[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

流れる電子ッ!壊れるピリジンッ!含窒素多環式骨格構築!

[スポンサーリンク]

マトリン型ルピンアルカロイドの網羅的な新奇合成法が開発された。生合成仮説を模倣したピリジンの脱芳香環化反応により、四環式骨格の効率的な構築に成功した。

ピリジンの脱芳香族化によるマトリン型ルピンアルカロイドの骨格構築

ルピンアルカロイド(15)はLupinus属植物から単離されたキノリジジン環を基礎骨格とする化合物群である(図1A)。ルピンアルカロイドの一種である(+)-マトリン(2)は転移性ガン細胞の増殖阻害や抗炎症作用、(–)-ソホリジン(4)は抗炎症活性や抗菌作用を示すことが知られている[1]。このようにマトリン型のルピンアルカロイドは有用な薬理作用をもつ一方で、天然からは微量しか得られない[2]。有機合成によってこれらの効率的な量的供給が実現できれば、マトリン型ルピンアルカロイドの生物学的研究の加速につながる。これまでにマトリン(2)の全合成が5例、アロマトリン(3)の全合成が3例、イソマトリン(1)の全合成が1例あるが、類縁体を網羅的に合成する手法はいまだ知られていない[3]

そこで今回、カリフォルニア工科大学のReismanらは種々のマトリン型ルピンアルカロイドにアクセスできる網羅的合成法の開発に挑戦した。まず、著者らは(+)-マトリン(2)の生合成仮説に着目し、これらの四環式骨格の構築を計画した(図1B)[4]。生合成仮説において、2は3分子の(–)-リジン(6)が酵素によって78に変換され、続いて78のマンニッヒ反応からはじまる環化反応、最後に還元と酸化によって得られると提唱されている。この生合成仮説に基づいた、著者らの1の逆合成解析を示す(図1C)。まず、110の還元および位置選択的酸化により誘導できるとした。続いてピリジン(11)が7のシントンになりうると考え、1011と塩化グルタリル(12)より生成した中間体の、脱芳香族的環化反応で得られると考えた。さらに、熱力学的に最も不安定なイソマトリン(1)が合成できれば、1の異性化によって他のマトリン型ルピンアルカロイドに変換できると期待した。すなわち、この合成計画が実現すれば、網羅的なマトリン型ルピンアルカロイドの合成が可能になると考えた。

図1. (A) マトリン型ルピンアルカロイド (B) (+)-マトリン(2)の生合成仮説 (C) (+)-イソマトリン(1)の合成戦略

 

“A Pyridine Dearomatization Approach to the Matrine-Type Lupin Alkaloids”
Kerkovius, J. K.; Stegner, A.; Turlik, A.; Lam, P. H.; Houk, K. N.; Reisman, S. E.  J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 15938–15943.
DOI: 10.1021/jacs.2c06584

論文著者の紹介

研究者:Sarah E. Reisman

研究者の経歴:

1997–2001 B.A., Connecticut College, USA (Prof. Timo V. Ovaska)
2001–2006 Ph.D., Yale University, USA (Prof. John L. Wood)
2006–2008 Postdoc, Harvard University, USA (Prof. Eric N. Jacobsen)
2008–2014 Assistant Professor, California Institute of Technology, USA
2014–             Professor, California Institute of Technology, USA
研究内容:天然物合成、Ni触媒を用いたクロスカップリング反応の開発

 

