メタル化アミノ酸・ペプチドを基盤とする機能性超分子空間の創出

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26288036
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 高谷 光 京都大学, 化学研究所, 准教授 (50304035)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: アミノ酸 / ペプチド / メタル化アミノ酸 / 超分子 / 自己組織化 / 人工酵素

研究実績の概要

本申請課題では，機能性金属錯体を自在に集積化する基礎的手法の開発を目的として，１）金属配列の制御されたメタル化ペプチドの合成法の開発（１次元制御），２）メタル化ペプチドの自己組織化によるメタル化ペプチド超分子合成，および幾何的構造の制御された共有結合連結を利用したメタル化ポリペプチド合成に基づく金属の２次元，３次元集積様式制御について研究する．また，３）得られたメタル化ペプチド超分子，メタル化ポリペプチドにおいて，複数金属間の電子的・磁気的相互作用および触媒作用の協働効果に基づく物性・機能創出を目指す．特に，細胞内化学への応用を目指し，細胞膜類似のベシクル・ミセル中で作用する超分子触媒や，超分子・高次構造変化を光・電気化学的に出力する化学センサーの開発を目的とした研究を遂行するものである。
平成２６年度には，ＲｕおよびＰｔ結合型ノルバリンペプチドの合成に取り組み，特に固層合成法およびフラグメント法によるメタル化オリゴペプチドの合成手法の開発に注力した研究を行った。その結果，Ｒｕが数個連結したノルバリンペプチドの合成に成功した。また，固層上に担持したペプチドにＲｕノルバリンを結合することに成功し，その際に金属流出やラセミ化が起こらないことを確認できた。また，Ｐｔ結合型アミノ酸／ペプチドについても天然のグルタミンから誘導したＰｔ結合型グルタミンペプチドの合成に成功した。さらに，Ｒｕ結合型ノルバリンの触媒作用について種々検討を行った結果，過酸化水素存在下に様々な芳香族化合物が効率良く酸化されることを見出した。

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

メタル化アミノ酸・ペプチドの基礎的合成方法について，液相法によるフラグメント法の開発ならびに固層合成法によるペプチド伸長が可能であることを見出し，機能性メタル化ペプチドを合成する基礎的手法の確立に成功した。また，触媒機能についてもＲｕノルバリンの特異な酸化機能を世界で初めて明らかにするなど，機能開拓研究について先鞭をつけた。

今後の研究の推進方策

平成２７年度では，前年度に確立したメタル化ペプチド合成法を用いて，金属数が４～１２までのオリゴメタル化ペプチドの合成を目指す。また，これらの自己組織化による金属の３次元配列制御についても詳細な検討を行う。さらに，合成したオリゴメタル化ペプチドを用いた環状ペプチドの合成と自己組織化についても検討を行い，メタル化ペプチドナノチューブ構築の可能性について検討する。また，機能開拓については光機能に注力した研究を行い，光による小分子の励起と触媒変換について研究を行う。

次年度使用額が生じた理由

分光測定用冷却ユニットおよびリサイクル分取HPLC装置については研究の進捗に応じて必要な分光セルおよび分取カラムの購入が必要となる．平成２６年度の研究結果に則して，平成２７年度あるいは平成２８年度に分光セルおよび分取カラムの設計・選定を行い，上記物品を購入するための費用として次年度使用額を確保した．

