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書き出し

生物活性を有するポリケチド型天然有機化合物の全合成研究

武田, 圭太 東北大学

2023.03.24

概要

生物活性を有するポリケチド型
天然有機化合物の全合成研究

東北大学大学院農学研究科
生物産業創成科学専攻
生物有機化学分野
武田 圭太
指導教員: 桑原 重文 教授

目次

緒言

1

本論

3

第一章

計算化学支援による cremenolide の合成と構造改訂

1.1

序文

3

1.2

Cremenolide の構造

6

1.3

Cremenolide の合成

11

1.4

Cremenolode の構造改訂

18

1.5

総括

21

1.6

参考文献

22

1.7

Experimental section

23

第二章

多様な薬理活性を有する nonthmicin の合成研究

2.1

序文

47

2.2

Nonthmicin の合成戦略

49

2.3

南東部位 28 の合成

50

2.4.

西部位 26 の合成

61

2.5.

総括

63

2.6.

参考文献

64

2.7.

Experimental section

65

結言

74

謝辞

75

附表
略語一覧
本論文中では簡単のため以下に示す略語を用いた。
Ac

acetyl

Bu

butyl

COSY

correlation spectroscopy

d

doublet

DCC

N,N’-dicyclohexylcarbodiimide

DCE

1,2-dichloroethane

DFT

density functional theory

DIAD

diisopropylazodicarboxylate

DIBAL

diisobutylaluminium hydride

DMAP

4-dimethylaminopyridine

DMEAD

bis(2-methoxyethyl)azodicarboxylate

DMF

dimethylformamide

DMSO

dimethyl sulfoxide

Et

ethyl

HMBC

heteronuclear multiple bond correlation

HMDS

hexamethyldisilazanide

HMPA

hexamethylphosphoramide

HWE

Horner-Wadsworth-Emmons

i

iso

LG

leaving group

m

multiplet

n

normal

nr

no reaction

Me

methyl

MS

mass spectrum

Ms

mesyl

NMR

nuclear magnetic resonance

Ph

phenyl

Pr

propyl

PTLC

preparative thin layer chromatography

q

quartet

RMS

root mean square

s

singlet

t

triplet

TBAF

tetra-n-butylammonium fluoride

TBS

tert-butyldimethylsilyl

THF

tetrahydrofuran

THP

tetrahydropyran/tetrahydropyranyl

TLC

thin layer chromatography

TMEDA

tetramethylethylenediamine

TMS

trimethylsilyl

Tris

2,4,6-triisopropylbenzenesulfonyl

Ts

tosyl

緒言

天然物化学は天然物の構造、生合成、生理、化学合成などについて探求する研
究領域であり、その領域における天然物とは生物が生産する生体分子のうち、特
に二次代謝産物を指すことが多い。古くから医薬や農薬などの形で人類の生活に
関わってきた天然物を含め有機化合物は、生物の体内でのみ生産可能なものであ
るという学説が 18 世紀以前には信じられていたが、1828 年、フリードリヒ·ヴェ
ーラーによって有機化合物の人工合成がなされたことを皮切りに天然物の化学合
成が盛んに行われるようになり、それに伴い天然物の利用も拡大していくことと
なった。
天然物が実際に利用されるに至るまでには複数の段階を経ることとなる。ま
ず、天然物化学者によって物質が単離、構造決定がされる。その後、順番が前後
することもあるが、多くの場合、単離された化合物の生物活性試験が行われ、有
用なものは合成化学者によって全合成がなされる。合成された化合物はさらなる
発展的研究に供され、医薬や農薬など幅広い分野で利用されることとなる。この
ような天然物研究の流れの中で、合成化学者が行う全合成には大きく分けて 3 つ
の重要な役割があると考えられる。
第一に、安定的な供給ルートの確保である。人類にとって有用であっても、天
然から得られる量が極微量である場合、利用に向けた研究すら困難となる。全合
成による量的供給はこの問題を解決する手段となりえる。
第二に化合物の構造の決定があげられる。天然物化学の歴史の中で、分析技術
が発展した今日であっても、複雑な分子構造を持つ化合物の構造決定は容易では
ない。有機合成化学的手法による推定構造の合成は化学構造の決定/確定において
1

極めて重要な役割を担っている。
第三に分子の自在なデザインが考えられる。近年では化合物の構造と生物活性
との関連性が明らかとなりつつあり、生物活性に必要な構造単位を組み込んだ合
理的背系に基づく医薬、農薬の開発研究が続けられている。
以上の観点から、有機合成化学は合成のみならず、天然物化学、生物学など隣接
分野に広範な影響を与えうる研究領域であると言えよう。
本博士論文では、生物活性を有するポリケチド型天然物に焦点を当て、第一章で
は計算化学支援による cremenolide の合成と構造改訂、第二章では多様な薬理活性
を有する nonthmicin の合成研究について述べる。いずれも農薬、医薬としての魅力
的な作用を有する化合物であり、生物学的研究展開が期待されている。

2

第一章
計算化学支援による cremenolide の合成と構造改訂

1.1. 序文
真菌の一種である Trichoderma 属子嚢菌は他の菌の増殖を阻害することが知られ
ており、実際に農業の現場では Trichoderma 属菌は植物病害菌の増殖を抑制する微
生物農薬として利用されている。
Trichoderma 属菌は比較的生育速度が速く、他の植物病害菌の生育スペースや栄養
源を占拠するほか、他の菌に寄生し、分解することで抗菌作用を示すことも知られ
ている 1)。
また、Trichoderma 属菌からは顕著な抗菌作用を示す二次代謝産物が数多く単離さ
れており、代謝生産物もまた農薬としての利用価値が注目されている(Figure 1)。微
生物の二次代謝産物に由来する農薬は人体に対する危険性や環境負荷が比較的低
いことが期待され、食の安全が叫ばれる現代においては今後ますます需要が高まる
ものと考えられる。
そのような Trichoderma 属菌の二次代謝産物について、近年興味深い研究が報告
された。

3

Figure 1. Trichoderma 属菌由来の抗菌作用を示す天然物 1)

Cremenolide は 2016 年に Francesco Vinale らによって Tricoderma cremeum から単
離された十員環ラクトンであり、トマト苗に対する生長促進作用、植物病害菌であ
る Fusarium oxysporum, Botrytis cinerea, Rhizoctonia solani に対する増殖阻害活性を示
すことが報告されている 2)。化学構造は MS, NMR 分析によって決定され、環内に
(Z)-二重結合、3 つの連続した不斉炭素を有する構造 6 が提唱された(Figure 2)。

Figure 2. Vinale らによる cremenolide の提唱構造(炭素番号は単離文献 2)に従っ
た)

Cremenolide は農薬として魅力的な生物活性を有していることに加え、これまでに
Trichoderma 属菌から単離報告がなされていないユニークな構造を持つことから生
物学的、合成化学的に興味が持たれるが、供給手段が確立されておらず、発展的研
4

究が停滞しているのが現状である。筆者は cremenolide のさらなる生物学的研究を
促進すべく、標品供給を目的とした合成経路の確立を目指して合成研究を行うこと
とした。

5

1.2. Cremenolide の構造
1.2.1. Cremenolide の構造と問題点
Cremenolide の合成に先立ち各種スペクトルデータを精査したところ、提唱化学構
造 6 を支持しない箇所が散見された。例えば、通常 2~3 結合を介した C と H の間
に相関が観測される HMBC 相関において、Vinale らの提唱構造では 10C/6-H に相関
が見られた。これは 5 結合を介した相関となるため Vinale らの提唱構造 6 を支持し
ない。また、単離文献内で環内(Z)-二重結合、および立体化学の決定法についての記
載がなく、構造決定の過程に不明 確な箇所が多く見られた。そのため筆者は
cremenolide の合成に際してその化学構造を検証する必要があると考え、独自に NMR
スペクトルの再精査、既知の十員環ラクトン化合物のデータとの照合による構造推
定を行った。

1.2.2. 平面構造の推定
先ず NMR スペクトルの再解析によって cremenolide の平面構造の推定を試みた。
単離文献記載のデータを再解析した結果、十員環ラクトン骨格を有していることは
確かであったことから、1H NMR の化学シフト値及び HMBC 相関、COSY 相関を参
考に二重結合、置換基を再配置した。二重結合の幾何異性については、1H NMR か
らは推定が困難であったが既知の十員環ラクトン化合物のスペクトルデータを参
考にし、(E)体であると推定した 3)。その結果、平面構造は Figure 3 に示す構造であ
ると考えた。Table 1 に示すデータは Figure 3 の推定平面構造と矛盾しない。

6

δH

Vinale’s assignment

My assignment

position

position

HMBC

1

HMBC

1

2.13

2a

1, 3, 4

2a

1, 3, 4

2.46

2b

1, 4

2b

1, 2, 3, 4, 5

1.64

3a

1, 2, 4, 5

3a

1, 2, 4, 5

2.44

3c

1, 2, 4, 5

3b

4.74

4

2, 3, 5e, 1'', 2''

4

2, 3, 1''

4.5

5

3, 4, 7, 8

5

3, 4, 6, 7

4.96

6

5, 7, 8, 10, 1'

8

6, 7, 9, 10, 1'

5.62

7

5, 6, 8

6

5, 6, 7, 8

5.63

8

6, 7, 9

7

5.06

9

1, 6, 8, 10

9

1, 7, 8, 10

1.3

10

6, 9

10

8, 9

1'
5.82

2'

7, 8, 1', 3', 4'

2'

1', 4'

6.9

3'

1', 2', 4'

3'

1', 2', 4'

1.86

4'

1', 2', 3'

4'

1', 2', 3'

4, 2', 1''

2''

1''

1''
2.06

2''

Table 1. 提唱構造と推定平面構造の 1H NMR 化学シフト値のアサインと HMBC 相関

Figure 3. Vinale らによる提唱構造(左図)と筆者の推定平面構造(右図)の HMBC,
COSY 相関図

7

1.2.3. 相対立体配置の推定
推定構造には 4 つの不斉炭素が存在していることから 8 種類のジアステレオマー
が考えられる(Figure 4)。想定されうる全ジアステレオマーを化学合成し比較する手
法では、膨大な時間とコストが要求される。そこで筆者は量子計算化学による

13

C

NMR スペクトルのシミュレーションを行い、最も天然物と近い値を示すジアステ
レオマーを合成しようと考えた。
計算は 3 工程によるωB97X-D/6-31G*レベルの DFT 計算により配座探索を行い、
各異性体についてボルツマン分布に基づき 13C NMR スペクトルを算出した

4),5),6)



計算結果を以下に示す(Table 2)。NMR 計算によって得られた各異性体の 13C NMR の
化学シフト値の平均誤差を算出し、その結果最も良い一致を示す R*S*R*S*体を推定
構造として選出した 7)。

Figure 4. Cremenolide の全ジアステレオマー

8

Position

Natural

Calculated values for each isomer
RRRR

RRRS

RRSR

RRSS

RSRR

RSRS

RSSR

RSSS

Proposed

1

174.99

173.4

176.6

173.3

176.4

174.5

178.9

173.8

178.8

174.0

2

32.61

34.5

32.8

34.5

32.3

34.6

32.6

35.0

32.5

33.0

3

23.86

31.1

29.2

31.3

28.8

27.6

24.2

27.0

24.0

30.8

4

77.17

81.2

79.6

80.7

80.0

80.8

79.1

81.4

79.2

75.8

5

70.49

76.4

76.5

76.5

76.7

71.4

71.4

71.7

72.0

78.1

6 (7)

130.5

135.2

133.6

131.9

132.0

132.9

134.0

128.4

132.5

131.5

7 (8)

128.56

127.5

134.0

127.2

133.2

126.7

132.0

126.6

131.1

136.0

8 (6)

78.5

76.5

78.1

77.6

73.3

75.4

78.9

78.0

74.3

73.0

9

71.63

71.5

71.7

74.8

73.0

71.3

73.8

76.8

75.5

67.7

10

16.64

14.8

16.6

18.5

14.9

14.9

16.2

18.6

15.3

20.1

1’

165.38

167.0

166.8

167.5

166.4

166.6

166.1

167.6

166.3

167.8

2’

122.01

122.2

122.6

122.9

122.6

122.8

122.8

123.1

122.6

122.7

3’

145.88

147.0

147.2

146.7

147.1

146.4

146.5

146.4

147.1

146.7

4’

17.96

18.3

18.3

18.3

18.4

18.3

18.3

18.3

18.4

18.2

1’’

169.98

171.7

172.7

172.4

172.7

171.2

171.3

171.6

171.3

174.5

2’’

21.15

20.2

20.5

20.4

20.5

20.4

20.5

20.5

20.5

20.5

RMS (δnat.-δcalc.)

3.04

2.79

2.97

2.95

1.92

1.82

2.30

2.10

3.96

RMS (C2-C10)

1.79

1.60

1.75

1.79

1.48

1.21

1.59

1.40

2.05

Table 2. NMR の計算結果と平均誤差 7)

9

1.2.4. 絶対立体配置の推定
以上の結果から、相対立体配置は 4R*,5S*,8R*,9S*であると推定した。次に、絶対
立体配置の推定を試みた。Cremennolide の単離文献に記載された化合物データから
の 絶 対 立 体 配 置 の 推 定 は 困 難 で あ る が 、 推 定 構 造 で あ る (4R*,9S*,8R*,9S*)cremenolide は既知の十員環ラクトンである aspinolide B (8)の 4 位ヒドロキシ基がア
セチル化された構造に相当する。Aspinolide B (8)は Trichoderma 属菌からの単離も報
告されていることから、筆者は生体内で生産された aspinolide B (8)がアセチル化を
受 け cremenolide へ と誘 導 さ れ た も の で あ る と 考 え た 。 こ の 仮 説 に 従 え ば 、
cremenolide の絶対立体配置は 4S,5R,8S,9R であると考えられる(Figure 5)。
これらの検証結果から cremenolide の真の構造は(4S,5R,8S,9R)-cremenolide (7)であ
ると考え、筆者は実際に cremenolide (7)を化学合成し、その各種スペクトルデータ
を cremenolide (7)のデータと比較することによる構造決定を試みた。

Figure 5. Aspinolide B (8)と cremenolide (7)

10

1.3. Cremenolide の合成
1.3.1. 逆合成解析
筆者の推定構造である cremenolide (7)の逆合成解析を行った(Scheme 1)。
Cremenolide (7)は、その前駆体であると考えられる既知の天然物、Aspinolide B (8)
の 4 位ヒドロキシ基をアセチル化することによって得られると考えた。Aspinolide
B (8)は光延反応によるラクトン化を行えば立体反転を伴う環化によって立体選択
的な合成が可能であると考え、環化前駆体としてセコ酸 9 を合成することとし、
セコ酸 9 は Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) 反応によって(E)-二重結合を構築す
ることで高い幾何選択性で合成できると考えた。すなわち、その合成セグメント
としてはホスホネート 10、アルデヒド 11 が適切である。両セグメントはそれぞれ
L-乳酸メチル (12)、D-リボース (14)より合成可能であると考えた。

Scheme 1. Cremenolide (7)の逆合成解析

11

1.3.2. HWE セグメントの合成
始めに、HWE 反応に供するホスホネート 10 とアルデヒド 11、両セグメントの合
成を行った(Scheme 2)。
ホスホネート 10 は既知の合成法に従い、
L-乳酸メチル (12)のヒドロキシ基を TBS
基で保護し、メチルホスホン酸ジメチルの求核付加によって合成した 8)。
続いてアルデヒド 11 の合成を行った。D-リボース (14)の 2 位、3 位ヒドロキシ基
をアセトニド基で保護し、得られた保護体 17 に対して Wittig 反応によるヘミアセ
タール環の開環を伴う増炭を試みた。トルエン溶媒中加熱還流条件では目的のエス
テル 13 は得られず、環化生成物 18 のみを与える結果となった。これは、エステル
13 が生成した後、二級ヒドロキシ基のオキサマイケル付加が進行したことによるも
のであると考えられる。溶媒、温度条件の検討を行ったが加熱を含む条件では目的
のエステル 13 の合成が困難であったことから、室温での反応条件を探索した。その
結果 THF 溶媒中 3 日間撹拌する条件にて収率 82%と良好な収率で得られ、また、
後に Caizhu Chang らによって報告されたプロトン源として安息香酸を添加する条件
でも 87%と良好な収率でエステル 13 を得ることができた 9)。得られたエステル 13
に対して Pd/C を用いた接触水素添加、続く過ヨウ素酸開裂反応によってアルデヒ
ド 11 を合成した。得られた両ユニットを用いて HWE 反応を行った。カルボニル基
α 位のエピメリ化を考慮し、嵩高い弱塩基である Et3N を用いた条件 10)にて試験した
結果、目的のエノン 20 をエステル 13 から 3 工程 80%の収率で得た。

12

Scheme 2. エノン 20 の合成
Reagents and conditions: (a) TBSCl, imidazole, CH2Cl2, 97%; (b) MePO(OMe), n-BuLi, THF,
−78 °C to rt, 56%. (c) H2SO4, acetone, rt, 92%; (d) Ph3P=CCO2Et, toluene, reflux, 77%; (e)
method A: Ph3P=CCO2Et, THF, rt, 3days 82%; method B: Ph3P=CCO2Et, benzoic acid,
CH2Cl2, reflux, 87%; (f) H2, Pd/C, MeOH, EtOAc; (g) NaIO4, NaHCO3, CH2Cl2; (h) Et3N,
LiCl, MeCN, rt, 80% over 3 steps.

13

1.3.3. 環化前駆体 6 の合成
次に、得られたエノン 20 が有するケトン基の立体選択的還元反応について検討
を行った。還元剤としてはケトン基の還元に広く用いられる NaBH4 を検討した。
Entry 1 の条件ではジアステレオマー比が 3 : 1 であり、還元における立体選択性は
見られたが、さらなる選択性の向上を目指し、Entry 2, 3 は Luche 法として知られる
CeCl3 を添加する条件を試した

11)

。NaBH4 と溶媒との配位子交換が促進され、還元

剤の嵩高さが増すことで立体選択性の改善を期待したものであるがジアステレオ
マー比の向上は見られたものの、依然低比率にとどまった。Entry4は低温条件下で
行うことで配座の自由度を下げることで望みの面からの還元を増大させることを
期待して行ったものであり、その結果 16 : 1 以上のジアステレオマー比で望みのエ
ステル 21 が得られた。

Scheme 3. 立体選択的 1,2-還元

Entry

Condition

dr

1

NaBH4, MeOH, 0 °C

3:1

2

NaBH4, CeCl3, MeOH, 0 °C

5:1

3

NaBH4, CeCl3, iPrOH, 0 °C

3:1

4

NaBH4, CeCl3, MeOH, −78 °C

> 16 : 1

Table 3. 1,2-還元の条件検討

この還元反応における立体選択性は Felkin-Anh モデルに基づく繊維状態の安定配
座予測により説明できる(Figure 6)。 ...

この論文で使われている画像

参考文献

13) 上田実, 源治尚久. 化学と生物, 2013, 51, 90-97.

14) Y. Igarashi et al., Org. Lett. 2017, 19, 1406-1409.

15) 2020 年度祷雄太卒業論文

16) K. C. Nicolau, et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 1378 –1382.

17) Y. Yoshida, Y. Sakakura, N. Aso, S. Okada, Y. Tanabe, Tetrahedron, 1999, 55, 21832192.

18) Xiaozhao Wang et al., Org. Lett., 2012, 14, 3998-4001.

19) Ravi V. J. Chari, John W. Kozarich, J. Org. Chem. 1982, 47, 2355-2358.

64

2.7 Experimental

General information

IR spectra were recorded by Jasco FT/IR-4100 spectrometer using an ATR (ZnSe)

attachment. NMR spectra were recorded with TMS as internal standard in CDCl 3 by Varian

MR-400 spectrometer (400 MHz for 1H and 100 MHz for 13C). Optical rotation values were

measured with a Horiba Septa-300 polarimeter, and the mass spectra were obtained with a

Jeol JMS-700 spectrometer operated in the EI or FAB mode. Column chromatography was

conducted with Merck silica gel 60 (7-230 mesh). The solvents for the reactions were

distilled prior use: THF and Et2O from Na/benzophenone, and CH2Cl2 and MeCN from

CaH2. All reaction under heating condition were performed in an oil bath.

65

Methyl 5-(1,3-dioxolan-2-yl)pent-2-ynoate (36).

Under N2 atmosphere, to a solution of TMS acetylene (758.3 mg, 7.72 mmol) in THF (15

ml) was added n-BuLi (2.64 M in hexane, 2.92 ml) at -78 ℃ and stirred for 30 min. The

resulting mixture was added compound 33 (1.0 g, 5.52 mmol) and HMPA (1.38 g, 7.72

mmol), slowly warmed to 0 ℃ and stirred for 4 hr. The reaction mixture was cooled to 78 ℃, added MeLi (1.5 M in THF, 10.3 ml) and stirred for 12 hr at -20 ℃. The reaction

mixture was re-cooled to -78 ℃, added chloromethylformate (2.6 g, 27.6 mmol) and

warmed to 0 ℃. After 6 hr, the resulting mixture was quenched with saturated aq. NH4Cl

and extracted with ethyl. The organic layer was washed with water and brine, dried over

Na2SO4. After filtration, the filtrate was concentrated under reduce pressure. The residue

was purified by silica gel column chromatography (hexane/EtOAc = 7 : 1 to 4 : 1) to give

compound 35 (535.6 mg, 53%).

Methyl (Z)-5-(1,3-dioxolan-2-yl)-3-ethylpent-2-enoate (32).

Under N2 atmosphere, to a stirring suspension of CuI (4.11 g, 21.6 mmol) in THF (130 ml)

was added EtMgBr (0.9 M in THF 24.0 ml), TMEDA (5.02 g, 43.2 mmol) at −25 ℃ and

then warmed to −15 ℃. After 1hr, the mixture was cooled to -85 ℃, added compound 36

(2.14 g, 10.80 mmol), in THF (20 ml) via syringe pump over 2 hr and stirred for 3hr. The

reaction mixture was quenched by adding MeOH/THF (1 : 5) via syringe pump over 2 hr.

The resulting mixture was added saturated aq. NH4Cl and stirred for additional 1hr,

extracted with ethyl. The organic layer was washed with sat. NH4Cl aq., water and brine,

dried over Na2SO4. After filtration, the filtrate was concentrated under reduce pressure. The

residue was purified by silica gel column chromatography (Hexane/EtOAc = 4 : 1) to give

66

compound 32 (2.42 g, 98%, (E)- isomer was not detected).

(Z)-5-(1,3-dioxolan-2-yl)-3-ethylpent-2-en-1-ol (37).

Under N2 atmosphere, to a stirring solution of compound 36 (2.42 g, 10.60 mmol) in THF

(20 ml) was added DIBAL (1.0 M in hexane 23.3 ml) at – 78 ℃ and then warmed to 0 ℃.

After 1h, the resulting mixture was quenched with 30% Rochell salt aq. and stirred for

additional 1h. The mixture was extracted with ethyl and the organic layer was washed with

water and brine, dried over Na2SO4. After filtration, the filtrate was concentrated under

reduce pressure. The crude compound 37 was used for next reaction without further

purification.

(Z)-2-(5-bromo-3-ethylpent-3-en-1-yl)-1,3-dioxolane. (38)

Under N2 atmosphere, to a stirring solution of crude compound 37 (1.90 g) in THF (15 ml)

was added Et3N 2.48g, 24.48 mmol) and MsCl (1.64 g, 14.28 mmol) at -78 ℃ and then

warmed to 0 ℃. After 3h, the mixture was added LiBr (1.77 g, 20.40 mmol) and stirred for

1 h at room temperature. The resulting mixture was cooled to 0 ℃ and quenched with

saturated aq. NaHCO3. The mixture was extracted with ether and the organic layer was

washed with water and brine, dried over Na2SO4. After filtration, the filtrate was

concentrated under reduce pressure. The crude compound 38 was used for next reaction

without further purification.

67

(R)-2-((tert-butyldimethylsilyl)oxy)-N-methoxy-N-methylpropanamide (39).

Under N2 atmosphere, to a solution of compound 15 (3.00 g, 13.73 mmol) in THF (20 ml)

was added NHMe(OMe)•HCl (2.68 g, 27.47 mmol) and i-PrMgCl (2.0 M in THF, 27.4 ml)

at 0 °C and stirred for 4 hr. The resulting mixture was quenched with saturated aq. NH4Cl

and extracted with EtOAc. The organic layer was washed with water and brine and dried

over Na2SO4. After filtration, the filtrate was concentrated under reduce pressure. The crude

compound 39 was used for next reaction without further purification.

(R)-3-((tert-butyldimethylsilyl)oxy)butan-2-one (40).

Under N2 atmosphere, to a stirring solution of crude compound 39 (3.36 g, 13.58 mmol) in

THF (30 ml) was added MeLi (1.5 M in THF 10.8 ml) at −78 °C 0 °C and then warmed to

0 °C. After1 hr, the resulting mixture was quenched with saturated aq. NH4Cl and extracted

with EtOAc. The organic layer was washed with water and brine and dried over Na2SO4.

After filtration, the filtrate was concentrated under reduce pressure. The residue was

purified by silica gel column chromatography (Hexane/EtOAc = 15 : 1) to give compound

40 (2.70 g, 97% yield over 2 steps). 1H NMR δ: 4.12(1H, q, J = 6.8 Hz), 2.19(3H, s),

1.28(3H, d, J = 6.8 Hz), 0.92(9H, s), 0.08(6H, s).

(R)-2,2,5,7,7,8,8-heptamethyl-4-methylene-3,6-dioxa-2,7-disilanonane (41).

68

Under N2 atmosphere, to a stirring solution of compound 40 (100.0 mg, 494.1 μmol) in

MeCN (2 ml) was added Et3N (129.5, 1.28 mmol), TMSCl (129.3g, 1.19 mmol) and NaI

(191.9 mg, 1.28 mmol) at −30 °C and then warmed to room temperature. After 18 hr, the

resulting mixture was quenched with cooled water and extracted with hexane. The organic

layer was washed with water and brine and dried over Na2SO4. After filtration, the filtrate

was concentrated under reduce pressure. The crude compound 41 was used for next reaction

without further purification.

Methyl (R)-4-((tert-butyldimethylsilyl)oxy)-3-oxopentanoate (42).

Under N2 atmosphere, to a stirring solution of MeOAc (299.5 mg, 4.04 mmol) in THF (10

ml) was added LiHMDS (1.3 M in THF, 3.11 ml) at −78 °C. After 30 min., the reaction

mixture was added crude compound 39 (c.a. 2.02 mmol) and then warmed to −40 °C. After

18 hr, the resulting mixture was quenched with saturated aq. NH4Cl and extracted with

EtOAc. The organic layer was washed with water and brine and dried over Na2SO4. After

filtration, the filtrate was concentrated under reduce pressure. The residue was purified by

column chromatography to give compound 42 (364.2 mg, 69% yield). 1H NMR δ: 4.23(1H,

q, J = 6.8 Hz), 3.73(3H, s), 3.64(2H, d, J = 2.0 Hz), 1.32(3H, d, J = 6.8 Hz), 0.91(9H, s),

0.096-0.074(6H, m).

Methyl (Z)-2-((R)-2-((tert-butyldimethylsilyl)oxy)propanoyl)-7-(1,3-dioxolan-2-yl)-5ethylhept-4-enoate (44).

69

Under N2 atmosphere, to a stirring solution of compound 38 (30 mg, 120 μmol) in

acetone/DMF(1 : 1, 500 μl) was added compound 42 (30 mg, 115μmol) and K2CO3 (15.8

mg, 115μmol) and then warmed to room temperature. After 6h, the mixture was cooled to

0 ℃ and quenched with saturated aq. NH4Cl. The mixture was extracted with ethyl and the

organic layer was washed with water and brine, dried over Na2SO4. After filtration, the

filtrate was concentrated under reduce pressure and the residue was The residue was

purified by silica gel column chromatography (Hexane/EtOAc = 6 : 1) to give compound

( 38 mg, 73% yield).

H NMR δ: 5.05-5.00(1H, br), 4.84(1H, dt, J = 9.6, 1.6 Hz), 4.26(2H, q, J = 6.8 Hz), 3.99-

3.83(5H, m), 3.674(3H, s), 3.669(3H, s), 2.62-2.50(2H, m), 2.18-2.14(2H, m), 1,99(2H, q, J

= 7.6 Hz), 1.72-1.66(2H, m), 1.35(3H, d, J = 6.8 Hz), 1.27(3H, d, J = 6.8 Hz), 0.95(3H, t, J

= 7.6 Hz), 0.91(9H, s), 0.09(6H, s), 0.08(6H, s).

(R,Z)-2-((tert-butyldimethylsilyl)oxy)-9-(1,3-dioxolan-2-yl)-7-ethylnon-6-en-3-one (43).

Under N2 atmosphere, to a stirring solution of compound 44 (505.8 mg, 1.18 mmol) in

THF (3 ml) was added PhSeNa (420.1 mg, 2.33 mmol) and HMPA (500 μl), warmed to

65 °C. After 6 hr, the reaction mixture was cooled to room temperature and quenched with

water. The organic layer was washed with water and brine, dried over Na2SO4. After

filtration, the filtrate was concentrated under reduce pressure. The residue was purified by

silica gel column chromatography(hexane/EtOAc = 7 : 1) to give compound 45 (402.1 mg,

92%). 1H NMR δ: 5.05(1H, t, J = 6.8 Hz), 4.82(1H, t, J = 4.8 Hz), 4.12(1H, q, J = 6.4 Hz),

3.97-3.81(4H, m), 2.63(1H, dt, J = 18.0, 7.6 Hz), 2.54(1H, dt, J = 18.0, 7.2 Hz), 2.26(2H, q,

J = 7.6 Hz), 2.16-2.12(2H, m), 1.96(2H, dq, J = 7.2, 1.2 Hz), 1.71-1.66(2H, m), 1.25(3H, d,

J = 6.8 Hz), 0.95(3H, t, J = 7.6 Hz), 0.89(9H, s), 0.51(6H, s).

70

(R,Z)-9-(1,3-dioxolan-2-yl)-7-ethyl-2-hydroxynon-6-en-3-one (45).

To a solution of compound 43 (214.6 mg, 579.0 μmol) in THF (1 ml) was added TBAF

(1.0 M in THF, 869 μl) at 0 ℃ and stirred for 18 hr. the reaction mixture was quenched with

saturated aq. NH4Cl and extracted with ethyl. The organic layer was washed with water and

brine, dried over Na2SO4. After filtration, the filtrate was concentrated under reduce

pressure. The crude compound 47 was used for next reaction without further purification.

(R,Z)-9-(1,3-dioxolan-2-yl)-7-ethyl-3-oxonon-6-en-2-yl 4-methylbenzenesulfonate (47).

Under N2 atmosphere, to a solution of compound 45 (c.a. 1.08 mmol) in CH2Cl2 was

added TsCl (308.8 mg, 1.62 mmol), Et3N (78.9 mg, 2.16mmol) and Me3N•HCl (50 mg) at

0 ℃. After 3hr, the reaction mixture was quenched with saturated aq. NH4Cl and extracted

with ethyl. The organic layer was washed with water and brine, dried over Na2SO4. After

filtration, the filtrate was concentrated under reduce pressure. The residue was purified by

silica gel column chromatography (Hexan/EtOAc = 5 : 1) to give compound 47 (357.4 mg,

81% yield over 2 steps) 1H NMR δ: 7.80(2H, d, J = 8.4 Hz), 7.36(2H, d, J = 8.4 Hz),

5.01(1H, t, J = 7.2 Hz), 4.83(1H, t, J = 4.8 Hz), 4.78(1H, q, J = 7.2 Hz), 4.01-3.82(4H, m),

2.67-2.51(2H, m), 2.46(3H, s), 2.25(2H, q, J = 7.2 Hz), 2.156-2.115(2H, m), 1.99(2H, q, J =

7.2 Hz), 1.72-1.67(2H, m), 1.34(3H, d, J = 7.2 Hz), 0.968(3H, t, J = 7.2 Hz).

71

West segment

Methyl 3-chloro-2,2-dimethoxypropanoate (53).

The mixture of pyruvic acid (32) (5.0 g, 56.78 mmol) and SO2Cl2 (23.0g, 170.34 mmol)

was stirred for 3 days. The reaction mixture was concentrated under reduce pressure, the

residue was diluted with MeOH. The solution was added Trimethyl orthoformate (33 ml)

and conc. H2SO4 (3 ml) and stirred for 2 days at reflux. The resulting mixture was cooled to

room temperature and quenched with saturated aq. NaHCO3. The mixture was extracted

with CHCl3 and the organic layer was washed with water and brine, dried over Na2SO4.

After filtration, the filtrate was concentrated under reduce pressure. The residue was

purified by silica gel column chromatography (Hexane/EtOAc = 4 : 1) to give compound 53

(3.59 g, 35 % yield). 1H NMR δ: 3.86(3H, s), 3.77(2H, s), 3.33(6H, s).

3-chloro-N,2,2-trimethoxy-N-methylpropanamide (54).

Under N2 atmosphere, to a solution of compound 53 (3.59 g, 19.66 mmol) in THF (15 ml)

was added NHMe(OMe)• HCl (3.84g, 39.32 mmol) and i-PrMgCl (2.0 M in THF, 39.32 ml)

at 0 ℃ and stirred for 2h. The resulting mixture was quenched with saturated aq.

NH4Cl.The aqueous layer was extracted with ethyl and the extracts was combined with

separated organic layer. The organic layer was washed with water and brine and dried over

Na2SO4. After filtration, the filtrate was concentrated under reduce pressure. The crude

compound 54 was used for next reaction without further purification.

72

Methyl 5-chloro-4,4-dimethoxy-3-oxopentanoate (55).

Under N2 atmosphere, to a solution of MeOAc (3.22 g, 41.29 mmol) in THF (50 ml) was

added LiHMDS (1.3 M in THF, 31.8 ml) at -78 ℃ and stirred for 30 min. The mixture was

added a solution of crude compound 54 (c.a. 19.66 mmol) in THF (10 ml) at -78 ℃ via

syringe pump over 30 min and then warmed to -40 ℃. After 3h, the mixture was quenched

with saturated aq. NH4Cl and extracted with ethyl. The organic layer was washed with

water and brine, dried over Na2SO4. After filtration, the filtrate was concentrated under

reduce pressure. The residue was purified by silica gel column chromatography

(Hexan/EtOAc = 4 : 1) to give compound 55 (2.94 g, 67% over 2steps).

Methyl 5-chloro-3,4-dioxopentanoate (50).

The mixture of compound 55 (100.4 mg, 446.9 μmol) and 4N HCl aq. (1 ml) was stirred

for 3 days. The reaction mixture was diluted with water and saturated with NaCl. The

resulting mixture was extracted with ether and dried over Na2SO4. After filtration, the

filtrate was concentrated under reduce pressure. The crude compound 50 was used for next

reaction

73

結言

以上、筆者は生物活性を有するポリケチド型天然物に着目し、農薬、医薬に有

用な天然物を発展的応用研究につなげるべく全合成研究を行った。

第一章では Trichoderma 属菌由来の新規農薬として期待される cremenolide の構

造改訂および全合成を行った。Cremenolide の構造推定には計算化学支援による配

座探索および 13C NMR スペクトルの算出によって 8 つの候補化合物のうち 1 つを

選び合成することで効率的な構造改訂を達成した。絶対立体配置の決定には至ら

なかったことから、今後は天然品のサンプルデータの再測定による最終的な構造

決定を行いたい。

第二章ではグラム陽性菌に対する抗菌作用、癌細胞浸潤阻害、抗パーキンソン

病、オートファジー亢進といった多様な薬理活性を有する nonthmicin の標的タン

パク質の同定を見据えた全合成研究を行った。Nonthmicin を 3 つのセグメントに

分割し、その内、南東部位、西部位の合成に取り組んだ。南東部位は合成経路序

盤における効率的合成経路の確立に成功し、エーテル環化前駆体となる Ts 化体の

合成に成功した。西部位はピルビン酸から 4 工程で西部位の前駆体を合成した。

南東部位、西部位は現在、残りの合成経路について検討中である。

本博士論文では農薬、医薬として有用な 2 つの天然物の合成に取り組んだ。

Cremenolide は現在東京農業大学分子設計学研究室で本研究を発展させた類縁体合

成が進められており、aspinolide 類縁体の網羅的合成へと展開されている。

Nonthmicin は、合成に至らなかったことは心残りであるが、研究の障壁となる各

種課題の解決に少なからず寄与できたと考えており、今後の nonthmicin 研究の発

展を切に期待している。

本研究を通して得られた成果が天然物合成化学の発展に寄与し、ひいては今後

の農薬、医薬開発の一助となれば幸いである。

74

謝辞

本研究を行うにあたり、終始丁寧で心のこもった御指導、御助言を賜りました

東北大学農学研究科生物有機化学分野の桑原重文教授、榎本賢准教授、目黒康洋

助教に厚く感謝申し上げます。

お忙しい中、本博士論文の査読を引き受けて下さいました東北大学大学院農学

研究科の山下まり教授、仲川清隆教授に深く感謝申し上げます。

研究が円滑に進むようデータ測定等便宜を図って下さいました田口優佳技官に

深く感謝申し上げます。

私に有機化学の基礎からご教授いただき、cremenolide の合成では的確な御指

導、ご助言を賜りました額田恭郎先生、東京農業大学生命科学部分子生命化学科

の石神健教授、矢島新教授、勝田亮准教授に改めて御礼申し上げます。

公私共にお世話になりました諸先輩方をはじめとした東北大学農学研究科生物

有機化学分野の諸氏に感謝申し上げます。

博士課程に進学した私を経済、精神的に支えて下さいました私の両親、辛い時

に心の支えとなってくれた良き友人達に感謝申し上げます。

75

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