2014 Fiscal Year Research-status Report
立体固定型発色団合成を基盤とするフィトクロムの構造と機能の解明
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25620028
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
宇梶 裕 金沢大学, 物質化学系, 教授 (80193853)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 合成化学 / 有機化学 / フィトクロム / 生体分子 / 植物機能 / 光スイッチ / 立体固定型 / 酸化的官能基化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，“植物の眼”ともいえる光受容色素タンパク質フィトクロムの機能を，有機合成化学の立場から解明することが目的である。フィトクロムは，分子量約12万の光受容色色素タンパク質で，赤色領域の光を吸収するフィトクロモビリン(PΦB)などの開環状テトラピロール（ビリン）誘導体を発色団として有し，生理学的に不活性なPr型と活性なPfr型との間で相互変換し，植物の発芽等の様々な調節機能を有している。しかし，これらの発色団は天然からの入手は非常に困難であり，発色団の立体構造と機能の関係は全く不明であった。そこで，「立体固定型発色団の化学合成」というアプローチで発色団の本質に迫り，フィロクロムの機能解明にチャレンジした。特に，酸化的官能基化を基盤とする立体固定型フィトクロム発色団の合成について集中的に検討した。
ＣＤ環ジピロールのNBSによる酸化によりメソ位が選択的に臭素化されることを見出した。次に，この臭素化体を炭素置換体に変換できれば，メソ位固定型発色団の合成が可能と考え，炭素鎖導入について検討したところ，ビニル型Grignard試薬を用いると収率よく炭素鎖を導入できることを見出した。そこで，この知見を元にω位に脱離基を有するビニル型Grignard試薬を反応させ，さらに環化反応を試みたところ，15E固定型ＣＤ環を得ることができた。最後にＡＢ環部位とのカップリングにより，15E固定型フィトクロム発色団の合成を達成することができた。
一方，DDQを用いるC環型ピロールの酸化において，側鎖α位の選択的酸化を実現することができ，これを応用して７員環固定型15E-anti立体固定発色団の合成に目処をつけることもできているが，８員環固定型発色団の合成も必要である。α位の選択的酸化生成物のアルデヒドの増炭反応について検討した結果，可能であるという知見を得ることができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ピロール化合物の選択的酸化による立体固定型発色団の合成について種々検討した。［１）ジピロール類の位置選択的な酸化的官能基化生成物を利用した立体固定型発色団合成法の開発，２）モノピロール類の位置選択的な酸化的官能基化生成物からの立体固定型法の開発，］
１）ＣＤ環ジピロールのNBSによる酸化によりメソ位が選択的に臭素化されることを見出した。次に，この臭素化体への炭素鎖導入について検討した。その結果，エステル官能基が存在するにもかかわらず，ビニル型Grignard試薬を用いると収率よく炭素鎖導入が可能であることを見出し，クロスカップリングなどのように高価な遷移金属を用いること無くメソ位に炭素鎖導入への道筋を見つけることができた。ω位に脱離基を有するビニル型Grignard試薬を用いて環化を行ったところ，Ｄ環側で環化反応が進行することを明らかにした。現在のところ，１種類だけであるがメソ位固定型発色団合成への端緒をつかむことができている。
２）一方，DDQを用いるC環型ピロールの酸化生成物であるピロールカルボアルデヒドを活用して７員環型15E-anti立体固定発色団の合成に目処をつけることもできているが，８員環固定型発色団の合成も必要であった。そのために，対応するアルデヒドのWittig反応-ビニルエーテル加水分解による増炭反応を検討したが，ビニルエーテルの加水分解が通常の酸加水分解条件では目的の生成物をほとんど得ることができなかった。種々検討した結果，反応系内で塩化水素を発生させる手法により，高収率で加水分解できることを見出した。このことを利用することにより，８員環固定型15E-anit反応団への道筋をつけることができた。未だ最終生成物の合成まで至っていないこと， Wittig試薬型Ｄ環の効率よい合成ができていない等，課題を残しているが，概ね計画通りに進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
ピロール化合物の選択的酸化を基盤とする立体固定型フィトクロム発色団の効率的合成の実現を図る。
１）ＣＤ環ジピロールのNBSによる酸化によりメソ位が選択的に臭素化されることを見出し，ビニル型置換基の導入は可能となっている。しかし，メソ位固定型発色団のより効率的合成のためには，sp3炭素のGrignard試薬による導入が望まれる。現在のところ，sp3炭素のGrignard試薬を用いた場合には，低収率でしか生成物を得られない。そこで，活性化剤の添加等により，sp3炭素のGrignard試薬での炭素置換基導入の効率向上を目指す。実現できれば，メソ位固定型発色団の合成が一層効率的に実現できる可能性が高まる。
一方，現在環化反応を行うとＤ環側で環化反応が進行する。発色団の機能解明のためには，Ｃ環側で環化することがより望まれる。そこで，環化反応における条件検討を行うか，基質の窒素上への保護基の導入，あるいは予めＣ環窒素上に環化のための足場を築いておいてから環化を行う，等の検討により，Ｃ環側での環化を実現させていきたい。
２）DDQを用いるC環型ピロールの酸化生成物であるピロールカルボアルデヒドを活用して増炭した後に，８員環型15E-anti立体固定発色団の合成に目処をつけることもできているが，未だ最終生成物の合成まで至っていない。特に，Ｄ環側のWittig試薬型中間体の効率よい合成ができていないことから，大量合成に向く高効率的Ｄ環部位の合成法を確立する。さらに，増炭ピロールカルボアルデヒドとのWittig反応-環化を行い，最終的にＡＢ環とカップリングすることにより15E-anti立体固定型発色団の合成を達成したい。
最終的に共同研究により，合成した立体固定型発色団とアポタンパク質との再構成実験を行うことにより，フィトクロム発色団の機能解明につなげていきたい。
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