アクティビティレポート2013	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
早稲田大学	
 先進理工学部	
 化学・生命化学科	
 早稲田大学	
 先進理工学研究科	
 化学・生命化学専攻	
 学科構成員	 · 物理化学部門	
 構造化学研究室	
 
教授	
 	
 
	
 
電子状態理論研究室
教授
客員次席研究員
学振 特別研究員(PD)
招聘研究員
助手
次席研究員
次席研究員
次席研究員
	
 
光物理化学研究室
准教授· 有機化学部門	 化学合成法研究室	
 
教授	
 	
 
G30助教	
 
助手	
 

古川	
 行夫	
 

中井 浩巳
菊池 那明
清野 淳司
西澤 宏晃
五十幡 康弘チィトン，ルンティワ
石川 敦之
ワン，キ

井村 考平

中田	
 雅久	
 
Rader	 Jensen	
 
藤井	
 友博	
 

	
 
機能有機化学研究室	
 
教授	
 	
 

鹿又	
 宣弘	
 

反応有機化学研究室
教授
助手

柴田 高範
大谷 卓（2013年8月まで）

	 · 無機・分析化学部門	
 無機反応化学研究室	
 
教授	
 	
 
助教	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
 

石原	
 浩二	
 
菅谷知明	
 

	
 
錯体化学研究室	 教授	 	 · 生命化学部門	 分子生物学研究室	
 
教授	
 	
 
助教	
 
助手	
 
	
 
生物分子化学研究室	
 
教授	
 	
 
助手
	
 
ケミカルバイオロジー研究室	
 
教授	
 	
 
助手	
 
名誉招聘研究員	
 招聘研究員	
 
	
 

山口	
 正	
 

寺田	
 泰比古	
 
奥村	
  高志	
 
森	
  勇介（2013年9月から）	
 

小出	
 隆規	
 
増田	
 亮	
 

中尾	
 洋一	
 
新井	
  大祐	
 
浅野	
  茂隆	
 
伏谷	
  伸宏	
 

構造化学研究室（古川研究室）
研究レビュー(1) ラマン分光法による，バンド幅と温度の関係を用いた有機発光ダイオー
ドの銅フタロシアニン層の温度測定(2) 13C-NMR を用いた，ピペラジン・ア
ミン・CO2 ・水系の加熱前と後の化学種の組成分析

ラマン分光による温度計測には，一般に，(1) ストークス・アンチストークスバンドの強度比，(2) ピーク波数と温度の経験式，(3) バンド幅と温度の経験式，を用いる方法がある．本研究では，バンド幅と温度の経験式から，代表的な 1 重項発光ダイオード（ 素 子 構 造 ， ITO/ 銅 フ タ ロ シ ア ニ ン(CuPc)/NPD/Alq3/LiF-Al ） 中 に 埋 も れ た
CuPc 層の温度を，非破壊・非接触で，測定した．ラマンスペクトルは，レニショー社
InVia 顕微ラマン装置で，633 nm 励起で測定した．加熱ステージ（日本ハイテク
10033）に試料薄膜をのせて，5 C 毎に 25から 200 C の範囲で，ラマンスペクトルを測定した．測定スペクトルを補間してデー
タ間隔を 0.0036 cm−1 とし，1571 と 1488
cm−1 で直線のベースラインを引き，バンドの半値全幅（FWHM）W を読み取った．測定データを最小 2 乗法で直線に回帰すると，

火力発電所の燃焼排ガスから温室効果ガ
ス CO2 を取り除き，地中に埋める方法(CCS)が試験段階にある．CO2 を吸収して取り除く液体として，アミン水溶液が使用されている．本研究では，13C-NMR を用いて，ピペラジン(PZ)と N-methyldiethanolamine(MEDA)の混合水溶液の CO2 吸収・放散にともなう化学種の組成分析を行い，反応機
構と高性能アミン開発への指針を検討した．
CO2 気体バブル時間に対する HCO3−/CO32−(H+交換反応が速く NMR では区別不能）(♦)，
MDEA(■), カルボネート(▼)，PZ (▲),PZ モ
ノカルバメート(◄)，PZ ジカルバメート(►)の濃度変化を図 1 に示した．

W (cm 1 )  AT (C)  B,
A  1.07  0.01 102 cm 1 C 1
B  8.05  0.02 cm 1となった．この式を検量線として，デバイスに定電流を流して，ラマンスペクトルを測定して，温度を見積もった．結果を表 1に示した．
表 1．1528 cm−1 バンド幅と見積もった温度
W (cm−1)
T (C)
電流密度
2(mA/cm )
100
8.49
41
200
8.68
59
300
8.89
79
400
9.15
103
500
9.40
126
600
9.47
133
700
9.57
142
800
9.62
147
900
9.62
147
1,000
9.63
148
温度の誤差，±4 C(Jpn. J. Appl. Phys., 52, 05DC16 (2013))

図 1. (a) MDEA 水溶液(20wt%)，(b) PZ 水溶液(10wt%)，(c) PZ(10wt%)−MDEA(20wt%)水
溶液，(d) PZ(10wt%)−MDEA(30wt%)水溶液．
PZ−MDEA 混合液では CO2 の吸収が MDEA
よりも速いが，その原因は，PZ カルバメー
ト生成反応が速いからであることが分かった．また，10−20 分で HCO3−/CO32−の生成速度が加速された．この原因として，PZ カル
バメートが有機分子触媒として作用した可能性がある．80 C で CO2 ガスの放散を行ったが，PZ モノ・ビスカルバメートとして取り込まれた CO2 量はほとんど変化しなかった．放散にはより高い温度が必要である．

(Energy Procedia, 37, 869 (2013))

研究業績


原著論文
1.

2.

3.

4.

5.

6.



"Raman Temperature Measurements of the Copper Phthalocyanine Layer of an
Organic Light-Emittind Diode Using a Bandwidth−Temperature Relationship"
R. Iwasaki, M. Hirose, and Y. Furukawa
Jpn. J. Appl. Phys., 52, 05DC16 (2013).
"1,2-Bis(ferrocenyl)-Substituted Distilbene and Dibismuthene: Sb=Sb and Bi=Bi
Units as π Spacers between Two Ferrocenyl Units"
M. Sakagami, T. Sasamori, H. Sakai, Y. Furukawa, and N. Tokitoh
Chemistry an Asian Journal, 8, 690−693 (2013).
"Lab-scale Characterization of CO2 Absorbents Containing Various Amine Species"
H. Sato, K. Yoshihisa, N. Kubota, K. Takahashi, A. Matsumoto, Y. Yamanaka, and Y.
Furukawa
Energy Procedia, 37, 431−435 (2013).
"13C-NMR Spectroscopic Study on Chemical Species in Piperazine−Amine−CO2−H2O System before and after Heating"
M. Nitta, M. Hirose, T. Abe, Y. Furukawa, H. Sato, and Y. Yamanaka
Energy Procedia, 37, 869−876 (2013).
"Experimental Study on CO2 Solubility in Aqueous Piperazine/alkanolamines
Solutions at Stripper Conditions"
S. Inoue, T. Itakura, T. Nakagaki, Y. Furukawa, H. Sato, and Y. Yamanaka
Energy Procedia, 37, 1751−1759 (2013).
"1,2-Bis(ferrocenyl)dipnictenes: Bimetallic Systems with a Pn=Pn Heavy -Spacer(Pn: P, Sb, and Bi)"
M. Sakagami, T. Sasamori, H. Sakai, Y. Furukawa, and N. Tokitoh
Bull. Chem. Soc. Jpn., 86(10), 1132−1143 (2013).
総説，単行本，プロシーディングスなど

1.

2.

3.

4.

「赤外・ラマン分光」
古川行夫
薄膜の評価技術ハンドブック，監修：金原粂，編集委員長：吉田貞史，テクノシステム，2013 年，pp. 200−203.
「赤外・ラマン分光の有機電子デバイスへの応用」
西岡利勝，錦田晃一，尾崎幸洋 監修，先端材料開発における振動分光分析法の応用，シーエムシー出版，2013 年，pp. 184−195.
"Vibrational Spectroscopy of Organic Thin Films Used for Solar Cells"
Y. Furukawa
Padjadjaran International Physics Symposium 2013 (PIPS-2013) — Contribution of
Physics on Environmental and Energy Conservations (Universitas Padjadjaran, West
Java, Indonesia, May 7−9, 2013), AIP Conference Proceedings, Volume 1554, pp. 5–8.
"Bis(1,2,5-thiazolo)-p-quinobis(1,3-dithiole) (BTQBT) Templating Effect on
Structure and Performance of Organic Solar Cells"
Y. Iwasawa and Y. Furukawa
Padjadjaran International Physics Symposium 2013 (PIPS-2013) — Contribution of
Physics on Environmental and Energy Conservations (Universitas Padjadjaran, West
Java, Indonesia, May 7−9, 2013), AIP Conference Proceedings, Volume 1554, pp 47–

5.



49.
"Preparation of ZnO Nanoparticles for Blend of P3HT:ZnO Nanoparticles:PCBM
Thin Film and Its Charge Carrier Dynamics Characterization"
L. Safriani, A. Aprilia, A. Bahtiar, Risdiana, M. Kartawidjaja, T. Apriani, K.
Kanazawa, and Y. Furukawa
Padjadjaran International Physics Symposium 2013 (PIPS-2013) — Contribution of
Physics on Environmental and Energy Conservations (Universitas Padjadjaran, West
Java, Indonesia, May 7−9, 2013), AIP Conference Proceedings, Volume 1554, pp
101–104.
特許1.

特許第 5303726 号，「有機エレクトロルミネッセンス素子」，古川行夫，山田哲平，小野善伸，（2013 年 7 月 5 日）
招待・依頼講演

1.

2.

3.

4.

"Vibrational Spectroscopy of Organic Thin Films Used for Solar Cells" (Keynote
Lecture)Padjadjaran International Physics Symposium 2013 (PIPS2013), Bale Sawala,
Universitas Padjadjaran Jatinangor, May 7-9, 2013.
「Infrared Spectroscopy of Organic Materials Used for Electronic Devices」
Agilent FTIR Spectroscopy Events at ICAVS7, Kobe Convention Center, Kobe,
August 25, 2013.
「赤外分光の応用：物質科学」
日本分光学会第 49 回夏期セミナー「赤外分光法—基礎と最新手法」，幕張メッセ国際会議場，千葉，2013 年 9 月 6 日．
「振動分光」
シンポジウム依頼講演，第 74 回応用物理学会秋季学術講演会（同志社大学京田辺キャンパス，京都，2013 年 9 月）

 国内学会発表
1. ラマン分光法による P3HT のドープ状態の研究
山本潤，古川行夫
第 60 回応用物理学会春季学術講演会（神奈川工科大学，神奈川，2013 年 3月）
2. ラマン分光法を用いた Si ナノ粒子の結晶・非晶解析
百瀬美穂，平坂雅男，古川行夫
第 60 回応用物理学会春季学術講演会（神奈川工科大学，神奈川，2013 年 3月）
3. 不純物添加/無添加 Si ナノ粒子のラマン分光法による結晶・非晶解析
百瀬美穂，平坂雅男，古川行夫
第 74 回応用物理学会秋季学術講演会（同志社大学京田辺キャンパス，京都，2013 年 9 月）
4. ラマン分光を用いた三重項有機 EL の HAT-CN 層の温度測定
岩崎亮太，古川行夫，片木京子，高田徳幸，筒井哲夫

5.

