自然共生システム学講座
環境分析化学分野

Environmentally Benign Systems

Environmental Analytical Chemistry

環境系・生体系物質計測への展開を目指した
新しい化学分析モチーフの開発
Development of Chemical Motifs for Environmental andBiochemical Analysis

助教 鈴木 敦子
Assistant Professor

Atsuko Masuya-Suzuki

当研究室では，環境や医療分野における課題を解決することを目指し、分子認識に基づく新しい分析手法の開発を行っている。分子認識化学に基づき新しい化学モチーフを開発し、実際の分析手法に応用していくことは、分析技術の飛躍的な発展につながると考えている。今年度は、1.
白金 (II) ジラジカル錯体の幾何異性体のキャピラリー電気泳動分離、2. 配位不飽和サイトを有する配位高分子の核酸構成単位に対する吸着能に関する成果を得た。
The aim and goal of this division is to develop analytical methods based on molecular recognition, which provides solutions for environmental problems
and tasks in medicine. We believe that breakthroughs in analytical technology will be facilitated through the development and application of chemical
motifs capable of recognizing materials and through the establishment of methodology for separation/preconcentration and detection/determination
methods for materials of environmental and biological importance. Among such chemical motifs that we studied this year, two examples will be described.
1. Capillary Electrophoretic Separation of cis/trans Isomers of Diradical Platinum(II) Complexes Using β-Cyclodextrins as a Selector
2. Adsorption of Component Units of Nucleic Acids to Porous Coordination Polymer with Coordinatively Unsaturated Sites

配位不飽和サイトを有する配位高分子の核酸構成単位に対する吸着能
金属イオンが 有機配位子で 架橋されて形成する多孔性配位高分子（PCP）は、金属イオンと配位子の種類を選択することで細孔サイズや形状を分子レベルで制御できるため、新規多孔性材料として注目されている。その中でも配位不飽和サイト（CUS）を有する PCP
では、CUS がルイス酸となり吸着サイトとして機能する。本研究では、DNA の塩基がルイス塩基 性を示し、さらに金属イオンと塩基の種類によって塩基 —金属間の相互作用に違いがあることに着目した。CUS—塩基間の相互作用の強さに塩基ごとの違いが存在すれば、CUS を有する PCP は DNA 分離媒体になり得る。そこで、CUS を白金 (II) ジラジカル錯体の幾何異性体のキャピラリー電気泳動分離3,4- ジアミノベンゼンスルホン酸（DBS）は PtII とジラジカル錯体（PtII-DBS）を生成する。これはシス／トランスの幾何異性を有する。
本研究では β-シクロデキストリン（β-CD）がジラジカル錯体を包接することに着目し、メチル- β - CD（MCD）をセレクターとするキャピラリー電気泳動 (CE) 分離を検討した。MCD を含む電気泳動緩衝剤体の電気泳動移動度依存性から、PtII-DBS の MCD への包接定数をK cis = 378 ± 2, K trans = 330 ± 4 M –1 (at pH 10.0, 298 K) と求めることに成 功した。包接 能をギブズエネルギーで 表すとその差ΔΔ G = –RT ln(K trans /K cis ) は 0.34 kJmol –1 に過ぎなかった。CEはこの僅かの包接能の違いを分離に反映できる。包接錯体の電気泳えた。これらのことからシス -PtII-DBS はトランス体に比べ MCD の空孔に強く結合し、コンパクトな包接錯体を形成していることが伺える。このように CE は単に異性体の分離だけではなく、溶液中での錯体の包接様式を明らかにするツールである。

Fig.1 Schematic view of resolution of cis/trans isomers by CE using CD.

48 Coexistence Activity Report 2017

への核酸塩基（アデニン，シトシン，チミン）とヌクレオシド（アデノシン，グアノシン，チミジン，シチジン）の吸着能を検討した。M-LI への塩基吸着量を測定した結果、金属イオンの種類および塩基の種類により吸着量が異なることが分かった。異なる金属間で比較すると各塩基の吸着量は Cu > Zn > Co > Ni > Mg であった。この傾向は各金属イオンとアデニンの安定度定数の大きさの序列と一致し、金属イオンと塩基の配位結合が吸着に寄与することを示唆する。次に同一金属での塩基吸着量を比較するとアデニン > シトシン > チミンであった。これは各塩基の配位原子数とその周りの立体障害によると考えられる。次に、M-LI へのヌクレオシド吸着を検討したが、ヌクレオシドは吸着されなかった。これは、ヌクレオシドの分子サイズが大きく、細孔内に拡散できないためであると考える。そこで、細孔径を拡張した Mg-LIIに対するヌクレオシドの吸着量を測定した結果、ヌクレオシドは吸着された。さらに、Mg-LII へのヌクレオシド吸着においても、アデノシン吸着量が他のヌクレオシドより大きいことが分かった。以上、M-LI とMg-LII は、CUS と塩基との相互作用に基づきアデニンを選択的に吸着することを明らかにし、新規 DNA 分離メディアとしての可能性を示した。

Fig.2 Adsorption of nucleobases to the porous
coordination polymer with open metal site M-LI.

