[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

立体規則性および配列を制御した新しい高分子合成法

[スポンサーリンク]

 

ポリペプチドやDNAといった天然に存在する高分子は、高度に制御された高分子鎖長や配列、キラリティーに由来して複雑な機能を発現することができます。

天然の高分子のように配列制御された高分子を化学的に合成する重合法の開発が長年行われています。

最近、MITのJonshonらによって立体規則性および配列を制御した新しい高分子合成法が報告されました。本手法では大量合成が可能であるとともに、従来の重合法では合成困難な構造を有する高分子も合成可能です。

“Iterative exponential growth of stereo- and sequence-controlled polymers”

Barnes, J. C.; Ehrlich, D. J. C.; Gao, A. X.; Leibfarth, F. A.; Jiang, Y.; Zhou, E.; Jamison, T. F.; Johnson, J. A.;Nature Chem. 2015, 7, 810.

DOI: 10.1038/nchem.2346

今回はこの論文について紹介しましょう。

 

配列を制御した高分子合成法

配列を制御した高分子合成法の一つとして、ペプチド固相合成法[1]が挙げられあす。

固相合成法では、ポリスチレンなどを固相として用い、固相にアミノ酸を結合させた後、縮合反応と脱保護を繰り返すことによって高分子鎖を伸長させます(図 1)。

合成した高分子を最終的に固相から切り離すことで、目的の高分子を得ることができます。精密に配列を制御したポリアミドなどを合成できるものの、n量体を合成する際には2n回の化学反応を行う必要があることや過剰の試薬を用いることから、大量合成が難しいことが難点です。

 

図1. 固相合成法の概念図(上)と具体例(下)

図1. 固相合成法の概念図(上)と具体例(下)

 

Iterative exponential growth (IEG)

配列を制御しつつ、大量合成可能な高分子合成法として、Jonsonらは「Iterative exponential growth (IEG) [2]」に着目しました。

IEG法は、分子の両末端を脱保護や官能基化によってそれぞれ異なる反応性基へと誘導し、生成した反応性基同士をカップリングさせることによって結合を形成します。これを繰り返すことによって高分子鎖を伸長させる手法です(図 2)。

本手法では高分子鎖長が指数関数的に増大するため、比較的少ない繰り返しサイクルで高い重合度の高分子を得ることができます。さらに、触媒的カップリング反応を用いた場合は過剰の試薬を必要としないことから、効率的で大量合成可能な重合反応となる可能性を秘めています。これまで、構造が明確なオリゴマーを合成する手法として主に用いられてきた手法ですが、このような利点を有することから配列制御された高分子を大量に合成できる重合反応になりうると著者らは考え、今回の重合法開発に至りました。

 

図2. Iterative exponential growth(IEG)の概念図(上)と具体例(下)

図2. Iterative exponential growth(IEG)の概念図(上)と具体例(下)

 

Iterative exponential growth plus side-chain (IEG+)

今回著者らは、立体規則性および配列が制御された重合法として、図3に示してあるIEG+法を提案しました。

IEG+法では、適切な官能基を有する高光学純度モノマーに対して、(i)置換反応、続く(ii)官能基化を行うことで反応性基を導入します。一方、同一のモノマーに対して(iii)脱保護を行い、先ほど導入した反応性基とカップリングする骨格を構築します。これらのモノマーを(iv)カップリング反応を用いて結合させることで二量体が得られます(図3)。

この4つの化学反応を繰り返し行うことで重合が進行します。指数関数的に重合度が増加するため、少ないサイクルで高い重合度の高分子が得られるだけでなく、高分子鎖長や配列、キラリティーが制御された高分子を合成することができることが特徴です。

具体的には、高光学純度のエポキシとアルキンを有するモノマーを用いており、ヒュスゲン環化反応によって二量体を構築しています。用いるモノマー中のエポキシの立体化学の違いにより、シンジオタクチックまたはイソタクチックといった高分子の立体規則性を狙い通り合成することができます。加えて、側鎖のアルコール部位がアセチル基もしくはベンジル基で保護されたものを狙って配列させることができることも示しています。これらの特徴を組み合わせることで、異なる立体規則性、配列を同一分子内に有する32量体(図 4)が合成できることが示されています。

 

図3. Iterative exponential growth plus side-chain functionalization (IEG+)

図3. Iterative exponential growth plus side-chain functionalization (IEG+)

図4. 異なる立体規則性(S, RとR, R)と異なる配列を同一分子内に有する32量体

図4. 異なる立体規則性(S, RとR, R)と異なる配列を同一分子内に有する32量体

まとめ

今回著者らは、高分子鎖長および配列、立体規則性を制御した高分子を効率的に合成できる新しい重合法を報告しました。本手法を用いることによって従来の重合法では合成することのできない骨格を構築することができます。構造と合成法いずれにおいても新しく、今後の応用が期待されます。

