光合成系をモデルとした光応答超分子ナノデバイスの構築

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22245030
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 民秋 均 立命館大学, 薬学部, 教授 (00192641)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 超分子化学 / 光物性 / マイクロ・ナノデバイス / 生体分子 / 光合成

研究実績の概要

1. 会合性ポルフィリン類の合成：緑色光合成細菌の主たる光合成アンテナであるクロロゾームにおけるクロロフィル分子をモデルとして、アキシャル配位子を取りやすいクロロフィル誘導体の亜鉛錯体を新たに合成した。3位上の置換基として従来の酸素官能基以外に窒素や硫黄官能基の導入や、13位のケトカルボニル基の(ジ)シアノエチレン基への改変に成功した。またクロスカップリング法を利用して20位に様々な炭化水素基を導入することにも成功した。さらに、緑色光合成細菌のクロロフィル合成酵素の一つである8-ビニル還元酵素を欠損させた変異株を利用して、8位にビニル基有するクロロゾーム型クロロフィルを新たに調製した。
2. J会合体の構築：上述の半合成あるいは生合成ポルフィリン分子を、ヘキサンのような疎水性有機溶媒中や中性界面活性剤であるTriton X-100水溶液中に分散させて、クロロゾーム型J会合体を形成させることに成功した。31位の水酸基以外に、一級アミノ基でもがあってもJ会合体を形成しうるが、チオール基では二量体のような小さい会合体しか形成しなかった。また、13位への電子吸引基の導入と、20位への立体的に比較的込み合っていない置換基の導入が、J会合体形成にとって有用であることも判明した。
3. 超分子系の機能解明：バクテリオクロロフィルeを構成分子とする緑色硫黄細菌のクロロゾームにおける光収穫・励起エネルギー移動を、低温･高速2次元電子相関分光法を用いて検討し、その自己会合体内で超高速・高効率での励起子移動を確認した。
4. 光応答超分子ナノデバイスの創製：2で示したJ会合体をガラス基板上で調製することに成功し、さらにその上に光励起エネルギー受容体となる新たな分子を修飾することにも成功した。このような2成分系では、励起一重項エネルギー移動が可能であり、人工光合成アンテナとして機能した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis of methyl C132-alkylated pheophorbides a/a' and their stereochemical characterization (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Ogasawara, H. Tamiaki
  • 雑誌名: Tetrahedron: Asymmetry 巻: 26 ページ: 46-52
  • DOI: 10.1016/j.tetasy.2014.11.017
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The 17-propionate esterifying variants of bacteriochlorophyll-a and bacteriopheophytin-a in purple photosynthetic bacteria (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Mizoguchi, M. Isaji, J. Harada, Y. Tsukatani, H. Tamiaki
  • 雑誌名: J. Photochem. Photobiol. B: Biol. 巻: 142 ページ: 244-249
  • DOI: 10.1016/j.jphotobiol.2014.12.013
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis and physical properties of carbonylated chlorophyll derivatives (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tamiaki, T. Tanaka
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 71 ページ: 1915-1923
  • DOI: 10.1016/j.tet.2015.02.026
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of carboxylated chlorophylls and their application as functional materials (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Sasaki, X.-F. Wang, T. Ikeuchi, H. Tamiaki
  • 雑誌名: J. Porphyrins Phthalocyanines, 巻: 19 ページ: 517-526
  • DOI: 10.1142/S1088424615500418
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis, optical properties and protonation of chlorophyll derivatives appending a pyridyl group in the C3-substituent (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Yamamoto, H. Tamiaki
  • 雑誌名: Dyes Pigments 巻: 118 ページ: 159-165
  • DOI: 10.1016/j.dyepig.2015.03.006
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rhodobacter sphaeroides mutants overexpressing chlorophyllide a oxidoreductase of Blastochloris viridis elucidate functions of enzymes in late bacteriochlorophyll biosynthetic pathways (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsukatani, J. Harada, J. Nomata, H. Yamamoto, Y. Fujita, T. Mizoguchi, H. Tamiaki
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 5 ページ: 9741-1-8
  • DOI: 10.1038/srep09741
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Photophysical properties of synthetic monomer, dimer, trimer, and tetramer of chlorophyll derivatives and their application to organic solar cells (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tamiaki, T. Tanaka, X.-F. Wang
  • 雑誌名: J. Photochem. Photobiol. A: Chem. 巻: 未定 ページ: 印刷中
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Isolation and characterization of a new bacteriochlorophyll-c bearing a neopentyl substituent at the C8-position from the bciD-deletion mutant of the brown-colored green sulfur bacterium Chlorobaculum limnaeum (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Mizoguchi, J. Harada, Y. Tsukatani, H. Tamiaki
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 巻: 121 ページ: 3-12
  • DOI: 10.1007/s11120-014-9977-8
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of amino-analogs of bacteriochlorophyll-d and their self-aggregation in an aqueous micelle solution (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tamiaki, T. Nagai, K. Mizutani, S. Machida
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. Lett. 巻: 24 ページ: 1668-1671
