生体界面現象解明に向けたケージド化合物の合成と光機能

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15033211
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 新井 達郎 筑波大学, 化学系, 教授 (50151139)
• Keywords: 生体材料 / ナノ材料 / 光スイッチ / 複合材料・物性 / 分子認識 / 光反応ダイナミクス / ケージド化合物 / 光機能

Research Abstract

本研究では、生体系と関連させた分子機能の光制御と複合化についての研究を行い、以下の成果を得た。1)巨大分子の光機能:目でものを見る現象(視覚)は、初期過程が光と化学物質の相互作用であり、その後に引き続いて蛋白質の構造変化やプロトン放出などが起こり、光情報の確認と伝達の橋渡しを行う。私たちはこれらに関連した基礎的な研究を行い成果を得た。いくつかの光応答性巨大分子(デンドリマー)および関連化合物を合成した。水溶性のデンドリマーは内部が疎水的であり、外部に親水基を有するため水に可溶である。トランス体は紫色の蛍光を発する。トランス体に光を照射するとすべてシス体に異性化し、蛍光を発しなくなる。水溶性の巨大分子として親水・疎水界面の効果で光反応が特異的な方向にのみ進行すること、中心の二重結合の異性化を巨大分子全体の構造変化として増幅できる可能性、蛍光性から無蛍光性に完全に変化可能であるなど水溶性の巨大分子の光による構造変化を新しい機能に展開できる可能性を得た。
2)蛍光性核酸塩基複合系:グアニンとピレンを共有結合により連結した化合物をいくつか合成した。これらの化合物では、ピレン部位の蛍光が分子内のグアニン部により消光され、新たに、エキシプレックスの発光が観測された。核酸塩基が関与した発光は報告例が極めて少なく、また、分子間水素結合を活用したDNAの塩基配列診断試薬への応用可能と考え、現在、研究を進展させている。シトシンのメチル化は、遺伝子の転写調節と関連しており,その検出手段の開発は重要課題である。我々が研究した蛍光性グアニン誘導体は、シトシンと5-メチルシトシンと相補的に塩基対を形成すると考えられる。このとき、グアニンと相補塩基対を形成したシトシンが、メチル化されているか否かによって、発光挙動が異なることが予想され、その関連の研究に展開している。

Research Products

• [Publications] Tatsuo Arai: "Photoinduced hydrogen atom transfer in trans-1-(1'-hydroxy-2'-naphthyl)-3-(1-naphthyl)-2-propen-1-one"Photochem.Photobiol.Sci.. 2. 402-406 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "Study on Triplet State Behaviors of Pyrrole-2-carboxyaldehyde and Its Related Compounds"Photochem.Photobiol.Sci.. 2. 418-423 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "Photochemical cyclization reaction in cis-tetramethoxystilbene"J.Photochem.Phtobiol.A : Chem.. 158. 7-12 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "Quantum Chemical Studies on Photoinduced Cis-Trans Isomerization and Intramolecular Hydrogen Atom Transfer of 2'-Hydroxychalcone"J.Phys.Chem.A. 107. 8659-8664 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "An effect of Coulomb interaction on the dynamics of the radical pair in the system of flavin mononucleotide and Henn Egg White Lysozyme (HEWL) studied by a magnetic field effect"J.Phys.Chem.B. 107. 6474-6478 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "1,3,5-Tristyrylbenzene Dendrimers : A Novel Model System to Explore Oxygen Quenching in Highly Organized Environment"Org.Biomol.Chem.. 1. 1635-1637 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "Photochemical study on hydrophobic properties in water-soluble dendritic molecules"Chem.Lett.. 32. 1008-1009 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "Dimerization by hydrogen bonding and photochemical properties of bis-pyridone"J.Phys.Chem.A. 107. 10039-10045 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "Hydrogen Bonded Molecular Assembly by Reversible Cyclization Reaction of Anthracene"Chem Commun.. 1566-1567 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "Synthesis and Isomerization of Azobenzene Dendrimers"Photochem.Photobiol.Sci.. 2. 845-847 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "Mechanistic approach to the control of the cyclization reaction of a 2'-hydroxychalcone analogue with light and solvent"Org.Biomol.Chem.. 1. 2041-2043 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "The photochemical characteristics of aromatic enediyne compounds substituted with electron donating and electron withdrawing groups"Org.Biomol.Chem.. 1. 2655-2660 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "Photoisomerization and Isomer-Specific Water Addition Reaction in Hydroxystilbenes"Photochem.Photobiol.Sci.. 2. 1247-1249 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "Energy releasing and conformational dynamics of stilbene dendrimers upon photo-isomerization"J.Phys.Chem.A. 107. 6515-6521 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "Photoisomerization and Fluorescence Properties of Hemiindigo Compounds Having Intramolecular Hydrogen Bonding"Bull.Chem.Soc.Jpn.. 76. 1783-1792 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "生体分子ビリルビンの光化学反応-光の作用による分子の構造変化を、水-有機溶媒分配系で視覚化する-"化学と教育. 51. 567-568 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "A new class of azobenzene chelators for Mg^<2+> and Ca^<2+> in buffer at physiological pH"Tetrahedron Lett.. 44. 7277-7280 (2003)
• [Publications] Tatsuo Arai: "Photoisomerization and Fluorescence Behavior of Polyphenylene Based Stilbene Dendrimers"Photochem.Photobiol.Sci.. 2. 1181-1186 (2003)