JP2005112768A - ［１−１３ｃ］１−デオキシ−ｄ−キシルロースの製造法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】 一般式(I)で表されるアミド化合物を^１３Ｃ―メチルグリニヤー試薬と反応させて、一般式(II)で表されるケトン化合物を得、次いでケトン化合物(II)の水酸基の保護基を外して式(III)で表される［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ を得る。各式中、Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３は、同一または異なり、水酸基の保護基を示す。
【化１】

【効果】 ＤＯＸの１位炭素に^１３Ｃ同位体を導入した後は、水素添加による脱保護反応を行えばよく、極めて効率的な方法である。最終の脱保護基反応が非均一系で行われるため、比較的不安定でかつ水溶性の［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ(III)の単離が濾過、濃縮のみの単純操作で行え、汎用性の高い方法である。


【選択図】 なし

Description

本発明は、^１３Ｃ同位体によって１位が標識化された［１−^１３Ｃ］１−デオキシ−Ｄ−キシルロース（以下、［１−^１３Ｃ］ＤＯＸという）の新規製造法、［１−^１３Ｃ］ＤＯＸの酢酸エステル、およびその用途に関するものである。

テルペン類の生合成経路としては、従来メバロン酸を経るルートが提唱されていたにすぎないが、最近１−デオキシ−Ｄ−キシルロース（以下、ＤＯＸと略記する）を経由するルートも存在することが証明された。バクテリアによるテルペン生成を始めとして、ビタミンＢ６、Ｂ１等の生成にはこの新ルートが関わっていることが明らかにされた。

バイオテクノロジー的手法によって特定の化合物を生産するときに、細胞培養条件設定、植物の選択等の決定的な要因は、これらのルートの支配性を知ることである。この支配性を検証するために同位体標識化合物が用いられる。

事実、抗ガン剤を始め多くのテルペン類のバイオテクノロジー的手法による生産が企図され、この分野からの^１３Ｃ同位体の要望は高い。

以上の理由から、新ルートによるテルペン類合成の中間体である上記化合物ＤＯＸに^１３Ｃ同位体を含ませた標識化化合物の合成法確立は大きな重要性をもっている。

同位体を含まない１−デオキシ−Ｄ−キシルロースの合成法はいくつか報告されているが、利用できる同位体原料が非常に限定されているため、ほとんどの合成法は用をなさない。実際に^１３Ｃを導入するＤＯＸ合成法の報告は下記非特許文献１および２の２報である。しかし、これらの方法はいずれも高度な合成技術および知識を必要とし、極少量の合成には適用可能であるが、グラム単位での合成には適さない。
Thiel, R.; Adam, K. P. Phytochemistry 2002, 59, 269 Putra, S. R.; Lois, L. M.; Campos, N.; Boronat, A.; Rohmer, M. TetrahedronLett. 1998, 39, 23

［１−^１３Ｃ］ＤＯＸの合成において、利用できる炭素同位体原料は限定されかつ非常に高価であるため、全段階の合成収率よりも炭素同位体原料の有効活用が重要である。従来の合成法は、炭素同位体導入後数段階を経る必要があり、あるいは過剰量の炭素同位体原料を必要とするため、その効率が減じられてしまう。高価な同位体を使用する合成法では、その導入後はできるだけ短い行程、高い収率、容易な反応操作及び単純な生成物単離操作が望ましい。また、ＤＯＸは水溶性が高く、無水状態では２量体等を形成し、安定性に欠ける。したがって、大量合成可能な製造法の開発、および、安定でかつ細胞が効率的に取り込むＤＯＸ誘導体の開発が望まれる。

本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を重ね、アミド体とグリニャー試薬との反応によるＤＯＸの新規製造法を見出だし、本発明を完成した。また、安定な誘導体として酢酸エステルを開発した。

本発明は、一般式(I)

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３は、同一または異なり、水酸基の保護基を示す。）
で表されるアミド化合物を^１３Ｃ―メチルグリニヤー試薬と反応させて、一般式(II)

（式中、Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３は、同一または異なり、水酸基の保護基を示す。）
で表されるケトン化合物を得、次いでケトン化合物(II)の水酸基の保護基を外して式(III)

で表される［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ を得る、
［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ の製造法である。

本発明方法の出発物質であるアミド化合物(I)は、相当するカルボン酸(Tetrahedron Lett. 1997, 36, 6387; Tetrahedron Lett. 1999, 40, 6913)またはエステル(Tetrahedron Lett. 2001, 42, 3065)から誘導できると考えられるが、下記の工程で簡便に製造できる。すなわち、文献記載(Chandrasekhar, M.; Kusum, K. L.; Singh, V. K. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 2773)の方法により容易に合成できる化合物(1) を、その水酸基（またはベンジルエーテル基）を本発明における保護基Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３により保護した化合物(2) に導く。ついて化合物(2) に含水溶媒もしくはアルコール中、酸を作用させてアセトニド基を除去し、さらに過ヨー素酸によりジオールを開裂、さらに酸化を行ってカルボン酸(3) を合成する。カルボン酸(3) を相当するアミンと常法により縮合させることによりアミド化合物(I)を得る。

アミド化合物(I)およびケトン化合物(II)中における水酸基の保護基Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３としては、例えば「日本化学会編、新実験化学講座、１４，有機合成Ｖ、第１１−１章に記載されている保護基が挙げられる。具体的にはベンジル基、パラメトキシベンジル基、トリチル基、ｔ−ブチルジメチルシリル基、トリエチルシリル基などが例示される。

TR5 アミド化合物(I)と^１３Ｃ―メチルグリニヤー試薬との反応は、−４０℃から５０℃の範囲で、好ましくは０℃から室温付近で行われる。

ケトン化合物(II)の水酸基の保護基は、「日本化学会編、新実験化学講座、１４，有機合成Ｖ、第１１−１章に記載されている通常の条件により外され、目的の［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ(III)に導くことができる。具体的には、例えばパラジウム／炭素、水酸化パラジウム等の触媒存在下、１気圧から２０気圧、好ましくは常圧の水素圧下でケトン化合物(II)を水素と反応させて脱保護基反応を行うことができる。反応後、触媒を濾過により除去し、濾液を濃縮することにより目的物［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ(III)を得ることができる。

［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ(III)は、アセチル化を行うことにより式(IV)

（式中、Ａｃはアセチル基を示す。）
で表される酢酸エステルに導くことができる。酢酸エステル(IV)は新規化合物である。

アセチル化の反応溶媒としてはピリジンのような塩基性溶媒が好ましいが、ピリジンのような塩基性溶媒と例えば塩化メチレン等の他の有機溶媒との混合溶媒も使用できる。反応温度は好ましくは０℃から室温である。［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ(III)をアセチル化剤、例えば無水酢酸と反応させることにより、［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ(III)の３つの水酸基をアセチル化することができる。アセチル化反応は４−ジメチルアミノピリジン等の触媒存在下で行うこともできる。

酢酸エステル(IV)は、抗ガン剤、ビタミンＢ６、Ｂ１等のテルペン類をバイオテクノロジー的手法によって生産する方法を探査する際に決定的な要因を突き止めるための鍵化合物として有用な物質である。

本発明による［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ(III)の製造法は、ＤＯＸの１位炭素に^１３Ｃ同位体を導入した後は、水素添加による脱保護反応を行えばよく、極めて効率的な方法である。また、この方法は、最終の脱保護基反応が非均一系で行われるため、比較的不安定でかつ水溶性の［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ(III)の単離が濾過、濃縮のみの単純操作で行え、汎用性の高い方法である。

本発明による酢酸エステル(IV)はテルペン類のバイオテクノロジー的手法によって生産する方法を探査する際に鍵化合物として有用である。

つぎに、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例およびこれとの比較を示すための比較例をいくつか挙げる。

実施例１（化合物（２ａ）「Ｒ^１＝Ｒ^２＝Ｒ^３＝Ｂｎ」の合成）

文献記載(Chandrasekhar, M.; Kusum, K. L.; Singh, V. K. Tetrahedron Lett. 2002, 43, 2773)の方法によって得たアルコール体(1) （１．１２ｇ）のＤＭＦ（１０ｍｌ）溶液に６０％ＮａＨ（１８０ｍｇ）を０℃で加え、アルゴン雰囲気下１０分攪拌後、臭化ベンジル（０．５３ｍｌ）を滴下した。室温で１８時間反応を行った後、飽和塩化アンモニア水（１５ｍｌ）、アンモニア水（０．５ｍｌ）を加え、１０分攪拌した。酢酸エチルで抽出の後、有機層を５％塩酸、飽和重曹水、飽和食塩水で洗い、乾燥、濃縮して粗生成物を得た。粗生成物をカラムクロマトグラフィーによって精製して、化合物（２ａ）１．３８ｇ（９９％）を得た。

^１Ｈ−ＮＭＲ δ： 1.32 (s, 3H), 1.40 (s, 3H), 3.57-3.64 (m, 2H), 3.73-3.78 (m, 1H), 3.84-3.89 (m, 1H), 3.91-3.98 (m, 2H), 4.24 (ddd, J=7.65, 11.1, 11.6 Hz, 1H), 4.46 (d, J=3.35 Hz, 2H), 4.69 (ddd, J=17.7, 37.8, 39.6 Hz, 4H), 7.28-7.36 (m,
15H)

実施例２（化合物（２ｂ）「Ｒ１＝Ｒ２＝Ｂｎ、Ｒ３＝ＰＭＢ」の合成）

アルコール体(1) （７．８６ｇ）のＤＭＦ（２０ｍｌ）／ＴＨＦ（８ｍｌ）溶液に６０％ＮａＨ（１．２６ｇ）を０℃で加え、アルゴン雰囲気下３０分攪拌後、４−メトキシベンジルクロリド（３．４３ｍｌ）を滴下した。室温で１８時間反応を行った後、飽和塩化アンモニア水（３０ｍｌ）、アンモニア水（１ｍｌ）を加え、３０分攪拌した。ヘキサン／酢酸エチル（１／１）で抽出の後、有機層を５％塩酸、飽和重曹水、飽和食塩水で洗い、乾燥、濃縮して粗生成物を得た。粗生成物をカラムクロマトグラフィーによって精製して、アセトニド（２ｂ）９．９５ｇ（９７％）を得た。式中、ＰＭＢはパラメトキシベンジル基を示す。

^１Ｈ−ＮＭＲ δ： 1.31 (s, 3H), 1.40(s, 3H), 3.53-3.60 (m, 2H), 3.74 (dd, J=5.65, 9.0 Hz, 1H), 3.80 (s, 3H), 3.84 (t, J=3.85 Hz, 1H), 3.94 (ddd, J=7.95, 14.8, 15.1 Hz), 4.22 (ddd, J=6.5, 11.2, 11.5 Hz), 4.40 (dd, J=11.5, 17.9 Hz, 2H), 4.59 (dd, J=11.5, 16.4 Hz, 2H), 4.69 (dd, J=11.5, 21.8 Hz, 2H), 6.86 (d, J=8.5 Hz, 2H), 7.20-7.35 (m, 14H)

実施例３（化合物（Ｉａ）「Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｂｎ」の合成）

アセトニド（２ａ）（８．３ｇ）のメタノール（２０ｍｌ）溶液に５％塩酸（５ｍｌ）を加え、室温で２日間攪拌した。反応液を飽和重曹水に注ぎ、酢酸エチルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、乾燥、濃縮して粗生成物を得た。

得られたジオールをメタノール（１５ｍｌ）とｐＨ６．８８リン酸緩衝液（７．５ｍｌ）の混合液に溶かし、氷浴下ＮａＩＯ_４（３．７２ｇ）を加えた。室温で１時間反応を行い、反応液をシリカゲルとセライトを用いて濾過した。濾取した沈殿物をメタノールで洗い、有機層を濃縮した。濃縮残渣を酢酸エチル（２０ｍｌ）に溶かし、飽和Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３水、飽和食塩水で洗浄後、乾燥、濃縮して粗生成物を得た。得られた粗アルデヒドを水（１０ｍｌ）、ｔＢｕＯＨ（１０ｍｌ）およびｐＨ６．８８リン酸緩衝液（１０ｍｌ）の混合液に溶かし、ＮａＨ_２ＰＯ_４（１．５７ｇ）、２−メチル−２−ブテン（６．５１ｍｌ）、ＮａＣｌＯ_２（３．５５ｇ）を加えた。室温で１．５時間反応後、５％塩酸を加えて液を酸性にし、酢酸エチルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、乾燥、濃縮して粗生成物を得た。

得られたカルボン酸とＭｅＮＨ（ＯＭｅ）・ＨＣｌ（１．８７ｇ）のＣＨ_２Ｃｌ_２（１５ｍｌ）溶液にピリジン（１．５８ｍｌ）とジシクロヘキシルカルボジイミド（４．０４ｇ）を加え、室温で１日攪拌した。反応混合物をセライト濾過後、酢酸エチルで分液ロートに移し、５％塩酸、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄後、乾燥、濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーによって精製して、アミド（Ｉａ）４．１ｇを得た。

^１Ｈ−ＮＭＲ δ： 3.09 (s, 3H), 3.43 (s, 3H), 3.63 (dd, J=5.5, 10.3 Hz, 1H), 3.69 (dd, J=5.5, 10.3 Hz, 1H), 4.06 (dd, J=5.5, 10.7 Hz, 1H), 4.43-4.51 (m, 4H), 4.69 (s, 2H), 4.75 (d, J=11.9 Hz, 1H), 7.25-7.35 (m, 15H)

実施例４（化合物（Ｉｂ）「Ｒ１＝Ｒ２＝Ｂｎ、Ｒ３＝ＰＭＢ」の合成）

アセトニド（２ｂ）（４．４ｇ）のジオキサン（２０ｍｌ）とメタノール（１０ｍｌ）溶液に５％塩酸（５ｍｌ）を加え、室温で１日攪拌した。反応液を飽和重曹水に注ぎ、酢酸エチルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、乾燥、濃縮して粗生成物を得た。

得られたジオールをメタノール（１０ｍｌ）、ｐＨ６．８８リン酸緩衝液（５ｍｌ）および水（１０ｍｌ）の混合液に溶かし、この溶液に氷浴下ＮａＩＯ_４（２．０７ｇ）を加えた。室温で５時間反応を行い、反応液をシリカゲルとセライトを用いて濾過した。濾取した沈殿物をメタノールで洗い、有機層を濃縮した。濃縮残渣を酢酸エチル（２０ｍｌ）に溶かし、飽和Ｎａ_２Ｓ_２Ｏ_３水、飽和食塩水で洗浄後、乾燥、濃縮して粗生成物を得た。得られた粗アルデヒドを、水（１０ｍｌ）、ｔＢｕＯＨ（１０ｍｌ）およびｐＨ６．８８リン酸緩衝液（１０ｍｌ）の混合液に溶かし、ＮａＨ_２ＰＯ_４（８９３．８ｍｇ）、２−メチル−２−ブテン（３．６９ｍｌ）、ＮａＣｌＯ_２（２．０１ｇ）を加えた。室温で２．５時間反応後、５％塩酸を加えて液を酸性にし、酢酸エチルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、乾燥、濃縮して粗生成物を得た。

得られたカルボン酸とＭｅＮＨ（ＯＭｅ）・ＨＣｌ（１．０７ｇ）のＣＨ_２Ｃｌ_２（２０ｍｌ）溶液にピリジン（０．８９ｍｌ）とジシクロヘキシルカルボジイミド（２．３１ｇ）を加え、室温で１日攪拌した。反応混合物をセライト濾過後、酢酸エチルで分液ロートに移し、５％塩酸、飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄後、乾燥、濃縮した。得られた粗生成物をカラムクロマトグラフィーによって精製して、アミド（Ｉｂ）２．７８ｇを得た。式中、ＰＭＢはパラメトキシベンジル基を示す。

^１Ｈ−ＮＭＲ δ： 3.09 (s, 3H), 3.44 (s, 3H), 3.60 (dd, J=5.4, 10.3 Hz, 1H), 3.66 (dd, J=5.2, 10.3 Hz, 1H), 3.80 (s, 3H), 4.04 (dd, J=5.4, 10.7 Hz, 1H), 4.3-4.4 (m, 2H), 4.4-4.5 (m, 2H), 4.69 (s, 2H), 4.75 (d, J=12.3 Hz, 1H), 6.83 (d, J=8.5 Hz, 2H), 7.18 (d, J=8.5 Hz, 2H), 7.25-7.34 (m, 10H)

実施例５（化合物（IIａ）「Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ３＝Ｂｎ」の合成）

アミド（Ｉａ）（３．１４ｇ）のＴＨＦ（１５ｍｌ）溶液にアルゴン雰囲気下、別途、エーテル（７ｍｌ）中Ｍｇ（１６９．９ｍｇ）と^１３ＣＨ_３Ｉ（１ｇ）から調製した^１３Ｃ―グリニャー試薬を０℃で加えた。室温で１８時間反応後、反応液を飽和塩化アンモニア水に加え、酢酸エチルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、乾燥、濃縮した。濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製して、ケトン体（IIａ）（９４１．１ｍｇ、３３％）を得た。

［α］_Ｄ ^２３−36.25 (c 0.35, CHCl_３)
^１Ｈ−ＮＭＲ δ： 2.14 (d, J=128.15 Hz, 3H), 3.60 (d, J=6.1 Hz, 2H), 3.95-3.97 (m, 2H), 4.39-4.45 (m, 3H), 4.51 (d, J=11.6 Hz, 1H), 4.63 (d, J=11.6 Hz, 1H), 4.67 (d, J=11.9 Hz, 1H), 7.24-7.34 (m, 15H)

実施例６（化合物（IIｂ）「Ｒ１＝Ｒ２＝Ｂｎ、Ｒ３＝ＰＭＢ」の合成）

アミド（Ｉｂ）（２．８７ｇ）のＴＨＦ（１５ｍｌ）溶液にアルゴン雰囲気下、別途、エーテル（７ｍｌ）中Ｍｇ（１６９．９ｍｇ）と^１３ＣＨ_３Ｉ（１ｇ）から調製した^１３Ｃ―グリニャー試薬を０℃で加えた。室温で３時間反応後、反応液を飽和塩化アンモニア水に加え、酢酸エチルで抽出した。有機層を飽和食塩水で洗浄後、乾燥、濃縮した。濃縮物をカラムクロマトグラフィーで精製して、ケトン体（IIｂ）（６１６．９ｍｇ、２４％）を得た。式中、ＰＭＢはパラメトキシベンジル基を示す。

［α］_Ｄ ^２３−40.74 (c 1.00, CHCl_３)
^１Ｈ−ＮＭＲ δ： 2.13 (d, J=126.6 Hz, 3H), 3.58 (d, J=6.0 Hz, 2H), 3.80 (s, 3H), 3.93-3.96 (m, 2H), 4.34 (d, J=11.3 Hz, 1H), 4.37 (d, J=11.3 Hz, 1H), 4.34 (d, J=11.7 Hz, 1H), 4.50 (d, J=11.7 Hz, 1H), 4.62 (d, J=11.7 Hz, 1H), 4.65 (d, J=11.7 Hz, 1H), 6.85 (d, J=8.6 Hz, 2H), 7.18 (d, J=8.6 Hz, 2H), 7.20-7.34 (m, 10H)

実施例７（化合物（III）の合成）

ケトン（IIａ）（２２７．３ｍｇ）のアセトン（４ｍｌ）と水（０．５ｍｌ）の溶液に１０％Ｐｄ／Ｃ（６０ｍｇ）を加え、水素ガス雰囲気下室温で１１５時間攪拌した。反応混合物をセライト濾過し、メタノールで洗う。濾液を濃縮して、［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ(III)（９５．３ｍｇ）を得た。

この化合物は２量体等の複数種の混合物として存在するため、粗生成物のまま次式のアセチル化に供したが、必要であればこのままバイオテクノロジー実験に用いることもできる。

実施例８（化合物（IV）の合成）

［１−^１３Ｃ］ＤＯＸ(III)（９５．３ｍｇ）にピリジン（０．２ｍｌ）を加え、氷浴下、無水酢酸（０．３２ｍｌ）を滴下した。室温で１日攪拌後、反応混合物を５％塩酸に注ぎ、酢酸エチルで抽出した。有機層を飽和重曹水、飽和食塩水で洗浄後、乾燥、濃縮した。粗生成物をカラムクロマトグラフィーで精製して、酢酸エステル（IV）（６６．９ｍｇ、４６％）を得た。

［α］_Ｄ ^２３34.90 (c 0.65, CHCl_３)
^１Ｈ−ＮＭＲ δ： 2.06 (s, 3H), 2.08 (s, 3H), 2.21 (s, 3H), 2.21 (d, J=128.75 Hz, 3H), 4.14 (dd, J=6.6, 11.6 Hz, 1H), 4.30 (dd, J=5.8, 11.6 Hz, 1H), 5.25 (d, J=3.0 Hz, 1H), 5.59 (ddd, J=3.0, 5.8, 6.6 Hz, 1H)

Claims (3)

1. 一般式(I)
   

   

   （式中、Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３は、同一または異なり、水酸基の保護基を示す。）
   で表されるアミド化合物を^１３Ｃ―メチルグリニヤー試薬と反応させて、一般式(II)
   

   

   （式中、Ｒ^１、Ｒ^２およびＲ^３は、同一または異なり、水酸基の保護基を示す。）
   で表されるケトン化合物を得、次いでケトン化合物(II)の水酸基の保護基を外して式(III)
   

   

   で表される［１−^１３Ｃ］１−Ｄ−キシルロースを得る、
   ［１−^１３Ｃ］１−Ｄ−キシルロースの製造法。
2. 式(IV)
   

   

   （式中、Ａｃはアセチル基を示す。）
   で表される［１−^１３Ｃ］１−Ｄ−キシルロースの酢酸エステル。
3. 式(IV)
   

   

   （式中、Ａｃはアセチル基を示す。）
   で表される［１−^１３Ｃ］１−Ｄ−キシルロースの酢酸エステルを、テルペン類のバイオテクノロジー的手法によって生産する方法を探査するのに使用する用途。