[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

光触媒を用いるスピロ環合成法が創薬の未来を明るく照らす

[スポンサーリンク]

可視光光触媒を用いたスピロ環骨格構築法が報告された。創薬分野においてsp3炭素豊富な骨格は、構造、活性共に魅力的であり、注目が集まる。

N–ヘテロスピロ環と骨格構築法

リード化合物における芳香環数の増加は溶解性や生体利用率、薬物動態の低下を招き、医薬品開発の失敗率を高めうることが近年の研究から示唆されている(1)。したがって豊富にsp3炭素をもつ化合物ライブラリーは、より良い物理的・生物学的性質をもつリード化合物の発見につながると期待される。一方、フラグメントベースドドラッグディスカバリーにおいて、配座が固定された骨格は標的分子に対して高い親和性を示すことが多い。そのため、配座固定しながらsp3炭素を導入できるスピロ環骨格は、医薬品やリード化合物において頻出構造になりつつある(2)。しかし、これまでのヘテロスピロ環の合成は多段階のアルキル化・アシル化を必要としていた(3)。最近ではYouらによる脱芳香族的スピロ環構築(図1A)(4)や、Bodeらが開発したSnAP戦略を用いたスピロ環合成(図1B)(5)などが報告されているものの、N-ヘテロスピロ環骨格構築法(6)は依然として注目を集めている。

ケンブリッジ大学のGaunt教授らは以前、光触媒を用いた三成分連結型三級アミン構築法を報告した(図1C)(7)。本手法ではイミニウムの一電子還元により生じたα–アミノラジカルが、電子不足オレフィンもしくはジアリールオレフィンに付加することで三級アミンを与える。今回著書らはこの手法を応用し、分子内の種々のオレフィンに対するラジカル環化を利用したスピロ環構築法の開発に成功した(図1D)。本反応では容易に入手可能な原料から多様なN-ヘテロスピロ環が合成できる。

図1. (A)(B) これまでのN-ヘテロスピロ環構築法 (C) 著者が最近報告した文献 (D) 今回の反応

 

“Streamlined Synthesis of C(sp3)-Rich N-Heterospirocycles Enabled by Visible-Light Mediated Photocatalysis”
Flodén, N. J.; Trowbridge, A.; Willcox, D.; Walton, S. M.; Kim, Y.; Gaunt, M. J. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 8426.
DOI: 10.1021/jacs.9b03372

論文著者の紹介

研究者:Matthew J. Gaunt
研究者の経歴:
-1995 B.A.(First Class Honours), University of Birmingham, UK
-1999 Ph.D, University of Cambridge, UK (Prof. Jonathan B. Spencer)
1999-2001 Postdoc,University of Pennsylvania, PA, USA (Prof. Amos B. Smith)
2001-2003 Junior Research Fellow, Magdalene College, UK (Prof. Steven V. Ley)
2003- Royal Society University Research Fellow, University of Cambridge
2006- Lecturer, University of Cambridge
2010- Reader, University of Cambridge
2012- Professor, University of Cambridge
研究内容:超原子価ヨウ素を用いた触媒的方法論の開発、C–H活性化反応の開発、天然物の全合成

論文の概要

アルケンを有する二級アミンとケトンに対しイリジウム光触媒とHantzsch ester、1,4-シクロヘキサジエン、酸触媒存在下光照射することで、スピロ炭素をもつピロリジンを与える(図2A)。本反応のカルボニル化合物には、ケトン及びアルデヒドが利用可能であり、環状ケトンを用いた際はスピロ環骨格を、アルデヒドを用いた際はピロリジン骨格を与える(4–7)。また、窒素原子上に様々な置換基をもつホモアリルアミンにも適用可能である(8–10)。電子不足アルケンを用いても本反応は進行し(11–12)、4-ペンテニルアミンを用いた場合にはピペリジン骨格を与える(13)。さらに従来のC–N結合形成反応では合成困難な、二つのスピロ炭素をもつピロリジンも合成できる(14)。ホモプロパルギルアミンに適用した場合には、さらなる官能基修飾が可能である、エキソメチレンをもつスピロ環を与える(図2B)。
種々の実験結果から、以下の反応機構が提唱されている(図2C)。光照射によって励起されたイリジウム触媒とイミニウムとの間でSETが起こり、生じたα-アミノラジカルの5-exo trig環化によりピロリジン骨格を形成する。その後メチルラジカルが水素原子で捕捉され目的物を与える。イリジウム(IV)はHantzsch esterにより還元され光触媒サイクルが完結する。また、消光実験の結果から、励起されたイリジウムはHantzsch esterよりも優先的にイミニウムとのSETを起こすことが示唆された。

