JP2006002077A - Cyclodextrin dimer, inclusion complex and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
【課題】 水中で分子状酸素を可逆的に吸脱着することができるヘムタンパク質モデルの構成材料として利用可能性のある包接錯体及びその製造方法、その包接錯体の構成材料であるシクロデキストリン二量体を提供する。
【解決手段】 以下の化学式(1)で示されるシクロデキストリン二量体が、水溶性金属ポルフィリン、例えば5,10,15,20−テトラキス(4−スルホナトフェニル)ポルフィリン(II)鉄錯体を包含する包接錯体である。なお、この包接錯体は、化学式(1)で示されるシクロデキストリン二量体と水溶性金属ポルフィリンとを水で混合することにより製造される。
【化1】
【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inclusion complex which can be used as a constituent material of a heme protein model capable of reversibly adsorbing and desorbing molecular oxygen in water, a method for producing the same, and cyclodextrin which is a constituent material of the inclusion complex Provide a mer.
A cyclodextrin dimer represented by the following chemical formula (1) includes a water-soluble metalloporphyrin, for example, a 5,10,15,20-tetrakis (4-sulfonatophenyl) porphyrin (II) iron complex. It is an inclusion complex. This inclusion complex is produced by mixing a cyclodextrin dimer represented by the chemical formula (1) and a water-soluble metalloporphyrin with water.
[Chemical 1]
[Selection figure] None
Description
この発明は、人体内で酸素を安定して輸送する酸素輸液の材料として利用可能性のある包接錯体及びその製法、並びに前記包接錯体の原料の一部であるシクロデキストリン二量体に関する。 The present invention relates to an inclusion complex that can be used as a material for oxygen infusion that stably transports oxygen in the human body, a method for producing the same, and a cyclodextrin dimer that is part of the raw material of the inclusion complex.
生命活動において最も重要な役割を演じている生体分子の一つに金属タンパク質を挙げることができ、これら金属タンパク質は活性中心を構成する金属錯体(ヘム)や金属イオンとそれを立体的に取り囲むタンパク質からなる。 One of the biomolecules that play the most important role in life activity is metal protein, which is a metal complex (heme) or metal ion that constitutes the active center and a protein that surrounds it sterically. Consists of.
例えば、酸素の貯蔵を担う金属タンパク質であるミオグロビンは、ヘムと呼ばれるポルフィリン鉄錯体とそれを酸素結合サイトに埋め込んでいるグロビンタンパク質とを含んでいる。そして、この酸素結合サイトは疎水的アミノ酸残基によって構成されているため疎水的環境であり、ヘムに酸素がついたり離れたりしてもヘム鉄(II)は酸化されることなく、ヘムは可逆的に酸素を吸脱着することができる。 For example, myoglobin, which is a metal protein responsible for oxygen storage, contains a porphyrin iron complex called heme and a globin protein embedded in an oxygen binding site. This oxygen binding site is composed of hydrophobic amino acid residues, so it is a hydrophobic environment. Heme iron (II) is not oxidized even if oxygen is attached to or removed from heme, and heme is reversible. Thus, oxygen can be absorbed and desorbed.
また、酸素運搬を行うヘモグロビンは、ヘムとミオグロビンのグロビンタンパク質ときわめて類似した構造をもつ4つのサブユニットからなり、ミオグロビンと同様にヘムに酸素がついたり離れたりしてもヘム鉄(II)が酸化されることなく、可逆的かつ酸素分圧が一定になるように酸素を吸脱着できる。なお、酸素分圧が一定に保たれるのは、ヘム鉄への酸素の結合によって引き起こされるヘム周辺の局所的な構造変化がタンパク全体に伝達して酸素との結合力が変化すること、いわゆる正のアロステリック効果による。 Hemoglobin, which carries oxygen, is composed of four subunits that have a structure very similar to that of globin proteins of heme and myoglobin. As with myoglobin, heme iron (II) remains even if oxygen is attached to or removed from the heme. Without being oxidized, oxygen can be adsorbed and desorbed so that it is reversible and the oxygen partial pressure is constant. The oxygen partial pressure is kept constant because the local structural change around heme caused by the binding of oxygen to heme iron is transmitted to the whole protein, and the binding force with oxygen changes, so-called Due to the positive allosteric effect.
このように多くの金属タンパク質が生体において様々な働きを果たしているが、そのほとんどが基質の活性中心への配位結合の形成を駆動力とし、金属イオンと周囲のタンパク質との共同作業によって基質特異的な反応を行っている。そのため、従来から金属タンパク質の活性中心の構造に注目し、これを人工的に合成した分子を用いて模倣する試みを数多くの研究者が行っている。なかでも、分子状の酸素を吸脱着するヘムタンパク質のモデル化は、人工ミオグロビン、人工ヘモグロビン、酸素貯蔵材料及び、酸素選択膜の開発などにとって重要であるため、これまでに様々なアプロ−チによりモデル化が試みられている。 Many metal proteins play various functions in the living body, but most of them are driven by the formation of coordination bonds to the active center of the substrate. The reaction is going on. For this reason, many researchers have previously focused on the structure of the active center of a metalloprotein and attempted to imitate it using an artificially synthesized molecule. In particular, modeling of hemoproteins that adsorb and desorb molecular oxygen is important for the development of artificial myoglobin, artificial hemoglobin, oxygen storage materials, and oxygen selective membranes. Modeling is being attempted.
例えば、グローブス(Groves)らは、シクロデキストリンの内側の水酸基をピリジンに置換し、外側の水酸基を疎水性基に置換した化合物にポルフィリン系化合物を包接させた包接錯体を製造し、その包接錯体が酸素を吸着することを報告している(非特許文献1参照)。
しかし、上記の先行技術文献に記載のヘムタンパク質モデルは、そのほとんどが有機溶媒中においてのみ分子状酸素を可逆的に吸脱着でき、人や動物の血管内と同じ環境である水中では、分子状酸素を可逆的に吸脱着できなかった。そのため、これらモデルを人工ミオグロビンあるいは人工ヘモグロビンとする酸素輸液を作ることもできなかった。 However, most of the heme protein models described in the above prior art documents can reversibly absorb and desorb molecular oxygen only in organic solvents, and in water, which is the same environment as the blood vessels of humans and animals, Oxygen could not be absorbed and desorbed reversibly. For this reason, oxygen infusions using these models as artificial myoglobin or artificial hemoglobin could not be made.
そこで、この発明は、水中で分子状酸素を可逆的に吸脱着することができるヘムタンパク質モデルの構成材料として利用可能性のある包接錯体及びその製造方法、その包接錯体の構成材料であるシクロデキストリン二量体を提供することを課題とする。 Therefore, the present invention is an inclusion complex that can be used as a constituent material of a heme protein model capable of reversibly adsorbing and desorbing molecular oxygen in water, a production method thereof, and a constituent material of the inclusion complex. An object is to provide a cyclodextrin dimer.
上記課題を解決するために、本発明にかかる包接錯体は、下記の化学式(1)で示されるシクロデキストリン二量体が水溶性金属ポルフィリンを包接することを特徴とする。
本発明において、シクロデキストリン二量体の原料として利用するシクロデキストリンとは、α−シクロデキストリン、β−シクロデキストリン又はγ−シクロデキストリンのいずれかであり、中でも水溶性金属ポルフィリンを包接し易いためβ−シクロデキストリンを原料として利用するのが好ましい。また、本発明における水溶性金属ポルフィリンとは、中心に金属イオンを配位して水に溶けるポルフィリン系化合物のことであり、かつ、化学式(1)で示されるシクロデキストリン二量体(以下,シクロデキストリン二量体と略す)で包接できるものであれば特に限定されないが、分子状酸素を確実に吸脱着できる点から、下記の化学式(2)又は(3)などが挙げられ、より具体的には5,10,15,20−テトラキス(4−スルホナトフェニル)ポルフィリン(II)鉄錯体(以下、「Fe(II)TPPS」と省略する。)又は5,15−ビス(3,5−ジカルボキシラトフェニル)−10,20−ジフェニルポルフィリン(II)鉄錯体(以下、「Fe(II)-trans-2DC」と省略する。)などが挙げられる。
また、本発明にかかる包接錯体の製造方法は、例えばリン酸緩衝液などの水中で化学式(1)で示されるシクロデキストリン二量体と水溶性金属ポルフィリンとを混ぜ合わせることを特徴としている。 In addition, the method for producing an inclusion complex according to the present invention is characterized in that a cyclodextrin dimer represented by the chemical formula (1) and a water-soluble metalloporphyrin are mixed in water such as a phosphate buffer.
本発明にかかる包接錯体は、水溶性金属ポルフィリンがシクロデキストリン二量体に包接されているので、生体内よりも広いpH領域で安定して繰り返し分子状酸素を吸脱着することができる。そして、この包接錯体は、本発明にかかるシクロデキストリン二量体や水溶性金属ポルフィリンから、本発明にかかる製造方法によって容易に製造することができる。 In the inclusion complex according to the present invention, the water-soluble metalloporphyrin is included in the cyclodextrin dimer, so that it is possible to adsorb and desorb molecular oxygen repeatedly and stably in a wider pH range than in vivo. And this inclusion complex can be easily produced from the cyclodextrin dimer according to the present invention and the water-soluble metalloporphyrin by the production method according to the present invention.