6.

7.

8.

9.

第 74 回応用物理学会秋季学術講演会（同志社大学京田辺キャンパス，京都，2013 年 9 月）
ラマン分光法によるポリ(3-ヘキシルチオフェン）/イオン液体有機トランジス
タのキャリア解析
山本潤，古川行夫
第 74 回応用物理学会秋季学術講演会（同志社大学京田辺キャンパス，京都，2013 年 9 月）
位置規則性ポリ(3-ヘキシルチオフェン），[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl
ester，ZnO ナノ粒子系の光誘起赤外吸収
金澤啓，古川行夫
第 74 回応用物理学会秋季学術講演会（同志社大学京田辺キャンパス，京都，2013 年 9 月）
密度汎関数理論計算と二次元相関法を用いたナイロン 11 の電場誘起赤外スペ
クトルの解析
磯田隼人，古川行夫
第 7 回分子科学討論会 2013（京都テレサ，京都，2013 年 9 月）
HAT-CN の CN 伸縮ラマンバンドを用いた有機 EL の温度測定
岩崎亮太，古川行夫，片木京子，高田徳幸，筒井哲夫
有機 EL 討論会第 17 回例会（朱鷺メッセ：新潟コンベンションセンター，
2013 年 11 月）
強誘電性フッ化ビニリデン/三フッ化エチレン共重合体薄膜における電場誘起
回転運動の赤外分光研究
髙嶋健二，古川行夫
平成 25 年度日本分光学会年次講演会（大阪大学豊中キャンパス，大阪，2013
年 11 月） 国際学会発表
1.

2.

3.

4.

"Bis(1,2,5-thiadiazolo)-p-quinobis(1,3-dithiole) (BTQBT) Templating Effect inStructure and Performance of Organic Solar Cells"
Y. Iwasawa and Y. Furukawa
Padjadjaran International Physics Symposium 2013 (PIPS2013), Bale Sawala,
Universitas Padjadjaran Jatinangor, May 7-9, 2013.
"Raman Spectra of the Blends of Regioregular Poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and[6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester (PCBM)"
F. Fukuda and Y. Furukawa
Padjadjaran International Physics Symposium 2013 (PIPS2013), Bale Sawala,
Universitas Padjadjaran Jatinangor, May 7-9, 2013.
"Photoinduced Infrared Absorption from Thin Films of Regioregular Poly(3hexylthiophene) (P3HT), [6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester (PCBM), andZnO Nanoparticles"
K. Kanazawa and Y. Furukawa
Padjadjaran International Physics Symposium 2013 (PIPS2013), Bale Sawala,
Universitas Padjadjaran Jatinangor, May 7-9, 2013.
"Infrared Spectral Changes of Poled Thin Films of Ferroelectric Vinylidene
fluoride/trifluoroethylene copolymer after the removal of an external electric field"
K. Takashima and Y. Furukawa

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

19th European Symposium on Polymer Spectroscopy (ESOP19), Institute ofMacromolecular Chemistry, Academy of Sciences of the Czech Republic in Prague,
Czech Republic, July 7−11, 2013.
"Raman Spectroscopic Study on Electrochemical Doping of P3HT in an Ionic-LiquidGated Transistor Geometry"
J. Yamamoto and Y. Furukawa
Seventh International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS-7),
Kobe Convention Center, Kobe, Japan, August 25−30, 2013.
"Electric Field Effect on the Infrared Spectrum of a Ferroelectric Poly(vinylidene
fluoride-hexafluoropropylene) (PVDF/HFP) Film"
H. Isoda and Y. Furukawa
Seventh International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS-7),
Kobe Convention Center, Kobe, Japan, August 25−30, 2013.
"Raman Temperature Measurements of the Copper Phthalocyanine Layer in Organic
Light-Emitting Diodes"
R. Iwasaki, M. Hirose, and Y. Furukawa
Seventh International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS-7),
Kobe Convention Center, Kobe, Japan, August 25−30, 2013.
"Molecular Orientation in Diindenoperylene Thin Films Formed on Indium-TinOxide Electrodes Modified with 3,4,9,10-Perylenetetracarboxylic Dianhydride"
H. Murata and Y. Furukawa
Seventh International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS-7),
Kobe Convention Center, Kobe, Japan, August 25−30, 2013.
"Electric Field Effect on the Infrared Spectrum of a Poly(methylmethacrylate) Thin
Film at Low Temperature"
K. Takashima and Y. Furukawa
Seventh International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS-7),
Kobe Convention Center, Kobe, Japan, August 25−30, 2013.
"Photoexcitation Infrared Spectroscopic Study of Regioregular Poly(3hexylthiophene) (P3HT), [6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester (PCBM), andZinc Oxide (ZnO) Nanoparticle System"
K. Kanazawa, L. Safriani, A. Bahtiar, and Y. Furukawa
Seventh International Conference on Advanced Vibrational Spectroscopy (ICAVS-7),
Kobe Convention Center, Kobe, Japan, August 25−30, 2013.
"Raman Spectroscopic Study of Polarons and Bipolarons in Regioregular Poly(3hexylthiophene)/Ionic Liquid Transistors and Their Electrical Properties"
J. Yamamoto and Y. Furukawa
The 11th China-Japan Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in
Organic Solids and Related Phenomena, Changchun Labour Morgan Hotel,
Changchun, China, September 1-4, 2013.
"Photovoltaic Performance of Regioregular Poly(3-hexylthiophene) (P3HT), [6,6]phenyl-C61-butyric Acid Methyl Ester (PCBM), and Zinc Oxide (ZnO) System"
K. Kanazawa and Y. Furukawa
The 11th China-Japan Joint Symposium on Conduction and Photoconduction in
Organic Solids and Related Phenomena, Changchun Labour Morgan Hotel,
Changchun, China, September 1-4, 2013.
"Resonance Raman Spectra of Bulk Heterojunction Films of Regioregular Poly(3hexylthiophene) (P3HT) and [6,6]-phenyl-C61-butyric Acid Methyl Ester (PCBM)"
Y. Furukawa and F. Fukuda
The 11th China-Japan Joint Symposium on Conduction and Photoconduction inOrganic Solids and Related Phenomena, Changchun Labour Morgan Hotel,
Changchun, China, September 1-4, 2013.


受賞
1.



古川行夫，日本化学会 BCSJ 賞，2013 年 10 月．
研究助成

1.

科学研究費補助金挑戦的萌芽研究，「熱刺激赤外分光法の開発と有機半導体薄膜におけるキャリアトラップの分子構造解析」

電子状態理論研究室（中井研究室）
研究レビュー(1)分割統治法の生体系への応用
当研究室では，分割統治(DC)法に基づ
く大規模量子化学計算法を開発してきた．
業績[5,6]では，それぞれ HIV-1 逆転写酵素と及び西ナイルウィルス NS3 タンパ
ク質分解酵素に対して阻害剤の相互作用
を DC 計算の結果に基づき理論的に解析した．業績[11]では，紅色光合成細菌の
走光性の光受容タンパク質(PYP)に対して励起状態(DC-SACCI)計算を行い，
長波長シフ
トの起源が
タンパク質
からの長距
離的な静電
的相互作用
によること
を明らかに 図 1. PYP の励起状態計算に対するモデル及び計算レベル依存性．
した(図 1)．
5. Int. J. Quantum Chem., 113, 510 (2013).
6. Bull. Chem. Soc. Jpn., 86, 67 (2013).

5

4

4

4

5

4

2

13. J. Chem. Phys., 139, 034109 (2013).
18. J. Chem. Phys., 139, 244107 (2013).

(3)密度汎関数理論における分散力補正
当研究室では，密度汎関数理論(DFT)において分散力を見積る方法として局所
応答分散力(LRD)法を提案してきた．業
績[4]では，解析的微分法を開発した．業績[8]では，開殻系に対して応用し，その有用性を確認した．
4. Int. J. Quantum Chem., 113, 257 (2013).
8. Chem. Phys. Lett., 556, 386 (2013).

(4)リチウムイオン 2 次電池の理論解析
リチウムイオン二次電池(LIB)の充放電過程について理論解析を行った．業績[12]では，LixCoO2 正極内への Li+イオンの挿入過程の理論計算より，充放電曲線
を理論的に再現した(図 3)．業績[17]では，
Li+，Na+，Mg2+のキャリアイオンに対し，
炭酸エステル，エーテル，スルホラン誘導体，アミドを含む 26 種の非プロトン性
有機溶媒，グライム(G1-G4)，BF4-，PF6-，TFSA の 3 種のアニオンとの複合体につ

52

Nb-Cl(ap.)
Nb-Cl(eq.)
Mo-Br
Ru-O
Cd-C
Ta-Cl(ap.)
Ta-Cl(eq.)
W-O
W-Cl(ap.)
W-Cl(eq.)
Re-C(ap.)
Re-C(eq.)
Re-Br
Os-O
Pt-N
Pt-Cl
Hg-C

Rrel [Å](2)大規模・高精度 2 成分相対論法の開発
当研究室では CREST 元素戦略「相対論的電子論」プロジェクトの一環として，実用的な高精度
2 成分相対論法
NbCl
MoBr
RuO
CdEt
TaCl
の開発を行っている．昨年まで WOCl Re(CO) Br OsO cis-Platin HgMeに，局所ユニタ
0.10
リ ー 変 換0.05
(LUT) 型 の 無
0.00
限次 Douglas-0.05
Kroll (IODK)-0.10
法を開発して-0.15
Bond type
きた．業績[13]では，分割統 図 2. 金属錯体の結合距離に対する相対論的効果．
治 (DC) 法 と組み合わせることにより，大規模系の取り扱いを可能とした．業績[18]では，
LUT-IODK 法に基づく解析的微分法を開発し，重原子を含む構造最適化を可能とした(図 2)．

いて脱溶媒和過程を系統的に解析した．
図 3. LIB の充放電曲線（○：理論，破線：実験）．

12. J. Electrochem. Soc., 160, A1364 (2013).
17. J. Electrochem. Soc., 161, A2160 (2013).

研究業績
 原著論文(査読あり)
1. “Accelerating convergence in the antisymmetric product of strongly orthogonal
geminals method”,
M. Tarumi, M. Kobayashi1, H. Nakai,Int. J. Quantum Chem., 113 (3), 239–244 (2013). (DOI: 10.1002/qua.24045)
2. “Linearity condition for orbital energies in density functional theory (IV):determination of range-determining parameter”,
Y. Imamura, R. Kobayashi, H. Nakai,Int. J. Quantum Chem., 113 (3), 245–251 (2013). (DOI: 10.1002/qua.24093)
3. “Divide-and-conquer-based symmetry adapted cluster method: synergistic effect ofsubsystem fragmentation and configuration selection”,
T. Yoshikawa, M. Kobayashi1, H. Nakai,Int. J. Quantum Chem., 113 (3), 218–223 (2013). (DOI: 10.1002/qua.24093)
4. “Self-consistent field treatment and analytical energy gradient of local response
dispersion method”,
Y. Ikabata, T. Sato, H. Nakai,Int. J. Quantum Chem., 113 (3), 257–262 (2013). (DOI: 10.1002/qua.24092)
5. “Divide-and-conquer based quantum chemical study for interaction between HIV-1
reverse transcriptase and MK-4965 inhibitor”,
P. Saparpakorn, M. Kobayashi1, S. Hannongbua, H. Nakai,Int. J. Quantum Chem., 113 (4), 510–517 (2013). (DOI: 10.1002/qua.24164)
6. “Divide-and-conquer electronic-structure study on the mechanism of the West Nile
Virus NS3 protease inhibitor”,
P. Saparpakorn, M. Kobayashi, H. Nakai,
Bull. Chem. Soc. Jpn., 86 (1), 67–74 (2013). (DOI: 10.1246/bcsj.20120165)
7. “Acceleration effect of thiourea on the oxidation reaction of hypophosphite ion on Ni
surface”,
M. Kunimoto, K. Endo, H. Nakai, T. Homma,
Electrochimica Acta, 100, 311–316 (2013). (DOI: 10.1016/j.electacta.2012.09.070)
8. “Assessment of local response dispersion method for open-shell systems”,
Y. Ikabata, H. Nakai,Chem. Phys. Lett., 556, 386–392 (2013). (DOI: 10.1016/j.cplett.2012.11.088)
9. “An effective energy gradient expression for divide-and-conquer second-order
Møller–Plesset perturbation theory”,
M. Kobayashi, H. Nakai,
J. Chem. Phys., 138 (4), 044102 (11 pages) (2013). (DOI: 10.1063/1.4776228)

