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本研究課題では、テルペン環化酵素のメカニズムについて、実験化学的手法および計算化学的手法を用いて詳細な解析を行った。特に、トリフルオロメチル基を有する人工基質を合成し、環化反応の制御メカニズムを精査した。トリフルオロメチル基の導入により、カルボカチオンの求電子性の向上や二重結合の電子密度低下などが引き起こされ、これらの変化が環化反応に与える影響を明らかにすることを目的とした。さらに、天然のテルペン環化反応では、基質中のMe基が反応の制御に重要な役割を果たしていることが示唆されていたため、人工基質を用いた実験結果と天然基質による反応機構を比較することで、Me基の役割についても考察した。
また、天然のテルペン環化反応でのMe基の役割をより深く理解するために、spiroalbateneとpeniroquesineという2種のテルペン化合物の生合成反応機構に着目した。Spiroalbatene生合成では、予想されていた非古典的カチオン種は生成せず、その制御メカニズムを計算化学的手法により明らかにした。一方、peniroquesine生合成では、複雑な骨格転位反応が起こることが知られていたが、その詳細なメカニズムは不明であった。本研究では、計算化学的手法を用いて反応経路を探索し、骨格転位反応のメカニズムを解明することに成功した。
本研究は、テルペン環化反応機構の深い理解と「自然に学ぶものづくり」への応用という工学的意義、およびカルボカチオンの反応性という基礎学理の追求という意義を併せ持つ。本研究で得られた知見は、新たな生理活性物質の創製や、効率的な物質生産プロセスの開発に寄与すると期待される。本研究課題実施期間に、総説1報、原著論文7報の研究成果を発表し、国内外の学会でも成果を発表した。
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