Department of Frontier Sciences for Advanced Environment

動移動度を比較するとシス体はトランス体より 21% 大きな移動度を与3,4-Diaminobenzenesulfonate (DBS) and PtII form a diradical complex(PtII-DBS) characterized by cis/trans isomerism. In this study, separationof isomers using capillary electrophoresis (CE) using β-cyclodextrin (βCD) derivatives as a selector was attempted. By employing CE using amethyl-β-CD (MCD)-containing electrophoresis buffer, the cis and transisomers of PtII-DBS were separated. Single crystals of trans-PtII-DBS wereobtained to permit the assignment of the resolved peaks. By analyzing thedependence of the electrophoretic mobility of the isomers on theconcentration of CDs in the buffer, the thermodynamic inclusion constant
was determined. For example, the inclusion complex of PtII-DBS into
MCD afforded Kcis = 378 ± 2 and Ktrans = 330 ± 4 M –1 (at pH 10.0, 298 K).
The difference in the Gibbs energy of inclusion, ΔΔG = –RTlnKtrans /Kcis),
was only 0.34 kJmol–1, suggesting that CE can discriminate between
marginal differences in energy. The comparison in the electrophoretic
mobilities of the inclusion complexes indicated that the cis isomer affords
a value 21% greater than that observed for the trans isomer, suggesting thatcis-PtII-DBS is tightly bound to the MCD cavity and forms a more compact
complex than trans-PtII-DBS. Thus, CE using CDs as the tool not only
resolves the isomers but also demonstrates the manner of inclusion insolution.

有するM-LI（M = Cu, Zn, Co, Ni, Mg, Fig. 2）及び Mg-LII（Fig. 3）

Porous coordination polymers (PCP) consisting of metal centers linked byorganic ligands have received much attention as a new class of porous
materials because their pore sizes and topology can be controlled at themolecular level by selecting suitable metal ions and organic ligands.
Among PCPs, special attention has been paid to ones that havecoordinatively unsaturated sites (CUS), because the CUS can act as Lewis
acid and specific adsorption sites. Herein, we focused our attention on thefact that nucleobases of DNA show Lewis basicity and a large variety ofbinding affinity toward metal depending on the metal ion and nucleobases.
If the interactions between the CUS and the nucleobases differ dependingon the nucleobases, PCP with CUS could be a separation media for DNA.
In this work, we studied the adsorption of nucleobases (adenine, cytosine,thymine) and nucleosides (adenosine, guanosine, thymidine, cytidine) toM-LI (M = Cu, Zn, Co, Ni, Mg, Fig.2) and Mg-LII (Fig.3). Adsorption
amounts of nucleobases to M-LI were studied, and it was found that theadsorbed amounts were different depending on both the metal ions and thenucleobases. The adsorbed amounts of nucleobases were found to be Cu >Zn > Co > Ni > Mg, which is consistent with the order of stability constantof each metal complex to adenine. This result strongly suggests thatcoordination of nucleobases to CUS has a significant role in adsorption
behavior. When the adsorbed amounts of nucleobases was compared forthe same metal ion, the tendency was found to be adenine > cytosine >thymine. This should be related to the number of atoms that can coordinate
to metal and the steric hindrance around the coordination atoms of eachnucleobase. Finally, we measured the amount of adsorption of thenucleosides to Cu-LI, but no adsorption was found because the nucleosides
were too large to diffuse in the Cu-LI pores. The nucleosides were absorbed
to Mg-LII, which has a larger pore diameter than M-LI. The adsorption
amount of adenosine, having adenine unit, to Mg-LII is the highest innucleosides. In this study, we found that PCP with CUS (M-LI, Mg-LII)
can interact with nucleobases and is useful as a novel nucleic acidseparation media with adenine selectivity.

先端環境創成学専攻

を用いると PtII-DBS のシス／トランス異性体が分離できた。各異性

Capillary Electrophoretic Separation of cis/trans Isomers of Diradical Platinum(II)Complexes Using β -Cyclodextrins as aSelector

Adsorption of Component Units of Nucleic
Acids to Porous Coordination Polymer with
Coordinatively Unsaturated Sites

Fig.3 Adsorption of nucleosides to the porous coordination
polymer with open metal site Mg-LII.

Coexistence Activity Report 201749