[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. カーボンナノチューブを有機色素で染めて使う新しい光触媒技術
  2. 「溶融炭酸塩基の脱プロトン化で有用物質をつくる」スタンフォード大…
  3. リチウムにビリリとしびれた芳香環
  4. フッフッフッフッフッ(F5)、これからはCF3からSF5にスルフ…
  5. 音声読み上げソフトで書類チェック
  6. 私が思う化学史上最大の成果-2
  7. 世界最小電圧の乾電池1本で光る青色有機EL
  8. COVID-19状況下での化学教育について Journal of…

注目情報

ピックアップ記事

  1. レビュー多くてもよくね?
  2. 【6月開催】第九回 マツモトファインケミカル技術セミナー 有機金属化合物「オルガチックス」の密着性向上剤としての利用 -添加剤としての利用-
  3. 巧みに骨格構築!Daphgracilineの全合成
  4. トム・マイモニ Thomas J. Maimone
  5. メタロペプチド触媒を用いるFc領域選択的な抗体修飾法
  6. 続・日本発化学ジャーナルの行く末は?
  7. ハワイの海洋天然物(+)-Waixenicin Aの不斉全合成
  8. シリカゲルの小ネタを集めてみた
  9. 目指せ!! SciFinderマイスター
  10. Shvo触媒 : Shvo’s Catalyst

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

【太陽ホールディングス】新卒採用情報(2026卒)

■■求める人物像■■「大きな志と好奇心を持ちまだ見ぬ価値造像のために前進できる人…

産総研の研究室見学に行ってきました!~採用情報や研究の現場について~

こんにちは,熊葛です.先日,産総研 生命工学領域の開催する研究室見学に行ってきました!本記事では,産…

第47回ケムステVシンポ「マイクロフローケミストリー」を開催します!

第47回ケムステVシンポジウムの開催告知をさせて頂きます!第47回ケムステVシンポジウムは、…

【味の素ファインテクノ】新卒採用情報(2026卒)

当社は入社時研修を経て、先輩指導のもと、実践(※)の場でご活躍いただきます。「いきなり実践で…

MI-6 / エスマット共催ウェビナー:デジタルで製造業の生産性を劇的改善する方法

開催日:2024年11月6日 申込みはこちら開催概要デジタル時代において、イノベーション…

窒素原子の導入がスイッチング分子の新たな機能を切り拓く!?

第630回のスポットライトリサーチは、大阪公立大学大学院工学研究科(小畠研究室)博士後期課程3年の …

エントロピーの悩みどころを整理してみる その1

Tshozoです。 エントロピーが煮詰まってきたので頭の中を吐き出し整理してみます。なんでこうも…

AJICAP-M: 位置選択的な抗体薬物複合体製造を可能にするトレースレス親和性ペプチド修飾技術

概要味の素株式会社の松田豊 (現 Exelixis 社)、藤井友博らは、親和性ペ…

材料開発におけるインフォマティクス 〜DBによる材料探索、スペクトル・画像活用〜

開催日:10/30 詳細はこちら開催概要研究開発領域におけるデジタル・トランスフォーメー…

ロベルト・カー Roberto Car

ロベルト・カー (Roberto Car 1947年1月3日 トリエステ生まれ) はイタリアの化学者…

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

PAGE TOP