次年度使用額の使用計画

現在までに開発に成功したメタル化アミノ酸，ペプチドについて，分取精製および物性測定を行うことのできる分取カラムおよび分光セルを購入する．

研究成果

• [雑誌論文] Synthesis of 2,7-Disubstituted 5,10-Diaryl-5,10-dihydrophenazines via Iron-catalyzed Intramolecular Ring-Closing C–H Amination (2015)
  • 著者名/発表者名: Aoki, Y; Imayoshi, R; Hatakeyama,T; Takaya, H; Nakamura, M.
  • 雑誌名: HETEROCYCLES (Kuwajima Special Issue) 巻: 90 ページ: 893-900
  • DOI: DOI: 10.3987/COM-14-S(K)102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Investigation of Organoiron Catalysis in Kumada–Tamao–Corriu-Type Cross-Coupling Reaction Assisted by Solution-Phase X-ray Absorption Spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Takaya, H.; Nakajima, S.; Nakagawa, N.; Isozaki, K.; Iwamoto, T.; Imayoshi, R.; Gower, N.; Adak, L.; Hatakeyama, T.; Honma, T.; Takagi, M.; Sunada, Y.; Nagashima, H.; Hashizume, D.; Takahashi, O.; Nakamura, M.
  • 雑誌名: Bull. Chem. Soc. Jpn. 巻: 88 ページ: 410-418
  • DOI: doi.org/10.1246/bcsj.20140376
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synthesis and Self-Assembling Properties of Pt-Complex-Bound Oligoglutamic Acids (2014)
  • 著者名/発表者名: Takaya, H.; Isozaki, K.; Haga, Y.; Ogata, K.; Naota, T.
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 43 ページ: 1167-1169
  • DOI: doi:10.1246/cl.140259
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Partial Charge Transfer in Shortest Possible Metallofullerene Peapod, La@C82⊂[11]Cycloparaphenylene (2014)
  • 著者名/発表者名: Iwamoto, T.; Slanina, Z.; Mizorogi, N.; Guo, J.; Akasaka, T.; Nagase, S.; Takaya, H.; Yasuda, N.; Kato, T.; Yamago, S.
  • 雑誌名: Chem. Eur. J. 巻: 20 ページ: 14403-14409
  • DOI: 10.1002/chem.201403879
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hydrogen-Bond and Metal–Ligand Coordination Bond Hybrid Supramolecular Capsules: Identification of Hemicapsular Intermediate and Dual Control of Guest Exchange Dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Nito, Y.; Adachi, H.; Toyoda, N.; Takaya, H.; Kobayashi, K.; Yamanaka, M.
  • 雑誌名: Chem. Asian. J. 巻: 9 ページ: 1076-1082
  • DOI: 10.1002/asia.201301628
  • 査読あり
• [学会発表] ピンサー型ルテニウム錯体結合型ノルバリンペプチドの合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 蘭，吉田 亮太，横井 友哉，岩本 貴寛，磯﨑 勝弘，高谷 光，中村 正治
  • 学会等名: 第95日本化学会春季年会
  • 発表場所: 日本大学（船橋）
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-29
• [学会発表] ルテニウム錯体結合型ノルバリンを触媒とする電子豊富な芳香族化合物の酸化反応 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉田 亮太，横井 友哉，伊藤 蘭，岩本 貴寛，磯﨑 勝弘，高谷 光，中村 正治
  • 学会等名: 第95日本化学会春季年会
  • 発表場所: 日本大学（船橋）
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-29
• [学会発表] ペプチドデンドリマー置換基を有するチオラート修飾金クラスターの合成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石橋 幸典，磯崎 勝弘，高谷 光，中村 正治
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 日本大学（船橋）
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-29
• [学会発表] アルキンのアンチ選択的鉄触媒カルボシリル化反応の開発 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西郡 達志，中川 尚久，岩本 貴寛，畠山 琢次，高谷 光，中村 正治
  • 学会等名: 日本化学会第95春季年会
  • 発表場所: 日本大学（船橋）
  • 年月日: 2015-03-25 – 2015-03-29
• [学会発表] メタル化アミノ酸／ぺプチドを用いる金属集積制御と機能開拓 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高谷 光
  • 学会等名: 分子研研究会：金属イオンを用いた超構造体の構築と機能－錯体化学における境界領域研究の現状と展望－
  • 発表場所: 分子科学研究所
  • 年月日: 2015-03-15 – 2015-03-15
  • 招待講演
• [学会発表] Enhanced catalysis of gold nanoparticles capped by alkanethiol-self-assembled monolayer (2015)
  • 著者名/発表者名: Isozaki, K.; Taguchi, T.; Ishibashi, K.; Takaya, H.; Nakamura, M.; Miki, K.
  • 学会等名: Fourth International Conference on Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials
  • 発表場所: Sitges, Spain
  • 年月日: 2015-03-09 – 2015-03-13
• [学会発表] 放射光X線吸収分光による溶液中化学種の同定と構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高谷 光，岩 本貴寛
  • 学会等名: 出光機能材料研究所講演会
  • 発表場所: 出光興産姉ヶ崎事業所
  • 年月日: 2015-02-24 – 2015-02-24
  • 招待講演
• [学会発表] Ｘ線吸収分光による鉄クロスカップリング機構の探求：放射光で観る溶液中化学種の姿 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高谷 光
  • 学会等名: 理研セミナー
  • 発表場所: 理化学研究所（和光）
  • 年月日: 2015-02-06 – 2015-02-06
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄触媒クロスカップリング反応の機構研究～放射光の多角活用による触媒元素戦略の実現 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高谷 光
  • 学会等名: フロンティアソフトマター開発専用ビームライン産学連合体 第4回研究発表会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2015-01-08 – 2015-01-09
  • 招待講演
• [学会発表] 金ナノ粒子触媒反応における自己組織化単分子膜による反応加速効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 磯崎 勝弘，田口 知弥，石橋 幸典，高谷 光，中村 正治，三木 一司
  • 学会等名: 第5回統合物質シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学
  • 年月日: 2014-12-19 – 2014-12-19
• [学会発表] Supramolecular catalysts based on metalated-amino acids and peptides self-assembly (2014)
  • 著者名/発表者名: Hikaru Takaya
  • 学会等名: China-Japan Joint Symposium on Functional Supramolecular Architectures
  • 発表場所: Tianjin Univ, China
  • 年月日: 2014-12-12 – 2014-12-14
  • 招待講演
• [学会発表] 鉄触媒を用いた新規なC–Hアミノ化反応による芳香族アミン類の合成 (2014)
  • 著者名/発表者名: 青木 雄真・今吉 隆治・畠山 琢次・高谷 光・中村 正治
  • 学会等名: 有機合成シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-11-06 – 2014-11-06
• [学会発表] NHC/Iron-Catalyzed Cross-Coupling Reaction of Aryl Chlorides with Alkyl Grignard Reagents (2014)
  • 著者名/発表者名: Agata, R.; Nakagawa, N.; Iwamoto, T.; Hatakeyama, T.; Takaya, H.; Isozaki, K.; Nakamura, M.
  • 学会等名: Conference on C-C Bond Cleavage
  • 発表場所: Kyoto Univ.
  • 年月日: 2014-10-25 – 2014-10-25
• [学会発表] Enhanced Catalytic Activity of Gold Nanoparticles with Self-Assembled Monolayer (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishibashi, K.; Isozaki, K. Tomoya T. Takaya, H. Nakamura, M. Miki, K.
  • 学会等名: International Symposium on the Synthesis and Application of Curved Organic π-Molecules and Materials
  • 発表場所: Kyoto Univ.
  • 年月日: 2014-10-14 – 2014-10-15
• [学会発表] Structure and Reactivity of Aryliron Intermediates in Iron-Catalyzed Cross-Coupling Reaction (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, S.; Hashimoto, T.; Nakagawa, N.; Imayoshi, R.; Gower, N. J.; Adak, L.; Honma, T.; Sunada, Y.; Nagashima, H.; Isozaki, K.; Hatakeyama, T.; Takaya, H.; Nakamura, M.
  • 学会等名: International Symposium on the Synthesis and Application of Curved Organic π-Molecules and Materials
  • 発表場所: Kyoto Univ.
  • 年月日: 2014-10-14 – 2014-10-15
• [学会発表] Anti-Selective Iron-Catalyzed Carbosilylation of Alkynes (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishikori, T.; Nakagawa, N.; Iwamoto, T.; Hatakeyama, T.; Takaya, H.; Nakamura, M.
  • 学会等名: International Symposium on the Synthesis and Application of Curved Organic π-Molecules and Materials
  • 発表場所: Kyoto Univ.
  • 年月日: 2014-10-14 – 2014-10-15
• [学会発表] Solution-Phase Structure of Organoiron Catalysts Illuminated by Synchrotron X-ray Absorption Spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Takaya, H.; Nakajima, S.; Nakagawa,N.; Isozaki, K.; Imayoshi, R.; Gower, N. J.; Laksmikanta Adak, L.; Hatakeyama, T.; Iwamoto, T.; Tamenori, Y.; Honma, T.; Takagaki, M.; Sunada,, Y.; Nagashima, H.; Hashidzum,D.; Nakamura, M
