アクティビティレポート 2007

早稲田大学 先進理工学部
化学・生命化学科

学科構成員z

物理化学部門構造化学研究室
教授

伊藤

紘一

教授

古川

行夫

客員講師（専任扱い）

細井

宜伸

助手

椙山

卓郎

教授

中井

浩巳

助教

今村

穣

助手

菊池

那明

日本学術振興会特別研究員(PD)小林正人

日本学術振興会特別研究員(DC)

赤間

知子

教授

中田

雅久

助手

宇津木

助手

渡邉

秀昭

助手

野口

直義

鹿又

宣弘

教授

柴田

高範

助教

遠藤

恆平

分光化学研究室

電子状態理論研究室z

有機化学部門化学合成法研究室
雅之

機能有機化学研究室
教授
反応有機化学研究室

z

無機・分析化学部門
無機反応化学研究室
教授

石原

浩二

山口

正

小出

隆規

中尾

洋一

浅野

茂隆

錯体化学研究室教授

z

生命化学部門生物分子化学研究室
教授
ケミカルバイオロジー研究室
准教授
先端システム医生物工学研究室
特任教授

構造化学研究室（伊藤研究室）
研究レビュー（１）赤外反射(IRA)スペクトル測定と DFT

アゾベンゼン側鎖を有するポリビニルア

計算によるニトロメタン(NME)の銅およにび

ル コ ー ル 誘 導 体 と 液 晶 分 子 、 4’-pentyl-4-

銀単結晶表面における吸着構造の研究

cyanobiphenyl(5CB)、の混合水表面単分子膜

超高真空条件下 80K での NME の Cu(111),の混合比（5CB / azo 基）を変化させてπ/A 等

Cu(110), Ag(111)および Ag(110)表面における温線測定と SFG スペクトル膜圧依存性測定

吸着構造を赤外反射(IRA)スペクトル測定結を行い、5CB とアゾベンゼン基との相互作用

果をもとに検討し、各単結晶表面で吸着種がについて調べた。主な結果は以下の通りであNO2 基の 1 つの酸素原子を表面金属原子に配る。(i) アゾベンゼン基がトランス体をなす

位し、基板表面に対して分子面は垂直、かつ場合には、混合比が 2 までは均質な膜を形成

酸素原子を結ぶ線は表面法線にほぼ垂直（配し、2 以上では均質膜と 5CB のみからなる膜向角 ≈ 0°）に吸着していることを明らかにに相分離する。(ii) 均質膜において 5CB は対した。さらに、配向角、吸着サイトなどの詳称中心をもつ 2 量体として存在する。2 量体

し い 情 報 を 得 る た め に NME/Cu(110) とはアゾベンゼン基を含む側鎖と(1:1)会合体

NME/Cu(111)について銅原子を 19-32 個含むを形成する。(iii) アゾベンゼン基がシス体をクラスターモデルについて B3LYP 汎関数をなす場合には、混合比によらず混合単分子膜

用いた DFT 計算により（C、N、O、H 原子

は、アゾベンゼン側鎖のみからなる膜と 5CBには 6-311++G**基底を、Cu 原子には Hay とからなる膜に相分離して存在する。

Wadt に よ る 有 効 コ ア ポ テ ン シ ャ ル 基 底（３）SFG 分光法によるアゾベンゼン基を（LANL2MB）を採用した。）スペクトルシ

含む長鎖脂肪酸誘導体水表面単分子膜の構

ミュレーションを試みた。その結果、νas(NO2)

造解析とνs(NO2)バンドの波数と相対強度を計算結（２）の結果から、SFG 分果と比較することによって吸着構造の詳細

光法が、アゾベンゼン基と周を明らかにすることが出来た。主な結論は以辺の官能基の構造を明らか下の通りである。 (i) NME/Cu(110)では、酸にするに有効であることが素原子は on-top サイトに配位し、配向角は約明らかにされた。この点をよ7.8°である。 (ii) NME/Cu(111)では、酸素原

り確実なものとするために、子は bridge サイト配位状態をとり、配向角は左記の構造を持つアゾベン

約 2°である。(iii) 両基板において酸素原子ゼン基を含む長鎖脂肪酸誘導体（nAMm につの配位結合形成に加えてメチル基の水素原

いては、(n,m) = (8,3)、(8,5)、(10.3)）の水表

子と銅原子の相互作用が吸着構造の安定化

面単分子膜の SFG スペクトルの表面圧依存にかなりの寄与をしている。

性の測定と DFT 計算によるスペクトル解析(２) 和周波発生(SFG)分光法によるアゾベを進めた。その結果、アルキル鎖の配向、そ

ンゼン側鎖を含む高分子と液晶分子の混合

れがアゾベンゼン基の配向を如何に規定す

水表面単分子膜の構造解析

るかについていくつかの重要な情報を得た。

論文と著書＊

原著論文

1. “Sum frequency generation spectroscopic studies on phase transitions of phospholipid
monolayers containing poly(ethylene oxide) lipids at the air-water interface.”,
C.Ohe, Y.Goto, M.Noi, M.Arai, H.Kamijo and K.Itoh,J. Phys. Chem. B 111, 1693-1700 (2007).
2. “Infrared reflection absorption spectroscopic study of the adsorption structures of dimethyl
ether and methyl ethyl ether on Cu(111) and Ag(111)”
T.Kasahara and K.Itoh,Surface Sci. 601, 1054-1063 (2007).
3. “Sum frequency generation spectroscopic study of the condensation effect of cholesterol ona lipid monolayer.”
C.Ohe, T.sasaki, M.Noi, Y.Goto and K.Itoh,Anal. Bioanal. Chem. 388, 73-79 (2007).
4. “Laser control of the structure of a photosensitive substrate for enzymatic reaction.”
N.N.Brandt, O.O.Brovko, A.Yu.Chikishev, K.Itoh, S.I.Lebedenko, V.I.Polshakov and
I.K.Sakodynskaya,
Rubrrrika Rubrika 17, 1-4 (2007).

分光化学研究室（古川研究室）
研究レビュー(1) N,N'-dioctyl-3,4,9,10-perylene
tetracarboxylic diimine を 用 い た 高
性能 n チャンネル有機電界効果トラン
ジスタ
SiO2 層を作製した n+-Si 基板上に，真空 蒸 着 法 に よ り N,N'-dioctyl-3,4,9,10perylene tetracarboxylic diimine (PTCDIC8) 薄膜を形成し，n チャンネル電界効
果トランジスタを作製し，真空中で電
圧 ・ 電 流 特 性 を 測 定 し た ． HMDS やOTES で SiO2 表面を処理して疎水的にすると，電子の移動度とオン・オフ比が向上し，閾値電圧が減少した．OTES処理を行うと，電子移動度は 4.6 × 10−1
cm2/Vs，オン・オフ比は 107 ，閾値電圧は 21 V であった．有機半導体の電子移動度として，高い値が得られた．

図 1．PTCDI-C8 を材料とした電界効果トラ
ンジスタ．
1. Mol. Cryst. Liq. Cryst., 462, 37 (2007).

(2)
N,N'-bis(4-trifluoromethylbenzyl)perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic diimine を材料とした大気中で安定な n チャンネル有機電界効果
トランジスタSiO2/n+-Si 基板上に真空蒸着法によりN,N'-bis(trifuloromethyl)-perylene-3,4,9,10tetracarboxylic diimine (PTCDI-TFB) 薄膜を形成し，n チャンネル有機電界効果ト
ランジスタを作製し，真空中と大気中
で電圧・電流特性を測定した．HMDS

処理した基板に 95℃で蒸着した場合に，大 気 中 で ， 最 高 の 移 動 度 4.1 × 10−2
cm2/Vs が得られた．大気中で安定に動作する要因は，PTCDI-TFB の高い電子親和力 4.8 eV と考えられる．

図 2．PTCDI-TFB の化学構造．
2. Chem. Phys. Lett., 436, 139 (2007).