図2. (A)(B) 基質適用範囲 (C) 推定反応機構

以上、光触媒を用いた、窒素原子を有するスピロ環構築法が開発された。今後、さらなる基質一般性の拡大、および医薬品やリード化合物への応用に期待したい。

参考文献

  1. (a) Lovering, F.; Bikker, J.; Humblet, C. J. Med. Chem.2009, 52, 6752−6756. DOI: 10.1021/jm901241e(b) Blakemore, D. C.; Castro, L.; Churcher, I.; Rees, D. C.; Thomas, A. W.; Wilson, D. M.; Wood, A. Nat. Chem. 2018, 10, 383−394. DOI: 10.1038/s41557-018-0021-z
  2. (a) Zheng, Y.-J.; Tice, C. M.; Singh, S. B. Bioorg, Med. Chem. Lett.2014,24, 3673−3682. DOI: 10.1016/j.bmcl.2014.06.081(b) Zheng, Y.-J.; Tice, C. M. Expert Opin. Drug Discovery2016, 11, 831−834. DOI: 10.1080/17460441.2016.1195367
  3. (a) Carreira, E. M.; Fessard, C. T. Chem. Rev. 2014, 114, 8257−8322. DOI: 10.1021/cr500127b(b) Rios, R. Chem. Soc. Rev. 2012, 41, 1060−1074. DOI: 10.1039/c1cs15156h
  4. Zhu, M.; Zheng, C.; Zhang, X.; You, S.-L. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 2636−2644. DOI: 10.1021/jacs.8b12965
  5. Siau, W.-Y.; Bode, J. W. J. Am. Chem. Soc.2014, 136, 17726−17729. DOI: 10.1021/ja511232b
  6. 他にもYe, J.; Kalvet, I.; Schoenebeck, F.; Rovis, T. Nat. Chem.2018, 10, 1037−1041. DOI: 10.1038/s41557-018-0085-9が知られる。なお、本論文報告直後、Bodeらによるolefin amine reagentを用いたN-ヘテロスピロ環構築法が報告されている。(Wang, Y.-Y.; Bode, J.w. J. Am. Chem. Soc. 2019,141, 9739−9745. DOI: 10.1021/jacs.9b05074)
  7. Trowbridge, A.; Reich, D.; Gaunt, M. J. Nature 2018, 561, 522− DOI: 10.1038/s41586-018-0537-9
Avatar photo

山口 研究室

投稿者の記事一覧

早稲田大学山口研究室の抄録会からピックアップした研究紹介記事。

関連記事

  1. 日本プロセス化学会2023ウィンターシンポジウム
  2. 有機合成化学協会誌2021年4月号:共有結合・ゲル化剤・Hove…
  3. ライトケミカル工業2025卒採用情報
  4. オペレーションはイノベーションの夢を見るか? その3+まとめ
  5. 研究活動の御用達!PDF加工のためのクラウドサービス
  6. ケムステV年末ライブ2023開催報告! 〜今年の分子 and 人…
  7. 異分野交流のすゝめ
  8. MEDCHEM NEWS 34-2 号「2023年度医薬化学部会…

注目情報

ピックアップ記事

  1. 光でゆがむ分子 ― アルミニウム錯体の対称性の破れをコヒーレント振動分光で観測
  2. 細谷 昌弘 Masahiro HOSOYA
  3. 遷移金属触媒がいらないC–Nクロスカップリング反応
  4. AI時代を経て見えてきた “研究者の転職の新基準” —「何を問うか」「どうつなぐか」「どう学び直すか」—
  5. 一重項酸素によるC(sp2)−P結合切断を用いた長波長光によるリン化合物のアンケージング
  6. イオン液体ーChemical Times特集より
  7. Carl Boschの人生 その10
  8. リニューアル?!
  9. 有機合成化学協会誌2021年4月号:共有結合・ゲル化剤・Hoveyda-Grubbs型錯体・糸状菌ジテルペノイドピロン・Teleocidin B
  10. 水素 Hydrogen -最も基本的な元素で、燃料電池の原料

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2019年7月
月 火 水 木 金 土 日
1234567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031  

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