  • 学会等名: The 2nd International Conference on Organometallics and Catalysis
  • 発表場所: Todaiji Temple
  • 年月日: 2014-09-26 – 2014-09-28
• [学会発表] メタル化アミノ酸・ペプチドの触媒作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高谷 光，吉田亮太，磯崎勝弘，横井友哉，岩本貴寛，竹中健朗，伊藤 蘭，安田伸宏，吉岡康一，渡辺隆司，中村正治
  • 学会等名: 第６３回高分子討論会
  • 発表場所: 長崎大学
  • 年月日: 2014-09-23 – 2014-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] 芳香族アミン類の鉄触媒C–Hアミノ化反応 (2014)
  • 著者名/発表者名: 青木 雄真，今吉 隆治，畠山 琢次，高谷 光，中村 正治
  • 学会等名: 第61回有機金属化学討論会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-23
• [学会発表] NHC-鉄触媒による塩化アリールとアルキルグリニャール反応剤との高選択的クロスカップリング反応 (2014)
  • 著者名/発表者名: 縣 亮介，中川 尚久，岩本 貴寛，磯崎 勝弘，畠山 琢次，高谷 光，中村 正治
  • 学会等名: 第61回有機金属化学討論会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2014-09-21 – 2014-09-23
• [学会発表] 第６３回高分子討論会 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高谷 光
  • 学会等名: SPring-8シンポジウム2014
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-13
• [学会発表] ビームライン横断利用による革新的マテリアルの創製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高谷 光，杉本 邦久
  • 学会等名: SPring-8シンポジウム2014
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2014-09-12 – 2014-09-13
• [学会発表] Structure and Reactivity of Aryliron Intermediates in Iron-Catalyzed Cross-Coupling Reactions (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakajima, S.; Hashimoto, T.; Nakagawa, N.; Imayoshi, R.; Gower, N. J.; Adak, L.; Honma, T.; Sunada, Y.; Nagashima, H.; Isozaki, K.; Hatakeyama, T.; Takaya, H.; Nakamura, M.
  • 学会等名: 41st International Conference on Coordination Chemistry
  • 発表場所: Suntec City, Singapore
  • 年月日: 2014-07-22 – 2014-07-25
• [学会発表] Pincer Ruthenium Complex-Bound Norvaline-Catalyzed Oxidation with Hydrogen Peroxide (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, R.; Isozaki, K.; Yokoi, T.; Takenaka, T.; Takaya, H.; Nakamura, M.
  • 学会等名: 41st International Conference on Coordination Chemistry
  • 発表場所: Suntec City, Singapore
  • 年月日: 2014-07-22 – 2014-07-25
• [学会発表] Enhanced Catalysis of Gold Nanoparticles Surrounded by Alkanethiol Self-Assembled Monolayer (2014)
  • 著者名/発表者名: Isozaki, K.; Taguchi, T.; Ishibashi, K.; Takaya, H.; Nakamura, M.; Miki, K.
  • 学会等名: The 16thInternational Conference on Organometallic Chemistry
  • 発表場所: Hokkaido Univ.
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [学会発表] Iron-Catalyzed C–H Amination of Aniline Derivatives (2014)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, M.; Aoki, Y. Imayoshi, R.; Hatakeyama, T.; Takaya, H.
  • 学会等名: The 16th International Conference on Organometallic Chemistry
  • 発表場所: Hokkaido Univ.
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [学会発表] Highly Selective Cross-Coupling Reaction of Aryl Chlorides with Alkyl Grignard Reagents in the Presence of Iron–NHC Catalyst (2014)
  • 著者名/発表者名: Agata, R.; Nakagawa, N.; Iwamoto, T.; Isozaki, K.; Hatakeyama, T.; Takaya, H.; Nakamura, M.
  • 学会等名: The 16th International Conference on Organometallic Chemistry
  • 発表場所: Hokkaido Univ.
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [学会発表] Pincer Ruthenium Complex-Bound Norvaline-Catalyzed Oxidation with Hydrogen Peroxide (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshida, R.; Isozaki, K.; Yokoi, T.; Takenaka, T.; Takaya, H.; Nakamura, M.