10. “Linearity condition for orbital energies in density functional theory (III): Benchmark
of total energies”,
Y. Imamura, R. Kobayashi, H. Nakai,
J. Compt. Chem., 34 (14), 1218–1225 (2013). (DOI: 10.1002/jcc.23243)
11. “Novel approach to excited-state calculations of large molecules based on
divide-and-conquer method: Application to photoactive yellow protein”,
T. Yoshikawa, M. Kobayashi, A. Fujii, H. Nakai,
J. Phys. Chem. B, 117 (18), 5565–5573 (2013). (DOI: 10.1021/jp401819d)
12. “Theoretical study on stability of lithium ion battery in charging process: Analysis
based on partial charge and partial energy”,
Y. Yamauchi, H. Nakai,
J. Electrochem. Soc., 160 (9), A1364–A1368 (2013). (DOI: 10.1149/2.015309jes)
13. “Local unitary transformation method toward practical electron correlation calculations
with scalar relativistic effect in large-scale molecules”,
J. Seino, H. Nakai,
J. Chem. Phys., 139 (3), 034109 (15 pages) (2013). (DOI: 10.1063/1.4813595)
14. “Theoretical analysis of the influence of surface defects on the reactivity ofhypophosphite ions”,
M. Kunimoto, A. Otomo, N. Takahashi, H. Nakai, T. Homma,
Electrochim. Acta, 113, 785–791 (2013). (DOI: 10.1016/j.electacta.2013.06.144)
15. “Superphenalenyl: Theoretical design of a π-conjugated planar hydrocarbon radical”,
Y. Ikabata, K.-y. Akiba, H. Nakai,Chem. Lett., 42 (11), 1386–1387 (2013). (DOI: 10.1246/cl.130679)
16. “Kinetic energy decomposition scheme based on information theory”,
Y. Imamura, J. Suzuki, H. Nakai,
J. Comput. Chem., 34 (32), 2787–2795 (2013). (DOI: 10.1002/jcc.23457)
17. “Theoretical analysis on de-solvation of lithium, sodium, and magnesium cations toorganic electrolyte solvents”,
M. Okoshi, Y. Yamada, A. Yamada, H. Nakai,
J. Electrochem. Soc., 161 (11), A2160–A2165 (2013). (DOI: 10.1149/2.074311jes)
18. “Analytical energy gradient based on spin-free infinite-order Douglas-Kroll-Hessmethod with local unitary transformation”,
Y. Nakajima, J. Seino, H. Nakai,
J. Chem. Phys., 139 (24), 244107 (13 pages) (2013). (DOI: 10.1063/1.4850638)
 プロシーディング(査読あり)
1. “Special Issue: Seventh Congress of the International Society for Theoretical Chemical
Physics”,
H. Nakai, K. Yoshizawa, K. Ando, T. Nakajima, E.J. Brandas,
Int. J. Quant. Chem. (Preface), 113 (3), 171–172 (2013). (DOI: 10.1002/qua.24329)

 総説・著書
1.

“10.2.1 量子化学計算”，中井浩巳
化学便覧 応用化学編 第 7 版, 日本化学会編 1013–1017 (2013).

 招待講演（国際会議）
1. “Expansion and deepening of quantum chemical methods toward real science”, H.
Nakai, 17th International Annual Symposium on Computational Science andEngineering (ANSCSE17), Khon Kaen University (Khon Kaen, Thailand), March 27-29,
2013. (Keynote)
2. “Linear-scaling excited-state calculations for large systems”, H. Nakai, The Sixth
Asia-Pacific Conference of Theoretical and Computational Chemistry (APCTCC6),(Gyeongju(慶州), Korea), July 10-13, 2013.
3. “Linear-scaling electron-correlation theory for two-component relativistic
Hamiltonian”, H. Nakai, The VIIIth Congress of the International Society for
Theoretical Chemical Physics (ISTCP-VIII), (Budapest, Hungary), August 25-31, 2013.
4. “Density functional study for weakly interacting systems: Recent development of local
response dispersion method”, H. Nakai, The First International Workshop on
Computational Science and Engineering (IWCSE 2013), National Taiwan University(Taipei, Taiwan), October 14-17, 2013.
5. “New directions of divide-and-conquer electronic-structure calculations”, H. Nakai,International Symposium on Computational Sciences: Simulations for Material andBiological Systems (ISCS2013), (Shanghai, China), November 18-20, 2013. (Keynote)
6. “Novel applications of nuclear orbital plus molecular orbital (NOMO) method”, H.
Nakai, The XVIII Workshop on Quantum Systems in Chemistry and Physics(QSCP-XVIII), (Paraty, Rio de Janeiro, Brazil), December 01-07, 2013.
 競争的資金1.

科学技術振興機構(JST) 戦略的創造研究推進事業(CREST)『元素戦略を基軸とする物質・材料の革新的機能の創出』“相対論的電子論が拓く革新的機能材料
設計”,（研究代表，平成 24-29 年度）.

2.

文部科学省 元素戦略プロジェクト 研究拠点形成型『京都大学 実験と理論計
算科学のインタープレイによる触媒・電池の元素戦略研究拠点』「触媒及び電極の電子状態計算のための理論開発」,（分担研究代表，平成 24-26 年度）.

3.

文部科学省 HPCI 戦略プログラム『計算物質科学イニシアティブ(CMSI)』，第3 部会『分子機能と物質変換』，特別支援課題３「ナノ・生体系の反応制御と化学反応ダイナミックス」（特別支援課題代表，平成 25 年度）.

光物理化学研究室（井村研究室）	
 研究レビュー	 （１）プラズモンモードの可視化の研究（４）単一金ナノクラスターの発光特性	  金属において励起されるプラズモンは，光増強場を形成する。近年，この光増強場を用いた光化学反応，表面増強ラマン散乱，蛍光増強現象が注目を浴びている。プラズモンの理解を深めるためには，プラズモンモードの可視化が本質的に重要である。金ディスクに励起される空間構造を可視化し，電磁気学計
算モード分析から，可視化される空間構造が，ほぼ単一のプラズモンモードに帰属できることを明らかにした。	
 の研究	
  粒子径 2 nm 以下の粒子はクラスターと呼ばれ，バルクと異なる性質を示す。クラスタ
ーの構造は観察が困難である一方，発光特性
は構造に関する知見を含んでいる。溶液試料を用いた発光スペクトル測定では，試料中に構造異性体が存在する可能性があり，単一ク
ラスターについての知見を得るのは困難である。本研究では，2 種類のチオラート配位
金ナノクラスターを合成し，開口型近接場光学顕微鏡を用いて単一粒子レベルで金ナノクラスターの発光測定を行った。発光スペク
トルには，顕著な測定位置依存性があり，特定サイズのクラスターにおいて，構造異性体が存在することが明らかとなった。
（３）レーザー加工によるプラズモン構

図 1. 金ナノディスク（直径 400 nm, 高さ 35nm）の近接場透過像。観測波長：780 nm。破線は，ディスク概形。矢印は，入射偏光方向。

造体作製と光学特性の究明	  プラズモン構造体の作製法として，化学合成手法と電子線リソグラフィー（EBL）法が（２）プラズモンの動的可視化と制御ある。化学合成法は，結晶性の高い欠陥の少	  プラズモンの特性は，光電場の空間構造に依存し，その理解のためには光電場の可視化が重要である。回折限界を超える空間分解能を実現する近接場光学顕微鏡は，プラズモン
光電場の可視化を可能とする。プラズモン光
電場の空間構造を制御することができれば，プラズモンの機能を飛躍的に高めることができる。本研究では，非線形近接場光学顕微
鏡とパルス波形制御技術を用いてプラズモン構造体における光電場の可視化と制御を目標とした。装置の時間分解能をプラズモンの位相緩和時間 20 fs 程度に改善し，金薄膜に励起される光電場の励起パルス波形整形の依存性を測定した。その結果，光電場の空間構造がパルス形状により変化し，プラズモ
ンのコヒーレント制御が実現できることが明らかとなった。

ない構造体を作製できるが，形状制御が困難である。一方，EBL 法は，形状制御が可能であるが，3 次元的に滑らかな構造の作製が困難である。レーザー加工法は，EBL 法に比べて分解能が劣るものの比較的小型な装置で柔軟な加工が可能である。本研究では，レーザーによるマイクロ構造体作製法を確立し，それを用いたプラズモニック構造体の光学特性を近接場光学顕微鏡により究明した。
図 1. 作 製 し た 金 ナノホールの表面形態像。イメージサイズ：

論文・総説・その他	
 
	
 
!
1.
2.
3.

4.

5.

原著論文	
 
K. Imaeda, K. Imura, “Optical control of plasmonic fields by phase-modulated
pulse excitations”, Opt. Express 21, 27481-27489 (2013).
H. Okamoto, K. Imura, “Visualizing the Optical Field Structures in Metal
Nanostructures”, J. Phys. Chem. Lett. 4, 2230-2241 (2013).
K. Imura, K. Ueno, H. Misawa, H. Okamoto, “Optical Field Imaging of Elongated
Rectangular Nanovoids in Gold Thin Film”, J. Phys. Chem. C 117, 2449-2454(2013).
T. Shimada, K. Imura, H. Okamoto, M. Kitajima, “Spatial distribution of enhanced
optical fields in one-dimensional linear arrays of gold nanoparticles studied byscanning near-field optical microscopy”, Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 4265
(2013).
S. Kim, K. Imura, M. Lee, T, Narushima, H. Okamoto, D. H. Jeong, “Strong
Optical Coupling between Mutually Orthogonal Plasmon Oscillations in a Silver
Nanosphere-Nanowire Joined System”, Phys. Chem. Chem. Phys. 15, 4154 (2013).

! 総説など	 1. K. Imura, H. Okamoto, “Near-field optical microscopy of plasmonicnanostructures”, Handbook of Nano-Optics and Nanophotonics, ed. M. Ohtsu,
Springer-Verlag Chp. 13 527-562 (2013).
!
1.
2.
3.
4.

表彰	
 
井村考平，平成 24 年度日本学術振興会特別研究員等審査会専門委員表彰
武内麻未，平成 25 年度日本分光学会若手ポスター賞
今枝佳祐，第 7 回分子科学討論会	
  分子科学会優秀講演賞
Mami Takeuchi, International Conference on Photochemistry, Poster Presentation
Award (plasmonics and photonics)!
1.

