第695回のスポットライトリサーチは、北里大学大学院感染制御科学府（生物有機化学研究室）博士後期課程２年の中原大生 さんにお願いしました。

今回ご紹介するのは、環状テトラペプチド天然物のコシダシンA/Bの全合成に関する研究です。

コシダシン類は強力な抗マラリア活性を持つことが報告されています。構造的特徴としては、4残基のアミノ酸からなる12 員環構造のほか、抗マラリア活性に重要な役割を持つとされる、末端が酸素官能基化されたアルキル側鎖が挙げられます。その構造複雑性から合成難易度が高いとされるコシダシンA/Bについて、新奇合成戦略による全合成が今回報告されました。本成果は、JACS Au 誌 原著論文およびプレスリリースに公開されています。

“Late-Stage Native Peptide Modification Approach to the Total Synthesis of Koshidacins A and B”
Nakahara, H.; Okano, T.; Sennari, G.; Iwatsuki, M.; Sunazuka, T.; Hirose, T., JACS Au, 2025, 5, 5932–5938. DOI:10.1021/jacsau.5c01394

研究を指導された廣瀬友靖 教授と千成恒 講師から、中原さんについて以下のコメントを頂いています。それでは今回もインタビューをお楽しみください！

廣瀬先生

中原君は修士課程から研究室にジョイントしました。初めてお話しした時から、研究意欲のオーラを放っておりました。そして修士1年次の早い段階から疎水性タグの研究に自発的に取り組み、博士課程に進学して以降は、研究チームの中核を成す存在へと成長しました。現在では、持ち前の統率力と気概をもって、自身の研究のみならず、研究室全体の研究課題に対しても周囲を鼓舞し、研究の流れを力強く導いています。また中原君は、研究に対して極めて誠実かつ粘り強く向き合う学生です。研究の途上において困難や停滞に直面した際にも、決して歩みを止めることなく、常に前を向いて課題と対峙する姿勢が際立っています。そして目前の問題解決に格闘するだけでなく、その先の研究発展を見据え、新たな可能性を思索し続ける豊かな想像力を備えています。

今回報告した成果の前に、中原君は修士課程初期にアミノ酸およびペプチドの窒素担持型可溶性疎水性タグ（TCbz試薬）の開発に成功しました。この成果が、その後の研究展開を支える確固たる礎となり、今回の研究成果へと続いています。本報告が今後、ペプチド合成をはじめとする関連分野において広く活用され、新たな研究の展開を生み出すことを期待するとともに、中原君が研究者として一層の深化と飛躍を遂げていくことを楽しみにしています。

千成先生

中原さんは私が着任したのと同時に、修士課程より砂塚／廣瀬研の門戸を叩いた“同期”であり、これまで苦楽を共にしてきました（と自分は少なくとも自負しています）。特に、ストイックで好奇心旺盛、エネルギッシュであるために、飲み会の際には度々手がつけられなくなり病院でアルコール分解反応についてオーバーナイトで経過観察させられたことが大変良い思い出です。ここからも、日々の研究室の実験だけでは体力が有り余っていることが伺えました。

飲み会だけでなく実験においてもこの特性を遺憾なく発揮してくれており、本稿記載のプロジェクトをリードしてくれました。好奇心駆動型で手が動くので、有機合成研究においては大いなる武器として働いています。時たまの軌道修正を施す程度で、常に自分の高い期待値を飛び越えて行ってくれます。おかげさまで今となっては、自分を含め大変高いハードルを課すことができるようになりました。本当に、メンター冥利に尽きます。

本論文の共筆頭著者である岡野さんとのコンビにおいても、互いに切磋琢磨しながら成長していく姿を間近で見ることができて幸せでした。岡野さんは、医療衛生学部出身で大学院の当初は天然物の単離構造決定、活性評価を行っていました。本人のモノづくりをしたいという強い希望で全合成研究も担当してもらうことになり、修士一年の後半にゼロからのスタートで本プロジェクトを開始しました。中原さんの熱い指導のおかげで、そこから目を見張る発展、深化を遂げたテーマとなり、今ではもう一人門弟を加えてより実学的な研究へと展開しています。こちらも近い将来に、私たち教員をあっと驚かせる成果を挙げてくれると期待しています。