本発明にかかるシクロデキストリン二量体は、化学式(1)で示すように、全ての水酸基がメチル化した2つのシクロデキストリン分子がリンカー分子である3,5−ジメルカプトメチルピリジンを介して結合したものである。また、このシクロデキストリン二量体は、例えば、シクロデキストリンをトシル化してエポキシ化したのち、このシクロデキストリンの水酸基をメチル化し、メチル化したシクロデキストリンとリンカー分子とを結合して製造する。なお、シクロデキストリンの水酸基を予めメチル化したのは、水酸基によって生じる水素結合によりシクロデキストリンの内孔が硬くなり、内孔に水溶性金属ポルフィリンが包接され難くなるのを防ぐためである。 In the cyclodextrin dimer according to the present invention, as shown by the chemical formula (1), two cyclodextrin molecules in which all hydroxyl groups are methylated are bonded via 3,5-dimercaptomethylpyridine which is a linker molecule. Is. The cyclodextrin dimer is produced, for example, by tosylating and epoxidizing cyclodextrin, methylating the hydroxyl group of cyclodextrin, and combining the methylated cyclodextrin with a linker molecule. The reason why the hydroxyl group of cyclodextrin was methylated in advance is to prevent the internal pores of cyclodextrin from becoming hard due to hydrogen bonds generated by the hydroxyl groups, and preventing the water-soluble metalloporphyrin from being included in the internal pores.
また、本発明にかかる包接錯体は、上記のシクロデキストリン二量体が水溶性金属ポルフィリンを包接したものである。水溶性金属ポルフィリンとしては、特に限定することなく利用できるが、化学式(2)、(3)に示すもの、より具体的にはFe(II)TPPSやFe(II)-trans-2DC等を使用することができる。また、この包接錯体は、シクロデキストリン二量体と、水溶性金属ポルフィリンとを水中で混合して製造する。 The inclusion complex according to the present invention is an inclusion complex of the above-mentioned cyclodextrin dimer with a water-soluble metalloporphyrin. Water-soluble metalloporphyrins can be used without any particular limitation, but those shown in chemical formulas (2) and (3), more specifically Fe (II) TPPS, Fe (II) -trans-2DC, etc. are used. can do. This inclusion complex is produced by mixing cyclodextrin dimer and water-soluble metalloporphyrin in water.
以下に本発明の特徴をさらに具体的に明らかにするため、実施例としてβ―シクロデキストリン(以下、「β-CD」と省略する。)から(1)式で示すシクロデキストリン二量体(以下、「CD2」と省略する。)を製造し、このCD2とFeTPPSとの包接錯体を製造して、その特性を調べた。なお、その合成経路を図1に示す。また、本発明はこの実施例によって制限されるものではない。 In order to clarify the features of the present invention more specifically, β-cyclodextrin (hereinafter, abbreviated as “β-CD”) as an example to a cyclodextrin dimer represented by the formula (1) (hereinafter referred to as “β-CD”) , Abbreviated as “CD2”), and an inclusion complex of this CD2 and FeTPPS was produced, and its characteristics were examined. The synthesis route is shown in FIG. Further, the present invention is not limited by this embodiment.
[CD2の製造]
(1)2−モノトシル−β−シクロデキストリン(以下、「2-monotosyl-β-CD」と省略する。)の合成
アルゴン雰囲気下、300 mLの三口フラスコに200 mLの無水DMFおよび乾燥β-CD (17.0g, 15.0 mmol)を加え、そこに水素化ナトリウム(60-70% in oil, 513 mg, 15.0 mmol)を加えて室温にて15時間かき混ぜた。そこへ塩化トシル(2.9 g, 15.2 mmol)を加えて室温でかき混ぜた。3時間後、反応溶液を3 Lのアセトンに注ぎ込み、生じた白色沈殿をろ過分離して減圧下で乾燥させた。その乾燥固体を蒸留水に溶解させ、ダイヤイオンHP20(三菱化学株式会社製)を充填したカラムに注入した。蒸留水のみを加えて未反応のβ-CDを溶出し、β-CDの溶出が終わってから展開溶媒を40%メタノール水溶液に変えて2-monotosyl-β-CDのみを溶出させた。溶出はTLC(展開溶媒n-BuOH:EtOH:H2O = 5:4:3、アニスアルデヒド発色、Rf = 0.45)によって確認した。溶出した部分の溶媒を減圧留去し、無色固体の2-monotosyl-β-CD (6.3g , 収率33%)を得た。
[Manufacture of CD2]
(1) Synthesis of 2-monotosyl-β-cyclodextrin (hereinafter abbreviated as “2-monotosyl-β-CD”) 200 mL of anhydrous DMF and dry β-CD in a 300 mL three-necked flask under an argon atmosphere (17.0 g, 15.0 mmol) was added, sodium hydride (60-70% in oil, 513 mg, 15.0 mmol) was added thereto, and the mixture was stirred at room temperature for 15 hours. Tosyl chloride (2.9 g, 15.2 mmol) was added thereto and stirred at room temperature. After 3 hours, the reaction solution was poured into 3 L of acetone, and the resulting white precipitate was separated by filtration and dried under reduced pressure. The dried solid was dissolved in distilled water and injected into a column packed with Diaion HP20 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation). Only distilled water was added to elute unreacted β-CD, and after elution of β-CD was completed, the developing solvent was changed to a 40% methanol aqueous solution to elute only 2-monotosyl-β-CD. The elution was confirmed by TLC (developing solvent n-BuOH: EtOH: H 2 O = 5: 4: 3, anisaldehyde color development, Rf = 0.45). The solvent of the eluted part was distilled off under reduced pressure to obtain 2-monotosyl-β-CD (6.3 g, yield 33%) as a colorless solid.
(2)2,3−エポキシ−β−シクロデキストリン(以下、「2, 3-Epo-β-CD」と省略する。)の合成
500 mLのナス型フラスコに2-monotosyl-β-CD (6.0g, 4.7 mmol)および300 mLの0.2 M 水酸化ナトリウム水溶液を加え、室温にて40時間かき混ぜた。反応溶液を氷浴に浸し、希塩酸を用いて溶液を中和した。エバポレ−ターで溶媒を約100 mLまで留去し、その溶液を1 Lのアセトンに注ぎ込んだ。生じた白色沈殿を最小量のDMFに溶解させ、不溶の塩をろ過して取り除いた。ろ液を1 Lのアセトンに注ぎ込み、生じた白色沈殿をろ過分離して減圧下で乾燥させた。その乾燥固体を蒸留水に溶解させ、ダイヤイオンHP20を充填したカラムに注入した。2,3-Epo-β-CDの溶出はTLC (展開溶媒n-BuOH:EtOH:H2O = 5:4:3、アニスアルデヒド発色、Rf = 0.25)で確認し、水のみで溶出する部分を取り出した。取り出した部分の溶媒を減圧留去し、無色固体の2,3-Epo-β-CD (3.5g, 収率67%)を得た。
(2) Synthesis of 2,3-epoxy-β-cyclodextrin (hereinafter abbreviated as “2,3-Epo-β-CD”)
2-monotosyl-β-CD (6.0 g, 4.7 mmol) and 300 mL of 0.2 M aqueous sodium hydroxide were added to a 500 mL eggplant-shaped flask, and the mixture was stirred at room temperature for 40 hours. The reaction solution was immersed in an ice bath and the solution was neutralized with dilute hydrochloric acid. The solvent was distilled off to about 100 mL with an evaporator, and the solution was poured into 1 L of acetone. The resulting white precipitate was dissolved in a minimum amount of DMF, and insoluble salts were removed by filtration. The filtrate was poured into 1 L of acetone, and the resulting white precipitate was separated by filtration and dried under reduced pressure. The dried solid was dissolved in distilled water and injected into a column packed with Diaion HP20. The elution of 2,3-Epo-β-CD was confirmed by TLC (developing solvent n-BuOH: EtOH: H 2 O = 5: 4: 3, anisaldehyde color development, Rf = 0.25), and the part eluted only with water Was taken out. The solvent in the extracted part was distilled off under reduced pressure to obtain 2,3-Epo-β-CD (3.5 g, yield 67%) as a colorless solid.
(3)2,3−エポキシ−パーメチル−β−シクロデキストリン(以下、「2, 3-Epo-perMe-β-CD」と省略する。)の合成
アルゴン雰囲気下、200 mLの三口フラスコに2,3-Epo-β-CD (2.00g, 1.45 mmol)、80 mLの無水DMFおよび30 mLの無水THFを加え、容器を氷浴に浸した。そこへ水素化ナトリウム(へキサンで洗浄し真空乾燥させたもの(1.39g, 58.00 mmol)を加え、氷浴に浸して1時間かき混ぜた。そこへヨウ化メチル(3.60 mL, 58.00 mmol)を滴下し、室温に戻して一晩かき混ぜた。その後反応溶液へ4 mLのメタノールを加え、泡の発生がおさまった後にクロロホルムを加えて分液漏斗に移し、蒸留水およびチオ硫酸ナトリウム水溶液で洗浄、有機層を無水硫酸ナトリウムで脱水後、溶媒を減圧留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒クロロホルムのみ→クロロホルム/アセトン = 5/2)にて精製し、無色固体である2,3-Epo-perMe-β-CD (1.50g, 収率61%)を得た。
(3) Synthesis of 2,3-epoxy-permethyl-β-cyclodextrin (hereinafter abbreviated as “2,3-Epo-perMe-β-CD”) In a 200 mL three-necked flask under an argon atmosphere, 3-Epo-β-CD (2.00 g, 1.45 mmol), 80 mL anhydrous DMF and 30 mL anhydrous THF were added and the vessel was immersed in an ice bath. Sodium hydride (washed with hexane and dried in vacuo (1.39 g, 58.00 mmol) was added thereto, and immersed in an ice bath and stirred for 1 hour. Methyl iodide (3.60 mL, 58.00 mmol) was added dropwise thereto. Then, 4 mL of methanol was added to the reaction solution, and after foaming stopped, chloroform was added and transferred to a separatory funnel, washed with distilled water and aqueous sodium thiosulfate solution, organic The layer was dehydrated with anhydrous sodium sulfate, and the solvent was distilled off under reduced pressure, and the resulting residue was purified by silica gel column chromatography (developing solvent chloroform only → chloroform / acetone = 5/2) to give a colorless solid 2, 3-Epo-perMe-β-CD (1.50 g, 61% yield) was obtained.