招待・依頼講演	 井村考平，「ナノ分光法を用いたプラズモン可視化と制御」，筑波大学	
  化学
セミナー，茨城，2013 年 7 月．
井村考平，「プラズモンの可視化と制御」，先端光量子アライアンスセミナ
ー：人工ナノ構造の光物性の基礎と光・物質制御への展開，神奈川，2013
年 3 月．

2.

3.

4.

5.


1.
2.
3.

4.


1.
2.

K. Imura, “Near-field optical characterizations of plasmonic materials designed forsurface enhanced Raman scattering”, Symposium on plasmon-based chemistry andphysics, Kobe, August 2013.
K. Imura, H. Okamoto, “Visualization and optical control of localized plasmons bynear-field optical microscopy”, Symposium on plasmon-based chemistry andphysics, Belgium, July 2013.
K. Imura, H. Okamoto, “Visualizing plasmonic nanostructures by near-field optical
microscope”, 3rd-Japan-Korea-Metamaterial-Forum, Seoul, June 2013.
競争的資金	
 文部科学省	
  科学研究費補助金	
  挑戦的萌芽研究 「単一分子吸収分光装置の開発」（研究代表，平成 24-25 年度）
文部科学省	
  科学研究費補助金	
  基盤研究 B 「ナノ粒子集合体の光励起状態の可視化と制御」（研究代表，平成 24-27 年度）
文部科学省	
  科学研究費補助金	
  新学術領域研究	  「電磁メタマテリアル」「プラズモニックメタマテリアルのナノ分光研究」（研究代表，平成 25-26
年度）
物質・デバイス領域共同研究拠点	
  一般研究	  「貴金属有限薄膜におけるプ
ラズモン励起」（研究代表，平成 25 年度）
学内研究助成特定課題研究助成	  「動的近接場光学顕微鏡によるプラズモン誘起蛍光増強機構の解明」（研究代表, 平成 24-25 年度）
三菱マテリアル-理工学術院研究助成	
  「プラズモニックナノ集合体の作製とその光物性評価」（研究代表, 平成 25 年度）

化学合成法研究室（中田研究室）
研究レビュー(1)
Catalytic
Asymmetric[4+2]
Cycloadditions
andHosomi-Sakurai
Reactions of α-Alkylidene -Keto Imides
2 価の銅塩とビスオキサゾリン配位子からなる錯体を触媒として用いると，α‐アルキ
リ デ ン β‐ ケ ト イ ミ ド と 種 々 の ジ エ ン の[4+2]付加環化反応は，全炭素四級不斉中心を含む付加環化生成物を高収率で高エナン
チオ選択的に与えた．また，細見－櫻井反応
も高エナンチオ選択的に付加体を与えることを見出した．
O

O
N

R
R1
R1

N
Cu2+
O
O R
N
H

OMe

hydrogenXObond
X = O, CH2, NMe

Catalytic Asymmetric[4+2] Cycloaddition
Hosomi-Sakurai reaction
R2
H
TMS
3

R
R2 = H; R3 = OTIPS
R2 = OMe; R3 = OTBS
R2 = H; R3 = Me
92 ~ 99% ee

TMS
90 ~ 97% ee(2) Enantioselective Total Synthesis of(+)-Colletoic Acid via Catalytic Asymmetric
Intramolecular Cyclopropanation of an
α–Diazo––Keto Diphenylphosphine Oxide
α‐ジアゾ‐β‐ケトホスフィンキシドの触媒的不斉分子内シクロプロパン化が高いエ
ナンチオ選択性で進行することを見出し，得られたシクロプロパンから５工程の位置，立体，化学選択的変換を含む保護基を用いない
９工程により，糖尿病治療薬候補，(+)-colletoic acid の世界初不斉全合成を達成
した．
P(O)Ph2

79%91% eeOP(O)(OEt)2
TIPSO

HO
CHO

OBn
6

i
PrMgCl2LiCl·CuCN–40 °C; then

OMe

HO
TBAF
•

THF, 0 °C–78 °C, THF

OBn

97% (2 steps)

8 95% ee7
O

PhI(OAc)2
MeOH

InverseElectron
DemandDiels-Alder
Reaction

OMe
OMe

H

•

O
MeO

O

OMe

HO2C

CHO

H
H

0 °C
15 min9

OBnrt, 7 days
97%
Single Isomer

H O OMe
OH
H
H

OMe

H O OMe
OH
HO2C
H

HO2C
H

OMe

BnO

(–)-scabronine G
19 steps, 21% overall yield

10

O

OH
OBz

CHO

O
H

H

(–)-scabronine A(–)-episcabronine A(–)-scabronine D(–)-cyathin B2
27 steps, 10% overall yield 27 steps, 13% overall yield 28 steps, 13% overall yield 21 steps, 20% overall yield

Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 7569-7573;*The most-accessed article from Angew. Chem.,
Int. Ed. in June 2013. Synfacts, 2013, 9(9), 919.
(4) A Short and Enantioselective Preparationof Taxol A-Ring Fragment
従来，パン酵母還元を利用し，既知化合物から 16 工程で 6 を合成していたが，有機触媒
反応あるいは Sharpless の不斉ジヒドロキシル化を利用すると 6, 7 がそれぞれ 10 工程，8
工程と短工程で合成できることを見出した．

nine steps
including

CAIMCP
N2

MeO

MeO

HO2C

Me

Org. Lett. 2013, 15, 768–771.

O

界初不斉全合成を達成した．また，5 ら誘導した化合物において oxa-Michael 反応を起点とする高立体選択的連続反応が進行することを見出し，生合成類似の合成経路により，効率的に(–)-scabronine A, (–)-episcabronine Aの世界初不斉全合成に成功した．

P(O)Ph2O

CAIMCP : catalytic asymmetricintramolecular cycloprppanation

five highlyOH
HO2C
100% ee stereoselective
reactions(recryst)(+)-colletoic acid

Org. Lett. 2013, 15, 1004–1007.
(3) Total Syntheses of (–)-Scabronines G andA, and (–)-Episcabronine A
既知化合物 1 から 2 を経由して合成した 3 の
酸化的脱芳香族化を PhI(OAc)2 を用いて行う
ことにより，オルトキノンモノメチルアセタ
ール 4 を発生させ，系中で連続的に逆電子要
請型分子内 Diels-Alder 反応を進行させることで高立体選択的に 5 を得た．5 からの変換により(–)-scabronine G の史上最短での不斉全合成，(–)-scabronines D，(–)-cyathin B2 の世

Tetrahedron Lett. 2013, 54, 1888–1892.
(5) Stereoselective Total
Hyperforin and Clusianone

Synthesesof-ジアゾケトンの分子内シクロプロパン化により得た 8 の立体選択的アルキル化により 9 を合成し，そのシクロプロパンの位置選択的開裂によりビシクロ[3.3.1]ノナン部分をもつ 10 を合成した．10 から hyperforin，
clusianone の全合成に成功した．

Tetrahedron Lett. 2013, 54, 2022-2025.

研究業績
 原著論文
1. “Catalytic Asymmetric [4+2] Cycloadditions and Hosomi-Sakurai Reactions of α-Alkylidene
-Keto Imides”
Orimoto, K.; Oyama, H.; Namera, Y.; Niwa, T.; Nakada, M. Org. Lett. 2013, 15, 768–771.
2. “Stereoselective Total Synthesis of Garsubellin A”
Uwamori, M.; Nakada, M. J. Antibiot. 2013, 66, 141–145.
3. “A Short and Enantioselective Preparation of Taxol A-Ring Fragment”
Hirai, S.; Urushizako, N.; Miyano, M.; Fujii, T.; Nakada, M. Tetrahedron Lett. 2013, 54,
1888–1892.
4. “Enantioselective Total Synthesis of (+)-Ophiobolin A”
Tsuna, K.; Noguchi, N.; Nakada, M. Chem.–Eur. J. 2013, 19, 5476-5486.
5. “Research on the Pig Liver Esterase (PLE)-Catalyzed Kinetic Resolution of Half-Esters Derived
from Prochiral Diesters”
Noguchi, N.; Tsuna, K.; Nakada, M. Tetrahedron: Asymmetry 2013, 24, 357–361.
6. “Preparation of Imides via the Palladium-Catalyzed Coupling Reaction of Organostannanes
with Methyl N-[Methoxy(methylthio)methylene]carbamate”
Orimoto, K.; Tomizawa, T. Oyama, H.; Namera, Y.; Niwa, T.; Nakada, M. Heterocycles 2013,
87(4), 827-840.
7. “Stereoselective Total Synthesis of (±)-Hyperforin”
Uwamori, M.; Nakada, M. Tetrahedron. Lett. 2013, 54, 2022-2025.
8. “Enantioselective Total Synthesis of (+)-Colletoic Acid via Catalytic Asymmetric
Intramolecular Cyclopropanation of an α–Diazo––Keto Diphenylphosphine Oxide”
Sawada, T.; Nakada, M. Org. Lett. 2013, 15, 1004–1007.
9. “Collective Total Synthesis of PPAPs: Total Synthesis of Clusianone via Intramolecular
Cyclopropanation”
Uwamori, M.; Nakada, M. Nat. Prod. Commun. 2013, 8, 955-959.
10. “Allylic Oxidations in Natural Product Synthesis”
Nakamura, A.; Nakada, M. Synthesis 2013, 45, 1421-1451.
* The most popular article of Synthesis from May to October 2013.
11. “Total Syntheses of (–)-Scabronines G and A, and (–)-Episcabronine A”
Kobayakawa, Y.; Nakada, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2013, 52, 7569-7573.
*The most-accessed article from Angew. Chem., Int. Ed. in June 2013.
* Synfacts, 2013, 9(9), 0919.
 招待講演
1. “Total Synthesis of Colletoic acid, Nemorosone, Garsubellin A, Hyperforin, and Clusianone”
Nakada, M. 第３回 有機分子構築法夏の勉強会, 湯河原, 神奈川, 2013.5.18（口頭発表・
招待講演）．
2. “連続反応を鍵工程とする生物活性多環式天然物の全合成”
中田雅久，名古屋大学大学院工学研究科講演会，名古屋大学，愛知，2013.6.27（口頭発表・招待講演）．
3. “Total Synthesis of Bioactive Natural Products via Olefin Metathesis in Our Laboratory”
Nakada, M. 20th International Symposium on Olefin Metathesis and Related Chemistry (ISOM
XX), Nara, Japan, 2013.7.16（口頭発表・招待講演）．
4. “連続反応を経由する生物活性天然物の不斉全合成”
中田雅久，第 57 回日本薬学会関東支部大会化学系シンポジウム，帝京大学薬学部，東京，2013.10.26（口頭発表・招待講演）．
 集中講義1. 中田雅久，名古屋大学大学院工学研究科（愛知），2013.6.27

 受賞
1. 丹羽節宇部興産 研究企画賞 （2012 年度（第 25 回）有機合成化学協会研究企画賞）
有機合成化学協会，2013.2.19.
2. 丹羽節
第４回キラルシンポジウム・ベストポスター賞
卓越した大学院拠点形成支援補助金（実践的化学知），2013.3.1.
3. 平井祥第 93 春季年会(2013)学生講演賞
日本化学会，2013.5.29.
4. 小早川優
第 93 春季年会(2013)学生講演賞
日本化学会，2013.5.29.
5. 小早川優2013 BEST POSTER AWARD
20th International Symposium on Olefin Metathesis and Related Chemistry (ISOM XX)
WILEY-VCH, 2013.7.26.

機能有機化学研究室（鹿又研究室）
研究レビュー(1)	
 面不斉テルピリジン-ルテニウム錯体を用いた触媒的不斉水素移動	 	  様々な対陰イオンおよびハロゲン配位子を有する面不斉 tpy-Ru 触媒を新たに合成し，KOH 存在下，2-プロパノー
ル溶媒中，アセトフェノンに対する水素移動反応を検討した．その結果，特に PF6－イオンを対陰イオンとする Ru-I
錯体の場合に最も高立体選択的な水素移動が進行し，69% ee の不斉収率で(S)-1-フェニルエタノールが得られることを見いだした．

94% ee で得られることから，自由度の高いピリジノファン架橋鎖の動的挙動
が高エナンチオ選択性の発現に極めて重要な役割を果たしていることが明らかとなった．
(CH 2)8
H

H

H

Me
N

H

H

CO2t-Bu

NC

N

N

Me

Ru

Ph

CN

Cat. 1–4 [20 mol%]H

CN

K 2CO 3 [1.5 eq](CH 2Cl)2 or CH2Cl2,
reflux+CNPh

H N N I
H
O

PF 6

OH

cat. [10 mol%]
KOH [20 mol%]
2-propanol, reflux
91% yield
69% ee (S)(2)	
 架橋鎖の反転を抑制した新規面不斉ピリジノファンの設計・合成とその有機触媒機能	 	  面不斉ピリジノファン 1 を構造修飾
し，ピリジン環 C-3 位と炭素架橋鎖を化学結合で繋いだ 5 員環縮環ピリジノ
ファン 2–4 の設計と合成を行った．これらはトルエン還流条件下においても架橋鎖の反転によるラセミ化が全く進行しない，熱力学的に安定な面不斉分子であることを確認した．さらに，ピリジノファン 2–4 を触媒として用いた
不斉シクロプロパン化反応について検討を行ったところ，トランスシクロプ
ロパン誘導体が不斉収率 50-68% ee で得られた．従来のピリジノファン 1 を用いた場合，シクロプロパン生成物が2: X = CH2, n = 8
3: X = O, n = 8
4: X = O, n = 12

H

N
Me

X

N

H

1
I

(CH 2)nCO2t-Bu

1: 81% yield, 94% ee
2: 60% yield, 67% ee
3: 84% yield, 68% ee
4: 98% yield, 50% ee(3)	
 アミノピリジノファンの酸性溶液
中による面不斉立体制御法の開発	
 	
  架橋鎖に窒素官能基を有する面不斉
パラピリジノファンについて，種々の条件下，架橋鎖の動的挙動を検討した．
酸としてトリフルオロ酢酸（TFA）を加えた場合，プロトン化アミンとピリジ
ン環窒素の間に水素結合が形成し，トルエン溶媒中 110℃で加熱すると有意に(Rp, S)体への立体制御が進行した．特に3 級アミンではその効果が顕著で，通常は 1 : 1 のジアステレオ混合物を与える
ピロリジン置換体が TFA 存在下ではその比が 1 : 99 に偏ることが示され，酸の添加効果が二官能性ピリジノファンの面不斉立体制御に極めて効果的である
ことが明らかとなった．
	 Me
Toluene ∆MeN(Sp,S)

H

N
R1

R1
24 h
R1 = Pyrrolidyl(Rp,S)

1:1
1 : 99 (with TFA. 1.0 eq)

H

研究業績
! 講演
	
  1.	
  小谷享平，鹿又宣弘，小川熟人，「面不斉テルピリジン-ルテニウム錯体を用いた触媒的不斉水素移動反応」，日本化学会第 93 春季年会，滋賀，2013 年３
月．	
 
	
  2.	
  藤安陽介，小川熟人，鹿又宣弘，「架橋鎖の反転を抑制した新規面不斉ピリジ
ノファンの設計，合成とその有機触媒機能」，日本化学会第 93 春季年会，滋賀，2013 年３月．	
 
	
  3.	
  小川熟人，麦島奈々子，鹿又宣弘，「面不斉ビスピリジルメタン誘導体の合成と不斉シクロプロパン化反応」，日本化学会第 93 春季年会，滋賀，2013 年３
月．	
 
	
  4.	
  本白水崇光，田中実佳，小川熟人，鹿又宣弘，「架橋鎖に置換基を有する面不斉パラピリジノファンの合成と触媒的不斉 Henry	
 反応への応用」，日本化学会第 93 春季年会，滋賀，2013 年３月．	
 
	
  5.	
  今田めぐみ，小川熟人，鹿又宣弘，「生体不斉還元モデル反応における架橋型
NADH	
 モデル分子の遮蔽効果と立体選択性」，第 43 回複素環化学討論会，岐阜，
2013 年 10 月．	
 
	
  6.	
  麦島奈々子，小川熟人，鹿又宣弘，「ビスピリジルメタン構造を有する新規面
不斉二座配位子の合成と不斉シクロプロパン化反応への応用」，モレキュラ
ー・キラリティー2013、京都，2013 年５月．	
 ! 競争的資金	  1.	
  科学研究費補助金，挑戦的萌芽研究，「熱力学制御に基づく効率的キラリティー転換法の開発」(代表者，平成 24-25 年度)．	
 
	
  2.	
  私立大学戦略的研究基盤形成支援事業，「生物学・化学・情報科学融合のための戦略的先進理工学研究基盤の形成」(研究分担，平成 21-25 年度)	 	
 ! 学内研究助成	 	
  1.	
  早稲田大学特定課題研究助成費（重点助成），「面不斉ホスホニウム反応場の設計・合成とその触媒機能」（代表者，平成 24-25 年度）	
 
	
  2.	
  早稲田大学重点領域研究，「早稲田バイオサイエンス国際共同研究拠点の形成」（研究分担，平成 23-25 年度）	
 
	
 
	
 
	
 

反応有機化学研究室（柴田研究室）
	
 
研究レビュー(1) イリジウム触媒を用いる炭素−水素結合のエナンチオ選択的活性化	 	
  sp3 炭素—水素結合活性化を起点する
数多くの形式の触媒反応が報告されているが、その中で第二級 sp3 炭素—水素結合の開裂を含む反応例は今なお少ない。
さらに当量以上の酸化剤を用い反応や、ラジカル経由の反応を除いて、エナンチ
オ選択的かつ触媒的炭素—水素結合活性化の例はなかった。我々は、ピリジルア
ミノ基を配向基として用いることにより、アルキル鎖上の第二級 sp3 炭素—水素結合が開裂し、引き続き種々のアルケンと反応することにより、キラルアミンが高不斉収率で得られることを見いだした。
今回、エナンチオ選択性が、反応させる
アルケンにより異なることを見いだし、
特にアクリル酸エチルを用いた場合、極めて高い選択性（98% ee）を達成した。
これらの反応性や選択性の違いをもとに反応機構解析を行った結果、還元的脱離以外の全てのステップが、平衡反応であることが示唆された。
	
 
R1

R3

N
+
N
H

R2

[Ir(cod)2]BF4+ (S)-tolBINAP(10 mol%)

R3
N

R1

N * R2
H

DME, 75-95 °C

up to 98% ee

1. ACS Catalysis 2013, 3, 704-712.
(2) イリジウム触媒を用いる炭素−酸素結合開裂を起点とするピリドン合成	 	
  炭素—酸素結合の開裂を起点とする効率的な置換ピリドン合成を達成した。ピリドンは、天然物・医薬の分野において重要な部分構造のひとつである。これまで既に、2-アルコキシピリジンを出発物質とし、炭素—酸素結合の開裂を起点とする酸素原子から窒素原子上へのアルキ
ル移動を経る方法が報告されているが、それらは全て第一級 sp3 炭素—酸素結合活性化を経る反応であった。今回筆者は、カチオン性イリジウム触媒に、塩基として触媒量から当量の酢酸ナトリウムを加えることにより、第二級 sp3 炭素—酸素結合をもつ基質への展開を達成した。本法により、窒素上に種々の置換基を導入したピリドン合成が可能である。

R3

R1

O

R2

[Ir(cod)2]BARF (10 mol%)
NaOAc (0.2 - 1.1 equiv)

R2

N

R1

N

PhCl, 135 °C
OR3

4. Org. Lett. 2013, 15, 1902-1905.
(3) 新規 BINAM 配位子を用いる複核金属錯体による銅触媒不斉共役付加反応	
 	
  不斉金属触媒による不斉反応は、光学活性物質を合成する上で非常に優れた手法である。我々は既に、水酸基を有する
キラルなジホスフィン化合物である
BINOL-PHOS あるいはモノホスフィン
BINOL-monoPHOS を用いた複核金属錯体により、有機金属試薬の銅触媒不斉共役付加反応を達成している。一方で、水酸基以外の脱プロトン可能な官能基が複核金属錯体に及ぼす効果は不明であった。
今回我々は、軸不斉ジアミン化合物である 1,1’-binaphthyl-2,2’-diamine (BINAM)の 3 位にホスフィン部位を導入した
BINAM-PHOS 誘導体を用いた有機金属
試薬の不斉共役付加反応において、
BINAM-PHOS の窒素原子上の置換基 R
によって反応性と立体選択性が大きく変化し、適切な置換基（2-ナフチル基）を導入することで高収率、高立体選択的な反応を達成した。
	
 
O
Ph

Ph
+
Et2Zn
(3 equiv)

Cu(acac)2 (2.5 mol%)
Ligand (5 mol%)toluene, 0 °C, 0.5 h

Et
Ph

O
Ph

98%, 96% ee

PPh2
NHR
NHR

5. Synlett 2013, 24, 1155.

Ligand: R = 2-naphthyl

研究業績• 原著論文	 1. “Effect of Multinuclear Cu/Al-Complexes in Highly Asymmetric Conjugate Addition of
Trimethylaluminum to Acyclic Enones”
Endo, K.; Hamada, D.; Yakeishi, S; Shibata, T.
Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 606-610.
2. “Recent Advances in Iridium-Catalyzed Alkylation of C-H and N-H Bonds”
Pan, S; Shibata, T.
ACS Catalysis 2013, 3, 704-712.
3. “Functionalized BINOL-mono-PHOS for Multinuclear Cu-Catalysts in Asymmetric
Conjugate Addition of Organozinc Reagents”
Endo, K; Yakeishi, S; Hamada, D; Shibata, T.
Chem. Lett. 2013, 42, 547-549.
4. “Ir(I)-Catalyzed Synthesis of N-Substituted Pyridones from 2-Alkoxypyridines via CO
Bond Cleavage”
Pan, S; Ryu, N; Shibata, T.
Org. Lett. 2013, 15, 1902-1905.
5. “BINAM-mono-PHOS as New Entry for Multinuclear Cu-Catalysts in Asymmetric
Conjugate Addition of Organozinc Reagents”
Endo, K; Takayama, R; Shibata, T.
Synlett 2013, 24, 1155-1159.
6. “Cationic Iridium-Catalyzed Synthesis Initiated by the Cleavage of C-H, N-H, and C-O
Bonds”
Shibata, T., Tsuchikama, K., Pan, S.
Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan (English Edition) 2013, 71, 1182-1194.
• 論説・総説	 1. “Asymmetric Cycloaddition Reactions”
T. Shibata
in "Comprehensive Inorganic Chemistry II ", Elsevier, 2013, Vol 6. pp249-269.
2. “Synthesis of Planar Chiral Aromatic Compounds”
T. Shibata and K. Tanaka
in “Transition-Metal-Mediated Aromatic Ring Construction”, Wiley-VCH, 2013,
pp253-254.
3. “Synthesis of Axially Chiral Aromatic Compounds”
K. Tanaka and T. Shibata
in “Transition-Metal-Mediated Aromatic Ring Construction”, Wiley-VCH, 2013,
pp255-280.

• 招待講演
1. “Cationic Ir-Catalyzed C-H Bond Activation for the Preparation of Synthetically UsefulCompounds”
T. Shibata, S. Pan, K. Tsuchikama, K. EndoFLOHET-2013 Annual Florida Heterocyclic and 	
  Synthetic 	  IUPAC-SponsoredConference（ゲインズビル、米国）2013 年 3 月.
2. “Enantioselective Synthesis of Paracyclophanes and Their Application”
T. Shibata, K. Kanda, and S. Oshima
IUPAC 9th International Conference on Novel Materials and their Synthesis （上海、中国）2013 年 10 月.
3. “Enantioselective Synthesis of Paracyclophanes and Their Application as Chiral
Ligands”
T. Shibata, K. Kanda, and S. Oshima
International Symposium on Catalysis and Fine Chemicals 2013 （北京、中国）2013
年 12 月.
• 国際会議1. “Synthesis of Macrocyclic Heteroarylenes by Consecutive Inter- and Intramolecular
Cycloadditions”
T. Shibata, M. Fujimoto, and T. Otani
The 15th Asian Chemical Congress （シンガポール）2013 年 8 月.
2. “Consecutive Inter- and Intramolecular [2+2+2] Cycloadditions of Triynes for the
Synthesis of Macrocyclic Heteroarylenes”
T. Shibata, M. Fujimoto, and T. Otani
14th European Symposium on Organic Reactivity （プラハ、チェコ）2013 年 9 月.
3. “Cationic Ir-Catalyzed Directed C-H Bond Activation for the Synthesis of Substituted
Ferrocenes and Chiral Amines”
T. Shibata, S. Takebayashi, S. Pan
International Conference on Organometallic Chemistry （リスボン、スペイン）2012
年 8 月.
• 競争的資金1. 戦略的創造研究推進事業「低エネルギー，低環境負荷で持続可能なものづくりのための先導的な物質変換技術の創出」柴田	
  高範（代表）
2. 文部科学省科学研究補助金	
  基盤研究(B)「キラルな環状 π 電子共役系の創製を指向した付加環化反応の新展開」柴田	  高範（代表）
3. 文部科学省科学研究補助金	
  新学術領域研究「イリジウム錯体を用いる不活性結合の切断を伴う触媒反応の開発」柴田	
  高範（代表）

無機反応化学研究室（石原研究室）
研究レビュー
ボロン酸による糖類のセンシングのメカニズムの解明のためのボロン酸の反応性に関する溶液化学的基礎研究	  ホウ酸(B(OH)3)やその一置換体である
ボロン酸(RB(OH)2)は、糖類を含む多くのジオール類と可逆的に反応し、安定なキレート化合物を生成する。そのため、有機・生命化学関連分野において糖類の検出を目指して、ボロン酸を反応中心として含むボロン酸誘導体センサー(Chemosensor)が今日まで数多く開発されてきている。しかし、それらのセンサーがどのように作用しているのか、反応しているのはボロン酸(RB(OH)2) な の か ボ ロ ン 酸 イ オ ン(RB(OH)3–)なのか、糖の数種類の異性体のうちどの異性体が反応しているのか、
また、どの程度安定なキレート化合物を生成するのか、といった溶液中の反応を考える上で基本となる基礎研究は殆ど行われていない。そのため、これまで提案されているボロン酸による糖類のセンシングのメカニズムは、溶液化学的に見て極めて不十分なものである。
	  ボロン酸誘導体センサーの基本骨格はフェニルボロン酸であり、これらのセンサーの開発分野においては、フェニル基を修飾していかに発光効率を高め、センサーの性能を向上させるかに主眼が置かれているため、フェニルボ
ロン酸よりも糖に対する反応性の高い(糖との生成定数が大きい)ボロン酸をセンサーの基本骨格に用いるという溶液
化学的に基本的な概念が欠如していると言わざるを得ない。このようなボロン酸センサー開発分野に対し、当研究室では、ボロン酸の反応性・反応機構
に関する正しい基盤情報を提供するため、溶液化学的基礎研究を推進してきた。
	  当該分野では、「ボロン酸センサー
がpH 10 以上塩基性でしか作用しないことから、塩基性での主要化学種である
ボロン酸イオンだけがセンサーとして機能している」と考えられている。また、ボロン酸とジオール類との反応においては、「ボロン酸イオンはボロン
酸よりも数桁反応活性である」という
緩和速度法による推定結果が数十年間正しいと信じられてきている。我々はこの推定の真偽を確かめるために、測定が極めて困難であったボロン酸イオ
ンとジオールとの反応速度定数の実測を試みてきた。その結果、推定とは逆に、ボロン酸の方がボロン酸イオンよりも数桁も反応活性であることを明らか に す る こ と が で き た (Inorg. Chem.,
2007, 46, 354; Inorg. Chem., 2008, 47,
1417: Inorg. Chem. Commun., 2010, 13,1406; J. Phys. Org. Chem., 2012, 25, 760;
Bunseki Kagaku, 2012, 61, 1041.)。すなわ
ち、数十年来の推定は明らかに誤りで、ボロン酸の方がはるかに反応活性であるために、ボロン酸が極微量にしか存在し得ないような塩基性条件下でも、ボロン酸はボロン酸イオンと同程度にセンサーとして働いていることを明らかにすることができた。
	  このことの普遍性を確認するために、我々は更に幾つかの反応系を考案し、それらに関して適切な反応条件下で速度論的精密測定を行い、厳密解析を行った。その結果、多くの場合はボロン酸の方が反応活性であるが、ボロン酸とジオールの酸性度に依存してボロン酸イオンの方が反応活性になることがあ り 得 る こ と を 見 出 た (Dalton Trans.,
2013, 42, 8446; Eur. J. Inorg. Chem., 印刷
中)。

・ 原著論文(1) “Relative kinetic reactivity of boronic acid and boronate ion towards Tiron, 2,2′-biphenol,and propylene glycol “, Eisuke Watanabe, Chiaki Miyamoto, Asumi Tanaka, Kenzo
Iizuka, Satoshi Iwatsuki, Masahiko Inamo, Hideo D. Takagi, and Koji Ishihara, Dalton
Trans., 42, 8446-8453 (2013).
(2) “Syntheses and Properties of Dinuclear Group 6 Metal Complexes with the Zwitterionic
Sulfur Donor Ligand Bis(N,N-diethylamino)carbeniumdithiocarboxylate”, Tomoaki
Sugaya, Takeshi Ohba, Fumiya Sai, Shigeru Mashima, Takashi Fujihara, Kei Unoura,
Akira Nagasawa, Organometallics, 32, 3441-3450 (2013).
(3) “Dinuclear Niobium(III) and Tantalum(III) Complexes with Thioether and Selenoether
Ligands [{MIIIX2(L)}2(µ-X)2(µ-L)] (M = Nb, Ta; X = Cl, Br; L = R2S, R2Se): Syntheses,
Structures, and the Optimal Conditions and the Mechanism of the Catalysis for
Regioselective Cyclotrimerization of Alkynes”, Masatoshi Matsuura, Takashi Fujihara,
Masaki Kakeya, Tomoaki Sugaya, Akira Nagasawa, J. Organomet. Chem., 745-746, 288298 (2013).

・	  競争的資金	 1. 日本学術振興会 科学研究費助成事業（学術研究助成基金助成金）（基盤研究（c））「ボロン酸と糖類の反応に関する基礎研究-ボロン酸金属錯体による糖類の定量-」（石原浩二、研究代表、平成 25-27 年度）
2. 文部科学省 科学研究費補助金 若手研究(B) 「水素結合により誘起された長寿命発
光性イリジウム錯体の構築」（菅谷知明、 平成 25-27 年度）

・ 学内研究助成	 1. 特定課題研究助成	
  「ジオール類の高感度定量性を有する発光性イリジウム錯体の構築」（菅谷知明、平成 25 年度）	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 

分子生物学研究室（寺田研究室）	
 	 １） 遺 伝 子 ラ イ ブ ラ リ ー 作 製 と 発 現 ク ローニング	
 的にスクリーニングする上で、cDNAライブラ
リー用レンチウイルス・ベクターを開発し、目的：化合物ライブラリーを用いたハイスル

遺伝子ライブラリーを培養細胞へウイルス

ープット(HTP)による従来のスクリーニング

感染で導入することによって広範囲の遺伝法は、既知の分子標的特異的に働く化合物を子スクリーニングを行うマザーツールを開見つけるには比較的容易であるが、分子標的発した。この技術を応用し、cDNAを挿入するが未知である場合、培養細胞や実験動物を用領域に、短鎖ペプチドをコードする遺伝子をいた in	
 vivo スクリーニングでは、莫大な研導入しライブラリーを合成する。一方、短鎖究費と労力がかかるために欧米のメガファー（18-20アミノ酸）からなるランダム・ペプ

マや国家レベルの研究プロジェクトでのみ行

チド・ライブラリーはファージなどを用いた

うことができ、小さな研究室単位では不可能

ライブラリーが利用されているが、短鎖のペであった。本プロジェクトでは、化合物ライ

プチドを動物細胞へ直接導入すると、安定的ブラリーを用いた従来のスクリーニング法にに細胞内で保持できないという欠点があっよるものではなく、	
 た。そこで、動物細胞へ安定的に、かつ高効

１）我々の研究室によって独自に技術開発さ率で導入するレンチウイルス型ベクターをれたランダムペプチド・ライブラリーを用い開発し、 in	
 vivoでの細胞活性を指標にしたて発現クローニングによってスクリーニング

短鎖ペプチド・スクリーニングを実用化に成を行い、化合物の分子標的になり得る遺伝子功した。短鎖ランダム・ペプチドを細胞に発（タンパク質）を迅速に見つけ出し、	
 現した場合、多くのケースでプロテアーゼの２ ） 発見された分子標的をもとに、化合物ラ攻撃を受け分解される弱点がある。そのため

イブラリーを用いて遺伝子産物（タンパク質）に、細胞内でのペプチドの安定化が必要となに特異的に働く新規の化合物を探索する、とるが、この点に関しては、赤色蛍光タンパク

いう two-step の戦略によって、大規模なケミ質であるmRFPとペプチドを融合タンパク質

カルライブラリーや HTP がなくても、大学のとして発現させることによって問題を克服

研究室レベルでケミカルバイオロジー部門のした。また、スクリーニング過程でもっとも研究室と共同研究（中尾研究室）を行うこと問題になるのは、偽陽性と陽性の区別である。

で十分に対抗していくことのできるシステム

これを簡便に区別する目的で、導入するランの構築に取り組んだ。	
 ダム・ペプチドの両末端にlox領域を挿入し、発現ライブラリーのスクリーニングを行い、Cre酵素を細胞に遺伝子導入し、ペプチド領

