Versatile coordination-based organization motif for porphyrins

卟啉的多功能基于协调的组织基序

基本信息

批准号：
21K05090
负责人：
大月穣
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Nihon University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，配位結合によってポルフィリンを組織化する多様な展開が可能な自己集合様式を提案している．人類のエネルギーと食糧を支えている最も重要な反応である光合成は，ポルフィリンに類似した分子が集合体に組織化されることではじめて実現されているという事実を示唆として，人工的に同様の構造を構築することができれば，人工的な光合成の実現が視野に入ってくると考えた．そこでまずは，ポルフィリン分子をどのように組織化することができるかを明らかにすることが重要になる．本研究ではそのために配位結合を利用してポルフィリン分子を組織化することを試みている．テルピリジンという金属イオンに配位結合する構造単位をポルフィリン本体部分に結合した分子を設計，合成し，金属イオンを混合することによってどのような構造が形成するかを明らかにするという当初目的に加え，ビピリジンを含むポルフィリンにも拡張して検討を行っている．当初計画の分子設計（テルピリジンあるいはビピリジンの向き）では，金属イオンを加えたときに，おそらくはさまざまな集合体が生成して，構造が定まらないという問題が生じた．分子設計を見直し，ビピリジンの向きの異なる化合物を合成し，金属イオンによる組織化を検討したところ，構造の定まった二量体をきれいに生成することが明らかとなった．二量体中のポルフィリン環は平行に向かい合った構造を形成していることが示され，単量体よりも大きな化学種となっていることを示すデータも得られ，NMRスペクトルの詳細な解析から溶液中での二量体の構造を確定できた．今後の展開として，電気化学特性の金属イオンによる制御，キラルセンサーへの展開，さらに今回得られたポルフィリン組織化モチーフを基本として展開する分子設計も行い，多様な組織構造形成への足がかりが得られた．

在这项研究中，我们提出了一种自组装模式，允许卟啉通过配位键组织的各种发展。光合作用是支持人类能量和食物的最重要的反应，只有当类似于卟啉的分子组织成聚集体时才能实现，这一事实表明可以人工创建类似的结构，我们认为如果我们能够构建它，我们就能够实现这一点。实现人工光合作用。因此，首先阐明卟啉分子的组织方式非常重要。在这项研究中，我们尝试使用配位键组织卟啉分子。除了设计和合成与金属离子配位的结构单元三联吡啶与卟啉体结合的分子，并阐明金属离子混合形成什么样的结构之外，我们还在扩大我们的研究范围。研究包括卟啉，包括联吡啶。按照最初计划的分子设计（三联吡啶或联吡啶的取向），出现了一个问题：当添加金属离子时，可能会产生各种聚集体，导致结构不明确。在审查了分子设计、合成了具有不同联吡啶取向的化合物并使用金属离子检查了组织之后，很明显可以整齐地形成具有确定结构的二聚体。结果表明，二聚体中的卟啉环形成了彼此平行面对的结构，并且还获得了表明它们是比单体更大的化学物种的数据，并且对NMR谱的详细分析表明，卟啉二聚体中的环形成一种彼此平行面对的结构。我们能够确定溶液中二聚体的结构。未来的发展包括用金属离子控制电化学性质、开发手性传感器以及基于本次获得的卟啉组织基序的分子设计，这将为形成不同的组织结构提供立足点。