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ホスト分子

ククルビットウリル Cucurbituril

ククルビット[n]ウリル(cucurbit[n]uril, CBn)とは、グリコウリル構造をホルムアルデヒドで連結させることで得られる環状水溶性ホスト分子のことである。nは構成されるグリコウリルモノマーの数を指す。名前はカボチャの学名(cucurbitaceae)に由来する。

合成法および構造的特性

グリコウリルとホルムアルデヒドを酸触媒条件下で縮合させると、CBnの混合物が得られる。連結数nに応じて環サイズは変化する。
CB6は1905年にBehrendによってはじめて合成され[1]、1981年にイリノイ大学のMockらによって構造決定がなされた[2]。環サイズを違えたCB5,7,8はKimらによって報告されている[3]。n = 9のものはこれまでに単離されていない。

グリコウリルの代わりにエチレンウレアを同様に連結し、上半分をカットした構造の分子はヘミククルビット[n]ウリル[4]と呼ばれる。上部ウリル構造をジアルキル化ののち縮合して得られるものはバンブス[n]ウリル[5]と呼ばれる。

ホスト―ゲスト化学への応用

環内部は疎水性分子に適した環境になっている。開口部は電気陰性であるカルボニル基が密集しており、電気陽性部位と強く相互作用する。この現象を活かしたホスト―ゲスト化学が精力的に研究されている[6-8]。

疎水性骨格の両端にアンモニウムカチオンを適切な距離で2つ備える分子が強力に取り込まれる。下記のとおり、アルキル鎖長4~6のα,ω-ジアミンが良く結合する。

●=H(CH2)mNH3+, ▲=+H3N(CH2)mNH3+ CB6との相互作用定数の関係 (b) サイズの比較(論文[7]より引用)

この知見を参考に、フェロセン骨格[9]もしくはジアマンタン骨格[10]にアンモニウム塩を2つ取り付けた化合物が、CB7と極めて強く結合することが見いだされている。結合定数はfM~aMレベルにも達するほどで、自然界が生み出した最強の非共有結合性相互作用であるアビジン-ビオチン系を超越する強さである。

ドラッグデリバリーシステムへの応用

毒性の懸念が少ない生体適合型ホスト分子として、ドラッグデリバリーシステムなどにも用いられている[11]。この目的にはホスト内孔の大きさや、溶解性などの観点からCB7もしくはCB8が良く用いられる。

関連文献

  1. Behrend, R.; Meyer, E.; Rusche, F. Liebig Ann. Chem. 1905, 339, 1. doi:10.1002/jlac.19053390102
  2. Freeman, W. A.; Mock, W. L.; Shih, N.-Y. J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 7367. DOI: 10.1021/ja00414a070
  3. (a) Kim, J.; Jung, I.-S.; Kim, S.-Y.; Lee, E.; Kang, J.-K.; Sakamoto, S.; Yamaguchi, K.; Kim, K. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 540. DOI: 10.1021/ja993376p (b) Lee, J. W.; Selvapalam, S. N.; Kim, H.-J.; Kim, K. Acc. Chem. Res. 2003, 36, 621. DOI: 10.1021/ar020254k
  4. Miyahara, Y.; Goto, K.; Oka, M.; Inazu, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 5019. DOI: 10.1002/anie.200460764
  5. Švec, J.; Nečas, M.; Šindelář, V. Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 2378. doi:10.1002/anie.201000420
  6. Review: Lagona, J.; Mukhopadhyay, P.; Chakrabarti, S.; Isaacs, L. Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 4844. DOI: 10.1002/anie.200460675
  7. Rewiew: Assaf, K. I.; Nau, W. M. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 394. DOI: 10.1039/C4CS00273C
  8. Review: Barrow, S. J.; Kasera, S.; Rowland, M. J.; del Barrio, J.; Scherman, O. A. Chem. Rev. 2015, 115, 12320. DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00341
  9. (a) Jeon, W. S.; Moon,K.; Park,, S. Y.; Chun, H.; Ko, Y. H.; Lee, J. Y.; Lee, E. S.: Samal, S.; Selvapalam, N.; Rekharsky, M. V.; Sindelar, V.; Sobransingh, D.; Inoue, Y.; Kaifer, A. E.; Kim, K. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 12984. DOI: 10.1021/ja052912c (b) Rekharsky, M. V.; Mori, T.; Yang, C.; Ko, Y. H.; Selvapalam, N.; Kim, H.; Sobransingh, D.: Kaifer, A. E.; Liu, S.; Isaacs, L.; Chen, W.; Moghaddam, S.; Gilson, M. K.; Kim, K.; Inoue, Y. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2007, 104, 20737. doi:10.1073/pnas.0706407105
  10. Cao, L.; Šekutor, M.; Zavalij, P. Y.; Mlinarić-Majerski, K.; Glaser, R.; Isaacs, L. Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53, 988. DOI: 10.1002/anie.201309635
  11. Review: Yin, H.; Wang, R. Isr. J. Chem. 2017, DOI: 10.1002/ijch.201700092

関連書籍

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博士(薬学)。Chem-Station副代表。現在国立大学教員として勤務中。専門は有機合成化学、主に触媒開発研究。 関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。 素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

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