抗がん剤や抗老化剤の最適な分子標的を見つ域を細胞内で切断・排除し、このときペプチ

け、これをもとに化合物スクリーニングのアドによる生理活性も消失することを確認す

ッセイ系を開発し、天然物化合物と化合物ラることで偽陽性を排除する新規のベクター

イブラリーのスクリーニングプロジェクトを開発した。	
 （戦略的基盤形成研究）へ橋渡し、研究を融	  さらに、micro-antibody型の次世代型遺伝合発展させていく。	
 子ライブラリーの作製にも成功し、核移行シ	 グナル(NLS)、及び、シトクロムC酸化酵素サA) レ ン チ ウ イ ル ス を 用 い た ラ ン ダ ム ペ プ

ブユニットVIIIのミトコンドリア移行シグ

チ ド ・ ラ イ ブ ラ リ ー の 開 発 ： 	 ナルをN末にそれぞれ付加したライブラリー

哺乳類の培養細胞を用いてcDNAライブラリの構築に成功した。	
 ーを移入し、生理活性を指標にして遺伝子を	
 スクリーニングする上で、問題になるのは培B)化合物および遺伝子探索のための養細胞への遺伝子導入効率の悪さである。遺Cell-based	
 Screening 法の開発： 	
 ７

伝子単離に必要な10 個近くの遺伝子を効率

酵 素 阻 害 剤 を 探 索 す る に は 、 Target-based	
 screening	 project と Cell-based	
 screening	
 シドやアドレアマイシンによって CDIP のプ

project の両者があり、化合物探索を行う上ロモーターの転写が亢進する細胞株の樹立にでのコスト面、時間と労力等にそれぞれ一長成功した。これらの細胞株を用いて、p53 が一短があるが、申請者の研究室では、正常に機能するがん細胞に対して、アポトー

Cell-based	
 screening	 project を採用し、新シスを誘導できる生理活性物質の探索を行う。	
 規の抗がん剤、活性酸素の制御に関係する化	  がん細胞は酸素が充分存在する条件（好気合物や遺伝子を極めて鋭敏に探索するスクリ的条件）下でも嫌気的解糖系でエネルギーをーニング法の開発に成功した。上記スクリー

生産することが知られており、このがん細胞

ニングによって新たに明らかになった分子標

特有のエネルギー代謝は Warburg 効果と呼ば的を探索する培養細胞を用いたスクリーニン

れている。齋藤系の最終ステップであるホスグ法を開発に成功した。	
 ホエノールピルビン酸をピルビン酸にカエル

ヒストン脱アセチル化酵素として、アルツハ

反応はピルビン酸キナーゼ(PK)によって触媒イマー病等の神経変性疾患、動脈硬化、心不されるが、この PK には 4 種類の isoform があ

全、慢性閉塞性肺疾患、炎症性腸疾患、2 型

ることが知られており正常細胞では PKM1 が糖尿病等の疾患と関係すると報告されている

発現しており、がん細胞では、PKM2 が主に発Sirt1 及び Sirt3 の promoter 領域および、構現している。がん細胞の PKM2 を強制的に PKM1造遺伝子をクローニングし、EGFP（緑色蛍光へ変換させると、増殖抑制や細胞死を誘導で色素）をレポーター遺伝子としてプラスミド

きることから、PK の exon8-10 間での領域をを構築し、HeLa 細胞などに発現ユニットを導クローニングし、PKM1 型では EGFP の蛍光を入し細胞株を樹立した。Sirt1 のプロモータ

発し、PKM2 型では、ECFP の異なる蛍光を発す

ー活性を亢進すると報告されているエトポシ

る細胞を樹立し、splicing の違いを可視化でド処理によって、この細胞株は EGFP の蛍光強きるアッセイ系の構築に成功した。	
 度が有意に上昇することから、Sirt1 のプロ

	
 モーターが機能していることを確認した。さC:化合物および遺伝子スクリーニング： 	 らに、活性酸素の最上流に位置するスーパー

上記 B の Cell-based	
 Screening 系を用いて化

オキシドアニオンラジカル*を消去するスー合物ライブラリーとランダム・ペプチドライ

パ ー オ キ シ ド デ ィ ス ム タ ー ゼ 	 (Superoxide	
 ブラリーのスクリーニングを行った。Sirt1

dismutase,	
 SOD)の中で主にミトコンドリアのプロモーター活性を亢進する化合物の候補で機能する Mn-SOD の構造遺伝子とプロモーの探索と短鎖ペプチドのクローニングに成功

ター領域を単離し、プロモーター領域の下流した。107 以上の異なるランダム・ペプチドをに、EGFP をレポーター遺伝子としてプラスミ

コードする遺伝子スクリーニングで少なくとドを構築し、HeLa 細胞などに発現ユニットをも 4 つの異なる短鎖ペプチドを単離し、塩基導入し細胞株を樹立した。これらの細胞株を配列を決定した。	
 化合物や遺伝子ライブラリーの Cell-based	
 このペプチドを probe として酵母 Two-hybrid

Screening 系として利用した。	
 法により、細胞側の分子標的の決定を行って	
 また、p53 が直接、プロモーター領域に結合いる。化合物は精製後、構造を決定する。	
 し、転写を亢進させアポトーシスを誘導する

	 遺伝子 CDIP(Cell	
 Death	 Involved	
 p53)のプ

D:ハダカデバネズミおよびヒト ES 細胞由ロモーター領域をクローニングし、EGFP（緑来 cDNA ライブラリーの作製： 	
 色蛍光色素）をレポーター遺伝子としてプラ

細胞老化制御遺伝子や癌抑制遺伝子、抗酸化

スミドを構築し、U2OS 細胞などに発現ユニッに関わる調節遺伝子を単離する目的で、ハダトを導入し細胞株を樹立した。これらの細胞

カデバネズミ cDNA ライブラリーを作製した。

株は、p53 を誘導須 DNA 損傷剤であるエトポ

レンチウイルスベクターは 9.5kb とサイズが

大きくなるため、2kb 以上の長い cDNA の挿入要であり、PP2A はこの自己リン酸化部位を脱効率が悪いため、pMXs（東京大学医科研：北リン酸化することによって、キナーゼ活性を村教授からの供与）レトロウイルスベクター

負に調節している。一方、PP2A 阻害因子はに loxP サイトとスタッファー部位を導入しPP2A の酵素活性を阻害することによって、間改変し、このベクターを用いて、脳と肝臓由

接的に Aurora-B のキナーゼ活性の維持に寄来の cDNA ライブラリーを作製した。	
 与していることを明らかにした。	
 このライブラリーを用いて、DT 細胞（がん遺	 伝子 Ras を導入しがん化した NIH3T3 細胞）を

３） 中心体制御因子の単離と機能解析： 	
 正常細胞へ変換する遺伝子探索を行い(Flat	 これまでショウジョウバエの CNN と呼ばれる

reversion	 assay)、がん抑制遺伝子の候補を

中心体タンパク質が微小管重合中心(MTOC)に

少なくとも 5 個回収した。これらがハダカデ

おいて不可欠の機能を持つことを明らかにしバネズミ特異的な遺伝子であるのか、検討した。さらに CNN の構造上のヒト及びマウスホていく。今後、寿命制御、抗老化に関するハ

モログと考えられる Cdk5Rap2 をクローニン

ダカデバネズミ遺伝子スクリーニングを行う。

グし、MTOC において機能的なホモログである

また、ヒト ES 細胞由来 cDNA ライブラリーをことを証明した。CNN および Cdk5Rap2 は N 末

作製し、寿命制御と抗酸化に関わる遺伝子を端領域にある CNN-box と呼ばれる領域に MTOC

発現クローニングの手法を用いて単離する。	
 において鍵因子であるγ環状複合体が結合す	 ることを明らかにし、この領域に結合する動２）セントロメア制御機構の解析：	
 物細胞のタンパク質を酵母 Two-hybrid 法を真核生物の分裂期は複数の動的な過程が極め用いて単離した。そのうちの CRBP1 と名付けて短い時間に正確に実行される。分裂期の複た遺伝子は MTOC の機能は有していなかった。

数の制御に大きく貢献しているタンパク質がそこで、この遺伝子の機能を明らかにする目

Aurora-B キナーゼである。Aurora-B は分裂期的で、RNA 干渉法にて発現抑制を行ったとこの染色体上の動原体（セントロメア）に局在

ろ、二極の紡錘体形成は正常に起きるが分裂し、染色体と紡錘体の結合、紡錘体形成チェ

期停止や染色体分配の異常が多発しているこックポイントを制御することによって、染色とを明らかにした。CRBP1 の動物細胞におけ体の整列と均等分配、さらに細胞質分裂の制る､より詳細な機能解析を行い以下のことが御に関係している。我々の研究室では、1996

明らかになった。	
 年に動物細胞の Aurora-B キナーゼの単離に

	
 成功し、これまで分裂期におけるこのキナー

1)繊毛形成において、抑制する因子である。	
 ゼの機能の解明に取り組んできた。	
 2)神経突起形成を神経細胞において抑制する

PP2A 阻害因子の染色体分配における機能因子である。	
 解析：	
 3)細胞の遊走能に必須の遺伝子である。	
 PP2A 阻害因子が Shugoshin を介してセントロ

4)分裂期の紡錘体形成において必須の遺伝子

メア部位に存在することを明らかにした。

である。	
 

PP2A 阻害因子の分裂期における機能を明らか	 にする上で、RNA 干渉法を用いて当該遺伝子

	
 の発現抑制を行ったところ、赤道面状への染	 色体の整列異常が顕著に観られた。PP2A 阻害	
 

因子は PP2A のホスファターゼ活性を阻害す	
 ることによって間接的に Aurora-B のキナー	 ゼ活性の制御を行っていることを明らかにし	 た。Aurora-B の活性化には自己リン酸化が必	 論文・総説・学会発表・その他	
 競争的資金	
 

	
 

!

学会発表	
 

文部科学省科学研究費補助金・戦略的基盤形	
 学内研究助成	 成「生物学・化学・情報科学融合のための戦

新規+TIPs	 CRBP1の単離と機能解析	
 略的	
 先進理工学研究基盤の形成」（分担）	
 森	
 勇介 1,堂田	 怜香 1,岸田	
 尚樹 1,山中	 翔	 太 1,谷山	 ゆき 1,青木	
 聡美 2,中村	
 秀樹 2,

第一三共—理工学術院研究助成(代表)	
 井上	
 貴文 2,武田	 直也 2,	
 寺田	
 泰比古 1(1 早大・先進研・化学	
 生命化学,2 早大・先進研・
生命医科)	
  分子生物学会総会・	
 2013 年 12 月 5 日（神戸）	
 	
 化合物の細胞内分子標的探索の基盤技術の開発と応用：樋野翔一郎、飯島佑衣、岩井沙季、
若林勇樹、鹿又宣弘、中井浩巳、胡桃坂仁志、
寺田泰比古	 	
 ワールブルグ効果を応用したグルコース誘導
体の分子設計と抗がん剤への応用：	
 飯島佑衣、下田嵩央、石倭秀太、細川誠二郎、
鹿又宣弘、中井浩巳、中尾洋一、寺田泰比古	
  	
 	
 	
 	
 
FBT 最終シンポジウムポスター発表	 2013 年 12 月 14 日（早稲田大学西早稲田キャ
ンパス）	
 
	
 
講演	
 
「細胞分裂の際、セントロメアはどのように張力を感知しているのか？」	
 	
  -基礎研究から応用研究へ：抗がん剤の分子標的の見つけ方-	  寺田泰比古	 FBT 最終シンポジウム講演会	
 2013 年 12 月 14 日（早稲田大学西早稲田キャ
ンパス）	
 
	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
 	
  	
  	
  	
  	
  	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 
	
 

