水中における光化学的CO2還元触媒反応

研究課題

研究課題/領域番号 20K05531
研究機関関西大学

研究代表者

石田 斉  関西大学, 化学生命工学部, 教授 (30203003)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード二酸化炭素還元 / 金属錯体 / ペプチド / 光触媒 / ミセル / 人工光合成
研究実績の概要

近年、光化学的CO2還元触媒反応に注目が集まっているが、そのほとんどは有機溶媒中で行われており、水中での反応は研究例が極めて少ない。この原因として、CO2還元と水素発生が競合すること、触媒への電子移動効率の低下などが指摘されている。本研究では、水中における触媒反応を妨げる原因となっている光増感分子から触媒分子への電荷分離効率を上げるため、ミセル界面を反応場とした光化学的CO2還元触媒反応について検討した。特に、触媒分子としてビピリジン型非天然アミノ酸を導入したペプチド鎖が配位したルテニウム錯体を用いることにより、触媒分子への様々な修飾が容易に行えるよう分子設計を行った。まず、ミセルへ取り込ませるためにペプチド配位子のN末端側に長鎖アシル基を導入した。また、第二配位圏にヒスチジンなど水素結合性側鎖をもつアミノ酸を導入した。これらの合成はFmoc固相法により行っている。
光化学的CO2還元触媒反応は、得られたルテニウム錯体触媒を取り込んだCO2飽和ミセル水溶液に、ルテニウムトリス(ビピリジン)錯体を光増感剤、アスコルビン酸を電子源とし、可視光照射により行った。触媒反応生成物は主に一酸化炭素とギ酸であり、水素発生も同時に観測された。これらの生成物の気体成分はガスクロマトグラフ、ギ酸はキャピラリー電気泳動で分析した。触媒分子の構造(アシル鎖長・構成アミノ酸の違い)に加えて、ミセルの種類(カチオン性・中性・アニオン性)、溶液のpHなど反応条件の違いによる影響を検討した。傾向としては鎖長の長いアシル基の導入が必要であり、中性ミセル中での触媒活性が最も高効率であった。また、pHは観測可能な範囲内では高いほうが良い傾向がみられた。これらの結果を基に、さらに構造の異なる触媒分子の開発を行う必要があると考えられる。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [学会発表] Photocatalytic CO2 Reduction by Ruthenium Complexes towards Artificial Photosynthesis2023

    • 著者名/発表者名
      Hitoshi Ishida
    • 学会等名
      2nd OUS Frontier Symposium: Functional Complexes and Their New Applications
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 2,2'-ビピラジン配位子を有する新規なルテニウム錯体の合成と光物性2022

    • 著者名/発表者名
      安藤光希、横山鈴奈、矢島辰雄、石田 斉
    • 学会等名
      第33回配位化合物の光化学討論会
  • [学会発表] 5,5'位にアミド基を有する 2,2'-ビピリジン配位子をもつルテニウム錯体の光物性・触媒作用2022

    • 著者名/発表者名
      定見捷冶、石田 斉
    • 学会等名
      第33回配位化合物の光化学討論会
  • [学会発表] 両親媒性ペプチド配位子を有するルテニウム錯体の合成とミセル系における光触媒作用2022

    • 著者名/発表者名
      林 陸斗、神戸瑞季、石田 斉
    • 学会等名
      第33回配位化合物の光化学討論会
  • [学会発表] RuおよびMnビピリジンカルボニル錯体の光化学的還元二量化反応2022

    • 著者名/発表者名
      三宅佑弥、富原大貴、山下晃一、石田 斉
    • 学会等名
      第33回配位化合物の光化学討論会
  • [学会発表] ビピリジン型非天然アミノ酸を含むペプチド配位子による鉄(II)イオンの錯形成2022

    • 著者名/発表者名
      川北海斗、石田 斉
    • 学会等名
      錯体化学第72回討論会
  • [学会発表] 両親媒性ペプチド配位子を有するルテニウム錯体によるミセル系における光化学的CO2還元反応2022

    • 著者名/発表者名
      林 陸斗、神戸 瑞季、石田 斉
    • 学会等名
      錯体化学第72回討論会
  • [学会発表] ルテニウムビピリジンカルボニルダイマーの近赤外吸収2022

    • 著者名/発表者名
      三宅佑弥、富原大貴、山下晃一、石田 斉
    • 学会等名
      錯体化学第72回討論会
  • [学会発表] 電位の異なるルテニウム錯体の合成: Z スキーム型人工光合成を目指して2022

    • 著者名/発表者名
      安藤光希、矢島辰雄、石田 斉
    • 学会等名
      錯体化学第72回討論会
  • [学会発表] ルテニウム(5,5'-ジアミド-2,2'-ビピリジン)錯体による光化学的 CO2還元触媒反応2022

    • 著者名/発表者名
      定見捷冶、石田 斉
    • 学会等名
      錯体化学第72回討論会
  • [学会発表] ペプチドと金属錯体の融合:ペプチド折り紙から人工光合成へ2022

    • 著者名/発表者名
      石田 斉
    • 学会等名
      第37回関西地区ペプチドセミナー
    • 招待講演
  • [備考] 関西大学 化学生命工学部 化学・物質工学科 錯体機能化学研究室

    • URL

      https://wps.itc.kansai-u.ac.jp/sakutai/

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公開日: 2023-12-25  

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