(3) 10,12-pentacosadiynoic acid から作製したポリジアセチレンのラングミュア・ブロジェットとラングミュア・
シェーファーフィルムのラマンスペク
トル
10,12-pentacosadiynoic acid のカドミウ
ム塩から LB 膜と LS 膜を作製し，光重合によりポリジアセチレン青膜を作製した．LS 膜と LB 膜のラマンスペクト
ルで，C≡C 伸縮振動がそれぞれ 2068 と2079 cm−1 に観測され，高分子鎖のパッキングの違いに起因すると考えられる．
1332−1182 cm−1 領域に側鎖 CH3(CH2)11基の CH2 縦揺れ振動のプログレッションが観測され，アルキル基は全トラン
ス形をとっていることがわかった．

図 3．ラマンスペクトル（633 nm 励起）．
3. Chem. Phys. Lett., 444, 328 (2007).

論文など
z

原著論文
1.

"High Performance N-Channel Organic Field-Effect Transistors Based on N,N'Dioctyl-3,4,9,10-Perylene Tetracarboxylic Diimine"
Y. Hosoi and Y. Furukawa
Mol. Cryst. Liq. Cryst., 462(1), 37–43 (2007).

2.

"Air-Stable n-Channel Organic Field-Effect Transistors Based on N,N'-Bis(4"trifluoromethylbenzyl)perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic Diimide"
Y. Hosoi, (D. Tsunami), (H. Ishii), and Y. Furukawa
Chem. Phys. Lett., 436(1–3), 139–143 (2007).

3.

"Raman Spectra of Langmuir−Blodgett and Langmuir−Schaefer
Polydiacetylene Prepared from 10,12-Pentacosadiynoic Acid"
K. Seto, Y. Hosoi, and Y. Furukawa
Chem. Phys. Lett., 444(4–6), 328−332 (2007).

4.

"Relationship between Film Structure and Electric Performance of Organic FieldEffect Transistors Based on Perylene Tetracarboxylic Diimine Derivatives"
Y. Hosoi and Y. Furukawa
Mol. Cryst. Liq. Cryst., 471(1), 189−194 (2007).

5.

"Kinetically Stabilized 1,1'-Bis[(E)-diphosphenyl]ferrocenes: Syntheses, Structures,
Properties, and Reactivity(N. Nagahora), (T. Sasamori), Y. Watanabe, Y. Furukawa, and (N. Tokikoh)
Bull. Chem. Soc. Jpn., 80(10), 1884−1900 (2007).

z

z

Films

of

単行本
1.

"Vibrational Spectroscopy of Conducting Polymers: Fundamentals and Applications"
Y. Furukawa
Vibrational Spectroscopy of Polymers: Principles and Practice, N.J. Everall, J.M.
Chalmers and P.R. Griffiths eds., John, Wiley & Sons, Chichester, pp. 537−556(2007).

2.

「赤外・ラマン分光の有機電子デバイスへの応用」
古川行夫
先端材料開発における振動分光分析法の応用，西岡利勝，錦田晃一，尾崎幸
洋編，第 5 章第 1 節，シーエムシー出版，東京，pp. 184−195 (2007).

3.

「赤外分光法を用いたキャリア（構造・密度）の測定方法と評価」
古川行夫
最新導電性高分子全集−高導電率化/経時変化/汎用有機溶媒への溶解性向上−，
第 5 章第 1 節，技術情報協会，東京，pp. 149−159 (2007).
招待・依頼講演1.

「有機 EL・有機 TFT における導電性高分子材料の基礎と特性」
情報機構セミナー，東京都産業貿易センター（東京），2007 年 1 月 29 日．

2.

「ラマン分光の応用：基礎科学」
日本分光学会第 43 回夏期セミナー「ラマン分光法」，幕張メッセ国際会議場（幕張），2007 年 8 月 31 日．

3.

「研究開発と IR 分光」
第回湘南ハイテクセミナー―研究開発と分析技術―，KU ポートスクウェア（横浜），2007 年 12 月 4 日．

z

受賞
1.

z

日本化学会 BCSJ 賞，渡辺恭彰，古川行夫，2007 年 10 月．
競争的資金

1.

文部科学省科学研究費補助金法と解析法の開発」（代表）2.

文部科学省科学研究費補助金 学術創成研究「高周期典型元素不飽和化合物の化学：新規物性・機能の探求」（分担）3.

グローバル COE「実践的化学知」教育研究拠点（分担）4.

ハイテクリサーチセンター「分子設計による機能性新素材の開発」（分担）

萌芽研究「振動シュタルク効果の新しい測定電子状態理論研究室（中井研究室）
研究レビュー（１）分割統治法に基づく O(N)計算法の開発（３）水クラスターイオンの冷却過程に関する本研究では、DFT 計算に対する O(N)法である
分割統治(DC)法を Hartree-Fock(HF)法へ拡張
し、非局在電子系であるポリエン鎖に適用することにより、その精度と有用性を検証した[14,21]。
さらに、DC-HF 法で得られた局所系の波動関数を用いて 2 次摂動(MP2)エネルギーを計算する手法、DC-MP2 法を開発し、O(N)を達成した[13]。

AIMD シミュレーション
本研究[7]では、水クラスターダイマーイオン
H+(H2O)2 の生成過程および N2 との衝突過程を
非経験的分子動力学(AIMD)シミュレーションにより検討した。さらに、当研究室で開発したエネルギー移動スペクトログラム(ETS)を用いて、衝突によるエネルギー移動と振動状態の変CPU time [min]化 を検討 した 。図 2(a)から N2 衝突 により
3400

H+(H2O)2 が冷えたことがわかる。また(b)の ETS

3200

において N2 衝突の瞬間から 3000 cm−1 付近に大きくピークが現れ、この振動モードが冷却に

800

canonical MP2
RI-MP2
DC-MP2600

関与することが明らかとなった。

a

b

400
200
0

0

5

10

15

20

25

30

n
Fig. 1. Size dependency of CPU (Xeon/2.8 GHz) time forthe calculation of glycine peptide using canonical MP2,
RI-MP2, and DC-MP2 calculation with 6-31G basis set.

（２）エネルギー密度解析の発展
これまで当研究室では、第一原理計算に対する新たな解析手法としてエネルギー密度解析(EDA)を提案し、さまざまな応用及び理論的発展を行ってきた。本年は、周期境界条件(PBC)計算に対応するように理論的な拡張を行い[8]、それを種々の材料設計に応用した[18,19,22]。また、結合エネルギーを見積る Bond-EDA を Diels-Alder反応[10]や 10-S-3 超原子価化合物[17]に応用した。空間分割関数を用いた分割法、Grid-EDA を新たに開発し、基底関数依存性を小さくすることにも成功した[3]。

Fig. 2 (a) time changes of the distance between H+(H2O)2and N2 (broken line) and the energy in H+(H2O)2 (solid line);(b) the ETS.

（４）光化学治療における単官能性ソラレン化
合物の理論設計
ソラレン化合物は乾癬などの皮膚病に対する光治療薬として用いられている。ソラレン
化合物は DNA と 2 段階の環化付加反応を起すが、光治療薬としては 2 段階目の付加反応を起こさない単官能性ソラレンが望ましい。
本理論的研究[12]では、3 重項励起状態における 8-メトキシソラレンは、他のソラレン類とは異なり 2 段階目の反応が進行しにくい
開環構造のみが安定に存在することを明らかにした。さらに、8-メトキシソラレンのメ
トキシ基を数種類の置換基に置換して比較した結果から、8 位に電子供与性の置換基を付加することで励起状態での開環構造が誘導できることを理論的に予測した。

論文と著書z

原著論文

1. “Analysis of self-interaction correction for describing core excited states”,
Y. Imamura, H. Nakai,Int. J. Quant. Chem., 107 (1), 23-29 (2007).

2. “Hybrid treatment combining the translation- and rotation-free nuclear orbital plus
molecular orbital theory with generator coordinate method: TRF-NOMO/GCM”,
K. Sodeyama, H. Nishizawa, M. Hoshino, M. Kobayashi, H. Nakai,Chem. Phys. Lett., 433 (4-6), 409-415 (2007).

3. “Grid-based energy density analysis: implementation and assessment”,
Y. Imamura, A. Takahashi, H. Nakai,
J. Chem. Phys., 126 (3), 034103 1-10 (2007).

4. “Molecular orbital study on the oxidation mechanism of hydrazine and hydroxylamine as
reducing agents for electroless deposition process”,
T. Shimada, A. Tamaki, H. Nakai, T. Homma,
Electrochemistry, 75 (1), 45-49 (2007).

5. “Density functional theory study on the reaction mechanism of reductants for electroless
Ag deposition processes”,
T. Shimada, H. Nakai, T. Homma,
J. Elec. Soc., 154 (4), D273-D276 (2007).

6. “UV-visible and 1H or 13C NMR spectroscopic studies on the specific interaction
between lithium ions and the anion from tropolone or 4-isopropyltropolone (hinokitiol)and on the formation of protonated tropolones in acetonitrile or other solvents”,
M. Hojo, T. Ueda, T. Inoue, M. Ike, M. Kobayashi, H. Nakai,
J. Phys. Chem. B, 111 (7), 1759-1768 (2007).

7. “Ab initio molecular dynamics simulation of energy relaxation process of protonatedwater dimer”,
Y. Yamauchi, S. Ozawa, H. Nakai,
J. Phys. Chem. A, 111 (11), 2062 - 2066 (2007).

8. “Extension of energy density analysis to periodic-boundary-condition calculation:
Evaluation of locality in extended system”,
H. Nakai, Y. Kurabayashi, M. Katouda, T. Atsumi,
Chem. Phys. Lett., 438 (1-3), 132-138 (2007).

9. “Wavelet transform analysis of ab initio molecular dynamics simulation: Application tocore-excitation dynamics of BF3”,

T. Otsuka, H. Nakai,
J. Comput. Chem., 28 (6), 1137-1144 (2007).

10. “Application of bond energy density analysis (Bond-EDA) to Diels-Alder reaction”,
T. Baba, M. Ishii, Y. Kikuchi, H. Nakai,Chem. Lett., 36 (5), 616-6178 (2007).

11. “Extension of the core-valence-Rydberg B3LYP functional to core-excited-statecalculations of third-row atoms”,
A. Nakata, Y. Imamura, H. Nakai,
J. Chem. Theory Comp., 3 (4), 1295-1305 (2007).

12. “Theoretical design of monofunctional psoralen compounds in photochemotherapy”,
Nakata, T. Baba, H. Nakai,
Bull. Chem. Soc. Jpn., 80 (7), 1341-1349 (2007) (Selected Paper).

13. “Alternative linear-scaling methodology for the second-order Møller-Plesset perturbation
calculation based on the divide-and-conquer method”,
M. Kobayashi, Y. Imamura, H. Nakai,
J. Chem. Phys., 127 (7), 074103 1-8 (2007).

14. “Implementation of divide-and-conquer method including Hartree-Fock exchangeinteraction”,
T. Akama, M. Kobayashi, H. Nakai,
J. Comput. Chem., 28 (12), 2003-2012 (2007).

15. “Description of core excitations by time-dependent density functional theory with local
density approximation, generalized gradient approximation, meta-generalized gradientapproximation, and hybrid functionals”,
Y. Imamura, T. Otsuka, H. Nakai,
J. Comput. Chem., 28 (12), 2067-2074 (2007).

16. “Development of analytic energy gradient method in nuclear orbital plus molecularorbital theory”,
M. Hoshino, Y. Tsukamoto, H. Nakai,Int. J. Quant. Chem., 107 (14), 2575–2585 (2007).

17. “Theoretical determination of hypervalent bond energy of 10-S-3 sulfurane derivatives”,
Y. Yamauchi, K.-y. Akiba, H. Nakai,Chem. Lett., 36 (9), 1120-1121 (2007).

18. “Energy density analysis of the chemical bond between atoms in perovskite-typehydrides”,
Y. Shinzato, H. Yukawa, M. Morinaga, T. Baba, H. Nakai,
J. Alloys Compd., 446-447, 96-100 (2007).

19. “Unified approach to the analysis of the chemical bond in hydrides”,
Y. Shinzato, H. Yukawa, M. Morinaga, T. Baba, H. Nakai,Acta Materialia, 55 (20), 6673-6680 (2007).

20. “Isotope effect in dihydrogen-bonded systems: Application of analytical energy gradientmethod in the nuclear orbital plus molecular orbital theory”,
H. Nakai, Y. Ikabata, Y. Tsukamoto, Y. Imamura, K. Miyamoto, M. Hoshino,
Mol. Phys., 19-22, 2649-2657 (2007).

21. “Is the divide-and-conquer Hartree-Fock method valid for calculations of delocalized
systems?”,
T. Akama, A. Fujii, M. Kobayashi, H. Nakai,
Mol. Phys., 19-22, 2799-2804 (2007).

22. “New expression of the chemical bond in perovskite-type metal oxides”,
Y. Shinzato, Y. Saito, H. Yukawa, M. Morinaga, T. Baba, H. Nakai,Material Science Forum, 561-565, 1823-1826 (2007).
z

総説

1. “表面－分子相互作用系の量子化学計算に関する最近の動向”,
中井浩巳,

表面科学, 28 (3), 150-159 (2007).

2. “原子核と電子の波動関数を同時に決定するための non-Born-Oppenheimer 理論：
NOMO 理論”,
中井浩巳, 星野稔,
Mol. Sci.(分子科学), 1, A0010 1-22 (2007).

3. “Nuclear orbital plus molecular orbital (NOMO) theory: Simultaneous determination of
nuclear and electronic wave functions without Born-Oppenheimer approximation”,
H. Nakai,Int. J. Quant. Chem., 107 (14), 2849–2869 (2007).
z

招待講演
1.

“高精度非断熱分子理論の開発と水素結合系への応用”, 第 5 回水素量子アトミク

ス研究会, 東京大学(本郷), 2007 年 1 月 10～11 日.
2.

“固体触媒の励起過程を取り扱う理論的手法の開発”, 文部科学省次世代スーパ

ーコンピュータプロジェクトナノ分野グランドチャレンジ研究開発 ナノ統合拠点第１回公開シンポジウム, 分子科学研究所(岡崎), 2007 年 3 月 5～6 日.
3.

“エネルギー密度解析(EDA)－分子から結晶まで－”(基調講演), テクノ・シンポ

ジウム名大『酸化物の科学の新しい展開』, 名古屋大学(名古屋), 2007 年 3 月 7日.
4.

“高速化量子ダイナミックス理論の開発”, 文部科学省科学研究費補助金特定領域研究「実在系の分子理論」平成 18 年度成果報告会, 東京大学(駒場), 2007 年
3 月 18～19 日.
5.

“大規模・高精度量子化学計算の実現を目指して”, 日本化学会 第１回関東支部大会, 首都大学東京(南大沢), 2007 年 9 月 27～28 日.
6.

“Novel linear scaling techniques based on divide-and-conquer method”, 12th
European Workshop on Quantum Systems in Chemistry and Physics, University of
London (London, UK), August 30-September 5, 2007.

7.

“Extension of divide-and-conquer method to correlated wave function theory”, 3rd
Asia-Pacific Conference on Theoretical & Computational Chemistry (APCTCC),(Beijing, PR China), September 22-26, 2007.

8.

“エネルギー密度解析(EDA)の開発・応用・発展”, 計算物質科学フォーラム研究会－密度汎関数法・量子化学計算法のあらたな展開－ , 日本大学(市ヶ谷),2007 年 12 月 8 日.
z

国際学会
1.

“Analytic gradient method in nuclear orbital plus molecular orbital (NOMO) theory:
Evaluation of averaged bond distance”, H. Nakai, M. Hoshino, Y. Tsukamoto,Molecular Quantum Mechanics - Analytic Gradients and Beyond (An International
Conference in Honor of Professor Peter Pulay) (Budapest, Hungary), May 29-June 3,
2007.

2.

“Linear-Scaling MP2 Methodologies Based on the Divide-and-Conquer Method:
Novel Local Treatment of Electron Correlation”, M. Kobayashi, H. Nakai, Molecular
Quantum Mechanics - Analytic Gradients and Beyond (An International Conference inHonor of Professor Peter Pulay) (Budapest, Hungary), May 29-June 3, 2007.

