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計算化学に基づく高精度合成計画法の開発と複雑天然物のコンピューター支援全合成

Research Project

Project/Area Number 22K18340
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 37:Biomolecular chemistry and related fields
Research InstitutionToyama Prefectural University

Principal Investigator

占部 大介  富山県立大学, 工学部, 教授 (80503515)

Project Period (FY) 2022-06-30 – 2028-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000)
Fiscal Year 2027: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2026: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Keywords有機合成化学 / 全合成 / 天然物 / 遷移状態 / 計算化学 / DFT計算 / 天然物化学
Outline of Research at the Start

本研究では、創薬リードとなりうる生物活性複雑中分子(天然物)の革新的な合成供給単純化を目指し、有機合成化学と計算化学を基盤とした高精度合成計画プログラムの構築とその計画に基づいた複雑天然物のコンピューター支援全合成を実施する。具体的には、1.半自動遷移状態探索プログラムの作成、2.コンピューター上での反応最適化法の確立、3.超複雑天然物のコンピューター支援全合成を実施する。

Outline of Annual Research Achievements

半自動遷移状態探索プログラムの適用範囲拡大に向け、R5年度は、遷移金属である金を利用したエーテル環化の反応機構解析に取り組んだ。具体的には当研究室のホルモサリドAの合成研究で利用している位置選択的エーテル環化の反応機構解析を実施した。本反応では、実験的に2つのヒドロキシ基の保護基の違いによって位置選択性が制御されることが分かったため、保護基が異なるモデル化合物を設定し、そのエーテル環化の遷移状態を計算した。その結果、保護基の違いにより、ジオール構造が生じさせる2面角が異なり、これが環化の位置選択性に影響を及ぼすことを明らかにした。この解析では、構造主成分解析、という新しい解析を提案した。遷移金属を用いた反応形式も、比較的精度よく再現できることは示され、半自動遷移状態探索プログラムの適用範囲拡大に向けた有意義な知見を得た。
研究協力者によって開発されたpythonライブラリを利用して、Diels-Alder反応を鍵としたアゲリフィリンの不斉全合成を達成した。この合成では、Diels-Alder反応を進行させ、かつ立体選択的に望む化合物が得られる基質をあらかじめ、in silicoで設計した。設計した化合物を実際に合成してDiels-Alder反応を行ったところ、目的とする合成中間体を収率良く得ることができた。その後、アゲリフィリンの特徴的な構造である2-アミノイミダゾールを構築し、市販化合物から16工程でアゲリフィリンのエナンチオマーを全合成した。この合成によって、半自動遷移状態探索プログラムの有用性と、全合成研究における反応予測の有用性を示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

半自動遷移状態探索プログラムを作動させるpythonライブラリの作成と、それを利用した合成計画立案および複雑天然物の全合成に成功した。反応予測としてはDiels-Alder反応に限られているものの、予想よりも早く本研究の概念を実証することができた。

Strategy for Future Research Activity

半自動遷移状態探索プログラムの適用範囲拡大に向け、ジアステレオ選択性が逆転する求核付加反応を取り上げ、遷移状態計算および反応機構解析を行う。これにより、ジアステレオ選択的な反応の選択性を正しく予測できるか否か、を検証する。
アゲリフィリンを含む2-アミノイミダゾール天然物には類似構造を持つ多様な種類が存在し、それらは有機合成化学的な観点からは、同様の中間体から合成できる可能性がある。今後は、コンピュータ上で設計した仮想的な中間体が望む反応を起こすか否か、その反応で異なる天然物が合成できるかを検証し、実際に合成研究を進める。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Comments on the Screening Results   Research-status Report
  • Research Products

    (66 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (17 results) (of which Peer Reviewed: 17 results,  Open Access: 2 results) Presentation (47 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Species-specific secondary metabolism by actinomycetes of the genus Phytohabitans and discovery of new pyranonaphthoquinones and isatin derivatives2023

    • Author(s)
      Triningsih Desy W.、Harunari Enjuro、Fukaya Keisuke、Oku Naoya、Urabe Daisuke、Igarashi Yasuhiro
    • Journal Title

      The Journal of Antibiotics

      Volume: 76 Issue: 5 Pages: 249-259

    • DOI

      10.1038/s41429-023-00605-2

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  • [Journal Article] Isolation and structure determination of allopteridic acids A?C and allokutzmicin from an unexplored actinomycete of the genus Allokutzneria2023

    • Author(s)
      Liu Chang、Zhang Zhiwei、Fukaya Keisuke、Oku Naoya、Harunari Enjuro、Urabe Daisuke、Igarashi Yasuhiro
    • Journal Title

      The Journal of Antibiotics

      Volume: 76 Issue: 6 Pages: 305-315

    • DOI

      10.1038/s41429-023-00611-4

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  • [Journal Article] Computational Study Focusing on a Comprehensive Conformational Analysis of Transition States for Aza-Spiro Ring Formations with <i>N</i>-Alkoxyamides2023

    • Author(s)
      Fukaya Keisuke、Sato Takaaki、Chida Noritaka、Urabe Daisuke
    • Journal Title

      The Journal of Organic Chemistry

      Volume: 88 Issue: 19 Pages: 13655-13665

    • DOI

      10.1021/acs.joc.3c01343

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    • Author(s)
      Yamaguchi Ayu、Kishimoto Takao、Urabe Daisuke
    • Journal Title

      Journal of Agricultural and Food Chemistry

      Volume: 71 Issue: 40 Pages: 14666-14677

    • DOI

      10.1021/acs.jafc.3c03402

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      Watanabe Yuuki、Sakata Komei、Urabe Daisuke、Hagiwara Koichi、Inoue Masayuki
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      The Journal of Organic Chemistry

      Volume: 88 Issue: 24 Pages: 17479-17484

    • DOI

      10.1021/acs.joc.3c02290

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      Soda Yasuki、Sugiyama Yasukazu、Sato Shunsei、Shibuya Kana、Saegusa Junya、Matagawa Tomoe、Kawano Sayaka、Yoritate Makoto、Fukaya Keisuke、Urabe Daisuke、Oishi Takeshi、Mori Kento、Simizu Siro、Chida Noritaka、Sato Takaaki
    • Journal Title

      Synthesis

      Volume: 55 Issue: 04 Pages: 617-636

    • DOI

      10.1055/a-1941-8680

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      Journal of Natural Products

      Volume: 85 Issue: 12 Pages: 2796-2803

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      10.1021/acs.jnatprod.2c00781

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      The Journal of Organic Chemistry

      Volume: 87 Issue: 22 Pages: 15618-15633

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      10.1021/acs.joc.2c02204

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      Kishimoto Takao、Hiyama Ayumi、Yamashita Ayana、Takano Toshiyuki、Tobimatsu Yuki、Urabe Daisuke
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      ACS Sustainable Chemistry & Engineering

      Volume: 10 Issue: 37 Pages: 12394-12401

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      10.1021/acssuschemeng.2c03861

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      Triningsih Desy W.、Zhou Tao、Fukaya Keisuke、Harunari Enjuro、Oku Naoya、Urabe Daisuke、Igarashi Yasuhiro
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      The Journal of Antibiotics

      Volume: 75 Issue: 11 Pages: 610-618

    • DOI

      10.1038/s41429-022-00558-y

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    • Author(s)
      Harunari Enjuro、Mae Shunsuke、Fukaya Keisuke、Tashiro Etsu、Urabe Daisuke、Igarashi Yasuhiro
    • Journal Title

      The Journal of Antibiotics

      Volume: 75 Issue: 10 Pages: 542-551

    • DOI

      10.1038/s41429-022-00559-x

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      Liu Chang、Zhang Zhiwei、Fukaya Keisuke、Urabe Daisuke、Harunari Enjuro、Oku Naoya、Igarashi Yasuhiro
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      Journal of Natural Products

      Volume: 85 Issue: 8 Pages: 1993-1999

    • DOI

      10.1021/acs.jnatprod.2c00331

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      Koizumi Jun、Tanaka Kaoru、Fukaya Keisuke、Urabe Daisuke
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      The Journal of Organic Chemistry

      Volume: 87 Issue: 16 Pages: 11185-11195

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      10.1021/acs.joc.2c01497

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    • Journal Title

      Journal of Natural Products

      Volume: 85 Issue: 7 Pages: 1763-1770

    • DOI

      10.1021/acs.jnatprod.2c00281

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      Matsuyuki Yoe、Fukaya Keisuke、Urabe Daisuke
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      Volume: 86 Pages: 832-836

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      10.1093/bbb/zbac061

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    • Journal Title

      Journal of Natural Products

      Volume: 85 Issue: 4 Pages: 1098-1108

    • DOI

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    • Journal Title

      ACS Omega

      Volume: 7 Issue: 11 Pages: 9846-9852

    • DOI

      10.1021/acsomega.2c00144

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Published: 2022-07-05   Modified: 2024-12-25  

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