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含窒素複素環を化学構造に含む医薬品の合成法の改良と光分解挙動、及び光分解物の変異原性評価

吉川 貴寛 富山大学

2021.09.28

概要

医薬品は様々な環境的要因により化学変化が生じ分解物を生成するが、環境的要因 がどのような化学変化を引き起こすかを調べるためには、一般に医薬品を強制的に分 解させる手法が用いられている。医薬品の強制分解研究では、薬物のさまざまな分解 生成物の識別が容易になるとともに、分解生成物の構造、生成メカニズムに関する情 報を取得することができ、こうした情報はまた変異原性の予測にも利用できる。一方、製剤の保管時や投与形態によっては光に暴露されることがあるにも関わらず、光分解 物の構造特定に関する研究報告は少ない。光の感受性の高い官能基の一つに含窒素複 素環があり、これら官能基を化学構造に含む医薬品は光の影響で化学変化が生じるこ とが考えられる。脳心血管病予防の観点から注目されている高血圧治療薬であるアン ジオテンシンII受容体拮抗薬(ARB)の化学構造には酸性基を持つビフェニル構造が共通 して含まれており、酸性基のほとんどが含窒素複素環である。それらは光により分解 する報告があるものの、光分解物の構造が特定されていないために医薬品の安全性に 懸念があった。そこで本研究では、ARBの中でも薬理効果が高いことから注目を集め ているアジルサルタン(AZL)の光分解挙動及び光分解生成物の変異原性の化学的評価に ついて、AZLの合成法の改善と合わせて研究した。

本論文は、4章からなる。第1章では、AZLの合成法の改善を検討した。AZLの合成法として最初に報告された2とクロロギ酸エチルを用いてオキサジアゾロン環化する方法 (図1)では収率が23 %と低かった。反応条件を種々検討したところ、収率を65 %に改善することができたが、反応時間が68時間と長く、この方法は大量合成には向かないことがわかった。そこで、2とホスゲン等価体である炭酸ジアルキルを用いて一段階でオキサジアゾロン環化する方法(図2)について検討した。この方法では収率が約90%に改善されたが、2と4が反応する副反応により不純物8が4.9 %も生成した。不純物8の生成を抑制するための条件を種々検討した結果、炭酸ジアルキルを大過剰に使用して低温下で反応させた場合に、収率よく4が得られ、かつ不純物8を0.1%以下に抑制可能であることがわかり、新規な合成方法の開発につながった。

続いて第2章では、AZLの光分解挙動を研究した。AZLのメタノール溶液に紫外光を照射したところ、単一の光分解物の生成を確認した。分光学的測定の結果、光分解物はフェナントリジン誘導体7(図3)であることが示唆された。ただし、7は他の研究グループにより報告されていたAZLの光分解生成物とは異なる化合物であったために、確認実験を行った。7を4の光分解とは異なる有機合成化学的手法により合成し、光分解物とNMRスペクトルを比較したところ、両者は一致した。また、光分解物と1,8-ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ-7-エン(DBU)との塩を調製し、そのX線構造解析を行うことによっても7の分子構造であることが確認できた。なお、7の生成機構については、光脱炭酸反応によるイミドイルナイトレンの生成と、その環化反応によるフェナントリジン環の構築を経るものと推定した(図3)。

第3章では、光分解物7の変異原性について評価した。まずCASE Ultra(Malti CASE 社)ソフトウェアを用いて定量的構造活性相関法(QSAR)によるin silico試験を行った。その結果、7の化学構造のうちPolycyclic aromatics AlertとPrimary aromatic amines Alert部位が変異原性を示すことがQSARにより予測された。この予測の妥当性について検証したところ、7の部分構造である6-アミノフェナントリジンそのものが変異原性を示すことが先行研究から見出されたことから、7は変異原性を示す可能性が強い事が示唆された。次に変異原性の強さについて考察した結果、7は変異原性を示す恐れが有るものの、アミノ基を有する多環芳香族炭化水素は置換されたアルキル基が立体的に嵩高くなるにつれて変異原性が弱くなることから、7もメチルベンズイミダゾール部位の立体的嵩高さによりその変異原性は弱められる事を著者は予測した。この予測結果は実際にAmes試験をすることにより裏付けられ、7は変異原性は有しておらず、6-アミノフェナントリジンの3位のアルキル基の立体効果による変異原性を弱める効果を示唆する実験的証拠を初めて提示した。

第4章では、分子内に含窒素複素環を含むロスバスタチンカルシウムの光分解研究の前研究で、立体的に込み合ったピリミジンカルバルデヒド中間体とシアノ酢酸の Knoevenagel反応においてCN/π相互作用の関与を示唆する興味深い高立体選択的反応挙動を観測したので合わせて報告した。

以上まとめると、本研究では、これまで不確かであったAZLの光分解物の構造がフェナントリジン環を有する7であることを明らかにすることにより、オキサジアゾロン環の光分解により生成したイミドイルナイトレンのビフェニル架橋によるフェナントリジン環化反応を提案できた。この事は他のARBは共通してイミドルナイトレン前駆体となるテトラゾールをビフェニル部位に持ち、変異原性の疑いが強いフェナントリジン誘導体を得る可能性を示している。ただし7の変異原性はAmes試験において認められなかった。この理由はメチルベンズイミダゾールの立体効果により6-アミノフェナントリジンの変異原性が弱められた事が考えられた。今回得られた知見はAZLの光分解生成物の安全性を担保したことにとどまらず、他のARBの光分解生成物の構造及び変異原性の予測に応用できることから、意義深い成果である。

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