なお、この代表著者のJeremiah A. Johnson助教授はいまだ30代前半の若手化学者。最近矢継ぎ早にハイジャーナルに論文を出版しており、おそらく難しいMITでのテニュアも取れそうな予感です。今後の彼の活躍に注目したいと思います。

Jeremiah A. Johnson

Jeremiah A. Johnson

 

参考文献

  1. (a) Merrifield, R. B. 
J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 2149. (b) Chem-Station : メリフィールド ペプチド固相合成法
  2. (a) Binauld, S.; Damiron, D.; Connal, L. A.; Hawker, C. J.; Drockenmuller, E. Macromol. Rapid Commun. 2011, 32, 147. (b)
 Zhang, J.; Moore, J. S.; Xu, Z.; Aguirre, R. A. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 2273. DOI: 10.1021/ja00032a060 (c) Binauld, S.; Hawker, C. J.; Fleury, E.; Drockenmuller, E. Angew. Chem., Int. Ed. 2009, 48, 6654. DOI: 10.1002/anie.200903156

 

Avatar photo

bona

投稿者の記事一覧

愛知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. ケミカルバイオロジーとバイオケミストリー
  2. 室温で緑色発光するp型/n型新半導体を独自の化学設計指針をもとに…
  3. 自動車の電動化による素材・化学業界へのインパクト
  4. 有機フッ素化合物の新しいビルドアップ構築法 ~硫黄官能基が導く逐…
  5. プロドラッグの話
  6. 第16回ケムステVシンポ「マテリアルズインフォマティクス?なにそ…
  7. 向かう所敵なし?オレフィンメタセシス
  8. 分子研 大学院説明会・体験入学説明会 参加登録受付中!

注目情報

ピックアップ記事

  1. 河村奈緒子 Naoko Komura
  2. 二重可変領域抗体 Dual Variable Domain Immunoglobulin
  3. 映画007シリーズで登場する毒たち
  4. 変幻自在にジアゼンへ!アミンを用いたクロスカップリングの開発
  5. 塩基の代わりに酸を使うクロスカップリング反応:X線吸収分光が解き明かすルイス酸の役割
  6. 第121回―「亜鉛勾配を検出する蛍光分子の開発」Lei Zhu教授
  7. ロゼムンド・リンドセー ポルフィリン合成 Rothemund-Lindsey Porphyrin Synthesis
  8. 進化する高分子材料 表面・界面制御 Advanced:高分子鎖デザインがもたらすポリマーサイエンスの再創造
  9. 光とともに変身する有機結晶?! ~紫外光照射で発光色変化しながら相転移する結晶の発見
  10. What’s Cooking in Chemistry?: How Leading Chemists Succeed in the Kitchen

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2016年1月
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

注目情報

最新記事

【化学・食品業界向け】 蒸留による分離・濃縮をシンプルで省エネに ~無機分離膜が起こすイノベーション~

■概要ものづくりにおいて重要な分離操作。有機溶剤の混合物の分離リサイクル。水の分離(脱水…

濃硫酸の1000倍強い超酸の中でも蛍光を保ち続ける”超酸耐性BODIPY”

第705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(反応有機化学研究室)博士後期課程2…

安田修祥・裕美子 若手化学者留学支援事業

大学院生時代の経験として、海外留学は本当に素晴らしいものです。かくいう私も、1か…

有機合成化学協会誌2026年5月号:特集号 有機合成化学の力で切り拓く次世代モダリティの地平

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2026年5月号がオンラインで公開されています。…

チームディレクター募集(理化学研究所研究室主宰者、無期雇用職)

募集研究室理化学研究所 環境資源科学研究センター募集の概要国立研究開発法人理化学研究所で…

<製品サンプル進呈>細胞増殖/毒性測定 はじめてを応援キャンペーン【同仁化学研究所】

Cell Counting Kit-8(CCK-8)は同仁化学研究所で開発され、世界中で細胞増殖や細…

ポンコツ博士の国内奮闘録 ~博士、教員として過ごしてはや2年~

本稿は,少子化の影響が著しい地方私立大で学位を取得したとあるしがない博士(薬学)が、厳しい世の中を生…

2026年、過去最大規模の「有機溶媒危機」が始まった?

2026 年 2 月 28 日、アメリカとイスラエルがイランに対し軍事攻撃作戦を…

蒸留操作で水はどう動くのか【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか3. 反応操作をし…

ペプチドを細胞に入れるには? ― クロロアルケン置換が切り拓く膜透過性の新戦略 ―

第 704 回のスポットライトリサーチは、静岡大学大学院 光医工学研究科 光医工学共…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP