JP7194942B2 - 2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=2-メチルブチレート、それを含むフェロモン剤及びフェロモン製剤、並びにエアリアル=ルート=ミーリーバグの管理方法 - Google Patents
2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=2-メチルブチレート、それを含むフェロモン剤及びフェロモン製剤、並びにエアリアル=ルート=ミーリーバグの管理方法 Download PDFInfo
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Description
なお、本明細書中の中間体、試薬および目的物の化学式において、構造上、エナンチオ異性体(enantiomer;光学異性体)あるいはジアステレオ異性体(diastereomer)等の立体異性体が存在し得るものがあるが、特に記載がない限り、各化学式はこれらの異性体の全てを表すものとする。また、これらの異性体は、単独で用いてもよいし、混合物として用いてもよい。
<ARMBのフェロモンの単離、同定>
ARMBのフェロモンは、以下のように、単離され、同定(構造推定)された。
最初に、ガラス製チャンバー(1L)中においてカボチャ果実で飼育したARMBの処女雌からヘッドスペース揮発物(Headspace volatiles)を1L/分の流速で引きHayeSepQ吸着剤(1g)に捕集した。揮発成分は3~4日毎に15mLのn-ヘキサンで抽出し、室温でエバポレーターにより濃縮した。濃縮物は-20℃で保管した。294,000雌成虫x日相当量(female day equivalents)を捕集した。エレクトロアンテノグラフィック=ディテクター(Electroantennographic detector;EAD)を備えたガスクロマトグラフ(GC)で得られた粗抽出物を分析したところ、DB-23カラムでKovat’s indexが2185を有する単一の化合物(1)が触角の反応を引き起こし、フェロモン候補物質として見いだされた。
カルボニル炭素の信号の一つ(175.5ppm)はカルボン酸エステルに特徴的であり、その存在を示唆した。HSQC(Heteronuclear single-quantum coherence)分析とHMBC(Heteronuclear multiple-bond coherence)分析で、このカルボニル炭素はメチンプロトン(2.46ppm)とカップリング(coupling)しており、更にメチル基(1.20ppm,d,J=6.6Hz)と1組のジェミナル(geminal)プロトン(1.46ppmと1.82ppm)とカップリングしており、1組のジェミナル(geminal)プロトンは別なメチル基(0.96ppm,t,J=6.0Hz)と相関していた。これらのことから、化合物(1)は2-メチルブタン酸エステル(2-メチルブチレート)であることを示しており、これはミクロスケールエステル交換反応生成物で予想された事実と一致した。他方のカルボニル炭素の信号(205.1ppm)の信号は、4.54と4.60ppm(J=17.4Hz)にある一組のダブレットプロトンの信号と相関しており、この相関はエステルの酸素原子に隣接するプロトンに特徴的なものであった。二つの四級炭素と3組のメチルプロトンに由来するシングレット信号(0.91,0.94,0.95ppm)を含む他の部分は、トリメチルシクロペンテニル構造を成していると考えられ、二つのオレフィンプロトン(5.11ppm,ddd,J=1.8,2.4,5.4Hzと5.29ppm,ddd,J=1.8,2.4,5.4Hz)は、1H-NMRのデカップリング(decoupling)分析によって別な一組のジェミナルプロトン(1.71ppm,ddd,J=1.8,2.4,16.8Hzと2.92ppm,ddd,J=1.8,2.4,16.8Hz)とカップリングしていることがわかった。以上より、環状構造は1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニルあるいは1,2,2-トリメチル-4-シクロペンテニル構造であることが予想された。HMBCと核オーバーハウザー効果(nuclear Overhauzer effect;NOE)パターンにより、前者がより妥当と考えられた。以上より、化合物(1)は、下記式(1)で表される2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=2-メチルブチレートであり、化合物(2)は、下記式(2)で表される2-(1,2,2-トリメチルシクロペンチル)-2-オキソエチル=2-メチルブチレートであると推定された。
本発明者らは、(+)-カンファー(Camphor)と(-)-カンファー(どちらも100%ee)から(R)-メチル=1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル=ケトンと(S)-メチル=1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル=ケトンをそれぞれ合成し、これらのいずれかから出発して(R)-2-メチルブタン酸と(S)-2-メチルブタン酸(それぞれ、89.3%eeと98.6%ee)をそれぞれ反応させることにより、化合物(1)の四種の全ての立体異性体、すなわち、(R,R)-(1)、(R,S)-(1)、(S,R)-(1)及び(S,S)-(1)、を合成した。
また、本発明者らは、ヒドロキシメチル=1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル=ケトンの両鏡像体、すなわち、(R)-(3)と(S)-(3)も合成した。
なお、化合物(1)の合成方法については、下記の合成例にて詳述する。
合成品と天然物、および、それらの誘導体の各スペクトル・データを比較することにより、以下のように天然物の立体化学を明らかにした。
図2に示すように、天然物の化合物(1)のケト基に隣接するメチレンプロトンの1H-NMRにおけるケミカルシフトおよびカップリング定数は、合成品の(R*,R*)-(1)[(R*,R*)-(1)は(R,R)-(1)または(S,S)-(1)を表す。]のそれらと同じであり、(S*,S*)-(1)[同様に(R*,S*)-(1)は(R,S)-(1)または(S,R)-(1)を表す。]のそれらとは異なることが判明した。
更に、合成品の(S,S)-(1)と天然物(1)の旋光度は、それぞれ、[α]D 24-65°(c=1.01,CHCl3)と[α]D 25-71°(c=0.0135,ヘキサン)であり、いずれも左旋性を示した。このことは、天然物がS,Sの絶対立体配置を有することを支持した。
図3は、合成した(1)の四種の立体異性体の誘引活性を温室で生物活性試験した結果を示す。図3において、ブランク(Blank)は溶媒(ヘキサン)のみを表す。また、図3のグラフ中、縦軸の「Captures/trap/day(mean+SEM)」は、1日当たりに捕獲した数(平均+標準誤差)を表し、及び、小文字a,b,cは、ANOVAで、次いでTurkey-Kramer HSD検定(test)による統計学的に有意な違いを表す。
天然型絶対立体配置を有する(S,S)-異性体が雄に対する誘引力が最も強かった。(S,R)-異性体も多少の雄を誘引したが、(S,R)-異性体に誘引されたか、少量含まれている(S,S)-異性体に反応したかは明らかではない。その他の異性体は活性が弱かった。
まず、下記式(1)
2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=2-メチルブチレート(1)としては、以下の四種の立体異性体、すなわち、下記式(R,R)-(1)
なお、2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=メチルブチレート(1)には、製造上不可避な不純物が含まれていてもよい。
フェロモン剤における2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=メチルブチレート(1)の含有量は、生物活性または経済性の観点から、フェロモン剤の総量に対して、好ましくは0.0001~100重量%、より好ましくは0.001~100重量%、更に好ましくは40~100重量%、特に好ましくは70~100重量%である。
添加剤の添加量は、例えば、2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=メチルブチレート(1)100重量部に対して、安定剤は好ましくは1~15重量部であり、酸化防止剤は好ましくは1~15重量部であり、紫外線吸収剤は好ましくは1~15重量部である。
添加剤は、必要に応じて2種類以上を併用して用いてもよい。また、添加剤は、市販のものを用いることができる。
フェロモン製剤において、2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=メチルブチレート(1)をそのまま用いてもよいし、上述のフェロモン剤を用いてもよい。
また、保持部は、2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=メチルブチレート(1)またはフェロモン剤等を少なくとも徐放させるものであれば特に限定されないが、高分子製であることが望ましい。
管理方法において、2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=メチルブチレート(1)をそのまま用いてもよいし、フェロモン剤を用いてもよいし、フェロモン製剤を用いてもよい。
2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=2-メチルブチレート(1)、フェロモン剤および/または性フェロモン製剤を、エアリアル=ルート=ミーリーバグを管理する場所、例えば作物を栽培する圃場または作物を貯蔵流通させる倉庫等に設置することにより、エアリアル=ルート=ミーリーバグを管理することができる。
管理方法としては、大量誘殺法(Mass trapping)、誘引殺虫法(Lure & killまたはAttract & kill)、誘引感染法(Lure& infectまたはAttract & infect)および/または交信撹乱法(Mating disruption)等が挙げられる。
なお、大量誘殺法、誘引殺虫法、誘引感染法および交信撹乱法等は、公知の方法に従い行うことができる。
合成例において、原料、生成物、中間体の純度としてガスクロマトグラフィー(GC)分析によって得られた値を用い%GCと表記する。生成物、中間体の異性体比はGC分析によって得られた面積の百分率の相対比を用いる。
GC条件: GC: Simazdu GC-14A,カラム(Column): 5%Ph-Me silicone 0.25mmφx25m,キャリアーガス(Carrier gas): He,検出器(Detector): FID、または、Hewlett-Packard 7890B,カラム(Column): 5%Ph-Me silicone 0.25mmφx30m,キャリアーガス(Carrier gas): He,検出器(Detector): FID。
収率は%GCに基づく収率の値である。反応に用いられる原料および反応で得られる生成物は100%純度であるとは限らないので、以下の式に従い計算した。
収率(%)=[ (反応によって得られた生成物の重量×%GC)/生成物の分子量]÷[((反応における出発原料の重量×%GC)/出発原料の分子量]×100
なお、化合物によってガスクロマトグラフィーの検出感度が異なるため、特に原料又は生成物が粗生成物の場合には、上記の収率が100%を超えることもあり得る。
化合物のスペクトル測定のサンプル、生物活性試験に用いたサンプルは、必要に応じて生成物を再精製した。
GC-MS(EI,70eV):45,73,91,105,119,141,168,181,195,209(ベースピーク),224(M+)。
黄色油状物(yellow oil)
IR(D-ATR):ν=3055,2962,2870,1715,1650,1457,1389,1375,1367,1264,1150,1023,832,717cm-1。
1H-NMR(500MHz,CDCl3):δ=0.87(3H,s),1.14(3H,s),1.23(3H,s),2.13(1H,ddd,J=1.3,2.7,16.6Hz),3.15(1H,dt-like,J=2.3,16.4Hz),4.12(1H,d,J=13.9Hz),4.17(1H,d,J=13.8Hz),5.38(1H,ddd,J=1.4,2.5,7.3Hz),5.60(1H,dt-like,J=~2.4,5.7Hz)ppm。
13C-NMR(125MHz,CDCl3):δ=21.61,23.01,24.82,34.61,41.77,49.11,60.02,125.81,139.78,204.41ppm。
GC-MS(EI,70eV):43,67,79,91,109(ベースピーク),123,137,151,215,230(M+)。
GC-MS(EI,70eV):41,67,77,91,109(ベースピーク),122,137,151,171,186(M+)。
淡黄色油状物(yellowish oil)
[α]D 24-65.0°(c=1.01,CHCl3)
IR(D-ATR):ν=3056,2969,2937,2877,1744,1718,1461,1414,1261,1178,1151,1015,748,717cm-1。
1H-NMR(500MHz,C6D6,サンプル20.2mg/C6D60.58mL):δ=0.90(3H,s),0.94(3H,s),0.95(3H,t,J=7.3Hz),0.95(3H,s),1.19(3H,d,J=7.1Hz),1.40-1.50(1H,ddq-like m),1.70(1H,dq―like,J=16.2,1.3Hz),1.77-1.86(1H,m),2.42―2.49(1H,dq―like m),2.92(1H,dt-like,J=16.3,2.3Hz),4.53(1H,d,J=16.7Hz),4.59(1H,d,J=16.7Hz),5.10(1H,dq―like,J=5.8,1.3Hz),5.27―5.31(1H,m)ppm。
