天然には多くの面白い構造を有する化合物が存在します。この「面白い」という言葉には、面白いと感じる人のバックグラウンドによって様々な意味があり、例えば、以下に示すような面白さがあります。

1.　非常に複雑で面白い構造だ。合成してみたい。

2.　物性、生物活性等が面白い。

3.　なんだかよくわからないけど面白い。

　このサイトでも紹介していますが、さいころ型の分子キュバン（Cubane）やパックマンに似ている（見る人によると思いますが・・・）カリオフィレンなどが挙げられます。（他にも有機化学美術館[やおもしろ有機化学ワールドのコンテンツ、おもしろ化合物に様々な面白い分子が紹介されています。是非ご覧になってください。）

　そういうわけで、世の中には「面白い」化合物が存在するわけですが、今回紹介する化合物は以下に示す、ペンタシクロアナモキシック酸 (Pentacycloanammoxic acid)という、階段状の構造を持った分子です（図1）。専門的にいうと、シクロブタン環が5つcis配列で結合しています。

図１　ペンタシクロアナモキシック酸と階段

　単に見た目も面白いですね。合成化学者にとっても興味深い構造だと思います。それでは、この分子はどこから来て、どのような性質を持っているのでしょうか？また、この分子はどのようにつくるのか？

これから簡単に紹介いたします。

　細胞の脂質膜はイオンや代謝物の濃度勾配を形成可能とするため、細胞の機能に不可欠なものです。微生物の膜脂質には、脂肪族の三員環、五員環、六員環、七員環まで存在しますが、四員環の脂肪族化合物であるシクロブタン環はこれまで見つかっていませんでした。しかし、2002年にDamsteらは2種類の嫌気的アンモニア酸化（Anammox：アナモックス）細菌の主要な膜脂質中にシクロブタン環を発見したことを報告しました。^[1]そのひとつが、ペンタシクロアナモキシック酸のメチルエステルです。

　ペンタシクロアナモキシック酸のメチルエステルはアナモックス菌の代謝が行われる細胞質区画であるアナモキソソーム(Anammoxome)の膜に存在します（図2）。ここで、この分子は、脂質二重膜となっています。つまり、アナモキソソーム(Anammoxome)では嫌気的アンモニア酸化が行われており、その内には細胞に有害な化学物質が存在します。これらの分子はそれらが排出しないような障壁として、さらに濃度勾配を維持する膜となっているわけです。

　、

図2. アナモックス細菌細胞の脂質膜と嫌気的アンモニア酸化^[2]

　ペンタシクロアナモキシック酸のような構造をもつ分子をラダラン（ladderane）分子といい、自然界では前例が ありませんでしたが、オプトエレクトロニクス分野では有望な構成素材として知られています。

　ここからはちょっと専門的な話になります。ペンタシクロアナモキシック酸は合成化学的にも「面白い」構造です。しかし、5つの連続したシクロブタン環をいかにして合成するかが鍵となります。 理論的に言えば以下のような2つのヘキサトリエンが光環化反応([2+2]photoaddition)でカップリングすればラダラン分子は一挙に合成できるのですが、ラダラン分子の構造は非常にひずんでおり、熱力学的に安定でなく困難です。

　そこで、米ハーバード大の有機合成化学の権威、E.J.Coreyらはこの化合物の合成に挑戦し、2004年にペンタシクロアナモキシック酸のラセミ体合成を報告しました^[3]。概要は以下のようになります （図3）。

　シクロオクタテトラエンから既知の方法により合成できる2環性の化合物1から2段階で2へ誘導し、シクロペンテノンとの[2+2]光環化反応、窒素上の保護基の除去により3を得ました。3のカルボニル基を保護した後、もう一度光照射を行い、4を合成しました。2段階の反応でα-ジアゾケトン5へ誘導し、Wolff転位により6を合成することに成功しました。最後にWittig反応により、側鎖を伸張することで、ペンタシクロアナモキシック酸の全合成を達成しました。

図3. ペンタシクロアナモキシック酸のラセミ全合成^[xx]

 このように、ペンタシクロアナモキシック酸の全合成は達成されましたが、3から4の収率が非常に低い(〜5%)こと、また、ラセミ全合成であったため、不斉全合成によりシクロブタン環の根元の不斉点の立体化学を決定することを目的として、最近になって、再びCoreyらによりペンタシクロアナモキシック酸の改良合成及び不斉全合成が報告されました^[x]。(図4)

　ラセミ体合成の5から6の合成で使用されたWolff転位を繰り返して行う合成です。シクロブテンとシクロペンタノンとの光環化反応により8とした後、2段階でジアゾケトン9とし、Wolff転位、メチルエステルの加水分解を行いカルボン酸10としました。10より3段階でシクロブテン11とし、これと光学活性なγ-シリルシクロペンタノンと光環化反応を行うことで、光学活性な12を合成しました。シリル基の脱離、水素添加によりシクロペンタノンとした後Wolff転位もう一度繰り返し、生じたメチルエステルの還元によりアルデヒド6としましました。この先は図3と同様に合成し、ペンタシクロアナモキシック酸の不斉全合成を達成することで、絶対立体配置を決定しました。

図4. ペンタシクロアナモキシック酸の不斉全合成^[xx]

　以上、ペンタシクロアナモキシック酸について、さらにその化学合成まで簡単に説明しましたが、このような面白い構造を有する分子が、どのようにして生体内でつくられているのか、つまり生合成されているかは、現在いまだミステリアスな部分でもあります。

（2006.2. 5  ブレビ）

[1] Damste´, J. S. S.; Strous, M.; Rijpstra, W. I. C.; Hopmans, E. C.; Geenevasen, J. A. J.; van Duin, A. C. T.; van Niftrik, L. A.; Jetten, M. S. M. Nature 2002, 419, 708.

[2] DeLong, E. F. Nature 2002, 419, 676-677.

[3] Mascitti, V.; Corey, E. J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 15664..

[4] Mascitti, V.; Corey, E. J. J. Am. Chem. Soc. 2006, ASAP.

[面白い化合物]

・有機化学美術館：　炭素の四角形

・おもしろ化合物【おもしろ有機化学ワールド】 ：おもしろ化合物 第34話：「しっぽつきの屏風？」

[反応]

・Wolff転位

・Wittig反応

The anammox online resource

【用語ミニ解説】

■

■嫌気的アンモニア酸化(Anammox：アナモックス)

無酸素状態で、亜硝酸とアンモニアから行われる脱窒素反応のこと。

生体膜脂質の機能を追って―その分子生物学を拓く人と学問選書

■E.J.Corey

（写真：nobelprize.org)

Elias James Corey。ハーバード大教授。合成化学の権威。1990年「有機合成の理論および方法論の開発」でノーベル化学賞を受賞。Corey-Bakshi-Shibata還元、向山-Corey法、Corey-Winter法 、Corey-Kim酸化、Corey-Fuchsアセチレン合成と多数の人名反応を開発し、これらの反応を用いて多くの天然物の全合成を行った。

■Wolff転位

ジアゾケトンの脱窒素で生じたカルベンがケテンに転位する反応をいう。ケテンは水やアルコールで補足され、対応するカルボン酸やエステルになる。環状化合物のwolff転位は有効な環縮小反応である。

■Wittig反応

アルデヒドやケトンのC=O結合をC=C結合に変換する。幾何異性選択的アルケン合成法のFirst Choiceである。

■全合成

全合成とは、最小単位の原料から天然生理活性物質（天然物）を合成することを意味します。英語ではTotal Synthesis。