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2014.02.062
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-aggregation of a synthetic zinc chlorophyll derivative possessing a 131-dicyanomethylene group as a light-harvesting antenna model (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tamiaki, M. Kuno, M. Kunieda
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 55 ページ: 2825-2828
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2014.03.071
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Chlorophyllide a oxidoreductase works as one of divinyl reductase specifically in bacteriochlorophyll a biosynthesis (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Harada, T. Mizoguchi, Y. Tsukatani, M. Yokono, A. Tanaka, H. Tamiaki
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 289 ページ: 12716-12726
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.546739
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Isolation and structural determination of C8-vinyl-bacteriochlorophyll d from the bciA and bchU double mutant of the green sulfur bacterium Chlorobaculum tepidum (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Harada, T. Mizoguchi, K. Nomura, H. Tamiaki
  • 雑誌名: Photosynth. Res. 巻: 121 ページ: 13-23
  • DOI: 10.1007/s11120-014-0007-7
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Coherent oscillations in chlorosome elucidated by two-dimensional electronic spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Jun, C. Yang, M. Isaji, H. Tamiaki, J. Kim, H. Ihee
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 5 ページ: 1386-1392
  • DOI: 10.1021/jz500328w
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Regioselective addition of amines to the trifluoromethyl-b-diketonate moiety of a chlorophyll derivative (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kinoshita, H. Tamiaki
  • 雑誌名: J. Porphyrins Phthalocyanines 巻: 18 ページ: 471-474
  • DOI: 10.1142/S1088424614500217
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of zinc 20-substituted bacteriochlorophyll-d analogs and their self-aggregation (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tamiaki, S. Matsunaga, Y. Taira, A. Wada, Y. Kinoshita, M. Kunieda
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 55 ページ: 3351-3354
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2014.04.057
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] C132-Methylation of methyl pheophorbide a and stereoselective preparation of methyl (132R)-methylpyropheophorbide a (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Ogasawara, H. Tamiaki
  • 雑誌名: Tetrahedron Lett. 巻: 55 ページ: 3618-3621
  • DOI: 10.1016/j.tetlet.2014.04.123
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and photophysical properties of phenyl-sulfanylated chlorophyll derivatives (2014)
  • 著者名/発表者名: N. Takei, M. Morioka, M. Yoshizato, T. Tanaka, S. Sasaki, S. Itoh, H. Tamiaki, T. Oba
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 70 ページ: 5109-5113
  • DOI: 10.1016/j.tet.2014.05.115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis of chlorophyll-f analogs possessing the 2-formyl group by modifying chlorophyll-a (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Xu, Y. Kinoshita, H. Tamiaki
  • 雑誌名: Bioorg. Med. Chem. Lett. 巻: 24 ページ: 3997-4000
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2014.06.022
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dark-operative protochlorophyllide oxidoreductase generates substrate radicals by an iron-sulphur enzyme in bacteriochlorophyll biosynthesis (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Nomata, T. Kondo, T. Mizoguchi, H. Tamiaki, S. Itoh, Y. Fujita
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 4 ページ: 5455-1-7
  • DOI: 10.1038/srep05455
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Self-aggregation of synthetic zinc chlorophyll derivatives possessing 31-hydroxy or methoxy group and 131-mono- or dicyanomethylene moiety in non-polar organic solvents as models of chlorosomal bacteriochlorophyll-d aggregate (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tamiaki, M. Kuno, M. Ohata
  • 雑誌名: Photochem. Photobiol. 巻: 90 ページ: 1277-1286
  • DOI: 10.1111/php.12327
  • 査読あり
• [雑誌論文] Asymmetry of chlorophylls in photosynthetic proteins: from the viewpoint of coordination chemistry (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Oba, H. Tamiaki
  • 雑誌名: J. Porphyrins Phthalocyanines 巻: 18 ページ: 919-932
  • DOI: 10.1142/S1088424614500710
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Transformation of natural chlorophyll-a into chlorophyll-c analogs possessing the 17-acrylate residu (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Xu, H. Tamiaki
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 43 ページ: 1864-1866
  • DOI: 10.1246/cl.140798
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of 20-iodochlorophyll derivatives and their properties including reactivity, electronic absorption, and self-aggregation (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tamiaki, N. Ariki, T. Yasuda, T. Miyatake, T. Oba
  • 雑誌名: Tetrahedron 巻: 70 ページ: 9768-9775
  • DOI: 10.1016/j.tet.2014.11.032
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Artificial photosynthetic antennas using synthetic chlorophylls (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Tamiaki
  • 学会等名: NUS-Rits Bilateral Symposium on Functional p-Conjugated Molecules
  • 発表場所: シンガポール(シンガポール)
  • 年月日: 2015-01-26
  • 招待講演
• [学会発表] Artificial light-harvesting antenna systems using semi-synthetic chlorophyll derivative (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tamiaki
  • 学会等名: １回人工光合成国際会議（ICARP2014）
  • 発表場所: 明石夢舞台国際会議場(兵庫県)
  • 年月日: 2014-11-26
  • 招待講演
• [学会発表] クロロフィルの分子構造と光機能 (2014)
  • 著者名/発表者名: 民秋 均
  • 学会等名: 第２６回配位化合物の光化学討論会
  • 発表場所: 首都大学東京(東京都)
  • 年月日: 2014-08-07
  • 招待講演
• [学会発表] クロロフィルｆのモデル合成とその光物性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 民秋 均、徐 美芸、木下雄介
  • 学会等名: 第22回光合成セミナ－
  • 発表場所: 名古屋工業大学(愛知県)
  • 年月日: 2014-07-13
• [学会発表] Self-aggregation of semi-synthetic chlorophyll derivatives and their supramolecular structures (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Tamiaki, T. Miyanaga, S. Shoji
  • 学会等名: ICPP-8
  • 発表場所: イスタンブール(トルコ)
  • 年月日: 2014-06-26
  • 招待講演
• [学会発表] Chlorophyllide a oxidoreductase catalyzes the formation of an ethylidene group of bacteriochlorophyll b (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Tsukatani, H. Yamamoto, J. Harada, J. Nomata, T. Mizoguchi, Y. Fujita, H. Tamiaki
  • 学会等名: ICPP-8
  • 発表場所: イスタンブール(トルコ)
  • 年月日: 2014-06-23
  • 招待講演
• [学会発表] 132,173-Cyclopheophorbide enols as detoxified catabolites of chlorophylls - a widely distributed metabolism among phototrophic/heterotrophic protists (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kashiyama, A. Yokoyama, H. Tamiaki
  • 学会等名: ICPP-8
  • 発表場所: イスタンブール(トルコ)
  • 年月日: 2014-06-23
  • 招待講演
• [学会発表] クロロフィルの構造と機能に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 民秋 均
  • 学会等名: 大阪大学基礎工学部講演会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府）
  • 年月日: 2014-06-13
  • 招待講演
• [学会発表] クロロフィルを制したものが光環境を征した―プロティストと二次植物の進化 (2014)
  • 著者名/発表者名: 柏山祐一郎、民秋 均
  • 学会等名: 第5回光合成学会年会
  • 発表場所: 近畿大学(奈良県)
  • 年月日: 2014-05-31
  • 招待講演
• [学会発表] Photochemical Reduction of CO2 with Long-Wavelength Light by Covalently Linked Chlorophyll-Rhenium Bipyridine Complexes (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kitagawa, H. Tamiaki
  • 学会等名: SNCPP14
  • 発表場所: 立命館大学（滋賀県)
  • 年月日: 2014-05-31
  • 招待講演
• [学会発表] Excitation Energy Transfer and Coherent Oscillations in Chlorosome Elucidated by Two-Dimensional Electronic Spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Jun, C. Yang, M. Isaji, H. Tamiaki, H. Ihee, J. Kim
  • 学会等名: SNCPP14
  • 発表場所: 立命館大学（滋賀県)
  • 年月日: 2014-05-31
  • 招待講演
• [学会発表] Application of Photosynthetic Pigments in Organic Photovoltaic Cells (2014)
  • 著者名/発表者名: X.-F. Wang, S. Sasaki, H. Tamiaki
  • 学会等名: SNCPP14
  • 発表場所: 立命館大学（滋賀県)
  • 年月日: 2014-05-31
  • 招待講演
• [学会発表] クロロフィルの構造と機能に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 民秋 均
  • 学会等名: JSTさきがけ「光エネルギーと物質変換」研究領域第9回領域会議
  • 発表場所: 八ヶ岳ロイヤルホテル(山梨県)
  • 年月日: 2014-05-24
  • 招待講演
• [学会発表] クロロフィルを利用した光エネルギー変換系の創製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 民秋 均
  • 学会等名: 2014年度第1回太陽光発電によるエネルギー創成・利用研究拠点・研究会
  • 発表場所: 立命館大学（滋賀県）
  • 年月日: 2014-04-14
  • 招待講演
• [図書] 光化学の事典 (2014)
  • 著者名/発表者名: 民秋 均
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 朝倉書店
• [図書] 光合成研究と産業応用最前線 (2014)
  • 著者名/発表者名: 溝口 正、民秋 均
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [備考] 立命館大学大学院生命科学研究科（薬学部薬学科） 生物有機化学研究室
  • URL: http://www.ritsumei.ac.jp/se/rc/staff/tamiaki/lab.html