  • 学会等名: The 16th International Conference on Organometallic Chemistry
  • 発表場所: Hokkaido Univ.
  • 年月日: 2014-07-12 – 2014-07-15
• [学会発表] Enhanced Catalysis of Gold Nanoparticles Surrounded by Alkanethiol Self-Assembled Monolayers (2014)
  • 著者名/発表者名: Isozaki, K.; Taguchi, T.; Ishibashi, K.; Takaya, H.; Nakamura, M.; Miki, K.,
  • 学会等名: The 4th International Conference on MEXT Project of Integrated Research on Chemical Synthesis & ICOMC 2014 Pre-symposium in Kyoto
  • 発表場所: Kyoto Univ.
  • 年月日: 2014-07-10 – 2014-07-10
• [学会発表] Enhanced Catalysis of Self-Assembled Monolayer-Capped Gold Nanoparticles (2014)
  • 著者名/発表者名: Isozaki, K.; Taguchi, T.; Ishibashi, K.; Takaya, H.; Nakamura, M.; Miki, K.
  • 学会等名: The Seventh Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology
  • 発表場所: Kyoto Univ.
  • 年月日: 2014-07-09 – 2014-07-12
• [学会発表] Iron-Catalyzed ortho-C–H Amination of Aniline Derivatives (2014)
  • 著者名/発表者名: Aoki, Y.; Imayoshi, R; Hatakeyama,T; Takaya, H; Nakamura, M.
  • 学会等名: The 4th International Conference on MEXT Project of Integrated Research on Chemical Synthesis & ICOMC 2014 Pre-symposium in Kyoto
  • 発表場所: Kyoto Univ.
  • 年月日: 2014-07-01 – 2014-07-01
• [学会発表] Aryl C-Glycoside Synthesis Based on Iron-Catalyzed Cross-Coupling Reaction of Arylzinc Reagents (2014)
  • 著者名/発表者名: Adak, L.; Kawamura, S.; Toma, G.; Li, H. C.; Takenaka, T.; Isozaki, K.; Takaya, H.; Shing, T. K. M.; Nakamura, M.
  • 学会等名: The 4th International Conference on MEXT Project of Integrated Research on Chemical Synthesis & ICOMC 2014 Pre-symposium in Kyoto
  • 発表場所: Kyoto Univ.
  • 年月日: 2014-07-01 – 2014-07-01
• [学会発表] ONO-Pincer Ruthenium-Complex-Bound Norvalines (2014)
  • 著者名/発表者名: Takenaka, T.; Takaya, H.; Isozaki, K.; Yokoi, T.; Yoshida, R.; Watanabe, T.; Yoshioka, K.; Yasuda, N.; Iwamoto, T.; Nakamura, M.
  • 学会等名: The 4th International Conference on MEXT Project of Integrated Research on Chemical Synthesis & ICOMC 2014 Pre-symposium in Kyoto
  • 発表場所: Kyoto Univ.
  • 年月日: 2014-07-01 – 2014-07-01
• [学会発表] Iron-Catalyzed ortho-C–H Amination of Aromatic Amines (2014)
  • 著者名/発表者名: Aoki, Y.; Imayoshi, R; Hatakeyama,T; Takaya, H; Nakamura, M
  • 学会等名: The Seventh Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-05
• [学会発表] Aryl C-Glycoside Synthesis Based on Iron-Catalyzed Cross-Coupling Reaction of Arylzinc Reagents (2014)
  • 著者名/発表者名: Adak, L.; Kawamura, S.; Toma, G.; Li, H. C.; Isozaki, K.; Takaya, H.; Shing, T. K. M.; Nakamura, M.
  • 学会等名: The Seventh Tokyo Conference on Advanced Catalytic Science and Technology
  • 発表場所: Kyoto
  • 年月日: 2014-06-02 – 2014-06-05
• [図書] 高分子 (2014)
  • 著者名/発表者名: アミノ酸／ペプチド超分子で操る金属集積”, 高谷 光，磯崎勝弘，中村正治，
  • 総ページ数: 2
  • 出版者: 高分子学会
• [備考] 日本化学会「化学と工業誌」ディビジョントピック，「放射光が映し出す有機金属活性種の溶液構造」
  • URL: http://www.chemistry.or.jp/division-topics/2014/10/post-23.html
• [備考] 京都大学プレスリリース「放射光施設SPring-8で鉄触媒の作用を直接観察」
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/150315_1.html
• [備考] SPring-8プレスリリース「放射光施設SPring-8で鉄触媒の作用を直接観察」
  • URL: http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2015/20150316/
• [備考] 京都新聞「鉄触媒クロスカップリング、反応経過を解明 京大グループ」
  • URL: http://www.kyoto-np.co.jp/environment/article/20150330000038
• [備考] Yahooヘッドラインニュース「鉄触媒クロスカップリング、反応経過を解明」
  • URL: http://headlines.yahoo.co.jp/hl?a=20150330-00000020-kyt-l26