このプロジェクトを通して、学術的な化学の知識はもちろんのこと、多くのことを私自身も勉強させてもらいました。未熟な自分と一緒に日々奮闘してくれたこと、心より感謝です！これからも絶えず努力を重ねて、より洗練された科学者へと成長していくこと（これは常に自分にも言い聞かせておりますが）を心より願っております。これからの日本科学の更なる発展を担う、明るい未来に乾杯！

Q1. 今回プレスリリースとなったのはどんな研究ですか？簡単にご説明ください。

私たち大村智記念研究所では、イベルメクチンに続く新たな抗寄生虫薬及び感染症治療薬の開発を目指し、大村天然物を基盤とした研究に取り組んでいます。今回の合成標的である koshidacin^[1]も、当研究所で新たに見つかった抗マラリア活性ペプチド天然物です。

活性もさることながら構造も非常にユニークであり、4残基のアミノ酸からなる12員環構造は一見単純に見えますが、環状ペプチドの中でも最も合成難易度が高い中の一つとされています。また末端が酸素官能基化されたアルキル側鎖が特徴的ですが、この末端構造が抗マラリア活性に重要なことがkoshidacin及び類縁体の報告からわかっていました。

過去40年に渡ってkoshidacinを含む類縁体の全合成は13例ほど報告されていましたが、効率的に誘導体を合成するにはいくつか課題が残されていました。

１つ目の課題は「ペプチド伸長」です。Koshidacinのように高度に歪んだ12員環を形成できるアミノ酸残基は、必然的にシスアミド結合性を有するものが多いです。そのためペプチド伸長過程においてジケトピペラジン形成が非常に起こりやすく、ある特定の伸長順でしかペプチドを伸長することが困難でした。

2つ目の課題は「非天然アミノ酸残基の調製」です。アミノ酸α炭素に加え、アルキル側鎖末端の酸素官能基においても複数箇所に不斉中心を有しています。そのため調製に多段階を要し、また活性発現に最も重要な末端構造の効率的な改変が制限されていました。

そこで本研究では、①アミノ酸残基に依存しない体系的なペプチド伸長 と ②アルキル側鎖末端の自在かつ効率的な改変 の2点に焦点を当てて合成研究を行いました。

まず①については、通常は避けられがちな 「逆方向へのペプチド伸長」 をあえて採用しました。これはジケトピペラジン形成がアミノ基の保護基を除去した際に併発する点に着目し、「ではアミノ基を遊離させずに伸長させれば良いのでは？」 という安直な考えから生まれました。実際功を奏し、検討が必要な場面はあったもののジケトピペラジンを形成することなく体系的なペプチド伸長を実現することができました。

②については、「市販アミノ酸を原料にする」×「合成後期に市販アミノ酸から天然物構造に導く」というアプローチをとりました。アミノ酸α炭素の不斉は市販のアミノ酸を由来にするのが最もシンプルです。問題は市販アミノ酸からどう天然物構造に修飾するというところですが、我々は「脱アミノ化」を起点とした官能基化を着想しました。

これは以前の我々の研究で「窒素担持型可溶性疎水性タグ: TCbz試薬」^[2] を開発していたというのがきっかけです。このTCbz試薬というのは「ペプチドを液相で簡便に合成できるタグ分子をアミノ基に導入できる試薬」なのですが、これを市販アミノ酸であるオルニチンの側鎖アミノ基に導入することで、ペプチド伸長から環化反応までを簡便に行えると考えました。またオルニチンは側鎖に3炭素有していることから「脱アミノ的Giese付加反応」による末端構造の導入を計画しました。

以上の戦略により、従来法よりも柔軟に誘導体が創製できる合成基盤を確立しkoshidacinの全合成を達成しました。現在さらなる経路の最適化と、誘導体創製に向けた脱アミノ型官能基化法の検討に取り組んでいます。

Q2. 本研究テーマについて、自分なりに工夫したところ、思い入れがあるところを教えてください。

特に思い入れがあるのは「スーパーアクティブエステルを経由した12員環構築」、、、ではなく、「オルニチン残基のC末端活性化」です！!

今回の論文ではAib残基の逆ペプチド伸長を行うため、オルニチン残基のC末端を縮合剤によって活性化しています。しかしオルニチン残基には特有の副反応としてδ-ラクタム環形成が知られています。例えばオルニチンのδ-アミノ基をカーバメート保護 (Cbz化)していてもC末端の活性化に伴って容易にδ-ラクタム環を形成してしまいます。またPfizer社によるプロセス合成の報告^[3] ではオルニチンのC末端をトリチル基(レジン)で保護しているにもかかわらず、δ-アミノ基の保護基を除去した途端にδ-ラクタム環が形成された例が示されています。

実は以前報告したtetraselideの全合成^{[4 ]}の過程でこの副反応に遭遇していました。我々の基質のようにδ-アミノ基がカーバメート保護された基質から生成するδ-ラクタム環は、イミド構造に起因し、縮合条件程度の比較的弱い求核剤によって非選択的な分解を起こしやすいという問題があります。

このような背景からできるだけ温和な条件でC末端を活性化しペプチド伸長を行いたいところですが、カップリング相手のAib残基はα,α-二置換アミノ酸とアミノ酸の中でも特に嵩高く、反応を進行させるにはある程度強い活性化が不可欠でした。さらに低温条件で反応制御を試みると、可溶性疎水性タグの溶解度が低下し、基質が不溶化して反応が進行しなくなるという新たな問題にも直面しました。検討の結果、室温下でオルニチン、Aib、Hunig’s 塩基をクロロホルムに十分溶解させた後、0 ºCに冷却することで不溶化を抑制できることがわかりました。この状態でCOMUを添加し、その後徐々に室温まで昇温することでCOMU添加時の反応熱によるδ-ラクタム環形成を抑えながらアミド化反応を円滑に進行させることができました。その結果、目的とするジペプチドを安定して量的供給することが可能となりました。

(オルニチンにはこれまで散々苦しめられたためもう扱いたくないと思う一方で、二日酔いのときにお世話になるしじみ入り味噌汁にはオルニチンが豊富に含まれていることを考えると、今後も積極的に付き合っていく（摂取していく？）必要がありそうです。)

Q3. 研究テーマの難しかったところはどこですか？またそれをどのように乗り越えましたか？

「脱アミノ的Giese付加反応の収率改善」が特に苦労しました。近年アミノ基そのものを変換する手法が増えてきてはいるものの、その適用がα-第二級アミンや活性化したC-N結合に対する酸化的付加を駆動としたものが多いです。今回の合成ではα-第一級アミンから第一級炭素ラジカルを発生させる必要があったのですが、SOMOphile (ビニルケトン構造) が熱もしくは光照射下に不安定だったので、なるべく室温に近い条件かつ短時間の光照射で完結できる反応が求められました。

そこで触媒反応系ではなく、一電子供与体を化学両論量用いる反応系に着目しました。Katritzky塩とHantzschエステルがEDA錯体を形成し、光照射下で効率的に一電子移動を起こすことがAggarwal先生らによって報告^[5] されていたので本報告を参考に種々検討を行いました。

しかし通常のKatritzky塩では室温下の光照射でC-N結合の開裂が起こりにくいため、第一級炭素ラジカルが生成する前にSOMOphileの分解が優先してしまうことが問題となりました。また加熱 (60 ºC) しながら光照射することで初めて目的物を得ることができたのですが、分解物が多く、PTLC上で目的物やめぼしい副生成物を見つけ出す作業は骨が折れました、、、(下の写真)。

最終的な収率改善に繋がったきっかけはKatritzky塩の構造を変えることでした。Giese付加反応ではないものの、Rovis先生ら^[6] とCornella先生ら^[7] はα-第一級アミンからラジカルを発生 (もしくは酸化的付加) させる際に縮環構造を有するKatritzky塩を利用していました。どうやら縮環構造に起因して中心のピリジン環が平面性を失っていることが鍵であり、C-N結合の開裂に伴って平面性を取り戻す (共役安定化、芳香族性の回復) ことがドライビングフォースになるとのことでした。実際我々の反応系でも劇的な反応の改善がみられ、合成供給上なんとか許容な収率 (最高収率45%, スケールアップ収率33–41%) に収めることができました。

Q4. 将来は化学とどう関わっていきたいですか？

卒業研究からの5年間、人生の中心に化学 (研究) を置いて生活してきました。これはひとえに私の要領の悪さゆえで、研究も勉強もとにかく時間をかけなければなかなか前に進まなかったわけなのですが、これからは何時までも時間が無限にあると思って生活してはいけないと感じています。

研究分野によっては性質上長時間の作業が避けられない場合がありますが、それでもその時間を如何にして切り詰められるかが勝負になると感じています。一つの反応を仕込むところから精製までをどれくらいの時間で完結させるのか。また自身がこなせる総実験数に対してこの実験に時間を割く余裕はどれくらいあるのだろうか。これからはただ数をこなし時間をかければよいという姿勢ではなく、そうした点をよく考えながら慎重さと大胆さの両方を意識して化学と向き合っていきたいと考えています。

とはいえ現在の所属研究室で過ごす最後の一年と、その後予定しているポスドク期間はあまり深く考えすぎず、化学だけに没頭できる最後の機会と思って働いて働いて働いて働いて働いてまいります！

Q5. 最後に、読者の皆さんにメッセージをお願いします。

拙文ではございますが、お忙しいところ本稿を読んで頂きありがとうございます。私自身スポットライトリサーチは疲れたときの気分転換によく読んでいたので、今回このような貴重な機会を頂けて大変感謝しております。ケムステスタッフの皆さま、ありがとうございます！

寄稿のお話を頂きいざ自分が書く側になると、既に掲載されている記事がどれだけ読みやすく、かつ面白く構成されているか痛感させられました。特にQ1のわかり易さ・面白さで記事の全てが決まると思うのですが、私は変な先入観に囚われやすい性格かつ日本語も下手なのでQ1に関しては共第一著者であり後輩である岡野君に逃げました託しました。

今回の論文の実験も彼と一緒に手を動かし進めてきたのですが、私自身これまで直接後輩と一緒に実験をする・研究について密接に指導するという経験が浅かったので、本研究を通して多くの学びがありました。学生として高学年 (執筆時D2) ともなると、同期との飲み会でも「後輩とどう接するか」という話題が度々あがります。これに関して正解はないと思うのですが、私は「自分自身も成長できる指導」を大事にしようと考えています。

例えば人名反応一つとってみても、いざ後輩に聞かれて説明してみると自分が十分に理解していないことに気付かされる場面が何度もありました （私の勉強不足はさておき）。ただこれは自分にとって非常によい学びの機会であり、先生方も一度は通ってきた通過儀礼のようなものなのだと思います。このような経験を積むためには日々後輩とディスカッションを重ねることは勿論ですが、それ以上に「聞きやすい環境」を作ることが大切だと感じます。 とは言いつつ、論文作成や学会で追い込まれている時は負のオーラを放ちすぎて後輩に気を遣わせてしまっているのが現状ではありますが、、、。

それでも本研究を通じて、研究は一人で完結するものではなく日々のディスカッションや試行錯誤の積み重ねによって深まっていくものだと改めて実感しました。

最後になりますが、本研究に限らず一連の研究を遂行するにあたり、廣瀬先生、砂塚先生、千成さんをはじめ、多くの方々から多大なるご指導とご協力を賜りました。この場をお借りして、心から感謝申し上げます。

特に千成さんには本研究の基礎となる一報目^[2] の研究段階から、研究の方向性について数え切れないほど熱い議論を交わして頂きました。単に方針を示していただくだけでなく、「どうすれば化学がもっと良くなるか」を常に一緒に考えてくださり、その姿勢には何度も助けられました。時折私が「頓珍漢な自論」を武器に熱弁してしまうため、頭を抱えさせてしまう場面も多々あったかと思いますが、それでも根気強く向き合ってくださったおかげで研究を形にすることができたと感じています。改めて感謝申し上げます。

これからも周囲の皆さまには度々ご苦労をおかけしてしまうことと思いますが、引き続き温かい目で見守っていただけましたら幸いです。

研究者の略歴

名前：中原 大生 (なかはら ひろき)
所属：北里大学大学院 感染制御科学府 生物有機化学研究室
[主宰: 廣瀬友靖 教授 (2025年4月~現在), 砂塚敏明 教授 (~2025年3月)] 略歴：
2022年3月 北里大学 理学部 化学科 卒業
2024年3月 北里大学大学院 感染制御科学府 修士課程 修了
2025年4月~日本学術振興会特別研究員 (DC2)
2026年3月 北里大学大学院 感染制御科学府 博士後期課程 早期修了(予定)

関連リンク

1. Watanabe, Y.; Hachiya, K.; Ikeda, A.; Nonaka, K.; Higo, M.; Muramatsu, R.; Noguchi, C.; Honsho, M.; Asami, Y.; Inahashi, Y.; Hirose, T.; Matsui, H.; Sunazuka, T.; Hanaki, H.; Ishii, T.; Teruya, T.; Hokari, R.; Ishiyama, A.; Iwatsuki, M. Koshidacins A and B, Antiplasmodial Cyclic Tetrapeptides from the Okinawan Fungus Pochonia Boninensis FKR-0564. J. Nat. Prod. 2022, 85, 2641–2649.
   https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.2c00719.
2. Nakahara, H.; Sennari, G.; Noguchi, Y.; Hirose, T.; Sunazuka, T. Development of a Nitrogen-Bound Hydrophobic Auxiliary: Application to Solid/Hydrophobic-Tag Relay Synthesis of Calpinactam. Chem. Sci. 2023, 14, 6882–6889.
   https://doi.org/10.1039/D3SC01432K.
3. Feng, Y.; Liang, S.; Langille, J.; Pierce, B. S.; Chung, S.; Szeliga, J.; Wilcox, G.; Simonds, P.; Farley, K. A.; Li, B.; Garcia-Irizarry, C.; Jones, P.; Lira, R. Improved Synthesis of a Macrocyclic Peptide-Like C5aR Antagonist for Intravenous Applications. Org. Process Res. Dev. 2023, 27, 2010–2019.
   https://doi.org/10.1021/acs.oprd.3c00202.
4. Nakahara, H.; Sennari, G.; Azami, H.; Tsutsumi, H.; Watanabe, Y.; Noguchi, Y.; Inahashi, Y.; Iwatsuki, M.; Hirose, T.; Sunazuka, T. Isolation, Total Synthesis and Structure Determination of Antifungal Macrocyclic Depsipeptide, Tetraselide. Chem. Sci. 2025, 16, 6060–6069.
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5. Wu, J.; Grant, P. S.; Li, X.; Noble, A.; Aggarwal, V. K. Catalyst‐Free Deaminative Functionalizations of Primary Amines by Photoinduced Single‐Electron Transfer. Angew Chem Int Ed 2019, 58, 5697–5701.
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7. Ma, Y.; Pang, Y.; Chabbra, S.; Reijerse, E. J.; Schnegg, A.; Niski, J.; Leutzsch, M.; Cornella, J. Radical C−N Borylation of Aromatic Amines Enabled by a Pyrylium Reagent. Chemistry A European J 2020, 26, 3738–3743.
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