[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

小さなフッ素をどうつまむのか

[スポンサーリンク]

フッ素と言えば、とにかく小さいことが特徴です。この小さなフッ素をどうつまむのか、ユニークな最近のアイディアをあげて、自然にある仕組みと、人工に作り上げた仕組みで、その戦略をそれぞれ比べてみます。フッ素感知リボスイッチから、ホウ素化合物とのルイス酸塩基錯体まで、その発想に迫ります。

フッ素が添加された歯磨きペーストは、歯の健康に有用であるとされ、世界のいろいろな地域で流通しています。日本で市販されている歯磨きペーストのほとんどはフッ素が添加されており、政府もフッ素の添加を奨励しています。

しかしながら、高濃度のフッ化物イオンは危険で、確かに浸透しやすいフッ化水素などは化学実験でも丁重に取り扱います。試薬のフッ化水素酸を、誤って皮膚に垂らしてしまうと、骨まで届き体内でフッ化カルシウムが析出してうずくような激しい痛みに襲われます。

もちろん物事は程度の問題で、歯磨きペーストにはナトリウム塩などのかたちでフッ化物が添加されているわけですが、こちらは歯を強くするのだとかなり以前から言われています。どちらもカルシウムと強く結びつく点がミソなので、二律背反、切っても切れない因果関係のようです。

 

天然のフッ素認識システム

フッ化物イオンはカルシウムと強く結びつくため、細菌などたいていの生き物にとって、フッ素は不要どころか、あまり好ましくない物質です。えぇ、彼ら細菌たちには歯がありませんから。

どうせ、生き物のことだから、フッ素感知もタンパク質が受容体なのだろうと思いたくなるところですが、その予想は残念ながらハズレです。アミノ酸が連なったタンパク質ではなく、ヌクレオチドが連なったRNAで、細菌はフッ素を感知しています[4]。

 

2015-11-16_15-00-33

論文[4]より

合図になる物質が直接に結合することで、RNAの立体構造とともにリボソームの近づきやすさが変化し、遺伝子の発現を調整するシステムを、リボスイッチと呼びます。従来は低分子の代謝産物で多くが知られ、リボスイッチはヒトにも存在が確認されているシステム[5]でした。

そのリボスイッチが、ハロゲン化物イオンの中でもとくに小さいフッ化物イオンを上手く認識し、フッ化物イオンの輸送に関わるタンパク質などフッ素の耐性に寄与する遺伝子産物の多寡を決めていたというのです。このフッ化物イオンを感知するリボスイッチの配列は、DDBJ(DNA Data Bank of JAPAN)のような遺伝配列データベースを調べたところによると、ヒトをはじめ真核生物には無いものの、大腸菌をはじめほとんどの細菌で共通して見られるとのこと。当然、虫歯菌(Streptococcus mutans )にもあるようです。結晶構造解析[6]によると、RNAに結合した3つのマグネシウムイオンにはさまれて、フッ化物イオンが認識されているようです。

2015-11-16_15-02-46

人工のフッ素認識システム

天然のものだけではなく、人間の側からも、フッ素と結合する人工分子を紹介しましょう。元素の同定や定量については誘導結合プラズマ(inductively coupled plasma; ICP)法など他に優れた方法があるものの、今回の比較の趣旨は「ひとつの分子でフッ素をつまむこと」にあるので遠慮していただくことにして、個人的にユニークで面白いと思っている分子は、これらホウ素化合物です。

2015-11-16_15-05-01

それぞれ論文[1],[2],[3]で報告

基本の戦略として鍵になるポイントは、ホウ素原子の空のp軌道です。ルイス酸としてホウ素が、ルイス塩基としてフッ素が機能し、共役系の変化を色彩で見ようという方針です。プラナーボランの記事でも似たような反応が紹介されていました。

 

2015-11-16_15-06-03

論文[1]より

2015-11-16_15-06-42

フッ素なし化合物[1] / フッ素あり化合物[1]

詳しい光学特性は論文[1]をチェック

 

アントラセンを3つボランにつなげた化合物[1]に加えて、水道水*に許容量以上のフッ素が含まれていないか調べることができる化合物[2]や、硫黄でもセレンでもなくカルコゲン元素としてテルルの性質を調べた化合物[3]も報告されています。フッ素の検出と言うよりも、フッ素の有無で分子の性質が変わるというところに、こちらは面白みを感じます。

 

 

人間が作ったものでも、生き物の中で機能しているものでも、フッ素のつまみ方はそれぞれですが、ユニークな発想がどこかで役に立つと嬉しいですね。


 

補注

*フッ素の定量について実際はアリザリンコンプレクソンのランタン錯体を用いた方法が一般的なようです。

3952-78-1

アリザリンコンプレクソン


 

参考論文

  1.  アントラセンを3つつなげたボランで色彩によりフッ素を感知 “Colorimetric Fluoride Ion Sensing by Boron-Containing ð-Electron Systems” Shigehiro Yamaguchi et al. J. Am. Chem. Soc. 2001 DOI: 10.1021/ja015957w
  2. 水道水に過剰のフッ素が含まれていないか検出が可能な分子 “Cationic Boranes for the Complexation of Fluoride Ions in Water below the 4 ppm Maximum Contaminant Level” Youngmin Kim et al. J. Am. Chem. Soc. 2009 DOI: 10.1021/ja015957w
  3. フッ素を使ってテルルの性質を調べる “A bidentate Lewis acid with a telluronium ion as an anion-binding site” Haiyan Zhao et al. Nature Chemistry 2010 DOI: 10.1038/NCHEM.838
  4. 細菌界に広く存在するフッ化物イオンを感知するリボスイッチ “Widespread Genetic Switches and Toxicity Resistance Proteins for Fluoride” Jenny L. Baker et al. Science 2012 DOI: 10.1126/science.1215063
  5. ヒトの核で機能するリボスイッチ “A stress-responsive RNA switch regulates VEGFA expression” Partho Sarothi Ray et al. Nature 2009 DOI: 10.1038/nature07598
  6. フッ化物イオンを感知するリボスイッチの立体構造 “Fluoride ion encapsulation by Mg2+ ions and phosphates in a fluoride riboswitch” Aiming Ren et al. Nature 2012 DOI: 10.1038/nature11152

 

関連書籍

 

Green

Green

投稿者の記事一覧

静岡で化学を教えています。よろしくお願いします。

関連記事

  1. 2つのアシロイン縮合
  2. アラインをパズルのピースのように繋げる!
  3. 分子形状初期化法「T・レックス」の実現~いつでもどこでも誰でも狙…
  4. 【書籍】合成化学の新潮流を学ぶ:不活性結合・不活性分子の活性化
  5. 無保護糖を原料とするシアル酸誘導体の触媒的合成
  6. CYP総合データベース: SuperCYP
  7. 良質な論文との出会いを増やす「新着論文リコメンデーションシステム…
  8. Dead Endを回避せよ!「全合成・極限からの一手」④

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. FT-IR・ラマン ユーザーズフォーラム 2015
  2. 第93回―「発光金属錯体と分子センサーの研究」Cristina Lagunas教授
  3. イオンの出入りを制御するキャップ付き分子容器の開発
  4. 【マイクロ波化学(株)ウェビナー】 #環境 #SDGs マイクロ波によるサステナブルなものづくり (プラ分解、フロー合成、フィルム、乾燥、焼成)
  5. 米FDA立て続けに抗肥満薬承認:Qsymia承認取得
  6. 2016年化学10大ニュース
  7. Gilbert Stork最後の?論文
  8. 明るい未来へ~有機薄膜太陽電池でエネルギー変換効率7.4%~
  9. 旭硝子が新中期計画、液晶・PDPガラス基板事業に注力
  10. (1-ジアゾ-2-オキソプロピル)ホスホン酸ジメチル:Dimethyl (1-Diazo-2-oxopropyl)phosphonate

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

注目情報

注目情報

最新記事

【マイクロ波化学(株)医薬分野向けウェビナー】 #ペプチド #核酸 #有機合成 #凍結乾燥 第3のエネルギーがプロセスと製品を変える  マイクロ波適用例とスケールアップ

<内容>本イベントは、医薬分野向けに事業・開発課題のソリューションとして、マイクロ波の適用例や効…

バイオマスからブタジエンを生成する新技術を共同開発

日本ゼオンは、理研、横浜ゴムと共同で設置している「バイオモノマー生産研究チーム」の研究により、バイオ…

【ケムステSlackに訊いてみた②】化学者に数学は必要なのか?

日本初のオープン化学コミュニティ・ケムステSlackの質問チャンネルに流れてきたQ&Aの紹介…

電子のやり取りでアセンの分子構造を巧みに制御

第308回のスポットライトリサーチは、北海道大学大学院総合化学院(鈴木研究室)・張本 尚さんにお願い…

第147回―「カリックスアレーンを用いる集合体の創製」Tony Coleman教授

第147回の海外化学者インタビューは、アンソニー・W・コールマン(通称トニー)教授です。フランスのリ…

ノーコードでM5Stack室内環境モニターを作ろう

COVID-19の影響で居室や実験室の換気状況を見直された方は多いと思います。化学系の実験室は定期的…

「化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律施行令の一部を改正する政令」が閣議決定されました

4月16日、「化学物質の審査及び製造等の規制に関する法律施行令の一部を改正する政令」が、閣議決定され…

液相における粒子間水素移動によって加速されるアルカンとベンゼンの脱水素カップリング反応

第307回のスポットライトリサーチは、東京工業大学 物質理工学院 応用化学系(本倉研究室)・高畠 萌…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP