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abeo-エルゴスタン型骨格を有するストロファステロール類の合成研究

佐藤 俊太郎 東北大学

2020.03.25

概要

幼い頃にアリの行列を観察したことがある⼈は多いだろう。当時はこれを不思議なことだとは思わず眺めていたが、後に集団行動をしているアリは視覚が発達しておらず、触覚によってある化学物質を感知し、それに応答することで行列を成すということを知る。これが「道標フェロモン」である。働きアリは餌を見つけると、それぞれの個体が道標フェロモンと呼ばれる特定の化学物質を分泌し、後続のアリがそのフェロモンを感知することで、あとに続くと考えられている。アリだけではなく、他の動物や植物、菌類など、様々な生物の生命現象にもこのような化学物質が関与している。天然物化学の分野ではこのような生理活性物質の存在や機能を明らかにし、生命現象を解明する研究が行われてきた。しかしながら、機能が解明された生命現象はごく⼀部であり、多くは未解明のままである。アリの道標フェロモンもアリの種によって化合物の構造は異なり、現在もなお、道標フェロモンの同定に関する研究は続いている。さて、歴史を遡ると世界で初めて発見されたフェロモンは、1959 年にドイツの科学 者であるButenandt によって単離・同定されたボンビコールである。

ボンビコールは雌のカイコガが分泌する性フェロモンであり、その構造は E-Z に共役した二重結合を含む炭素数 16 個の第⼀級アルコールから成っている。このように単純な構造を有するボンビコールであるが、他の生物種には作用することなく、カイコガの雄に特異的に作用する。この単純有機化合物をカイコガの雄が如何にして選択的に受容しているかは多くの科学者の興味を引き、昆虫の生態や生活環を物質レベルで解明する研究へと発展していった。⼀方で、このような生命現象の仕組みを解明できれば我々の生活に応用することも可能である。例えば近年、フェロモンの性質を逆手に取った害虫防除剤の開発が行われている。その仕組みは、農業において害となる昆虫の雌が放出する性フェロモンを⼈為的に散布することで雌雄の交信を錯乱し、繁殖を防ぐというものである。性フェロモンは特定の害虫にのみ低濃度で強力に作用することから、効果的で低毒性の農薬として普及しつつある。

しかしながらフェロモンをはじめとする天然有機化合物は、生物体内ではごく微量しか生産されず、天然からの単離量だけでは詳細な生物学的研究やその後の応用展開のためには不十分である。そのような研究材料の供給不足を補うことは有機合成化学の役割の⼀つであり、今日までに合成化学の技術を駆使した、天然物の標品供給、さらには実用的農薬・医薬品の開発が数多く実施されてきた。農薬や医薬品開発における有機合成化学の大きな貢献とは裏腹に、その意義がしばしば疑問視されることもあるが、合成化学には以下のような大きな役割があると考える。

１つ目として、新たな反応の開発が挙げられる。⼀口に新たな反応と言ってもその目指すところは様々であり、新規骨格の構築や収率・選択性の向上を志向した反応、操作の簡便性やコストの軽減に繋がる反応、環境面に配慮したクリーンな反応など多岐に渡る。そのどれもが精密な実験操作や条件検討といった試行錯誤によってのみ実現可能であり、AI が発達した現代においても変わることのない有機合成化学の技と言えよう。

２つ目として化合物の構造決定がある。単離された天然物の構造は、その構造が複雑になればなるほど NMR 的な手法で決定することが難しくなり、X 線による構造決定も適用できない場合、最後の砦となるのが化学合成による構造決定である。構造決定の技術が進歩した昨今においても、合成研究による構造改訂の報告は絶えないことから、有機合成化学が構造決定の分野で依然として重要な位置を占めていることが分かる。

３つ目として天然物の誘導化や部分構造の合成を可能にする点が挙げられる。生理活性物質の活性発現に重要な部分構造（ファーマコフォア）を特定することは化合物の構造簡略化に繋がり、新たな薬剤をデザインするための⼀歩となる。この部分構造を特定するための様々な構造修飾や複雑天然物の部分合成は、有機合成化学によってのみ成し得る専売特許である。

以上のように、有機合成化学は有用な生理作用を持つ微量天然物を供給することで生命現象の理解に寄与するとともに、天然物に勝る機能物質を生み出すことのできる重要な研究領域であると言えよう。

本博士論⽂研究では、キノコ⼦実体形成誘導活性を示し、前例のない転位型ステロイド骨格を持つstrophasterol A とそのエピマーであるstrophasterol B、及びそれらの酸化型類縁体であるstrophasterol C-F と glaucoposterol A を対象として、有機合成化学の進捗と生物学的研究の進展に寄与することを目指し、以下の合成化学的研究を実施した。

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