ボロン酸に関する基礎研究を基盤とするジボロン酸型糖比色および蛍光センサーの開発

基于硼酸基础研究开发二硼酸型糖比色荧光传感器

基本信息

批准号：
21K05117
负责人：
石原浩二
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Waseda 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

長さの異なる三種類のメチレン鎖リンカーで架橋したオルトアミノメチルジボロン酸を合成し, D-グルコースに対する反応の詳細な反応機構を明らかにすることにより, D-グルコースの選択的センシングに適した架橋炭素鎖の長さを特定した。アントラセン架橋のビス(ピリジニウムボロン酸)およびビス(3-メチル-ピリジニウムボロン酸)を合成し, 後者の結晶解析を行うことにより構造を確認した。また, 速度論的に4-N-メチルピリジニウムボロン酸とD-グルコースとの反応を詳細に研究することにより反応機構を明らかにした。この結果に基づき, アントラセン架橋のジボロン酸によるD-グルコースのセンシングの詳細なメカニズムを解明した。異なる種類のボロン酸部位(捕捉部位と発色部位)から構成されるジボロン酸の発色部位として用いるo-アゾフェニルボロン酸(azoB)の反応性の評価を行った。以前の研究で, azoBが糖と反応して顕著な色調変化を生じるのは, azoB中にプロトン性溶媒(ROH)が挿入された擬四面体化学種が生成するためであることを明らかにしたが, 今回, cis-ジオールや糖との反応を用いて, この化学種, 平面型azoB, 及び四面体型azoBの相対的な反応性の違いを明らかにした。ボロン酸型糖センサーの性能評価は, しばしば生理学的pH (7.4)で行われるため, Good緩衝液やリン酸緩衝液が用いられることが多い。これまで, Good緩衝剤の陽イオンがセンシング反応を加速することを確認しているが, 今回, 速度論的研究により, リン酸緩衝液にもセンシング反応の促進効果が有ることを確認した。また, 1H NMRにより, 加速効果をもたらすリン酸の化学種を特定した。

通过合成用三种不同长度的亚甲基链连接体交联的邻氨甲基二硼酸，并阐明了与D-葡萄糖反应的详细反应机理，我们发现它适合选择性传感D-葡萄糖的长度。确定了桥接碳链。合成了蒽桥双(吡啶硼酸)和双(3-甲基吡啶硼酸)，并通过晶体分析证实了后者的结构。此外，通过对4-N-甲基吡啶硼酸与D-葡萄糖之间反应的详细动力学研究，阐明了反应机理。基于这些结果，我们阐明了蒽桥二硼酸传感 D-葡萄糖的详细机制。我们评估了邻偶氮苯基硼酸（azoB）的反应性，它用作二硼酸中的着色位点，由不同类型的硼酸位点（捕获位点和着色位点）组成。先前的研究表明，azoB 与糖反应引起的显着颜色变化是由于在 azoB 中插入质子溶剂 (ROH) 形成了假四面体物质。然而，在本研究中，我们澄清了这种化学物质之间的相对反应性差异。利用与顺式二醇和糖的反应，制备了平面偶氮苯和四面体偶氮苯。硼酸型糖传感器的性能评价通常在生理pH（7.4）下进行，因此经常使用Good缓冲液或磷酸盐缓冲液。到目前为止，我们已经证实Good buffer中的阳离子加速传感反应，但现在，通过动力学研究，我们证实磷酸盐缓冲液也具有加速传感反应的作用。此外，通过1H NMR，我们鉴定了引起加速效应的磷酸的化学种类。