[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

未踏の構造に魅せられて―ゲルセモキソニンの全合成

[スポンサーリンク]

 

Total Synthesis of Gelsemoxonine
Shimokawa, J.; Harada, T.; Yokoshima, S.; Fukuyama, T. J. Am. Chem. Soc. 2011, ASAP.  DOI: 10.1021/ja208617c

ゲルセモキソニンという天然物は、上に示す構造をしているアルカロイドです。ご覧のとおり、「ひと目でわかる構造のユニークさ」こそが、他と一線を画する特徴です。
現段階では別段重要な生物活性があるわけでも無く、いってしまえば何の薬(ヤク)にも立たない化合物。*しかし、「こんなヘンテコな形の化合物、一体どうやったら作れるのだろう?」という問題は、古くから合成化学者たちの素直な遊び心を刺激し続けてやまないものです。科学技術が発達した現代でも、それは変わるところを知りません。
未踏の課題に挑戦し、それを独創的発想で解決していく取り組みは、たとえ興味本位であったとしても先端的頭脳の凄みが十二分に感じられます。
このたび東京大学の福山・下川らによって達成されたゲルセモキソニンの全合成は、まさにそんな研究成果の一つといえるでしょう。

*生物活性を調べるアッセイ系は様々ですので今後面白い◯◯活性が発見される可能性は大いにあります。

以下、この合成の3つの鍵反応に注目して紹介していきます。

彼らはまず、ジビニルシクロプロパン-シクロヘプタジエン転位反応を最初の鍵反応として用い、ゲルセモキソニンの持っているオキサビシクロ[3.2.2]骨格を構築しています。以前に達成されている類縁化合物ゲルセミンの全合成[1]での知見が活かされた形になります。

彼らはフルフリルアルコールから10 段階にて不斉合成される化合物A をシリルエノールエーテルへと変換し、転位前駆体としています。これを加熱したところ、カッコ内に示したような遷移状態B  を経て転位反応が速やかに進行します。転位成績体のシリルエノールエーテル部位はワンポットで脱シリル化し、オキサビシクロ[3.2.2]骨格をもつ化合物C を立体選択的に得ています。

gelsemoxonine_2.gif

ジビニルシクロプロパンのオレフィン部位が持っている幾何異性の制御から、生成物のビシクロ骨格がもつ立体化学が完全に制御されている点がポイントです。一般的に困難な「4 級不斉中心の構築」という問題を二重結合の幾何異性制御へと置き換えることで、複雑な骨格の立体選択的な構築が実現できます。これこそが転位反応を用いる合成戦略の強みでしょう。

次の見所は窒素官能基の導入です。彼らはこの課題をレドックス異性化反応を用いることによって解決しています。C  から二段階で合成できる不飽和アルデヒドからTMS シアノヒドリンが生成した後、DBU の塩基性にて不飽和ニトリルへの異性化が進行します。アリルアルコールを加えると、面選択的なプロトン化によってアシルシアニドへと変換された後にアリルエステルが生成するという一連の反応になっています。

こうしたレドックス異性化反応としては N-ヘテロサイクリックカルベン(NHC)を用いた触媒的な反応がよく知られていますが、これらの先駆けとなったシアニドを用いる反応[2]を、複雑な基質へと適用しています。酸化還元を必要としない条件なのでケトンを保護する必要がなく、注目に値する変換だと思います。こうして得られたエステルを、クルチウス転位を含む4 段階でD へと変換し、窒素官能基の導入に成功しています。

gelsemoxonine_3.gif

さて最後の見所は、窒素四員環(アゼチジン)をつくる工程。D から7 段階の変換を経て得られるエポキシドE にアミノ基が分子内攻撃すれば天然物に至るはずですが、トルエン中で加熱、あるいはそこにルイス酸などを添加するなどの条件下では、環化が全く進行しなかったそうです。この問題はなんとエタノール中で加熱するだけで解決されました。おそらくは水素結合ネットワークを介するメカニズムで促進されているのでしょう。

gelsemoxonine_4.gif

この合成ルートは非常に効率が良く、最終生成物がこれほど複雑かつ奇妙な形であるにも関わらず、なんと300 mg スケールで合成することも可能なのだそうです。

  • 全合成を達成して・・・

今回は、様々な苦労があった全合成を足掛け5年で見事達成された、下川淳先生ご本人から特別にコメントをいただくことができました。この場を借りて紹介したいと思います。若い化学者(の卵)たちにとって有益なメッセージとなってくれれば幸いに思います。

 ゲルセモキソニンの合成において最も苦労したのは、レドックス反応を見出すまでの長い検討でした。当初はアリルアルコール部位のヒドロキシメチル基を持たない基質を使って、長いこと検討を行なっていたのですが、この際にはビシクロ環上の二重結合はどんな試薬を使っても全く反応しませんでした。
ここで、「二重結合に窒素官能基を直接導入することができないならば、様々な反応の基質になりうるアリルアルコールの構造を持たせることで、何らかの変換の足がかりにできないだろうか」と考えたことがブレークスルーにつながりました。しっかりと問題を見極めて、その解決をあきらめずに考えていればいつかは報われるものだ、ということをあらためて学びました。

