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Porphyrin
生命の色素—Pigment of Life—

ポルフィリンは光合成系において中核をなすだけでなく、ヘムやシトクロームといった生体内にも見られる重要な骨格である。またポルフィリンは、光学、電気化学、磁性、触媒活性など多様な特性に加え、さまざまな構造修飾が可能であることから、マテリアルサイエンスの一翼を担う化合物として注目されている。当研究室ではポルフィリン骨格を基本とした新しいポルフィリン類縁体を開発している。これまでの常識を覆すようなポルフィリン”超”多量体や、異常とまで言える領域に吸収特性をもつ縮環多量体(通称ポルフィリンテープ)などはその一例である。また、β位選択的ホウ素化反応高い求核的を有するポルフィリン試薬などの開発により、既存の合成戦略では不可能であった機能性ポルフィリノイドの創出も達成している。こういった従来にはない構造のポルフィリン類縁体における基本物性や反応性などを明らかにしながら、新規機能性分子としての設計・組織化を計り、ポルフィリン類縁体の未知の世界を開拓していく。


人工光合成を目指して

光合成過程において太陽光は複数のクロロフィルからなるアンテナ系で集められ、光合成反応中心へ送られる。そのため、人工光合成を達成する上で効率的な光捕集系を構築することは重要な課題である。我々は合成化学的・超分子化学的手法により環状ポルフィリン多量体を合成することで新規な光捕集アンテナ系の構築を目指している。



ポルフィリンをつなげる

複数のポルフィリンを有効に相互作用させることで単分子では実現できない高い機能性を付与することが可能である。これらのポルフィリン多量体は人工光合成や各種機能性材料としての応用が広く期待される魅力的な化合物群である。当研究室では独自に開発した銀塩酸化法によりメゾ-メゾ結合ポルフィリン多量体を合成した。この多量体においては、直接結合したメゾ位の間で光エネルギーが効率的に伝播可能であるため、光エネルギーワイヤーとしての応用が可能である。加えて、この化合物をさらに縮環させたメゾ-メゾ、β-β、β-β三重縮環ポルフィリン多量体(通称:ポルフィリンテープ)は赤外領域に吸収を示すほど究極に小さなHOMO-LUMOギャップを有し、単分子金属としての応用が期待される。



共役系を広げる

近年では生体模倣の枠を超えてポルフィリンの機能を最大限に引き出す試みが高い注目を集めている。特にπ共役系が拡張されたポルフィリンは、近赤外領域に吸収を示すことや大きな二光子吸収断面積を有することなど、従来のポルフィリンには見られない種々の機能を持つ点で興味深い。我々は新規π拡張ポルフィリンとしてアズレン、オレフィン、コラニュレンなどが縮環したポルフィリンを合成し、物性解明を行った。加えて、近年では炭素のみならず窒素やホウ素といったヘテロ原子を周辺に有する縮環ポルフィリンの合成も精力的に行っている。



自由自在な周辺修飾へ

我々は先に述べた機能性ポルフィリノイドの合成のみならず、新規な周辺修飾法の開発にも注力している。これは、新規な周辺修飾法が確立すれば、前人未到の分子を合成することが可能となるからである。例えば、従来法では不可能であったβ位の選択的官能基化法の開発により、ポルフィリン4つがピリジンによりβ位で環状に架橋された筒状多量体(ポルフィリンナノバレル)の合成に成功した。また、近年では周辺が直接金属化されたポルフィリンの合成手法を確立することで、以前では不可能であったジアリールボリル基やシリル基の導入を達成している。