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高活性酸素酸化触媒の開発を基盤とした二量体型高次構造天然物の統合的合成

研究課題

研究課題/領域番号 23K27288
補助金の研究課題番号 23H02597 (2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2023)
応募区分一般
審査区分 小区分47010:薬系化学および創薬科学関連
小区分47050:環境および天然医薬資源学関連
合同審査対象区分:小区分47010:薬系化学および創薬科学関連、小区分47050:環境および天然医薬資源学関連
研究機関東北大学

研究代表者

植田 浩史  東北大学, 薬学研究科, 准教授 (50581279)

研究分担者 小林 長夫  信州大学, 繊維学部, 特任教授 (60124575)
研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)
2025年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2024年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2023年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
キーワード二量体型天然物 / 全合成 / 酸素酸化 / フタロシアニン / アルカロイド / 天然物合成 / 創薬研究 / 二量体構造 / カップリング反応 / 鉄フタロシアニン / 化学選択性
研究開始時の研究の概要

二量体型天然物は、構造の多様性と有用な生物活性を兼ね備えており、薬学的に注目を集めている化合物群である。しかし、既存の有機合成技術では、その量的供給や構造活性相関研究を視野に入れた誘導体合成は容易ではなく、二量体型天然物の系統的な創薬研究は困難である。本研究では、酵素を模倣した鉄フタロシアニン触媒による酸化的カップリング反応を基軸とし、多様な二量体型天然物の収束的合成を実現する統合的手法を開発する。さらに、天然物の構造をモチーフとした非天然の二量体型化合物を創製し、他に類を見ない化合物ライブラリーの構築を通じて、有機合成を基盤とした新たな創薬領域の開拓を目指す。

研究実績の概要

本申請課題では、生体酵素を模倣した高活性酸素酸化触媒の開発を基盤とした高次構造を有する二量体型天然物の統合的合成および創薬を指向した化合物ライブラリーの構築を目的とする。近年の医薬リード化合物の枯渇問題を受け、構造の多様性と有用な生物活性を兼ね備える、二量体型天然物が注目を集めている。しかしながら、その多くが自然界からの供給量が乏しく、また高度な構造のため有機合成による供給が困難なことから、創薬研究の対象から除外されているのが現状である。このような背景のもと、本研究では、酵素を模倣した鉄フタロシアニン触媒による酸化的カップリング反応を基軸とし、多様な二量体型化合物の収束的合成を実現する統合的手法の開発を目指す。さらに、掲げたコンセプトのもと、二量体型高次構造天然物や天然物の構造をモチーフとした非天然の二量体型化合物の収束的かつ網羅的全合成を通じて、独創的な創薬研究を展開する。
1) アミノ酸由来二量体型生物活性アルカロイドの高収束的全合成のテーマに関しては、独自に開発した酸化的カップリング反応を、トリプトファン残基を含む多様な生理活性オリゴペプチドや天然由来の環状ペプチド、医薬品ペプチドへと応用し、対象とする基質をこれまでの天然アルカロイドから中分子ペプチドまで拡大することに成功した。さらに、より分子量の大きいトリプトファン含有タンパク質の二量化反応を展開し、さらなる汎用性の拡大に向けて検討を行っている。
2) モノテルペンインドール由来二量体型生物活性アルカロイドの高収束的全合成のテーマに関しては、独自に開発した酸素酸化反応を、単量体にあたる多環性アルカロイド、プレイオカルパミンとピロカテク酸とのカテコールの酸化を伴うカップリングに適用した。その結果、既存の手法の収率を大幅に上回り、二量体型高次構造アルカロイドであるビプレオフィリンの世界初の完全化学合成を達成した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

モノテルペンインドール由来二量体型生物活性アルカロイドの高収束的全合成のテーマにおいて、標的化合物に設定したビプレオフィリンは、合成天然物合成の世界的第一人者でもあるHanessian教授が、現代の有機合成の分野において「登るべき山」と称した化合物であり、最も複雑な構造を有したインドールアルカロイドの一つとしてみなされている天然物である。その高度な構造により、研究の遂行に困難が予想されたが、本年度内での世界初の完全化学合成を達成することができた。さらに、確立した酸化的カップリング反応は、既存の手法と比較して目的化合物の収率をおよそ20倍も向上しており、標的化合物の量的供給を可能にした。これらの優れた研究成果により、研究計画を前倒しに進めることができ、天然物の全合成のみならず、単量体ユニットを立体異性体や構造の異なる他の天然物に置き換えた擬似的天然分子の創製まで着手できている。

今後の研究の推進方策

1) モノテルペンインドール由来二量体型生物活性アルカロイドの高収束的全合成に関しては、各ユニットが異なる構造様式を有するヘテロ二量体の合成研究を展開する。標的化合物として、ビンコリンとプレイオカルパミンから形成されるヘテロ二量体型天然物であるプレイオコリンを設定する。本化合物は、ヒドロキシインドリン骨格とカルボリン骨格が連続する四置換炭素で連結した高度に縮環した複雑な構造を有しており、未だその全合成例はない。具体的な合成戦略としては、独自に開発した酸素酸化反応をヒドロキシインドリン部の酸化を介する[3+2]環化付加反応へと応用する。本カップリング法の開発を通じて、プレイオコリンの世界初の全合成を目指す。さらに、確立した合成経路をもとに、擬似的天然分子の創製を行い、共同研究を通じて合成した化合物の生物活性評価を行う。
2) フェノール由来二量体型生物活性天然物の高収束的全合成に関しては、レスベラトロールのオリゴマー合成を行う。これまでに、レスベラトロールの二量体であるイプシロン-ビニフェリンの選択的な合成に成功しているが、収率に課題を残している。そのため、まず二量化反応における目的化合物の収率向上を目指し、触媒の構造や反応条件の最適化を行う。その後、ナパレンシノールBを含む四量体の収束的全合成を目指す。

報告書

(1件)
  • 2023 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 6件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Concise Total Synthesis of (+)-Pleiocarpamine and Convergent Total Syntheses of (+)-Voacalgine A and (+)-Bipleiophylline via an Aerobic Oxidative Coupling2023

    • 著者名/発表者名
      Okada Kosuke、Ojima Ken-ichi、Ueda Hirofumi、Tokuyama Hidetoshi
    • 雑誌名

      Journal of the American Chemical Society

      巻: 145 号: 30 ページ: 16337-16343

    • DOI

      10.1021/jacs.3c05811

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Synthetic Studies on Cimiciduphytine2023

    • 著者名/発表者名
      Ojima Ken-ichi、Ueda Hirofumi、Tokuyama Hidetoshi
    • 雑誌名

      Bulletin of the Chemical Society of Japan

      巻: 96 号: 5 ページ: 484-495

    • DOI

      10.1246/bcsj.20230054

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 自然から学ぶ天然物合成 二量体型天然物の収束的合成を目指して2024

    • 著者名/発表者名
      植田浩史
    • 学会等名
      日本薬学会第144年会 有機合成化学の若い力
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] エナンチオ選択的ポリエン環化を鍵とする(-)- Mycoleptodiscin Aの不斉全合成2024

    • 著者名/発表者名
      熊浩然 、高杉梨花、植田浩史、古田未有、徳山英利
    • 学会等名
      日本薬学会第144年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Catharanthineの合成研究2024

    • 著者名/発表者名
      難波咲己、植田浩史、徳山英利
    • 学会等名
      日本薬学会第144年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 脱炭酸型ラジカル環化反応を鍵とした(+)-Pericyclivineの合成研究2024

    • 著者名/発表者名
      西室創太、森安奎太、植田浩史、徳山英利
    • 学会等名
      日本薬学会第144年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 金触媒による連続環化を基盤とした海産グアニジンアルカロイドの網羅的全合成2023

    • 著者名/発表者名
      千葉七瀬、板垣大地、丸茂和哉、阿部祐大、牧亮太、植田浩史、徳山英利
    • 学会等名
      第34回万有仙台シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 酸素をバルク酸化剤としたグリシン誘導体の酸化的化学修飾法の開発と生理活性ペプチド修飾への応用2023

    • 著者名/発表者名
      吉田慶、山梨政人、植田浩史、徳山英利
    • 学会等名
      第21回次世代を担う有機化学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Chemo- and Site-Selective C-H Functionalization of N-Aryl Glycine Derivatives via Iron Phthalocyanine-Catalyzed Aerobic Oxidation2023