このプロジェクトは当初、私が博士課程に入った時に開始したものでした。それから2回の「ふりだしに戻る」を経て、5 年強の時間をかけた末に3つ目の合成戦略で初めて全合成をすることができました。自分が進むべき方向へ進んでいる確信があるときには何としてもあきらめないという強靭な意思と、もしかしたらさらに効率的な方法があるのではないかと常に考え続ける柔軟な感覚を併せ持っていれば、道がひらけることもあると思います。これを読んでいる学生の皆さんには、そんなことをぜひ心に隅にでも留めおきつつさらに研究に邁進して欲しいと思います。

― 下川淳

  • 関連論文
[1] (a) Fukuyama, T.; Liu, G. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 7426.  DOI:10.1021/ja961701s  (b) Yokoshima, S.; Tokuyama, H.; Fukuyama, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2000, 39, 4073. [abstract]
[2] Kawabata, H.; Hayashi, M. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 5645. doi:10.1016/S0040-4039(02)01133-4

Avatar photo

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. 水を含み湿度に応答するラメラ構造ポリマー材料の開発
  2. 2012年Wolf化学賞はナノケミストリーのLieber博士,A…
  3. 第25回 名古屋メダルセミナー The 25th Nagoya …
  4. オンライン会議に最適なオーディオ機器比較~最も聞き取りやすい機器…
  5. Dead Endを回避せよ!「全合成・極限からの一手」①(解答編…
  6. Twitter発!「笑える(?)実験大失敗集」
  7. 親子で楽しめる化学映像集 その2
  8. 有機色素の自己集合を利用したナノ粒子の配列

注目情報

ピックアップ記事

  1. 今年は共有結合100周年ールイスの構造式の物語
  2. 【朗報】HGS分子構造模型が入手可能に!
  3. C70の中に水分子を閉じ込める
  4. アリルオキシカルボニル保護基 Alloc Protecting Group
  5. 『主鎖むき出し』の芳香族ポリマーの合成に成功 ~長年の難溶性問題を解決~
  6. 日本化学会、論文無料公開へ新方式
  7. オルガテクノ大賞2005受賞者決定!
  8. 6年越しで叶えた“海外と繋がる仕事がしたい”という夢
  9. アンモニアで走る自動車 国内初、工学院大が開発
  10. パラジウム価格上昇中

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2011年10月
月 火 水 木 金 土 日
 12
3456789
10111213141516
17181920212223
24252627282930
31  

注目情報

最新記事

光前駆体法の活用によって、ヘプタセンで初の一重項分裂を観測!

第725回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院 理学研究科化学専攻 有機元素化学研究室(山田研…

【スタッフ・寄稿募集】Chem-Stationで、化学を「伝える側」になりませんか?

Chem-Station(ケムステ)は2000年に開設された国内最大の化学ポータルサイトです。大学・…

第17回大津会議―とある参加者の記録―

2026年9月28日~29日に開催された第17回大津会議についての、とある参加者の記録です。この記事…

第17回大津会議 -Otsu Conference- 2026 開催報告 ~新体制で紡ぐ「有機合成の夢」~

第17回大津会議が2026年9月28日(月)〜9月29日(火)びわ湖大津プリンスホテルにて開催されま…

有機合成化学協会誌2026年10月号:医薬品プロセス開発・σ芳香族性・含窒素複素環・メロテルペノイド二量体・高歪み化合物

有機合成化学協会が発行する「有機合成化学協会誌」2026年10月号がオンラインで公開されています。…

時代は水だ! セメントのように水と混ぜるだけで成形・硬化できる「水硬性」高分子

第724回のスポットライトリサーチは、東京科学大学物質理工学院(大塚研究室)博士前期課程2年の徳満玲…

複雑さを設計して、結晶の動きをプログラムする

第723回のスポットライトリサーチは、高知工科大学大学院工学研究科(林研究室) 博士後期課程3年の樋…

ハロゲンの力で強力な結合を切断!天然物クマリンから医薬品・機能性材料原料のクマラノン類へ

第 722 回のスポットライトリサーチは、立命館大学大学院薬学研究科薬学専攻 精密合…

観察を写真で残す!カメラ内蔵リアクタ EasyMax 102i を使ってみた

反応の温度も、攪拌(かくはん)も、滴下も、サンプリングもいまや自動で記録される時代になりました。とこ…

ケムステ人気新着記事 トップ 5【2026年9月版】

2026年9月にケムステでは21本の新しい記事を公開しました。この記事では、その新着記事の中から、ペ…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP