これまでがん細胞および昆虫細胞に対する細胞毒性活性抗ボウフラ活性植物病原性カビに対する抗カビ活性植物生長調節活性を調べていますこれらの研究は植物性食品を含む植物の機能評価リグナン骨格を持つ新農薬医薬開発につながるものです今後はリグナン類の生物活性の発現メカニズム研究も行っていく予

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みひなつくとの
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1 教授 : 山内聡研究テーマ I リグナン類の立体異性体の合成と生物活性 II 酵母還元生成物を利用した天然物有機化合物の合成研究テーマ I リグナン類の立体異性体の合成と生物活性食品性植物を含む植物は多くの有機化合物を作り出す能力を持っていますリグナン類はベンゼン環部分 (C6) と 3 つの炭素鎖 (C3) の C6-C3 単位が 2 3 単位結合したもので食品性植物を含む多くの植物が作り出すとてもポピュラーな有機化合物の 1 つで多くの種類の生物活性が知られることから古くから研究対象となってきましたしかしリグナン類には複数の不斉炭素が存在するため鏡像異性体ジアステレオマーの複数の立体異性体が存在します植物中には複数の立体異性体が存在する例が知られており食品性植物をはじめとする植物の機能を明らかにするためにはリグナン類の立体異性体を作り分けてから生物活性を調べることが求められます植物からリグナン類の立体異性体を取り出し精製するよりも有機合成化学的手法を利用して立体異性体を作り分ける方がとても効率が良いのですリグナン類の立体異性体の合成法が確立すると次にそれぞれの立体異性体の生物活性試験を行い最も高い生物活性を有する立体異性体を調べますさらにリグナン構造を持つ化合物の医薬農薬へのシーズ開発研究として有機合成化学の手法を用いて天然リグナンの構造を変化させたリグナン誘導体を合成し生物活性の評価を行っていますこれを構造活性相関と言ってリグナン構造のどの部分が生物活性に重要であるかを明らかにしより高い生物活性を有する化合物のデザインにつながりますさらにはリグナンとの結合タンパク質を検索するためのプローブ合成にもつながります

2 これまでがん細胞および昆虫細胞に対する細胞毒性活性抗ボウフラ活性植物病原性カビに対する抗カビ活性植物生長調節活性を調べていますこれらの研究は植物性食品を含む植物の機能評価リグナン骨格を持つ新農薬医薬開発につながるものです今後はリグナン類の生物活性の発現メカニズム研究も行っていく予定です以下に具体的な研究例を示します 1)3 置換テトラヒドロフラン型リグナンについての研究図 1, 2, 3 のように立体異性体 1-8 の 8 つの立体異性体の合成を行いました図 1:3 置換テトラヒドフランリグナン立体異性体 1 2 の合成

3 図 2:3 置換テトラヒドフランリグナン立体異性体 3, 5 の合成図 3:3 置換テトラヒドフランリグナン立体異性体 4,6-8 の合成合成した立体異性体 1-8 の植物生長調節活性を調べたところ立体

4 異性体 1 が Rye grass( シバ ) の根の生長を最も阻害することが分かりました論文 : Journal of Agricultural and Food Chemistry, 59, (2011) 2)4 置換テトラヒドロフラン型リグナンについての研究 4 置換テトラヒドロフラン型リグナンは薬草スパイスナツメッグに含まれるリグナン類でベンゼン環が 4- ヒドロキシ -3- メトキシフェニル質の場合次のように 9-18 の立体異性体が考えられます図 4:4 置換テトラヒドロフランリグナンの立体異性体まずこのすべての立体異性体の合成方法を研究しました

5 図 5:4 置換テトラヒドロフランリグナン立体異性体 9, 10 の合成図 6:4 置換テトラヒドロフランリグナンの合成図 7:4 置換テトラヒドロフランリグナン 17, 18 の合成合成によって得られたすべての立体異性体についてがん細胞に対する細胞毒性活性を調べたところ立体異性体 1 に最も高い活性が観察されました ( 図 8) 次にこの立体構造に固定して多数の誘導体の合成を行い細胞毒性活性を調べたところベンゼン環上の

6 置換基を変換した誘導体 19, 20 の活性が 1 よりも高いことが分かりましたこのことからベンゼン環上の置換基が活性の高さに影響を与えることが明らかになりました図 8:4 置換テトラヒドロフランリグナンのがん細胞に対する細胞毒性活性 ( 菅原卓也先生との共同研究 ) さらに合成したすべての立体異性体の植物成長調節を比較したところ立体異性体 1, 2 が他の立体異性体に比べて顕著にそれぞれレ

タス ryegrass の成長を阻害しました ( 図 9) 図 9: 4 置換テトラヒドロフランリグナン 1, 2 の 1 mm での植物に対する生長調節活性 4 置換テトラヒドロフランリグナンに関する発表論文 Organic & Biomolecular Chemistry, 3, 1670-1675 (2005) Bioscience, Biotechnology, and

7 タス ryegrass の成長を阻害しました ( 図 9) 図 9: 4 置換テトラヒドロフランリグナン 1, 2 の 1 mm での植物に対する生長調節活性 4 置換テトラヒドロフランリグナンに関する発表論文 Organic & Biomolecular Chemistry, 3, (2005) Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 71, (2007) Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 73, (2009) Journal of Agricultural and Food Chemistry, 62, (2014) Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 80, (2016) Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 24, (2014) 3) ブタン型リグナンについての研究以下の 3 つの立体異性体を合成によって得ました ( 図 10)

8 図 10: セコイソラリシレジノールの 3 つの立体異性体の合成発表論文 Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 72, (2008) Journal of natural products, 68, (2005) 次にがん細胞に対する細胞毒性活性を調べた結果 (-)- dihydroguaiaretic acid (19) の活性が最も高いことがわかりこの立体に固定してベンゼン環上の置換基が異なった誘導体の合成を行い図 11 の化合物が合成した誘導体の中で最も高いことが分かりましたまた植物性食品中の含まれるセコイソラリシレジノールの 2 つの一級水酸基が還元されてなくなった構造の方が高い細胞毒性活性を示しました図 11 中の (8R,8'R)-secoisolariciresinol は細胞毒性活性はありませんが脂肪細胞に対する抑制効果があることが菅原卓也先生との共同研究で示されました

図 11:dihydroguaiaretic acid 誘導体のがん細胞 ( 白血病 ) に対する細胞毒性活性 ( 菅原卓也先生との共同研究 ) 発表論文 Journal of Agricultural and Food Chemistry, 62, 5305-5315 (2014) Bioscience, Biotechnology, and

9 図 11:dihydroguaiaretic acid 誘導体のがん細胞 ( 白血病 ) に対する細胞毒性活性 ( 菅原卓也先生との共同研究 ) 発表論文 Journal of Agricultural and Food Chemistry, 62, (2014) Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 73, (2009) Dihydroguaiaretic acid 誘導体のアカイエカに対する殺虫活性を調べたところ図 12 の化合物に即効性が観察されました約 15 分で半数のボウフラが死んでしまいますこれはボウフラへの呼吸阻害であることが分かりました図 12:dihydroguaiaretic acid の殺ボウフラ効果

10 発表論文 Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 75, (2011) Journal of Agricultural and Food Chemistry, 63, (2015) Dihydroguaiaretic acid には植物病原性カビに対する抗かび活性があることも分かりました特に Alternaria alternata という黒斑点病菌に対する活性が強いことが観察されました誘導体合成と活性試験によって図 13 の化合物が特に高い抗カビ活性を示すことが分かりました一方のベンゼン環のメタ位に電子吸引性の高いフッ素原子を他方のベンゼン環のメタ位にフェノール性水酸基を持っていて先ほどの立体異性体 20 と同じ立体構造を持つ化合物に高い活性が見られました写真はなしの葉を使った実験で化合物を塗布した葉には病原性カビの発生が観察されませんでした ( 図 13)

図 13:dihydroguaiaretic acid 誘導体の Alternaria alternata による黒斑点病防止効果また病原性カビの黒色色素の生成を抑制する dihydroguaiaretic acid 誘導体も作り出すことができました ( 図 14 ) 天然体の (+)-

11 図 13:dihydroguaiaretic acid 誘導体の Alternaria alternata による黒斑点病防止効果また病原性カビの黒色色素の生成を抑制する dihydroguaiaretic acid 誘導体も作り出すことができました ( 図 14 ) 天然体の (+)- dihydroguaiaretic acid (DGA) では培養した Alternaria alternata は黒いのですが図 14 の 3 つの誘導体を加えた培地の Alternaria alternata は白色の部分が多くなっていますこれはメラニン色素の生合成阻害のためではないかと考えられます

図 14:dihydroguaiaretic acid 誘導体による植物病原カビである Alternaria alternata の白化作用発表論文 Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61, 8548-8555 (2013) Journal

12 図 14:dihydroguaiaretic acid 誘導体による植物病原カビである Alternaria alternata の白化作用発表論文 Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61, (2013) Journal of Agricultural and Food Chemistry, 65, (2017) 4)γ ブチロラクトン型リグナンについての研究 γ ブチロラクトン型リグナンについては 4 つの立体異性体が考えられますのでまず 4 つの立体異性体を合成しました ( 図 15)

13 図 15: マタイレジノールの 4 つの立体異性体の合成発表論文 Journal of natural products, 68, (2005) Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 71, (2007) マタイレジノール (matairesinol) は多くの食品性植物に存在するのでアレルギー抑制活性を測定するために菅原卓也先生との共同研究で IgE 産生抑制活性を測定しました ( 図 16) その結果立体異性体 22 が最も高いアレルギー抑制活性を持つことが分かりましたさらに誘導体を合成し構造活性相関研究を行いました図 16: マタイレジノールの 4 つの立体異性体の抗アレルギー活性 (IgE 産生抑制活性 )

14 発表論文 Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 74, (2010) γ ブチロラクトン型リグナンの一つにアクチゲニン (arctigenin) というゴボウの種子に含まれるがん細胞に対する細胞毒性活性を有する化合物がありますこのアクチゲニンにも 4 つの立体異性体が考えられますがそのうちの (8R,8'R) 体のベンゼン環上の置換基を変換した多数の誘導体を合成してがん細胞である HL-60 細胞および HeLa 細胞に対して細胞毒性活性試験を行ったところベンゼン環上に 2 つのクロロ基と 1 つのブチル基を持つ誘導体 26 が天然の (8R,8'R) 体のアクチゲニンと同等かそれ以上の高い活性を持つことがわかりました ( 図 17) 図 17: アクチゲニン誘導体のがん細胞に対する細胞毒性活性発表論文 Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 27, (2017) 次にアクチゲニンの 4 つの立体異性体を合成後がん細胞である HL-60 細胞とヨトウ蛾の細胞である Sf9 細胞に対して細胞毒性活性を調べましたがん細胞に対してはすべての立体異性体に活性が認められましたが昆虫細胞に対しては立体異性体 27 と 29 に活性が観察されましたこのことから 8 位の立体構造よりも 8' 位の R 体の立体構造が昆虫細胞に対する細胞毒性活性のために重要であることが示唆されましたこのことは昆虫細胞中にアクチゲニンのレセプタータンパクの存在を予想させる結果でもあります現在 27 の立体構造に固定してベンゼン環上の構造と活性との関係を調べていますまた立体異性体 27 の昆虫細胞に対する細胞毒性はが

15 ん細胞に対する活性よりも強いということも興味深いことです図 18: アクチゲニンの 4 つの立体異性体の細胞毒性活性の比較 5) フロフラン型リグナンについての研究フロフラン型リグナンはゴマに多く含まれるますが野菜類にも含まれることが分かっていますピノレジノールメデイオレジノールシリンガレジノールセサミンセサモリンセサモリノールサミンの両鏡像異性体を合成し植物の成長に与える影響を比較しましたその結果 (+)- セサミンはレタスの根の成長を促進し芽の成長を阻害しました (-)- セサモリンは ryegrass の芽の成長を阻害しました ( 図 19)

図 19: フロフラン型リグナンの植物成長調節活性発表論文 Journal of Agricultural and Food Chemistry, 63, 5224-5228 (2015) これまでのリグナン類は C6-C3 単位の 8 位と 8'

16 図 19: フロフラン型リグナンの植物成長調節活性発表論文 Journal of Agricultural and Food Chemistry, 63, (2015) これまでのリグナン類は C6-C3 単位の 8 位と 8' 位が結合したものですが次にそれ以外のリグナン類の研究について説明します 6)C6-C3 単位の 2 位と 9' 位が結合したリグナンの合成モリノール C および D は C6-C3 単位の 2 位と 9' 位が結合して立体異性体の関係にあります以下のように合成しました

17 図 20: モリノール C, D の立体異性体の合成発表論文 Organic & Biomolecular Chemistry, 1, (2003) 7)1,7-seco-2,7'-cyclolignan についての研究このリグナンは通常のリグナンの C6-C3 単位の 8 位と 8' 位との結合が 1 位と 7 位との間が解列し 2 位と 7' 位とで結合した構造をとっています簡単に言うと一方のフェニル基が 7' 位に転移した構造になっています以下のように全立体異性体の合成を行いました

18 図 21:1,7-seco-2,7'-cyclolignan の 4 つの立体異性体の合成発表論文 Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 78, (2014) 次に誘導体の合成を行ってがん細胞に対する構造活性相関の研究を行いましたその結果次の化合物に最も高い細胞毒性活性が観察されましたまたアポトーシスを誘導することも確認されました図 22:1,7-seco-2,7'-cyclolignan 誘導体のがん細胞に対する細胞毒性活

19 性発表論文 Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 24, (2014) 8)9- ノルリグナン (9-norlinan) についての研究 9- ノルリグナンとは C6-C3 単位が 2 単位結合した構造から 9 位の炭素が欠落したリグナン類のことを言います通常はリグナン類の炭素数は 12 個ですがノルリグナンでは 11 個の炭素からなっています図 23 に合成方法を示します図 23: ノルリグナン 31, 32 の合成次にメチル基が欠落していない前述の dihydroguaiaretic acid とのがん細胞昆虫細胞に対する細胞毒性の比較を行いましたこの結果メチル基欠落した立体構造 31 が最も高い細胞毒性活性を示すことが分かりました ( 図 24) 図 24:dihydroguaiaretic acid と 9- ノルリグナンの細胞毒性活性の比較発表論文

20 Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 26, (2016) 9) セスキリグナンについての研究セスキリグナンは C6-C3 単位が 3 単位結合したものです Morinol A, B はセスキリグナンであり立体異性体の関係にあり不斉炭素が 4 個あることから合成で 2 4 個 =16 個の立体異性体が考えられます図には 16 個の立体異性体の構築方法を示しています図 25: 立体異性体の合成

21 図 26: 立体異性体の合成合成したすべての立体異性体の植物病原性カビ Alternaria alternata に対する抗カビ活性試験においては最も抗カビ活性が高い立体異性体が 42 で 50 mm での成長率が 43% であり最も抗カビ活性が低い立体構造が 46 で 50 mm での成長率が 84% でしたがん細胞に対する細胞毒性活性についても立体異性体間で大きな差は観察されませんでしたので立体異性体 43 の立体構造に固定して誘導体を合成して構造活性相関を調べましたその結果図 27 の誘導体 49 が 43 よりも高い活性を示しました

22 図 27: セスキリグナンのガン細胞に対する細胞毒性活性発表論文 Journal of Natural Products, 70, (2007) Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 73, (2009) Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 23, (2013) 10) リグナン類の抗酸化活性についてリグナン類の多くはフェノール性水酸基を持つことから抗酸化活性を有していますがこれまでに示したようにリグナン類には多様な基本骨格があることからこの基本骨格が抗酸化活性にどのように影響を与えるかを調べてみましたその結果ベンジル位が酸化されていない骨格の方が抗酸化活性が高い傾向が示されましたこのことからリグナン類が抗酸化活性化合物として機能するとベンジル位が反応して酸化生成物が生成すると推定されます増田俊哉先生との共同研究ではベンジル位が酸化されていない食品性リグナンの 1 つであるセコイソラリシレシノールが酸化反応の条件下でベンジル位の 1 つが酸化されたやはり食品性リグナンの 1 つであるラリシレジノールに変換されました ( 図 28) 図 28: リグナンのベンジル位の酸化の例

23 発表論文 Food Chemistry, 123, (2010) Journal of Natural Products, 68, (2005) Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 71, (2007) II 酵母還元生成物を利用した天然物有機化合物の合成本研究室で得られた次の酵母還元生成物を用いて天物有機化合物の合成に用いましたラセミ体 50 を酵母で還元すると高い光学純度の 51 および 52 が得られます ( 図 29) 図 29: ラセミ体 50 の酵母還元生成物を天然物有機化合物の立体異性体の合成に利用する研究を行いました生物活性を有する天然物化合物の生物活性と構造との関係解明研究への貢献を目的にしています 1) ポリ不飽和脂肪酸合成への応用生体内では不飽和脂肪酸は代謝され炎症作用物質へ変化します不飽和脂肪酸代謝物である 6,7-hihydro-5-HETE lactone の両鏡像異性体の合成を行いました ( 図 30)

24 図 30:6,7-hihydro-5-HETE lactone の両鏡像異性体の合成発表論文 Journal of Chemical Society, Perkin Transaction I, 2002, )dihydropinidine epidihydropinidine およびジャコウネコのニオイ成分のの両鏡像異性体の合成 6 員環のケトエステルの酵母還元によっても高い光学純度でを得ることができますこの酵母還元生成物を利用して 6 員環のアルカロイドの 4 つの立体異性体を合成することができました ( 図 31) 図 31:6 員環アルカロイドのすべての立体異性体の合成また同様の合成方法でジャコウネコのニオイ成分の両鏡像異性体もの合成も行いました ( 図 32) 図 32: ジャコウネコのニオイ成分の両鏡像異性体

25 発表論文 Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 68, (2004) Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 70, (2006) 3)6- アルキル -α- ピロン (6-alkyl- -pyrone) 化合物の合成 (1):goniodiol のすべての立体異性体の合成 6- アルキル -α- ピロン化合物は漢方薬に使われる植物に含まれ多くの種類の生物活性が報告されていますが構造と活性との関係立体構造が生物活性に与える影響など不明ですそこで 2 つの酵母還元生成物を利用して goniodiol のすべての立体構造の合成を行いました ( 図 33 34) 6 位の不斉構築に酵母還元生成物の立体構造を利用し 2 つの水酸基の立体選択的導入に Shi のエポキシ化 AD-mix によるグリコール化を利用しました図 33:goniodiol の立体異性体の合成

26 図 34:goniodiol の立体異性体の合成抗菌活性試験の結果いずれの立体異性体も Yersinia intermedia に対して MIC mm の活性を示し特に立体異性体に高い活性が認められました発表論文 Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 72, (2008) 4) 6- アルキル -α- ピロン (6-alkyl- -pyrone) 化合物の合成 ( 2): boronolide の両鏡像異性体の合成酵母還元生成物を利用して boronolide の両鏡像異性体の合成を行いました酵母還元生成物の立体を 6 位の不斉構築に利用し 6 位に結合したアルキル基上の 3 つの酸素原子が結合した不斉構築には (s)- または (R)-2-methyl-CBS-oxazaborolidine AD-mix- または AD-mix- を利用しました ( 図 35) 合成したどちらの鏡像異性体もシバの根に対する弱い成長阻害活性を示しました

27 図 35:boronolide の両鏡像異性体の合成発表論文 Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 76, (2012) 5) 6- アルキル -α- ピロン (6-alkyl- -pyrone) 化合物の合成 ( 3): cryptocarya diacetate の全立体異性体の合成酵母還元生成物の立体構造を 6 位の不斉炭素の構築に利用することによって立体異性体の合成を行いました 6 位のアルキル基上の 2 つの不斉炭素は不斉 allyl 化と 1,3-syn 還元または 1,3-anti 還元を利用しました ( 図 36)

28 図 36:cryptocarya diacetate の全立体異性体の合成発表論文 Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 79, (2015) 6)6- アルキル -α- ピロン (6-alkyl- -pyrone) 化合物の合成 (4): 1,3- polyol/ -pyrone とその立体異性体の合成この化合物は cryptocarya diacetate よりも炭素鎖が長く末端にフェニル基を持つ化合物です cryptocarya diacetate の合成で用いた合成中間体を用いました得られた 8 個の立体異性体を植物病原カビに対して試験を行ったところ 0.5 mm での Alternaria alternata および Colletotrichum lagenarium の成長率が 50-70% でしたが立体異性体間での活性の差は確認されませんでした

29 図 37: のすべての立体異性体の合成 1,3-polyol/ -pyrone の全立体異性体の合成発表論文 Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters, 25, (2015)

有機化合物の反応９（2018）講義用.ppt

有機化合物の反応９（2018）講義用.ppt 有機化合物の反応 ( 第 9 回 ) 創薬分子薬学講座薬化学部門金光卓也ハロゲン化アルキルの反応性 l S N 1 と S N 2 の特徴の復習 l S N 1=Unimolecular Nucleophilic Substitution 単分子求核置換反応 l S N 2=Bimolecular Nucleophilic Substitution 二分子求核置換反応 1 反応速度 l S N