生物分子化学研究室（小出研究室）
研究レビュー(１)コラーゲン様３重らせんペプチドライ
ブラリの構築コラーゲン様の３重らせん構造をもつペプチドに薬理効果を付与することによって、新しいタイプのペプチド医薬の開発につながるものと考えている。
本年は、コラーゲン様３重らせんの基本配列である Gly-Xaa-Yaa の繰り返しを有する
多種のペプチドを化学合成し、それらを混合
後、３重らせんへのフォールディング、引き続くジスルフィド結合による構造の固定を経て、大きな多様性を持つ３重らせんペプチ
ドライブラリを構築した。すでにこのライブ
ラリから、特定の生物活性を有するペプチドの探索を実施し、活性ある化合物を取得している。
(２)コラーゲン様細胞膜透過ペプチドをもちいた細胞への抗体導入の試み
当研究室が開発した、アルギニン‐リッチ
コラーゲン様３重らせん型の細胞膜透過性ペプチド (CPP) をもちいて、培養細胞への完全長 IgG 抗体の導入を試みている。CPPを付加した抗体は、効率よく細胞内に取り込まれるが、そのほとんどがエンドソームに捕捉されていることが明らかになった（下図）。
この問題を解決するために、エンドソーム膜
破壊活性を併せ持つコラーゲン様 CPP のデザインとスクリーニングを行っている。

コラーゲン様 CPP により取り込まれた抗体の細胞内局在(緑) FITC 標識 IgG 抗体(赤) エンドソーム(３)コラーゲンの細線維化を阻害するペプ
チドの探索
コラーゲンの細線維化を阻害する物質は、３重らせん分子の自己集合（超分子化）のメ
カニズムを明らかにする上で役立つのみな
らず、様々な線維化疾患治療薬のリード化合物としての応用へも期待される。本年は、当研究室において所有している約 500 種の合成ペプチドおよびコラーゲンとの結合が報告されている 5 種のペプチドの中から、invitro でのコラーゲン細線維化形成を抑制する化合物を探索した。その結果二つの候補化合物が得られた。うちひとつは、骨のミネラ
リゼーションにかかわる骨シアロタンパク
質の部分配列であった。今後、コラーゲン３
重らせん上での本ペプチドの結合部位について解析する。
(４)位置選択的ジスルフィド結合形成法の最適化とその応用
システイン残基間でのジスルフィド架橋
はペプチド性超分子のデザインや、立体構造の固定、オリゴマー化において有用な方法のひとつである。しかし、本法には位置選択的な架橋が必須となる。本研究では、システイ
ン側鎖保護基と反応条件を最適化することで、4 本のジスルフィド結合を位置選択的に架橋し、環状四量体ペプチド（下図）を構築する方法論を確立した。

位置選択的ジスルフィド架橋による環状四量体型モデルペプチドの合成

論文・総説・その他
 原著論文1. H. Yasui, C. M. Yamazaki, H. Nose, C. Awada, T. Takao, T. Koide, “Potential ofcollagen-like triple helical peptides as drug carriers: Their in vivo distribution,
metabolism and excretion profiles in rodents”, Biopolymers (Peptide Science) 100,705-713 (2013).
2. C. M. Yamazaki, I. Nakase, H. Endo, S. Kishimoto, Y. Mashiyama, R. Masuda, S.
Futaki, T. Koide, “Collagen-like cell-penetrating peptides”, Angew. Chem. Int. Ed. 52,
5497-5500 (2013).
 総説
1. 小出隆規,「コラーゲン３重らせんを模倣するペプチドの創薬およびバイオマテ
リアルへの応用」，薬学雑誌 133, 387-392 (2013).
2. 市瀬慎一郎, 小出隆規, 「コラーゲン様ペプチド超分子」コラーゲンの製造と応用展開Ⅱ(谷原正夫監修) 105-112 (2013).
 招待講演
1. 小出隆規,「コラーゲンを模倣する３重らせんペプチドの（超）分子デザインとその利用」第１３回蛋白質科学会ワークショップ(鳥取), 2013 年 6 月 13 日.
2. 小出隆規,「Engineering of triple-helical peptides」第 17 回ペプチドフォーラム：ケ
ミカルバイオロジーを先導する明日のペプチド化学：新しい接点と可能性を探る(東京), 2013 年 6 月 18 日.
 競争的資金
1. 文部科学省 科学研究費補助金 基盤研究(C)「HSP47 を標的とするペプチド性
抗線維化薬の開発」（研究代表 小出隆規，平成 25-27 年度）
2. 文部科学省 科学研究費補助金 研究活動スタート支援「コラーゲン３重らせんペプチドを利用した PEDF 血管新生阻害の分子機構の解明」（研究代表 増田亮，平成 24-25 年度）
 学内研究助成1. 特定課題 A「コラーゲンの糖化修飾と血管新生のかかわりに関する分子科学的研究」（研究代表 小出隆規，平成 25 年度）
2. 特定課題 B「優れた物性と機能を併せ持つ超分子型コラーゲン様マトリックスの設計」（研究代表 小出隆規, 平成 25 年度）
3. 特定課題 A「コラーゲン様細胞膜透過ペプチドの開発と細胞への抗体導入」（研究代表 増田亮，平成 25 年度）
4. 三菱マテリアル－理工学術院研究助成「抗体を細胞質へ効率的に輸送できるコ
ラーゲン様細胞透過性ペプチドの開発」（研究代表 増田亮，平成 25 年度）

ケミカルバイオロジー研究室（中尾研究室）	
 研究レビュー	 （１）海洋無脊椎動物の採集
瀬戸内海、伊豆諸島（式根島）、宮城県牡鹿半島などの各海域において、海綿動物、原索動物（ホヤ類）、腔腸動物（軟サンゴ類）を中心に海洋無脊椎動物計 180 検体を採集した。これらのサンプルから、医薬品探索研究に用いるスクリーニング用
サンプルを調製した。

混獲サンプルから、ユニークな構造を有する化合物を見出し、その由来生物を同定できることを実証できた。本研究のようなアプローチによって、これまでは見逃されてきた天然由来の新たな化合物を見出すための道筋をつけることができた。
（３）重点領域研究「大規模災害からの 復 興 と 新 社 会 シ ス テ ム の 構 築 	  医療・健康系復興研究プロジェクト」
東日本大震災に伴って生じた津波によって壊滅的打撃を受けた宮城県石巻市周辺
における、環境要因物質による土壌の汚染調査を行った。2011 年 6 月に引き続き、2 年後の 2013 年 7 月に土壌サンプルを採
集した。

採集風景
（２）エストロゲン活性を有する新規ステロイド cinanthrenol A
鹿児島県で採集したドレッジ混獲物から、ステロイドの A-C 環が芳香化したフェナ
ントレン骨格を有する新規化合物
cinanthrenol A を単離した。cinanthrenol A
は IC50 10 nM で
エストラジオールと競合的にエストロゲンレセ
プターに結合し、エストロゲン活
cinanthrenol A性を示した。
cinanthrenol A の由来生物を同定するた
めに、同時に採集され、分類保存していたサンプル 39 種類の抽出エキスについて、本化合物の有無を調べたところ、海綿 Cinachyrella sp.が本化合物を含むことを見出した。
本研究によって、これまでは分類不能であるため、廃棄せざるを得なかった海洋

また、震災直後の 2011 年に採集した土壌
サンプルから検出された内分泌かく乱物
質が神経発生に及ぼす影響について、ES細胞を用いた神経発生の in vitro 再現系を用いて、免疫染色およびリアルタイム
PCR による遺伝子発現を指標として評価した。
一方、震災時の救急活動の要となりうる、
災害時医療貢献船の実現に向けて、具体的な運用法や母港の選定について検討を行った（新聞報道参照）。

論文・総説・その他	
 
	
 
! 論文	
 
1. Umehara, M.; Negishi, T.; Maehara, Y.; Nakao, Y.; Kimura, J. Stereochemical
analysis and cytotoxicity of kulokekahilide-2 and its analogues Tetrahedron, 69,3045-3053, (2013).
2. Takasugi, M.; Hayakawa, K.; Arai, D.; Shiota, K. Age- and sex-dependent DNA
hypomethylation controlled by growth hormone in mouse liver. Mech Ageing Dev,
134, 331-337, (2013).
3. Hayakawa, K.; Hirosawa, M.; Tabei, Y.; Arai, D.; Tanaka, S.; Murakami, N.; Yagi,
S.; Shiota, K. Epigenetic switching by the metabolism-sensing factors in thegeneration of orexin neurons from mouse embryonic stem cells. J Biol Chem, 288,
17099-17110, (2013).
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1.

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3.

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1.

2.

招待・依頼講演	 中尾洋一	
  『環境エピゲノム研究におけるケミカルバイオロジー』	
  環境エ
ピゲノム研究会	
  東京	
  2013 年 6 月 15 日．
	 シンポジウム	 第 5 回	
  生物学・化学・情報科学融合のための戦略的先進理工学研究基盤の形成支援事業シンポジウム「ライフイノベーション創出に向けたフュージョ
ンバイオテクノロジー」―融合の展開と実践―	  東京	
  2013 年 3 月 6 日．
第 6 回	
  生物学・化学・情報科学融合のための戦略的先進理工学研究基盤の形成支援事業シンポジウム「ライフイノベーション創出に向けたフュージョ
ンバイオテクノロジー」―FBT 基盤の実践と活用に向けて―	  東京	
  2013
年 12 月 14 日．
早稲田大学	
  重点領域研究機構	
  東日本大震災復興研究拠点・先端環境医工科学研究所主宰	
  最終公開シンポジウム『復興の先にある未来を見据えて進
もう』	
  東京	
  2013 年 12 月 20 日．
	
 競争的資金	
 科学研究費補助金	
  基盤研究（B）海外学術調査	  「海洋微生物の共生－進化系理解のための日－欧連携フィールドワーク」（研究代表，平成 25-27 年度）
科学研究費補助金	
  挑戦的萌芽研究	  「エピジェネティクス変化を指標とす
る幹細胞の化学分化誘導プロセスの解析」（研究代表，平成 25 年度）

3.

4.

日本循環器学会	
  2011 年度	
  Translational Research 振興事業	
  「ES/iPS 細胞
心筋分化システムを用いた新しい心筋分化再生治療薬の開発」（研究分担、
平成 23-25 年度）
科学研究費補助金	
  若手研究（B）	
  「エピジェネティクスによる Nodal 遺伝子制御機構の再描画」（研究代表,	
  平成 25-27 年）!
1.

学内研究助成特定課題 A 研究助成「多剤耐性緑膿菌に対する抗菌剤の探索」（研究代表，
平成 25 年度）
2. 特定課題 B 研究助成「海洋生物由来抗原虫活性化合物のケミカルバイオロ
ジー研究」（研究代表，平成 25 年度）
3. 重点領域研究「大規模災害からの復興と新社会システムの構築	  医療・健康系復興研究プロジェクト」（研究代表，平成 25 年度）
4. 重点領域研究「課題設定型重点領域研究	  早稲田バイオサイエンス国際共同研究拠点の形成」（研究分担，平成 25 年度）
5. 特定課題研究助成（新任の教員等）「海洋生物由来エピジェネティクス制御剤の開発」（研究代表,	
  平成 25 年度）

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1.

新聞報道
日本経済新聞、記事紹介：「大学	  知の明日を築く	  早稲田大東日本大震災復興研究拠点	
  防災・医療知識 海外に」、2013 年 5 月 2日