1H-NMRにおいて、ケミカルシフトの濃度依存による変化、特にメチル基に由来するピークのシフトが観察された。上記スペクトル測定サンプル溶液(20.2mg/0.58mL)2μlを0.56mLのC6D6で希釈したサンプルのメチル基に由来するピークは、下記の通りである:δ=0.91(3H,s),0.94(3H,s),0.95(3H,s),0.97(3H,t,J=7.4Hz)ppm。
13C-NMR(125MHz,C6D6):δ=11.77,16.97,20.94,22.69,24.52,27.15,41.01,41.15,49.07,58.49,66.59,125.78,140.16,175.51,205.14ppm。
GC-MS(EI,70eV):41,57,85,109(ベースピーク),123,137,194,209,223,237,252(M+)。
淡黄色油状物(yellowish oil)
[α]D 24-87.6°(c=1.01,CHCl3)
IR(D-ATR):ν=3055,2968,2937,2877,1743,1718,1461,1414,1368,1261,1235,1178,1151,1015,748,717cm-1。
1H-NMR(500MHz,C6D6,サンプル19.8mg/C6D60.58mL):δ=0.90(3H,s),0.94(3H,s),0.94(3H,t,J=7.3Hz),0.95(3H,s),1.20(3H,d,J=6.9Hz),1.40-1.50(1H,ddq-like m),1.70(1H,dq―like,J=16.2,1.3Hz),1.77-1.86(1H,m),2.42―2.48(1H,dq―like m),2.89-2.94(1H,dt-like,J=16.5,2.3Hz),4.54(1H,d,J=16.7Hz),4.58(1H,d,J=16.7Hz),5.11(1H,dq―like,J=5.8,1.3Hz),5.29(1H,dt-like,J=5.7,2.3Hz)ppm。
13C-NMR(125MHz,C6D6):δ=11.78,17.02,20.95,22.69,24.52,27.12,41.01,41.18,49.07,58.49,66.58,125.78,140.16,175.50,205.14ppm。
GC-MS(EI,70eV):41,57,85,109(ベースピーク),123,137,168,194,209,223,237,252(M+)。
淡黄色油状物(yellowish oil)
[α]D 24+78.0°(c=1.02,CHCl3)
このものの各種スペクトル(IR、1H-NMR、13C-NMR、GC-MS)のデータは、上記合成例3で得られた(S)-2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=(R)-2-メチルブチレート((S,R)-(1))のそれらと同一であった。
淡黄色油状物(yellowish oil)
[α]D 24+66.2°(c=1.00,CHCl3)
このものの各種スペクトル(IR、1H-NMR、13C-NMR、GC-MS)のデータは、上記合成例2で得られた(S)-2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=(S)-2-メチルブチレート((S,S)-(1))のそれらと同一であった。
<生物活性試験(Bioassay)>
上記合成例で合成した2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=2-メチルブチレートの各立体異性体の誘引活性をARMBの発生がある茨城県つくば市の実験温室で調べた。雄成虫は0.1mgの合成フェロモンを担持した赤色ゴムセプタム(外径8mmx19mm高、ブタジエンゴム)をルアー(誘引剤)として粘着版(12x22cm)を備えたデルタトラップを用いて捕獲した。溶媒(ヘキサン)のみを用いたBlankを用いて対照とした。トラップは0.6mの高さに2.0mの間隔で設置した。2019年3月27日から4月1日まで、トラップの場所をランダムに変更しながら、6反復の誘引試験を実施した。得られたデータはANOVAで、次いでTurkey-Kramer HSD 検定(test)で処理し比較した。
その結果を図3及び以下に示す。
また、図3のグラフ中の横軸に示されている略号は、以下の通りである。
RR:実施例1
(R)-2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=(R)-2-メチルブチレート((R,R)-(1))
SS:実施例2
(S)-2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=(S)-2-メチルブチレート((S,S)-(1))
RS:実施例3
(R)-2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=(S)-2-メチルブチレート((R,S)-(1))
SR:実施例4
(S)-2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=(R)-2-メチルブチレート((S,R)-(1))
Blank:比較例1
<ARMBフェロモンの単離、同定>
<単離同定に用いた分析機器と条件>
GC: Agilent 6890N,インジェクション(Injection): SplitまたはSplitless 220℃,カラム(Column): DB-23 0.25mmφx30m 60℃(1分(min))+10℃/分(min)~220℃(8分(min))またはβ-DEXTM(商標) 120 0.25mmφx30m 100℃(5分(min))+2℃/分(min)~180℃,キャリアーガス(Carrier gas): He 1mL/分(min),検出器(Detector): FID 220℃。
GC-EAD: Hewlett-Packard HP5890 GC,増幅器: Nihon Koden AB-651J。発生初期の雄の頭部を切除してグランド電極に設置した。次いで、触角の数節の遠位端を切断し、切断面を生理食塩水1滴を用いてEAD装置のキャピラリーガラス電極につないだ。
GC-MS: JEOL SX-102A,インターフェース温度 210℃,イオン源温度 220℃。
分取(Preparative)GC: プログラマブルインジェクター ATAS GL International OPTIC 3,フラクションコレクションシステム Gerstel Gmbh & Co.KG ドライアイス冷却。
分取(Preparative )HPLC: Hewlett-Packard HP1050,カラム(Column): GL Science Intersil 4.6mmφx250mm 粒形5μm 室温,溶出: 5% ジエチル=エーテル ヘキサン溶液,1.0mL/分(min),検出器(Detector): UV210nm。
NMRスペクトル:JEOL JNM-A600 spectrometer。
ARMB、すなわちPseudococcus baliteusはカボチャ(Cucurbita moschata)果実上で16時間(h):8時間(h)明暗期;23℃;50%湿度で飼育したものを用いた。雄成虫は、カボチャ果実を10ppm メトプレン(methoprene)溶液に0.5分間浸すことにより取り除いた。雌成虫およそ500頭が付いたカボチャ果実を1Lのガラス製ジャーに入れ、吸着剤(Alltech HayeSepQ 60/80 mesh 1g)を通して、雌上部の活性炭フィルタを経たヘッドスペース空気を真空ポンプを用いて1L/分(min)で捕集した。3、4日毎に吸着された揮発物質を15mLヘキサンで抽出した。揮発物質の収集は6週間続けた。合わせた粗抽出物は、0.2gのシリカゲルで処理し、フェロモン単離のために分取(Preparative)HPLCと分取(Preparative)GCに供した。
フェロモン候補化合物1μgをエタノール0.1mLに溶かし、白金-黒5mgの存在下、水素雰囲気下にかき混ぜた。10分後、反応混合物を遠心分離し、上澄み2μLをGC-MS分析に用いた。
アルゴン雰囲気下、フェロモン候補化合物10μgを0.01M水酸化カリウムのエタノール溶液0.1mLに溶かし、60℃で4時間処理した。反応混合物をメタノールで湿らせカラムに詰めた酸性イオン交換樹脂アンバーライト(Amberlite)FCP3500 2.5gを通して中和・ろ過し、更にメタノールで溶出させた。溶出液はそれ以上精製せずに分析に用いた。
Claims (6)
- 請求項1または2に記載の2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=2-メチルブチレートを含むフェロモン剤。
- エアリアル=ルート=ミーリーバグ用の、請求項3に記載のフェロモン剤。
- 請求項1または2に記載の2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=2-メチルブチレート又は請求項3若しくは4に記載のフェロモン剤と、それを保持し放出させるための保持部とを少なくとも備える、エアリアル=ルート=ミーリーバグのフェロモン製剤。
- 請求項1または2に記載の2-(1,2,2-トリメチル-3-シクロペンテニル)-2-オキソエチル=2-メチルブチレート、請求項3若しくは4に記載のフェロモン剤、又は請求項5に記載のフェロモン製剤を、エアリアル=ルート=ミーリーバグを管理する場所に設置することを含む、エアリアル=ルート=ミーリーバグの管理方法。
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