(4)3,5−ジメルカプトメチルピリジンの合成
還流管を取り付けた50 mLのナス型フラスコに3,5−ジクロロメチルピリジン(200 mg, 0.94 mmol)、チオ尿素(180 mg, 2.4 mmol)および6 mLのエタノールを加え、加熱還流を行った。2時間後、3 mLの5 M 水酸化ナトリウム水溶液を加えて、さらに3時間加熱還流を行った。室温まで冷却後、反応溶液を塩酸によって中和して分液漏斗に移し、塩化メチレンで抽出した。有機層を無水硫酸ナトリウムで脱水後溶媒を減圧留去し、褐色油状の3,5−ジメルカプトメチルピリジン(100 mg, 収率49%)を得た。
(4) Synthesis of 3,5-dimercaptomethylpyridine In a 50 mL eggplant-shaped flask equipped with a reflux tube, 3,5-dichloromethylpyridine (200 mg, 0.94 mmol), thiourea (180 mg, 2.4 mmol) and 6 mL of ethanol was added and heated to reflux. After 2 hours, 3 mL of 5 M aqueous sodium hydroxide solution was added, and the mixture was further heated under reflux for 3 hours. After cooling to room temperature, the reaction solution was neutralized with hydrochloric acid, transferred to a separatory funnel, and extracted with methylene chloride. The organic layer was dehydrated with anhydrous sodium sulfate, and the solvent was evaporated under reduced pressure to give 3,5-dimercaptomethylpyridine (100 mg, yield 49%) as a brown oil.
(5)CD2の合成
還流管を取り付けた100 mLのナス型フラスコに2, 3-Epo-perMe-β-CD (1.0g, 0.72 mmol)および60 mLの0.1 M NaHCO3水溶液を加えた。そこに2 mLのメタノールに溶解させた3,5−ジメルカプトメチルピリジン(50 mg, 0.29 mmol)を加え、24時間加熱還流を行った。室温まで冷却後、溶液を分液漏斗に移してクロロホルムで3回抽出を行った。有機相を無水硫酸ナトリウムで脱水後溶媒を減圧留去した。残渣をゲルろ過クロマトグラフィー(アマシャム バイオサイエンス株式会社製 Shephadex G-25)によって精製し、目的物を含む画分を集めて溶媒を留去した。得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(展開溶媒クロロホルム/アセトン = 5/2 → クロロホルムのみ → クロロホルム/メタノール = 10/1)によって精製し、無色固体のCD2 (0.21g, 20%, 融点 126-127 oC)を得た。
(5) Synthesis of
[Fe(II)TPPSとCD2との包接錯体の製造と各種試験]
(6)pH4.5における酸素錯体の吸着性及びその可逆性試験
[Fe(III)TPPS] = 5 x 10-6 Mと[CD2] = 6 x 10-6 Mとの混合水溶液(0.1 M NaClO4を含むpH4.5,5 mMコハク酸緩衝液)をつくり、この混合水溶液を含む実験系から凍結−脱気−アルゴン導入により完全に酸素を除いたのち、亜ジチオン酸ナトリウム[Na2S2O4] = 1 x 10-5 Mを加え、水溶液中のFe(III)TPPS-CD2をFe(II)TPPS-CD2に還元した(このときの吸収スペクトルを図2の(a)に示す。)。つぎに、このFe(II)TPPS-CD2水溶液に室温で酸素を吹き込んで、酸素がFe(II)TPPS-CD2に配位した酸素錯体(以下、「Fe(II)TPPS(O2)-CD2」と省略する。)の水溶液を得た(このときの吸収スペクトルを図2の(b)に示す。)。さらに、このFe(II)TPPS(O2)-CD2の水溶液に室温で一酸化炭素を吹き込むと配位子が分子状酸素から一酸化炭素に置き換わった包接錯体(以下、「Fe(II)TPPS(CO)-CD2」と省略する。)の水溶液を得た(このときの吸収スペクトルを図2の(c)に示す。)。このように、吹き込む気体によって、すなわち配位子によって包接錯体の吸収スペクトルが変化したことから、この実施例の包接錯体は、pH 4.5の弱酸性水溶液中でも酸素を吸着でき、吸着した酸素を一酸化炭素と置換することが確認できた。
[Production and various tests of inclusion complex of Fe (II) TPPS and CD2]
(6) Adsorption of oxygen complex at pH 4.5 and its reversibility test
Make a mixed aqueous solution of [Fe (III) TPPS] = 5 x 10 -6 M and [CD2] = 6 x 10 -6 M (pH 4.5, 5 mM succinate buffer containing 0.1 M NaClO 4 ) After completely removing oxygen from the experimental system containing this mixed aqueous solution by freezing, degassing and introducing argon, sodium dithionite [Na 2 S 2 O 4 ] = 1 x 10 -5 M was added, and Fe in the aqueous solution was added. (III) TPPS-CD2 was reduced to Fe (II) TPPS-CD2 (the absorption spectrum at this time is shown in FIG. 2 (a)). Next, oxygen was blown into this Fe (II) TPPS-CD2 aqueous solution at room temperature, and oxygen was coordinated to Fe (II) TPPS-CD2 (hereinafter referred to as “Fe (II) TPPS (O 2 ) -CD2”. (Abbreviated as “)” (the absorption spectrum at this time is shown in FIG. 2B). Furthermore, when carbon monoxide was blown into this aqueous solution of Fe (II) TPPS (O 2 ) -CD2 at room temperature, the inclusion complex (hereinafter referred to as “Fe (II)” in which the ligand was replaced from molecular oxygen to carbon monoxide. (Abbreviated as “TPPS (CO) -CD2”) (the absorption spectrum at this time is shown in FIG. 2 (c)). Thus, since the absorption spectrum of the inclusion complex was changed by the gas to be blown, that is, by the ligand, the inclusion complex of this example can adsorb oxygen even in a weakly acidic aqueous solution at pH 4.5. Substitution with carbon monoxide was confirmed.
(7)pH 6.0における酸素錯体の吸着性及びその可逆性試験
Fe(III)TPPS] = 5 x 10-6 Mと[CD2] = 6 x 10-6 Mとの混合水溶液(5 mM NaClO4を含むpH 6.0, 5mMリン酸緩衝液)をつくり、この混合水溶液を含む実験系から凍結−脱気−アルゴン導入により完全に酸素を除いたのち、亜ジチオン酸ナトリウム[Na2S2O4] = 1 x 10-5 Mを加え、水溶液中のFe(III)TPPS-CD2をFe(II)TPPS-CD2に還元した(このときの吸収スペクトルを図3の(a)に示す。)。つぎに、このFe(II)TPPS-CD2水溶液に室温で酸素を吹き込んで、Fe(II)TPPS(O2)-CD2の水溶液を得た(このときの吸収スペクトルを図3の(b)に示す。)。さらに、このFe(II)TPPS(O2)-CD2水溶液に室温で一酸化炭素を吹き込むとFe(II)TPPS(CO)-CD2の水溶液を得た(このときの吸収スペクトルを図3の(c)に示す。)。このように、吹き込む気体によって、すなわち配位子によって包接錯体の吸収スペクトルが変化したことから、この実施例の包接錯体は、pH 6.0の弱酸性水溶液中でも酸素を吸着でき、吸着した酸素を一酸化炭素と置換することが確認できた。
(7) Adsorption of oxygen complex at pH 6.0 and its reversibility test
Fe (III) TPPS] = 5 x 10 -6 M and [CD2] = 6 x 10 -6 M mixed aqueous solution (pH 6.0, 5 mM phosphate buffer containing 5 mM NaClO 4 ) After completely excluding oxygen from the experimental system containing freezing, degassing, and introducing argon, sodium dithionite [Na 2 S 2 O 4 ] = 1 x 10 -5 M was added, and Fe (III) in the aqueous solution was added. TPPS-CD2 was reduced to Fe (II) TPPS-CD2 (the absorption spectrum at this time is shown in FIG. 3 (a)). Next, oxygen was blown into the Fe (II) TPPS-CD2 aqueous solution at room temperature to obtain an aqueous solution of Fe (II) TPPS (O 2 ) -CD2 (the absorption spectrum at this time is shown in FIG. 3 (b)). Show.) Furthermore, when carbon monoxide was blown into this Fe (II) TPPS (O 2 ) -CD2 aqueous solution at room temperature, an aqueous solution of Fe (II) TPPS (CO) -CD2 was obtained (the absorption spectrum at this time is shown in ( c)). Thus, since the absorption spectrum of the inclusion complex was changed by the gas to be blown, that is, by the ligand, the inclusion complex of this example can adsorb oxygen even in a weakly acidic aqueous solution at pH 6.0. Substitution with carbon monoxide was confirmed.
(8)pH 7.5における酸素錯体の吸着性及び可逆性試験
(6)、(7)と同様の実験をpH7.5のリン酸緩衝液中でも行ったところ、pH7.5でもこれらの実験と同様に包接錯体は酸素を吸着でき、吸着した酸素を一酸化炭素と置換することが確認できた。
(8) Adsorption and reversibility test of oxygen complex at pH 7.5 Experiments similar to (6) and (7) were conducted in phosphate buffer at pH 7.5. It was confirmed that the inclusion complex could adsorb oxygen and replace the adsorbed oxygen with carbon monoxide.
(9)繰り返し試験
[Fe(III)TPPS] = 5 x 10-6 Mと[CD2] = 6 x 10-6 Mとの混合水溶液(0.1 M NaClO4を含むpH4.5,5 mMコハク酸緩衝液)をつくり、この混合水溶液を含む実験系から、凍結−脱気−アルゴン導入により完全に酸素を除いたのち、亜ジチオン酸ナトリウム[Na2S2O4] = 1 x 10-5 Mを加え、水溶液中のFe(III)TPPS-CD2をFe(II)TPPS-CD2に還元した。この溶液に酸素を吹き込み、吸収スペクトルを測定した(図4の(1))。そして、この水溶液にアルゴンガスを吹き込み(1回目)、酸素をアルゴンに置換したのち、吸収スペクトルを測定した(図4の(1’))。こののち、酸素とアルゴンを交互に吹き込んで吸収スペクトルを測定することを2回繰り返した。
(9) Repeat test
Make a mixed aqueous solution of [Fe (III) TPPS] = 5 x 10 -6 M and [CD2] = 6 x 10 -6 M (pH 4.5, 5 mM succinate buffer containing 0.1 M NaClO 4 ) After completely removing oxygen from the experimental system containing this mixed aqueous solution by introducing freeze-degas-argon, sodium dithionite [Na 2 S 2 O 4 ] = 1 x 10 -5 M was added, Fe (III) TPPS-CD2 was reduced to Fe (II) TPPS-CD2. Oxygen was blown into this solution, and an absorption spectrum was measured ((1) in FIG. 4). Then, argon gas was blown into this aqueous solution (first time), oxygen was replaced with argon, and then the absorption spectrum was measured ((1 ′) in FIG. 4). After that, oxygen and argon were alternately blown and the absorption spectrum was measured twice.
なお、酸素を2回目に吹き込んだときの吸収スペクトルは図4の(2)に、アルゴンを2回目に吹き込んだときの吸収スペクトルは図4の(2’)に、酸素を3回目に吹き込んだときの吸収スペクトルは図4の(3)に、アルゴンを3回目に吹き込んだときの吸収スペクトルは図4の(3’)にそれぞれ示す。また、気体の吹き込みと吸収スペクトルの測定は室温で行った。 The absorption spectrum when oxygen was blown for the second time was blown into (2) of FIG. 4, and the absorption spectrum when oxygen was blown for the second time was blown into (2 ′) of FIG. (3) in FIG. 4 and the absorption spectrum when argon is blown for the third time are shown in (3 ′) of FIG. Gas blowing and absorption spectrum measurements were performed at room temperature.
吹き込む気体によって、すなわち配位子によって錯体の吸収スペクトルが変化したことから、包接錯体は酸素を吸着できるだけではなく、酸素を繰り返し吸着脱できることが確認できた。また、Fe(II)TPPS(O2)-CD2水溶液の吸光度のピーク(423nm)及びFe(II)TPPS-CD2水溶液の吸光度のピーク(434nm)が酸素吸脱着サイクルを繰り返すごとに減少しているのに対して、Fe(III)TPPS−CD2水溶液の吸光度のピーク(398nm)が増加していることから、この酸素吸脱着サイクルを何回か繰り返すうちに、Fe(II)TPPS-CD2が少しずつFe(III)TPPS−CD2に酸化していることも確認できた。 Since the absorption spectrum of the complex was changed by the gas to be blown, that is, by the ligand, it was confirmed that the inclusion complex could not only adsorb oxygen but also repeatedly adsorb and desorb oxygen. In addition, the absorbance peak (423 nm) of the Fe (II) TPPS (O 2 ) -CD2 aqueous solution and the absorbance peak (434 nm) of the Fe (II) TPPS-CD2 aqueous solution decrease each time the oxygen adsorption / desorption cycle is repeated. On the other hand, the absorbance peak (398 nm) of the Fe (III) TPPS-CD2 aqueous solution increased, and as this oxygen adsorption / desorption cycle was repeated several times, Fe (II) TPPS-CD2 was a little It was also confirmed that each was oxidized to Fe (III) TPPS-CD2.
(10)反応速度試験及びpH安定性試験
凍結−脱気−アルゴン導入により完全に酸素を除いた緩衝液(0.1 M NaClO4を含む,5 mMコハク酸またはリン酸緩衝液)を用いて、[Fe(III)TPPS] = 6 x 10-4 Mと[CD2] = 7.2 x 10-4 Mおよび亜ジチオン酸ナトリウム[Na2S2O4] = 1.2 x 10-3 MのpHの異なる混合水溶液を作成した。この混合水溶液から25 mL採り、そこへ空気飽和の緩衝液(0.1 M NaClO4を含む,5 mMコハク酸またはリン酸緩衝液)を加えて3mLに希釈し、吸収スペクトルを測定した。その後、二時間ごとに吸収スペクトルを測定し、423 nmの吸光度変化の対数を時間に対してプロットした。得られたプロットに対して、一次の反応速度に従って直線近似し、その傾きから分解速度kd(h-1)を求めた。またt1/2=ln2/kdより半減期t(h)を決定した。
(10) Reaction rate test and pH stability test Using a buffer solution (5 mM succinic acid or phosphate buffer solution containing 0.1 M NaClO 4 ) from which oxygen was completely removed by freezing-degassing-argon introduction, [ Fe (III) TPPS] = 6 x 10 -4 M and [CD2] = 7.2 x 10 -4 M and sodium dithionite [Na 2 S 2 O 4 ] = 1.2 x 10 -3 M mixed aqueous solutions with different pH It was created. 25 mL was taken from this mixed aqueous solution, and an air-saturated buffer (5 mM succinic acid or phosphate buffer containing 0.1 M NaClO 4 ) was added thereto to dilute to 3 mL, and the absorption spectrum was measured. Thereafter, the absorption spectrum was measured every two hours, and the logarithm of the absorbance change at 423 nm was plotted against time. The obtained plot was linearly approximated according to the first-order reaction rate, and the decomposition rate kd (h −1 ) was determined from the slope. The half -life t (h) was determined from t 1/2 = ln2 / kd.
以上の操作によって、Fe(II)TPPS(O2)-CD2の消滅速度を分光学的に追跡し、Fe(II)TPPS(O2)-CD2の安定性を定量的に測定した。その結果を表1に示す。この表1にも示すように、酸素錯体は著しく安定しているとともに、その安定性はpHの影響をそれほど受けなかった。 By the above operations, Fe (II) TPPS (O 2) a-CD2 disappearance rate of tracks spectroscopically, was quantitatively measured the stability of Fe (II) TPPS (O 2 ) -CD2. The results are shown in Table 1. As shown in Table 1, the oxygen complex was remarkably stable, and its stability was not significantly affected by pH.
Fe(III)TPPSは、pH8以上の水溶液中においてはμ−オキソダイマ−になるのが一般的である。しかし、実施例のようにCD2で包接することによって、μ−オキソダイマ−の生成が抑制された。また、Fe(III)TPPSは、酸性水溶液中では酸素錯体がプロトン化するため、その酸素錯体は一般的に容易に分解してしまうが、実施例のようにCD2で包接することにより、その分解を防ぐこともできた。 In general, Fe (III) TPPS becomes a μ-oxo dimer in an aqueous solution having a pH of 8 or higher. However, inclusion of CD2 as in the example suppressed the production of μ-oxo dimer. In addition, Fe (III) TPPS is generally easily decomposed because the oxygen complex is protonated in an acidic aqueous solution, but it is decomposed by inclusion with CD2 as in the examples. It was possible to prevent.
上記のように、本願にかかる包接錯体は、pHの異なる水溶液中で分子状酸素を繰り返し可逆的に着脱できることが確認でき、酸素が結合した酸素錯体についてもその安定性が確認できた。そのため、本発明に係る包接錯体は、人工ミオグロビン、人工ヘモグロビンなどの酸素の保持を目的とする人工血液の構成成分としての利用、酸素分離材などとしての利用などが期待される。 As described above, it was confirmed that the clathrate complex according to the present application was able to repeatedly and reversibly attach and detach molecular oxygen in aqueous solutions having different pHs, and the stability of an oxygen complex to which oxygen was bonded was also confirmed. Therefore, the inclusion complex according to the present invention is expected to be used as a component of artificial blood for the purpose of holding oxygen, such as artificial myoglobin and artificial hemoglobin, and as an oxygen separator.
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