    • 著者名/発表者名
      Kei Yoshida, Masato Yamanashi, Nagao Kobayashi, Hirofumi Ueda, Hidetoshi Tokuyama
    • 学会等名
      Tohoku University's Chemistry Summer School 2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthetic Studies on (±)-Emetine Based on Desymmetrization Strategy2023

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Ueda, Hirofumi Ueda, Hidetoshi Tokuyama
    • 学会等名
      International Symposium for the 80th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthetic Studies on Normacusine B2023

    • 著者名/発表者名
      Sota Nishimuro, Keita Moriyasu, Hirofumi Ueda, Hidetoshi Tokuyama
    • 学会等名
      International Symposium for the 80th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Chemo- and Site-Selective C-H Functionalization of N-Aryl Glycine Derivatives via Iron Phthalocyanine-Catalyzed Aerobic Oxidation2023

    • 著者名/発表者名
      Kei Yoshida, Masato Yamanashi, Nagao Kobayashi, Hirofumi Ueda, Hidetoshi Tokuyama
    • 学会等名
      International Symposium for the 80th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Synthetic Studies on Chartelline C2023

    • 著者名/発表者名
      Haoran, Xiong, Hirofumi Ueda, Hidetoshi Tokuyama
    • 学会等名
      International Symposium for the 80th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 鉄フタロシアニン錯体の空気酸化を介した化学選択的、かつサイト選択的なN-アリールグリシン誘導体のC-H官能基化反応2023

    • 著者名/発表者名
      吉田慶、山梨政人、小林長夫、植田浩史、徳山英利
    • 学会等名
      第39回有機合成化学セミナー
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 酸素酸化反応を指向したフタロシアニン触媒の合成2023

    • 著者名/発表者名
      町田圭吾、植田浩史、小林長夫、徳山英利
    • 学会等名
      第52回複素環化学討論会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 創薬を指向した二量体型アルカロイドの合成研究2023

    • 著者名/発表者名
      植田浩史
    • 学会等名
      創薬等先端技術支援基盤プラットフォーム(BINDS) 第五回合成勉強会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] (+)-Pleiocarpamineおよび(+)-Bipleiophyllineの全合成2023

    • 著者名/発表者名
      植田浩史、岡田康佑、小島健一、徳山英利
    • 学会等名
      第49回反応と合成の進歩シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Iron-catalyzed biomimetic dimerization of tryptophan-containing peptides2023

    • 著者名/発表者名
      Kenta Noda, Soichiro Sato, Hiroyuki Hakamata, Eunsang Kwon, Nagao Kobayashi, Hirofumi Ueda, Hidetoshi Tokuyama
    • 学会等名
      The 60th Japanese Peptide Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Total Syntheses of (+)-Pleiocarpamine, (+)-Voacalgine A, and (+)-Bipleiophylline2023

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Ueda, Kosuke Okada, Ken-ichi Ojima, Hidetoshi Tokuyama
    • 学会等名
      The 15th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Iron-catalyzed Aerobic Dimerization of Tryptophane-Containing Peptides2023

    • 著者名/発表者名
      Soichiro Sato, Kenta Noda, Hiroyuki Hakamata, Eunsang Kwon, Nagao Kobayashi, Hirofumi Ueda, Hidetoshi Tokuyama
    • 学会等名
      The 15th International Kyoto Conference on New Aspects of Organic Chemistry
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Mycoleptodiscin Aの不斉全合成2023

    • 著者名/発表者名
      熊浩然、高杉梨花、植田浩史、古田未有、徳山英利
    • 学会等名
      第16回有機触媒シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] トリプトファン選択的なペプチドの二量化反応の開発とその応用2023

    • 著者名/発表者名
      野田健太、佐藤壮一郎、袴田容章、權垠相、小林長夫、植田浩史、徳山英利
    • 学会等名
      第38回有機合成化学若手研究者の仙台セミナー
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/read0152087

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [備考] 東北大学 研究者紹介

    • URL

      https://d36wdtkz20fgfe.cloudfront.net/ja/b3cd16f525013e64eca590b66b7a45d8.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2023-04-18   更新日: 2024-12-25  

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