論文の概要

著者らはまず、生合成仮説を模倣した四環式骨格の構築に着手した(図2)。–50 °Cで塩化グルタリル(12)にピリジン(11)を添加した後、室温で攪拌するだけで四環式骨格をもつ10が良好な収率で得られた(1モルスケール)。この機構は協奏的な[4+2]環化付加反応ではなく、ピリジンの脱芳香族化を伴いながら逐次的に反応が進行していることがDFT計算により明らかとなった。さらに1H NMR追跡実験の結果から、11の添加時に反応温度を–50 °Cに保持することで12から中間体13への反応を円滑に進めていることがわかった。続いて構築した四環式骨格の還元によって9を得たのち、9のC15位の選択的酸化を試みた。まず、(+)-マトリン(2)の生合成を参考に酵素(180種)を用いた酸化を試みたが、目的の化合物1は合成できなかった。そこで著者らはKessarらの報告に注目した[5]。この反応では、3級アミンの窒素原子のa位をルイス酸および塩基で選択的に脱プロトン化し、続いて求電子剤を作用させることで置換基を導入できる。MeOBzを求電子剤として、この反応を9に適用したところ、C15位で位置選択的にベンゾイル化することに成功した。続いて、ワンポットで酸化したところ低収率であるものの1を与えた。最後に、1を種々の金属触媒で脱水素化-水素化(異性化)し、マトリン型ルピンアルカロイド25を合成した。特に、Pt触媒による異性化では4が生成し、4の初の全合成を達成した。

図2.マトリン型ルピンアルカロイドの合成経路

 

以上、わずか4、5工程でのマトリン型アルカロイドの網羅的合成法が開発された。そのあまりにも速すぎる合成にピリジンも脱帽(脱芳)してしまいそうであるっ!!

参考文献

  1. (a) Zhang, H.; Chen, L.; Sun, X.; Yang, Q.; Wan, L.; Guo, C. Matrine: A Promising Natural Product with Various Pharmacological Activities. Front. Pharmacol. 2020, 11, 588. DOI: 10.3389/fphar.2020.00588 (b) You, L.; Yang, C.; Du, Y.; Wang, W.; Sun, M.; Liu, J.; Ma, B.; Pang, L.; Zeng, Y.; Zhang, Z.; Dong, X.; Yin, X.; Ni, J. A Systematic Review of the Pharmacology, Toxicology and Pharmacokinetics of Matrine. Front. Pharmacol. 2020, 11, 01067. DOI: 10.3389/fphar.2020.01067
  2. Zhang, H.; Chen, L.; Sun, X.; Yang, Q.; Wan, L.; Guo, C. Matrine: A Promising Natural Product with Various Pharmacological Activities. Front. Pharmacol. 2020, 11, 588. DOI: 10.3389/fphar.2020.00588
  3. (a) Mandell, L.; Singh, K. P.; Gresham, J. T.; Freeman, W. Total Synthesis of d,l-Matrine. J. Am. Chem. Soc. 1963, 85, 2682−2683. DOI: 10.1021/ja00900a048 (b) Okuda, S.; Yoshimoto, M.; Tsuda, K. Studies on Lupin Alkaloids. IV. Total Syntheses of Optically Active Matrine and Allomatrine. Chem. Pharm. Bull. 1966, 14, 275−279. DOI: 10.1248/cpb.14.275 (c) Chen, J.; Browne, L. J.; Gonnela, N. C. Total Synthesis of (±)-Matrine. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1986, 905−907. DOI: 10.1039/C39860000905 (d) Boiteau, L.; Boivin, J.; Liard, A.; Quiclet-Sire, B.; Zard, S. Z. A Short Synthesis of (±)-Matrine. Angew. Chem., Int. Ed. 1998, 37, 1128− 1131. DOI: 10.1002/(SICI)1521-3773(19980504)37:8<1128::AID-ANIE1128>3.0.CO;2-P (e) Magann, N.; Westley, E.; Sowden, M.; Gardiner, M.; Sherburn, M. Total Synthesis of Matrine Alkaloids; preprint; Chemistry, 2022. DOI: 10.26434/chemrxiv-2022-j87g9(f) Watkin, S. V.; Camp, N. P.; Brown, R. C. D. Total Synthesis of the Tetracyclic Lupin Alkaloid (+)-Allomatrine. Org. Lett. 2013, 15, 4596− 4599. DOI: 10.1021/ol402198n
  4. Bunsupa, S.; Katayama, K.; Ikeura, E.; Oikawa, A.; Toyooka, T.; Saito, K.; Yamazaki, M. Lysine Decarboxylase Catalyzes the First Step of Quinolizidine Alkaloid Biosynthesis and Coevolved with Alkaloid Production in Leguminosae. Plant Cell 2012, 24, 1202−1216. DOI: 1105/tpc.112.095885
  5. Kessar, S. V.; Singh, P.; Singh, P. K. N.; Singh, S. K. Facile a-Deprotonation-Electrophilic Substitution of Quinuclidine and DABCO. Chem. Commun. 1999, 1927−1928. DOI: 10.1039/A905359J
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. 化学英語論文/レポート執筆に役立つPCツール・決定版
  2. 第98回日本化学会春季年会 付設展示会ケムステキャンペーン Pa…
  3. イオンのビリヤードで新しい物質を開発する
  4. 「幻のイオン」、テトラフェニルアンモニウムの合成を達成!
  5. 幾何学の定理を活用したものづくり
  6. 位置・立体選択的に糖を重水素化するフロー合成法を確立 ― Ru/…
  7. 炭素-炭素結合を組み替えて多環式芳香族化合物を不斉合成する
  8. 化学系必見!お土産・グッズ・アイテム特集

注目情報

ピックアップ記事

  1. C60MC12
  2. 水素結合の発見者は誰?
  3. 特許の基礎知識(3) 方法特許に注意! カリクレイン事件の紹介
  4. 変わりゆく化学企業の社名
  5. 高分子固体電解質をAIで自動設計
  6. アスピリンの梗塞予防検証 慶応大、1万人臨床試験
  7. 大久野島毒ガス資料館
  8. 反応がうまくいかないときは冷やしてみてはいかが?
  9. 農薬メーカの事業動向・戦略について調査結果を発表
  10. クノール キノリン合成 Knorr Quinoline Synthesis

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2023年1月
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031  

注目情報

最新記事

条件の「前後」も実験条件である【プロセス化学者のつぶやき】

前回まで1. 設定温度と系内の実温度のお話2. 温度値をどう判断するか3. 反応操作をし…

そのpH、“本当にその場所”の値ですか?ニードル式pHセンサーを使ってみた!

突然ですが、「培養の再現性がなんか悪い」「同じ条件のはずなのに結果がズレる」といった経験はあ…

「骨格編集」×「ナノカーボン合成」〜ナノカーボン合成の新戦略を実証〜

第719回のスポットライトリサーチは、名古屋大学大学院工学研究科(忍久保研究室)博士後期課程2年の平…

【書評】立体化学 はじめの一歩

立体化学は,分子の三次元構造を理解するための重要な分野であり,有機化学や…

水のシミュレーション入門 — 水分子を計算機の中でどう”描く”か —

身近なのに、計算機にとって手強い"水"。本記事では、点電荷モデルから機械学習まで、その"描き方"の進…

◆◇◆◇ 第36回フォーラム・イン・ドージン開催のご案内 ◆◇◆◇

同仁化学研究所が熊本から世界へ情報発信するフォーラム・イン・ドージンの開催ご案内です。今年は『な…

『力』による円偏光発光のon/off制御を単一分子レベルで実現

第718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(相良研究室)博士後期課程2年の野中…

数日かかっていた反応機構解析を、わずか数分に!

機械学習ポテンシャルが変える計算化学の現在近年、DFT計算による反応機構解析は広く行われるよ…

海外ポスドクのオファーをもらう【アメリカで Ph.D. を取る: 進路編】

ポスドクとして海外に留学する場合、希望する研究室の教授に直接連絡を取り、面接などを通して適性を判断さ…

MDで観るトライボロジー 〜原子が擦れるその場をシミュレーション〜

軽くて強いのに摩耗に弱いチタン合金は、航空機や人工関節に広く使われています。原子が擦れ合うその場を分…

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