3.

“Divide-and-conquer MP2 method: novel linear-scaling method for treating electron
correlation”, M. Kobayashi, H. Nakai, International Symposium on ‘Molecular Theory
for Real Systems’ (Kyoto), July 27-29, 2007.

4.

“Development of novel analysis methodologies for excited state calculations”, T. Baba,
H. Nakai, International Symposium on ‘Molecular Theory for Real Systems’ (Kyoto),
July 27-29, 2007.

5.

“DFT Approach in Nuclear Orbital plus Molecular Orbital (NOMO) Theory”, H.
Nakai, H. Kiryu, Y. Tsukamoto, Y. Imamura, 12th International Conference on the
Applications of Density Functional Theory in Chemistry and Physics (Amsterdam,
Netherland), August 26-30, 2007.

6.

“Development of Core-Valence-Rydberg B3LYP for Core and Rydberg Excitations”, Y.
Imamura, A. Nakata, H. Nakai, 12th International Conference on the Applications of
Density Functional Theory in Chemistry and Physics (Amsterdam, Netherland),August 26-30, 2007.

7.

“Application of divide-and-conquer method to pi-conjugated systems”, T. Akama, A.
Fujii, M. Kobayashi, H. Nakai, 3rd Asia-Pacific Conference on Theoretical &Computational Chemistry (APCTCC), (Beijing, PR China), September 22-26, 2007.

8.

“A novel hybrid functional for TDDFT: Core-Valence-Rydberg B3LYP”, Y. Imamura,
A. Nakata, H. Nakai, 3rd Asia-Pacific Conference on Theoretical & Computational
Chemistry (APCTCC), (Beijing, PR China), September 22-26, 2007.

9.

“Development of NOMO/GCM method: New treatment of nuclear quantum effect”, H.
Nishizawa, T. Omote, H. Nakai, 3rd Asia-Pacific Conference on Theoretical &Computational Chemistry (APCTCC), (Beijing, PR China), September 22-26, 2007.

z

競争的資金
1.

科学研究費補助金 特定領域研究『実在系の理論化学』「高速化量子ダイナミックス
理論の開発」（研究代表，平成 18-21 年度）.

2.

早稲田大学理工学総合研究センター・プロジェクト研究「量子化学計算に特化した高性能計算機環境の構築とその応用」（研究代表，平成 19-21 年度）.

3.

次世代スーパーコンピュータプロジェクト ナノ分野グランドチャレンジ研究開発（グループリーダー：平田文男）「固体触媒の励起過程を取り扱う理論的手法の開発と酸化チタン系への応用」（分担研究代表, 平成 18-24 年度）.

化学合成法研究室（中田研究室）
研究レビュー(−)-Erinacine B の世界初収束的不斉全合成
当研究室で見出した baker′s yeast による不斉還元，触媒的不斉分子内シクロプロパ
ン化反応により創製したキラルビルディン
グブロックスを活用し，(−)-Erinacine B の世
界初収束的不斉全合成を達成した 1．

造の決定と世界初不斉全合成に成功した 4,5．
methallyl chloride
CrCl2 (5 mol %)1 (6 mol %)

OHC
Ph

O

Ph

N
H
N

CHO
AcO

O

BnO

baker'syeast
reduction

O

OH

O

OH

O
O
Asymmetric
Catalysis

HO>99% ee

O
CHO
H

IMCP
SO2MesSO2MesN2
O
O >99% ee
IMCP: intramolecular cyclopropanation(-)-erinacine B(+)-Digitoxigenin の収束的不斉全合成
当研究室で見出した baker′s yeast による不斉還元，触媒的不斉分子内シクロプロパ
ン化反応により創製したキラルビルディン
グブロックスを活用し，(+)-Digitoxigenin の
世界初収束的不斉全合成を達成した 2．
OOO+
TBDPSO

Br

O

H

H
O

H
O

>99% eeHO>99% eeOH

AcO

FR901512MeOOTBDPS
O
N2
CO2Et

MeO

[CuOTf]2・C6H6, (5 mol%),ligand 2, (15 mol%)toluene, 80oC, 1.5 h

O
OTBDPS

MeO

then, ZnCl2 (1.5eq), rt, 3.5 h

H

O

N2

CO2R

R1
N2
O
t-BuO2C

R1

R1

N

N

O

O
1R CO2R

toluene

R=Me:
R=1-methyl-1-phenylethyl:
R=2,4,6-trimethylphenyl:
R=2,6-di-tert-butyl-4-methylphenyl:

H

O
R2
R2
68%, 56% ee, ligand a a: R1=Me, R2=i-Pr
90%, 52% ee, ligand d b: R1=Me, R2=t-Bu
87%, 69% ee, ligand d1292%, 77% ee, ligand a c: R =Et, R =i-Pr
56%, 78% ee, ligand d d: R1=Bn, R2=i-Pr
CuOTf
R1(10 mol %)ligand b or d
(15 mol %)toluene, rtO
Ht-BuO2C
H

R1=H, OTBDPS; 64-84%, 95-98% ee

FR901512 の世界初不斉全合成
当研究室で開発した不斉配位子 1 の効率的新規合成法の開発に成功した．また 1 を利用する触媒的不斉野崎-檜山アリル化，メ
タリル化反応を活用し、FR901512 の絶対構

O

O
N

OH
CO2Et

N
2

70%

(–)-FR182877 の不斉全合成研究
分 子 内 Diels-Alder 反 応 お よ び 分 子 内
hetero Diels-Alder 反応により、(–)-FR182877の ABCD 環部分を高立体選択的に構築することに成功した 8,9．
OH

E

TIPSO

CHO

IMDA
and
IMHDA

OAc
H H H CO2Me

TIPSO
H

CuOTf (10 mol%)ligand (15 mol%)O

OH

allyl bromide
CrCl2 (15 mol %)1 (16 mol %)Phloroglucin 類の不斉全合成研究
メトキシシクロプロパンを分子内に有する tricyclo[4.4.0.05,7]decene 誘導体の位置選択的開環を見出し，phloroglucin 類の基本骨格である bicyclo[3.3.1]nonane の効率的構築に成功した 7．

H(+)-digitoxigenin

触媒的不斉分子内シクロプロパン化反応の研究
2-Diazo-3-oxo-6-heptenoic Acid Esters の触媒的不斉分子内シクロプロパン化反応が歴史上最高の結果を与えることを見出した．
また、tricyclo[4.4.0.05,7]decene 誘導体を与える同反応においては、98% ee の生成物が得られることを見出した 3,6．

CO2H
OH

O

Mn, DIPEA
TMSCl, THF, 3 oC
99%, 90% de

1

BnO

HO

Mn, DIPEA
TMSCl, THF, rt
93%, 92% ee

O

N

OH

OTBS

OH
H
H

TIPSO

CO2Me

MnO2, toluene
OTBS

H

OTBS

H
OH
HH H

TIPSO

CO2Me

H

OH

H

O
H

O

80 oC, 4 h

H

H

OTBS

single diastereomer

新ルートでの Taxol の収束的不斉合成研究
当研究室で見出した baker′s yeast による不斉還元，ケイ素架橋型分子内アルキル化
反応により taxol の A,C 環フラグメントの不斉合成に成功した．また，シアン化物イオ
ンの高立体選択的 1,4 付加を見出し， B,C
環結合部位のトランス縮環構造の構築に成功した．さらに，その後の変換により得た基質の分子内 B-アルキル鈴木-宮浦カップ
リングにより B 環の構築が高収率で行える
ことも見出した．
OBn
I

BnO

O

OBn
I

NCCO2Me, AcOK, TEA
DMF, 100 oC, 71%
orKCN, DMF, 100 oC, 70%

H
BnO

O

CN

OBn
intramolecular B-alkyl
Suzuki-Miyaura coupling
H

81%
BnO

O

ODMBM

z

原著論文

1.

Enantioselective Total Synthesis of (–)-Erinacine B
Watanabe, H.; Takano, M.; Umino, A.; Ito, T.; Ishikawa, H.; Nakada, M. Org. Lett.
2007, 9, 359–362.
Convergent Total Synthesis of (+)-Digitoxigenin via Catalytic Asymmetric
Intramolecular Cyclopropanation
Honma, M.; Nakada, M. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 1541–1544.
Catalytic Asymmetric Intramolecular Cyclopropanation of 2-Diazo-3-oxo-6-heptenoic
Acid Esters
Takeda, H.; Honma M.; Ida R.; Sawada, T.; Nakada, M. Synlett, 2007, 579–582.
New Preparation of Tridentate Bis-oxazoline Carbazole Ligand Effective forEnantioselective Nozaki-Hiyama Reaction
Inoue, M.; Nakada, M. Heterocycles, 2007, 72, 133–138.
Structure Elucidation and Enantioselective, Protecting Group-Free Total Synthesis of
the HMG-CoA Reductase Inhibitor, FR901512 via Catalytic AsymmetricNozaki−Hiyama Reactions
Inoue, M.; Nakada, M. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 4164–4165.
Enantioselective Preparation of Tricyclo[4.4.0.05,7]decene Derivatives via Catalytic
Asymmetric Intramolecular Cyclopropanation of α–Diazo-β-keto Esters
Ida, R.; Nakada, M. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 4855–4859.
Synthetic Studies on Phloroglucins: A New Approach to the Bicyclo[3.3.1]nonane
System via the Regioselective Ring-opening of the Methoxycyclopropane
Abe, M.; Nakada, M. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 4873–4877.
Synthetic Studies on (–)-FR182877: Construction of the ABCD Ring System via theIntramolecular Cycloadditions (1)Suzuki, T.; Tanaka, N.; Matsumura, T.; Hosoya, Y.; Nakada, M. Tetrahedron Lett.
2007, 48, 6483–6487.
Synthetic Studies on (–)-FR182877: Construction of the ABCD Ring System via theIntramolecular Cycloadditions (2)Tanaka, N.; Suzuki, T.; Hosoya, Y.; Nakada, M. Tetrahedron Lett. 2007, 48, 6488–
6492.
Construction of the Taxane Skeleton via the Stereoselective Conjugate Addition of
Cyanide and the Intramolecular B-Alkyl Suzuki-Miyaura Coupling Reaction
Utsugi, M.; Kamada, Y.; Miyamoto, H.; Nakada, M Tetrahedron Lett. 2007, 48, 6868–
6872.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

z

招待講演

1.

First Enantioselective Total Synthesis of FR901512 via the Catalytic AsymmetricNozaki-Hiyama Reactions
Catalysis & Fine Chemicals 2007 (C&FC 2007)
Nanyang Technological University, Singapore, December, 2007.
Synthetic Studies on Polycyclic Polyprenylated Acylphloroglucinols
第 10 回有機分子構築法夏の学校，長崎，6 月，2007.
Design of Catalytic Asymmetric Reactions and their Applications to Enantioselective

2.
3.

Total Synthesis of Bioactive Natural Products
Molecular Chirality 2007 (MC 2007), Tokyo, May, 2007.
z

国際学会

1.

Development of Catalytic Asymmetric Nozaki-Hiyama Reactions and their Application
to Enantioselective Total Synthesis of FR901512
Masahiro Inoue, Takahiro Suzuki, and Masahisa Nakada
14th IUPAC International Symposium on Organometallic Chemistry Directed Towards
Organic Synthesis (OMCOS 14), Kyoto, August, 2007.
Studies on Convergent and Enantioselective Total Synthesis of Taxol
M. Utsugi, Y. Kamada, M. Nakada
9th Annual Florida Heterocyclic and Synthetic IUPAC-Sponsored Conference
Biomimetic Total Synthesis of Erinacine E
H. Watanabe, M. Nakada
9th Annual Florida Heterocyclic and Synthetic IUPAC-Sponsored Conference

2.

3.

z

学会・シンポジウム関係

1.
2.
3.

有機合成化学協会事業委員
有機合成化学協会関東支部常任幹事
第 92 回有機合成シンポジウム（平成 19 年 11 月 8 日(木),9 日(金)）実行委員長
早稲田大学国際会議場

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Ar* =
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R
N
Ee 2 qrstuvwxyxz{ 3 'N"#|}3~•*i€•678:K‚%*Ar
Ar*
R = Me, Et, i-Bu, Phƒ„…EK†‡3‡KˆEeR9'9
Ph
Br Cat
N
Ph
E
Ph
N
E
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KOH
aq./Toluene‹Œu3•1Ž8••'‘’:E`%Ph
Ph
Ph
UVW{A 3 “'”•/0–—q˜™
E = CO2But
81-86% ee`š•PQ89:q›Š‰:+deR
Ph

CN

H

CN

Me

NC

N
Et3N
CH2Cl2, RT

RO
Br –

O

OTMS
Ph
Ph

Ph

CN

H

CN

CO2R

(1R, 3S)-3(1R, 3S)-3

N
RO
Br –

2

Ph (S)

45-94%ee

1

O

CN
(R)

Et3N
CH2Cl2, RT

77-93%ee

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R = Me, Et, Bn, tert-BuO

1M3!NOPQCD RSTUVUWX :YOZ[\]^_P`abCDKL!
! œ•'!"# pyridinophane 3žE%‰’Ÿ i phenanthlene ¡“3¢£¤¥ˆ…e+¦§¨{©XYZª3«¬E`-®¯°±²tu3³´EeRµ¶i·Ee glycine ¸o0'"#¨NLN
5ab3cde¹—%pyridinophane ºO'»N¼“ijkKlmn3opE

Et
Me

O

CHO
N
H

Ph

OMOM
Et

O
1) H+

O

Et

2) MeOH

Me

O
NH

Et

Ph

O

CHO
N
H

Ph

OH

O

O OH
NH

Ph

+
Me
O

Me

OH

O
MeOH

Et

O

O
NH
Ph

H+, H2O

Me
O

OH

OH

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1.
2.

3.

!

“Enantioselective cyclopropanation reactions with planar-chiral pyridinium ylides”!
N. Kanomata and R. Sakaguchi!
21st International Congress of Heterocyclic Chemistry, Sydney, Australia, July 2007
“Asymmetric benzylation with planar-chiral phase-transfer catalysts having adibenz[e,g]isoindolinium unit”!
N. Kanomata and T. Maeda!
21st International Congress of Heterocyclic Chemistry, Sydney, Australia, July 2007
“Synthetic studies of azaspirene analogues having a spiro ring skeleton”!
S. Hirasawa and N. Kanomata!
21st International Congress of Heterocyclic Chemistry, Sydney, Australia, July 2007'()*+

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mIcn@mo;pXqrs&tV !u vw[!!
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3. ‘’*yy“ST”w•–—˜™šy“›œ‹•žŸ–—˜™&\”w —F¡B¢£ef¤¥¦›§¨©‹ª«¥¬©•‰Ÿ-m®¯n@mF¡;°«¥ªnD±mo;pXST²<&tV !³MJJ vw[
4. ‘’*yy“ST”w•–—˜™šy“›œ‹•žŸ–—˜™&\´µqab¶·\¸pm”wC;¹ºefy»^STpXST²<&tV !uMJN vw&[

反応有機化学研究室（柴田研究室）
研究レビュー(1) ジインとカルボニル化合物とのヘテ
ロ[2+2+2]付加環化反応
ロジウム触媒存在下、ケトエステルやアルデヒドなどのカルボニル部分と、ジインとの分子間ヘテロ[2+2+2]付加環化反応が進行した。その結果二環性αピラン化合物が生成し、引き続く電子
環状開環反応により、単環性ジエノンが高収率で得られた。同形式の反応は既に、ルテニウムやニッケル触媒により達成されているが、ロジウム触媒を用いることによりカルボニル化合物の一般性が向上した。さらに、ジイン末端の置換基(R1, R2)の選択により、一次生成物である不炭素原子を有する二環性α-ピラン化合物の単離に成功し、キラルロジウム触媒を用いることにより、不斉反応への展開に初めて成功した。

から、現在のところは、カルボニルのβ-位の C-H 結合のロジウム錯体による活性化（切断）を起点とする反応である考えている。
H

R1
Z

R2

β

+

diyne or enyneOα(chiral) Rh
catalyst

R3aryl ketone or enone
R1

R1

H

H
Z

+
R2

R3

Z

∗

O

from diyne

R3O

from enyne

2. Org. Lett., 2007, 9, 3097-3099.

(3)エンジインの分子内不斉[2+2+2]付
加環化反応
キラルロジウム触媒存在下、1,2-アル1
1
R
R
ケンによって架橋されたジイン、すな
R1 (chiral) RhZ
catalyst
OO
わちエンジインを反応させると、分子
Z
R2
Z
∗ R4
R2
+
内[2+2+2]付加環化反応が進行し、隣接
R3
carbonylR24
3RR
した２つの不斉炭素を有する三環性シ
compounds
up to 97% ee
up to 96%
クロヘキサ-1,3-ジエンが高収率かつ高不斉収率で得られた。本反応は対称的な1. Synlett, 2007, 1395-1398.
基質(R=R’, Z=Z’)のみならず、末端置換基や架橋部の構造の異なる非対称な基(2)アリールケトンやエノンの C-H 結合質においても進行する。また、反応機切断を伴うジインやエンインとの反応構に関する考察より、高エナンチオ選
ロジウム触媒存在下、ジインとアリ択性の実現のためには、末端置換基(R,ールケトンやエノンとの反応を行うと、 R’)の選択により、末端のアルキン同士
環化を伴ったヒドロアリール化、あるの反応を抑え、1,6-エンイン部分の反応
いはヒドロビニル化が進行し、単環性を先行させ、後にアルキンが挿入する
1,3-ジエンが得られた。また、本反応はことが必須である知見を得た。
エンインを用いても進行し、キラルロジウム触媒を用いることにより、光学
R
∗ ∗
Z
Z'
chiral Rh
Z
活性化合物が高不斉収率で得られた。
catalyst
さらに重水素を用いたラベル実験、ジR
R'
Z'
インに替えモノインを用いる対照実験、R'
up to 98% ee
付加環化反応による類似不斉反応との比較実験などの反応機構に関する考察
3. J. Org. Chem., 2007, 72, 6521-6525.

論文など
z

原著論文

1. “Rhodium Complex-Catalyzed [2+2+2] Cycloaddition of Diynes and CarbonylCompounds”
K. Tsuchikama, Y. Yoshinami, and T. Shibata
Synlett, 2007, 1395-1398.
2. “Rh-Catalyzed Cyclization of Diynes and Enynes Initiated by Carbonyl-Directed
Activation of Aromatic and Vinylic C-H Bonds”
K. Tsuchikama, Y. Kuwata, Y. Tahara, Y. Yoshinami, and T. Shibata
Org. Lett., 2007, 9, 3097-3099.
3. “Enantioselective [2+2+2] Cycloaddition of Endiynes for the Synthesis of Chiral
Cyclohexa-1,3-dienes”
T. Shibata, H. Kurokawa, and K. Kanda
J. Org. Chem., 2007, 72, 6521-6525.
4. “Chiral Secondary Alcohol-Induced Asymmetric Autocatalysis: Correlation between the
Absolute Configuration of the Chiral Initiators and the Product Chiral OrthoDiarylbenzene Derivatives”
T. Shibata, K. Iwahashi, T. Kawasaki, and K. Soai
Tetrahedron; Asymmetry, 2007, 18, 1759-1762.
5. “Rhodium-cCatalyzed Enantioselective [2+2+2] Cycloaddition of Diynes with
Unfunctionalized Alkene”
T. Shibata, A. Kawachi, M. Ogawa, Y. Kuwata, K. Tsuchikama, and K. Endo
Tetrahedron, 2007, 63, 12853-12859.

z

招待講演（国際学会のみ）

1. “Iridium-Catalyzed Enantioselective [2+2+2] Cycloaddition for the Synthesis of Axially
Chiral Compounds,”
4th Japanese-Sino Symposium on Organic Chemistry for Young Scientists, Narita, 2007,
September
2. “Enantioselective [2+2+2] Cycloaddition as a Synthetic Tool,”
IUPAC 3rd International Symposium on Novel Materials and Synthesis & 17th
International Symposium on Fine Chemistry and Functional Polymers, Shanghai, 2007,
October
3. “Asymmetric Cycloaddition for the Synthesis of Chiral Cyclic Compounds,“
The 17th Symposium on Optically Active Compounds, Yamada & Koga Prize, Tokyo,
2007, November

z

競争的資金
1. 文部科学省科学研究補助金 特別推進研究「不斉自己増殖反応の開拓および超高感度不斉認識・不斉の起源解明への応用」（分担）
2. 文部科学省科学研究補助金
不斉骨格の創製」（代表）

基盤研究(B)「触媒的付加環化反応を用いる新規

3. 文部科学省科学研究補助金 萌芽研究「触媒的不斉付加環化反応を用いる新規
キラル化合物群の創製と評価」（代表）無機反応化学研究室（石原研究室）
研究レビュー
は常に反応活性である、(ii) RB(OH)2 の方が四配位のボロン酸イオン(RB(OH)3-)
よりもはるかに反応活性である、ことを明示するものであり、従来の前提を覆す結果である。
本成果はボロン酸の反応を用いる研究分野の発展に寄与する最も基本的な知見となり、溶液化学的学術面から分析化学的実用面、さらには有機・生命化学に至るまで、その波及効果は極めて大きいと考えられるばかりでなく、従来の無機化学のテキストに記載されている、ホウ素の化学の通念を刷新す
るものである。
50x10-340

Absorbance(1) 3-NO2PhB(OH)2 とエチレングリコー
ルおよびプロピレングリコールのアルカリ性水溶液中の反応（ボロン酸イオンの反応性の直接評価）
今日まで、糖類などを検出するために、ボロン酸(RB(OH)2)を反応中心として含む膨大な数の Chemosennsor が開発されてきた。これらのセンサーは主にアルカリ性水溶液中においてのみ機能することから、アルカリ性において支配的な化学種であるボロン酸イオン(RB(OH)3−)だけがセンサーとして働くものとして反応機構が記述されている。
しかし、ボロン酸の反応は、特異な反応であるため、ボロン酸イオンの速度
定数は実測されておらず、推定上限値だけが報告されているに過ぎない。昨年、我々は、反応系を工夫して推定上限値を引き下げることに成功し、従来定説のように言われてきた「ボロン酸イオンはボロン酸よりも 102 ~103 倍速く反応する」という推定が誤りである
ことを示した。この度我々は、より直接的な証拠を得るために表題の反応系の精密測定を行い、ボロン酸イオンの反応性の直接評価に初めて成功した。1)
配位子の総濃度(CL)がボロン酸の総濃度(CB)に対して大過剰(CB<<CL)の条件下で測定した 268nm における吸光度の経時変化を図１に示す。本反応系はproton ambiguity が無く、考慮すべき反応経路は Scheme 1 に示す２つの経路のみであるため、ボロン酸とボロン酸イオンの速度定数を同時に測定できる。
種々の条件下で得られた擬一次の条件
速度定数(kobs)の CB および[H+]への依存性を解析することにより、表１の値を得た。この結果は、ボロン酸イオンの速度定数の初めての測定例である。
表１の結果は、(i)アルカリ性条件下においても三配位のボロン酸(RB(OH)2)

30
20
10
0

0

1

2

3

4

Time / s
図１. 3-NO2PhB(OH)2 とプロピレングリコールとの反応に伴う 268 nm における吸光度の経時変化(25°C) (CB = 2.4 mM, CPG = 2.50 x 10−1 M, Cbuff =0.10 M, pH = 10.30).
Scheme 1

RB(OH)2+

H2L

RB(OH)3– +

H2L

+ H+

k1
k–1

RB(OH)(L)– + H3O+

KaB
k2
k–2

RB(OH)(L)–+ 2H2O

表 1. 3-NO2PhB(OH)2 とエチレングリコール(EG)およびプロピレングリコール(PG)のアルカリ性
水溶液中における反応速度定数(25°C, I = 0.10 M)

EG
PG

3-NO2PhB(OH)2
k1 / M–1 s–1

3-NO2PhB(OH)3–
k2 / M–1 s–110100 ± 200
5770 ± 100

1.18 ± 0.04
1.47 ± 0.03

1) Inorg. Chem., 47, 1417-1419 (2008).

論文
・ 原著論文
1. “Which is reactive in alkaline solution, boronate ion or boronic acid ? Kinetic evidence
for reactive trigonal boronic acid in an alkaline solution”, S. Nakajima, S. Iwatsuki, M.
Inamo, H. D. Takagi, and K. Ishihara, Inorg. Chem., 46, 354-356 (2007).
2. “Crystal structure of the pivalamidato-bridged platinum(II) dinuclear complex having
equatorial α-pyridonate and dimethylsulfoxide ligands, [PtII2(NH3)2(αpyridonato)(dmso)(µ-(CH3)3CCONH)2](ClO4)”, S. Arai, M. Ochiai, K. Ishihara, and K.
Matsumoto, Anal. Sci., 23, x43-x44 (2007).
3. “Mixed-valent linear chain Pt2PdPt2 complexes”, S. Arai, M. Ochiai, K. Ishihara, and K.
Matsumoto, Eur. J. Inorg. Chem., 2031-2039 (2007).
・ 国際学会
1. “Reaction mechanism of the complexations of boronic acids with diols: Kinetic
evidence for reactive boronic acid even in alkaline solution”, S. Iwatsuki, M. Inamo, H. D.
Takagi, and K. Ishihara, 1st Asian Conference on Coordination Chemistry, Okazaki, July29, 2007.
2. “Mechanism of the reactions on the head-to-head and head-to-tail α-pyridonato-bridged
cis-diammineplatinum(III) dinuclear complexes with phenol”, S. Hyodo, S. Tateoka, S.
Iwatsuki, K. Ishihara, and K. Matsumoto, 1st Asian Conference on Coordination
Chemistry, Okazaki, July 29, 2007
3. “Kinetic study on the decomposition reaction of amidato-bridged ethylenediamine
platinum(II) dimers”, Y. Ito, S. Arai, S. Iwatsuki, K. Ishihara, and K. Matsumoto, Joint
Conference of JMLG/EMLG Meeting 2007 and 30th Symposium on Solution Chemistryof Japan, Fukuoka university, Nov. 23, 2007
4. “Kinetic study on the reaction of pivalamidato-bridged Pt(II) binuclear complex with 2methyl-1,3-butadiene”, J. Nagashima, K. Ishihara, and K. Matsumoto, Joint Conference of
JMLG/EMLG Meeting 2007 and 30th Symposium on Solution Chemistry of Japan,
Fukuoka University, Nov. 23, 2007
5. “Slow change in the orientation of the component ions of molecular liquids as observed by
the retardation of simple isomerization processes”, K. Noda, H. Yamaguchi, R. Yamane, Y.
Ikeda, K. Ishihara, M. Inamo, T. Asano, and H. D. Takagi, Joint Conference of
JMLG/EMLG Meeting 2007 and 30th Symposium on Solution Chemistry of Japan,
Fukuoka University, Nov. 24, 2007㍲૕ൻቇ⎇ⓥቶ㧔ጊญ⎇ⓥቶ㧕⎇ⓥ࡟ࡆࡘ࡯
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1.

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“Luminescence Property of the Complexes Having Platinum to Metal Dative Bond”,
T. Yamaguchi, T. Mitsui, H. Yamashita, 17th International Symposium on the
Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds, Dublin, 2007/6.
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生物分子化学研究室（小出研究室）
研究レビュー
生物分子化学研究室は 2007 年度に新たに開設された。当研究室では、我々の体の中で最も多量に存在し、かつ３重らせんという特異な構造を持つ蛋白質「コラーゲン」を題材とした総合的な研究を展開する。以下に紹介する研究の多くは、小出教授の前任地である新潟薬科大学薬品製造学研究室との共同研究である。
（１）コラーゲン特異的分子シャペロン HSP47のコラーゲン認識機構
小胞体内腔に存在する HSP47 は、コラーゲン３
重らせんの生成に必須のシャペロン蛋白質である。これまでに、HSP47 が認識するコラーゲン
３重らせん上の構造モチーフを決定したが、HSP47 側のコラーゲン認識部位の構造に関しては未知である。
我々は、光反応性アミノ酸を様々な部位に組み込んだ合成コラーゲン様ペプチドを用いた体系的な光アフィニティーラベリングを行うことにより、HSP47 蛋白質上にコラーゲン結合部位をマッピングすることを試みている。

ゲンゲルの創製
図に示すごとく、互いにずらせて共有結合させたコラーゲン様配列をもつペプチドは、水溶液中で自己集合により３重らせんを形成し、超分子構造体を形成する。今回このペプチドの配列
中に親水性のアミノ酸を組み込んで水との親和性を向上させることにより、コラーゲン様ペプチ
ドハイドロゲルを作成することに成功した。また
ペプチドのデザインによりゲル－ゾル転移温度
を体温以上にすることが可能となったことから、付着性細胞培養基材としての応用が期待できる。

（２）コラーゲン結合蛋白質とコラーゲン３重らせんとの結合解析
コラーゲン結合蛋白質が生理的バッファー中でのコラーゲン線維化を阻害するという現象を利用して、コラーゲン結合蛋白質に特異的に結合するペプチドのスクリーニング系を構築した。血
小板表面に存在するコラーゲン受容体である
Glycoprotein VI (GPVI)および血管新生阻害／
神経栄養因子として働く色素上皮由来因子(PEDF)をターゲットとしたスクリーニングを実施した結果、それぞれの蛋白質に特異的に結合するコラーゲン様３重らせんペプチドを発見した。
（３）合成ペプチドの自己集合による人工コラー（４）コラーゲン３重らせん構造を基盤とした細胞内デリバリーツールの創製
分子中にアルギニン(Arg)残基を多く含むペプ
チドは効率的に細胞内に取り込まれることから、細胞へのデリバリーツールとして有用である。
我々は多くの蛋白質分解酵素に対して抵抗するコラーゲン様３重らせん構造を基盤とした細胞内デリバリーツールを開発することを目的として、Arg 残基を多く含むコラーゲン様ペプチドをデザイン・化学合成して、その細胞への取り込みを検討した。その結果、Arg-rich なコラーゲン
様３重らせんペプチドが、培養 Hela 細胞に効率的に取り込まれることが分かった。

論文
z

総説論文
1. “Designed triple-helical peptides as tools for collagen biochemistry and matrix
engineering”,
T. Koide,Phil. Transact. of Royal Soc. B. 362, 1281-1291 (2007).

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招待講演
1. “コラーゲン 3 重螺旋と蛋白質との特異的な相互作用について”, 蛋白質研究所セミナー「放射光が拓く繊維高分子のルネッサンス」 (大阪), 2007 年
6 月 8～9 日.
2. “創薬を目指したコラーゲンのケミカルバイオロジー”, 京都薬科大学文部科
学省オープンリサーチ推進事業特別講演会 (京都), 2007 年 12 月 10 日.
3. “コラーゲンの機能探索〜コラーゲン結合蛋白質からのアプローチ〜”,
大分大学先端医工学研究センターセミナー (大分), 2008 年 1 月 11 日.

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学会発表
1. “ペプチドの自己集合による人工コラーゲンゲルの創製”, 山崎ちさと,
浅田真一, 北川幸己, 小出隆規, 第 39 回日本結合組織学会学術大会・第54 回マトリックス研究会大会 合同学術集会 (東京), 2007 年 5 月 9〜11日.
2. “フォトアフィニティーラベリングを用いた HSP47 のコラーゲン相互作
用面の解析”, 浅田真一,小出隆規, 平成 19 年度「タンパク質の一生」ポストシンポジウム (熱海), 2007 年 11 月 22〜23 日.
3. “コラーゲン特異的シャペロン Hsp47 の NMR 解析”, 良川須美, 内海
真穂, 山口芳樹, 笹川拡明, 栗本英治, 本間貴之, 寶関 淳, 西川良美, 小出隆規, 永田和宏, 加藤晃一, 平成 19 年度日本薬学会東海支部
例会 (岐阜), 2007 年 12 月 8 日.
4. “Synthetic collagen gels via inter-molecular folding of designed peptides”,
Chisato M. Yamazaki, Shinichi Asada, Kouki Kitagawa and Takaki Koide, 「実践的化学知教育研究拠点」第一回グローバル COE 国際シンポジウム (東京), 2007 年 12 月 19 日.
5. “細胞内移行性を有するコラーゲン様ペプチドの開発”, 増山祥紘, 中瀬
生彦, 二木史朗, 岩本麻里,小出隆規, 日本薬学会第 128 年会 (横浜),2008 年 3 月 26〜28 日.

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競争的資金
1. 科学研究費補助金 基盤研究（B）「創薬を目指したコラーゲンのケミカルバイ
オロジー」（研究代表，平成 19-22 年度）.
2. 特定課題（新任）「ペプチド−蛋白質結合インターフェイス解析のための新規光ラベル法の開発」（研究代表, 平成 19 年度）.
3. （財）コスメトロジー研究振興財団 第 18 回研究助成「新しい生体親和性材料
としてのペプチド性人工コラーゲンゲル」（研究代表, 平成 17 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
南西諸島（鹿児島県：奄美大島、屋久島、および周辺の海底火山）、佐渡（新潟県）、石巻（宮城県）、および呼子（佐賀県）など日本
周辺の各海域において、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約 200 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整した。

（２）海洋生物由来の生物活性物質の探索
海洋無脊椎動物（海綿 3 種、ホヤ 1 種）から合計 11 の新規化合物を単離構造決定した。
すなわち、Didemnidae 科のホヤからは魚病細菌 に 対 す る 抗 菌 作 用 を 有 す る
Shishididemniols 類 5 種を、海綿 Stylissa carteri
からは好中球の走化性を阻害する
Carteramine A を、Pertrosia 属の海綿からは細胞毒性物質として 2 種の C47 ポリアセチレン
化合物を、深海性の海綿 Aaptos ciliata からは抗マラリア・抗リーシュマニア活性を有する
3 種のペプチド Ciliatamides 類をそれぞれ得ることができた。
[2] J. Nat. Prod. 71, 469-472, (2008).
[4] J. Nat. Prod. 70, 1816-1819, (2007).
[8] Tetrahedron 63, 6748-6754, (2007).
[10] Tetrahedron Lett. 48, 2127–2129, (2007).
[11] J. Org. Chem. 72, 1218-1225, (2007).
（３）強力な細胞毒性物質 kulokekahilide-2の全合成と構造訂正
ハワイ産の軟体動物 Philinopsis speciosa から単離された kulokekahilide-2 について全合成を行い、構造訂正をするとともに構造－活性相関を明らかにした。
[3] Tetrahedron Lett. 49, 1163-1165, (2008).
[6] Tetrahedron Lett. 48, 7653-7656, (2007).
[出願特許 1]（４）血管新生阻害活性を有する MMP 阻害剤 ageladine A の全合成と構造－活性相関
Ageladine A は海綿 Agelas nakamurai から単離した MMP 阻害剤であり、マウス ES 細胞を用いた in vitro 血管構築系において顕著な血管新生阻害活性を示すことが示されている。Ageladine A およびその類縁体を合成して、その MMP 阻害活性を測定して構造－活性相関を調べた。
[7] J. Org. Chem. 72, 4892-4899, (2007).
（５）ヒストン脱アセチル化酵素（HDAC）
阻害剤 azumamides 類の合成と生物活性鹿児島県産の海綿 Mycale izuensis から単離した HDAC 阻害剤である azumamides 類の全合成を行い、HDAC の各サブタイプについて阻害活性を調べ、構造－活性相関を明らかにした。さらに、azumamide E について、マウス
iPS 細胞を用いた in vitro 血管構築系を用いて血管新生阻害活性を調べ、顕著な活性を確認した。
[1] Bioorg. Med. Chem. Lett. In press.
[9] Org Lett. 9, 1105-1108, (2007).

論文・総説・その他
z
1.

原著論文
Okamoto, C.; Nakao, Y.; Fujita, T.; Iwashita, T.; van Soest, R. W. M.; Fusetani, N.;
Matsunaga, S. Cytotoxic C47-Polyacetylene Carboxylic Acids from a Marine
Sponge Pertrosia sp., J. Nat. Prod. 70, 1816-1819, (2007).

2.

Umeda, Y.; Furihata, K.; Sakuda, S.; Nagasawa, H.; Ishigami, K.; Watanabe, H.;
Izumikawa, M.; Takagi, M.; Doi, D.; Nakao, Y.; Shin-ya, K. Absolute Structure of
Prunustatin A, a Novel GRP78 Molecular Chaperone Down-Regulator, Org. Lett. 9,4239-4242, (2007).

3.

Takada, Y.; Mori, E.; Umehara, M.; Nakao, Y.; Kimura, J. Reinvestigation of thestereochemistry of kulokekahilide-2, Tetrahedron Lett. 48, 7653-7656, (2007).

4.

Meketa, M. L.; Weinreb, S. M.; Nakao, Y.; Fusetani, N. Application of a
6π-1-Azatriene Electrocyclization Strategy to Total Synthesis of the Marine Sponge
Metabolite Ageladine A and Biological Evaluation of Synthetic Analogues, J. Org.
Chem. 72, 4892-4899, (2007).

5.

Kobayashi, H.; Miyata, Y.; Okada, K.; Fujita, T.; Iwashita, T.; Nakao, Y.; Fusetani,N.; Matsunaga, S. The Structures of Three New Shishididemniols from a Tunicateof the Family Didemnidae, Tetrahedron 63, 6748-6754, (2007).

6.

Wen, S.; Carey, K. L.; Nakao, Y.; Fusetani, N.; Packham, G.; Ganesan A. Total
Synthesis of Azumamide A and Azumamide E, Evaluation as Histone Deacetylase
Inhibitors, and Design of a More Potent Analogue, Org Lett. 9, 1105-1108, (2007).

7.

Kobayashi, H.; Kitamura, K.; Nagai, K.; Nakao, Y.; Fusetani, N.; van Soest, R. W.
M.; Matsunaga, S. Carteramine A, an inhibitor of neutrophil chemotaxis, from themarine sponge Stylissa carteri, Tetrahedron Lett. 48, 2127–2129, (2007).

8.

Kobayashi, H.; Ohashi, J.; Fujita, T.; Iwashita, T.; Nakao, Y.; Matsunaga, S.;
Fusetani, N. Complete Structure Elucidation of Shishididemniols, Complex Lipids
with Tyramine-Derived Tether and Two Serinol Units, from a Marine Tunicate of
the Family Didemnidae, J. Org. Chem. 72, 1218-1225, (2007).

z
1.

総説
Nakao, Y.; Fusetani, N. Enzyme Inhibitors from Maine Invertebrtes, J. Nat. Prod.
70, 689-710, (2007).

z1.

国際学会招待講演
Nakao, Y. “Bioactive small molecules from marine organisms” Symposium A:
Aquatic Ecosystems, 4th Asia-Pacific Conference on Chemical Ecology.

z
1.

出願特許
出願番号：特願 2007-217370
発明者：木村 純二、高田 由貴、中尾洋一
発明の名称：制癌剤の有効成分としての環状デプシペプチドおよび当該環状デプシペプチドを有効成分として含有する制癌剤

z
1.

競争的資金
科学研究費補助金 基盤研究（B）「幹細胞分化制御のケミカルバイオロジー」（研究代表，平成 19-21 年度）.
ニッスイ・研究ファンド「海洋無脊椎動物からのアミノペプチダーゼ阻害剤の探索」（研究代表、平成 19 年度）.

2.

z
1.

学内研究助成特定課題研究助成「海洋生物由来血管新生阻害剤の探索」（研究代表, 平成
19 年度）.