[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

光触媒-ニッケル協働系によるシステイン含有ペプチドのS-アリール化

[スポンサーリンク]

2018年、ペンシルバニア大学・Gary A. Molanderらは、無保護ペプチドに対し可視光レドックス―ニッケル協働触媒系を用いて、ハロゲン化アリールによるシステイン側鎖修飾反応を達成した。

“Scalable thioarylation of unprotected peptides and biomolecules under Ni/photoredox catalysis”
Vara, B. A.; Li, X.; Berritt, S.; Walters, C. R.; Petersson, E. J.;  Molander, G. A. Chem. Sci. 2018, 9, 336. DOI: 10.1039/c7sc04292b

問題設定

システインはチオールの求核性の高さ、天然タンパク質内の低存在比から生体共役反応やペプチド化学における重要な修飾標的である。ペプチドのシステインS-アリール化は、金属試薬を用いたものがいくつか報告されている[1-3]。しかしパラジウムやアリールハライドが過剰量必要になるなどの問題がある。ウルマン型カップリングでは、加えて高温条件および適切な保護基を必要としてしまう。

金属を使わない修飾法としてはマレイミドへのマイケル付加が代表例だが、逆反応が起こりうることがしばしば応用上の問題となる。Barbas[4]やPentelute[5]らよる報告が改善事例としてあげられる。Noelらはバッチ・フロー両方で使えるシステインS-アリール化を2018年に報告している[6]が、カップリングパートナーとしてジアゾニウム塩を用いるため、側鎖保護の必要がある。

技術や手法のキモ

可視光レドックス触媒によって生じるチイルラジカルとニッケル触媒を協働させたカップリング反応は、高い化学選択性や広い官能基許容性を有する。

Molanderらはビス(カテコラト)アルキルシリケートがチイルラジカルを発生させる優秀な水素移動試薬であることを見出し、photoredox型クロスカップリングへの応用を報告した[7]。この系を用いれば、システインの修飾反応に応用できると考えた。

主張の有効性検証

①条件の最適化

ペプチド基質に含まれるアミン・塩・配位子類似構造は、試薬や触媒を破壊したりHAT触媒の電位を変えてしまうなどの形で、触媒系への悪影響を及ぼす可能性がある。 そのためまず簡単な構造であるグルタチオン(Glu-Cys-Glyトリペプチド)を用いて適用可能性の確認と、条件検討を行った。

最終的に下記スキームが最適条件として同定され、望むシステインS-アリール化が良好な収率で進行した。少量ならば水も許容される。また使用する試薬はすべて安定な固体であり、活性触媒の事前調整などを必要としない簡便な反応である。

② 基質一般性

1級チオールを有するグルタチオンを用いてパートナーの検討を行なった。無保護のカルボン酸、ボロン酸、アルコール、ケトンの存在下でも反応は進行した。アジドはこの条件には適合せず、混合物を与えた。また、クマリンやビオチン、糖といった化合物が含まれていても反応は円滑に進行し、薬物様構造も結合させることができた。ジスルフィド含有基質においては、S-S切断が起きたものにアリール化が進行した生成物が観測される。

2級チオールを有するチオプロニン、3級チオールを有するD-ペニシラミンについても反応は進行するが、立体障害が増すため反応の進行は遅くなる。後者は競合するジスルフィド形成が明確に観察される。

③アミノ酸許容性の確認

グルタチオン反応系に様々なアミノ酸を1当量加えて、許容性を評価している。ほとんどの場合、反応は70%以上の収率で良好に進行するが、プロトン化アミノ酸(Lys, Arg)もしくはチロシンを加えた場合は収率が大きく下がる。

④希釈条件・グラムスケール反応

グルタチオンをモデル基質としてさらに薄い濃度での反応検討を行ったところ、臭化アリールを20当量加えることで目的のアリールスルフィドを81%収率で得た。またこの条件下でより多くの官能基を持つ無保護のペプチド(H2N-Trp-His-Glu-Tyr-Ala-Cys-Ala-Mcm-Ala-CONH2)に対し反応を行ったところ、時間で原料が消失し、システイン修飾体が得られた。生成物をMALDI-MS/MSで調べたところ、他の残基には反応が進行していないことが確かめられた。

また、約1 gのグルタチオン原料で反応を行ったところ、72%収率(1.02 g)で修飾体を得た。安価なNi触媒は、特に大スケールにおいて有用性があると考えられる。

議論すべき点

  • タンパク質へと展開しようとすると有機溶媒が好まれないので、水中反応の可能性がどこまであるかは知りたいところ。また、タンパク質の構造維持に必要なジスルフィド結合も切断されうるので、大物基質への適用を狙うには引き続き改善が必要そうである。

次に読むべき論文は?

参考文献

  1. Vinogradova, E. V.; Spokoyny, A. M.; Pentelut, B. L.; Buchwald, S. L. Nature 2015, 526, 687. doi:10.1038/nature15739
  2. Willwacher, J.; Raj, R.; Mohammed, S.; Davis, B. G. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 8678. DOI: 10.1021/jacs.6b04043
  3. Zong, C.; Liu, J.; Chen, S.; Zeng, R. Chin. J. Chem. 2014, 32, 212. doi:10.1002/cjoc.201300830
  4. Toda, N.; Asano. S.;  Barbas, C. F. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 12592. doi:10.1002/anie.201306241
  5. Spokoyny, A. M.; Zou, Y.; Ling, J. J.; Yu, H.; Lin, Y.-S.; Pentelute, B. L. J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 5946. DOI: 10.1021/ja400119t
  6. Bottecchia, C.; Rubens, M.; Gunnoo, S. B.; Hessel, V.; Madden, A.; Noël, T. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 12702. doi:10.1002/anie.201706700
  7. Jouffroy, M.; Kelly, C. B.; Molander, G. A. Org. Lett. 2016, 18, 876. DOI: 10.1021/acs.orglett.6b00208
  8. Bloom, S.; Liu, C.; Kölmel, D. K.; Qiao, J. X.; Zhang, Y.; Poss, M. A.; Ewing, W. R.; MacMillan, D. W. C. Nat. Chem. 2018, 10, 205. doi:10.1038/nchem.2888
Avatar photo

cosine

投稿者の記事一覧

博士(薬学)。Chem-Station副代表。国立大学教員→国研研究員にクラスチェンジ。専門は有機合成化学、触媒化学、医薬化学、ペプチド/タンパク質化学。
関心ある学問領域は三つ。すなわち、世界を創造する化学、世界を拡張させる情報科学、世界を世界たらしめる認知科学。
素晴らしければ何でも良い。どうでも良いことは心底どうでも良い。興味・趣味は様々だが、そのほとんどがメジャー地位を獲得してなさそうなのは仕様。

関連記事

  1. 超高速レーザー分光を用いた有機EL発光材料の分子構造変化の実測
  2. 世界の中心で成果を叫んだもの
  3. 革新的なオンライン会場!「第53回若手ペプチド夏の勉強会」参加体…
  4. 模型でわかる【金属錯体型超分子】
  5. カルボン酸をホウ素に変換する新手法
  6. 学部生にオススメ:「CSJ カレントレビュー」で最新研究をチェッ…
  7. 第18回 Student Grant Award 募集のご案内
  8. Carl Boschの人生 その2

注目情報

ピックアップ記事

  1. 再生医療関連技術ーChemical Times特集より
  2. 18F-FDG(フルオロデオキシグルコース)
  3. 抗生物質の誘導体が神経難病に有効 名大グループ確認
  4. 2010年ノーベル化学賞予想ーケムステ版
  5. 硫黄の化学状態を高分解能で捉える計測技術を確立-リチウム硫黄電池の反応・劣化メカニズムの解明に期待-
  6. 発明対価280万円認める 大塚製薬元部長が逆転勝訴
  7. 酸素と水分をW保証!最高クラスの溶媒:脱酸素脱水溶媒
  8. スルホキシイミンを用いた一級アミン合成法
  9. シェリル・サイ Shiou-Chuan (Sheryl) Tsai
  10. カラス不審死シアノホス検出:鳥インフルではなし

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2019年5月
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
2728293031  

注目情報

最新記事

理研の研究者が考える未来のバイオ技術とは?

bergです。昨今、環境問題や資源問題の関心の高まりから人工酵素や微生物を利用した化学合成やバイオテ…

水を含み湿度に応答するラメラ構造ポリマー材料の開発

第651回のスポットライトリサーチは、京都大学大学院工学研究科(大内研究室)の堀池優貴 さんにお願い…

第57回有機金属若手の会 夏の学校

案内:今年度も、有機金属若手の会夏の学校を2泊3日の合宿形式で開催します。有機金…

高用量ビタミンB12がALSに治療効果を発揮する。しかし流通問題も。

2024年11月20日、エーザイ株式会社は、筋萎縮性側索硬化症用剤「ロゼバラミン…

第23回次世代を担う有機化学シンポジウム

「若手研究者が口頭発表する機会や自由闊達にディスカッションする場を増やし、若手の研究活動をエンカレッ…

ペロブスカイト太陽電池開発におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用

持続可能な社会の実現に向けて、太陽電池は太陽光発電における中心的な要素として注目…

有機合成化学協会誌2025年3月号:チェーンウォーキング・カルコゲン結合・有機電解反応・ロタキサン・配位重合

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2025年3月号がオンラインで公開されています!…

CIPイノベーション共創プログラム「未来の医療を支えるバイオベンチャーの新たな戦略」

日本化学会第105春季年会(2025)で開催されるシンポジウムの一つに、CIPセッション「未来の医療…

OIST Science Challenge 2025 に参加しました

2025年3月15日から22日にかけて沖縄科学技術大学院大学 (OIST) にて開催された Scie…

ペーパークラフトで MOFをつくる

第650回のスポットライトリサーチには、化学コミュニケーション賞2024を受賞された、岡山理科大学 …

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー