[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

キノリンをLED光でホップさせてインドールに

[スポンサーリンク]

キノリンN-オキシドからN-アシルインドールへの骨格編集法が開発された。光源としてこれまで使われていた水銀ランプの代わりに390 nmのLEDを用いたことが本反応の鍵である。

キノリンからインドールへの骨格編集

スキャフォールド・ホッピングとは、もとの分子とは異なる母骨格をもち、類似した活性を有する生物活性物質を、コンピューターによる構造探索により創出する手法である[1]。例えば、脂質異常性治療薬pitavastatinは、fluvastatinをもとにスキャフォールド・ホッピングにより生み出された(図1A)。一般的にスキャフォールド・ホッピングで提示される分子は、もとの分子と母骨格が異なるため、全く異なる合成経路を新たに立案する必要がある。

スキャフォールド・ホッピングを容易にする技術として、骨格編集が近年注目を集めている[2]。骨格編集とは、C–H官能基化などの骨格修飾反応と異なり、骨格自体を改変する手法を指す。インドールからキノリンへの骨格編集反応として、これまでに著者らはα-クロロジアジリンを用いた炭素原子挿入反応を報告した(図1B)[3]。一方で、キノリンN-オキシドからインドールへの光異性化反応はBuchardt、Kaneko、Streith、Albiniらによって古くから研究されていたが、光照射後に複雑な混合物を与えるという課題があった(図1C)[4]。今回著者らは、水銀ランプの代わりに390 nmのLEDを光源に用いると、副生成物の生成が抑制され、キノリンN-オキシドから高収率でN-アシルインドールが得られることを見いだした。光照射により生成する3,1-ベンゾオキサゼピン中間体を酸加水分解することで、様々なキノリンN-オキシドからインドールを合成することに成功した。また、筆者らの先行研究と本手法を組み合わせ、キノリンとインドールの相互変換も実現した。

図1. (A) キノリンとインドール骨格を有する医薬品 (B) 筆者らの先行研究 (C) キノリンN-オキシドの光反応 (D) 本研究

“Scaffold Hopping by Net Photochemical Carbon Deletion of Azaarenes”

Woo, J.; Christian, A. H.; Burgess, S. A.; Jiang, Y.; Mansoor, U. F.; Levin, M. D. Science 2022, 376, 527–532.

DOI: 10.1126/science.abo4282

論文著者の紹介

研究者:Mark D. Levin

研究者の経歴:

2008–2012 B.S., University of Rochester, USA (Prof. A. J. Frontier)
2012–2017 Ph.D., University of California, Berkeley, USA (Prof. F. D. Toste)
2017–2019 Postdoc, Harvard University, USA (Prof. E. N. Jacobsen)
2019– Assistant Professor, Department of Chemistry, The University of Chicago, USA

研究内容:一原子骨格編集、同位体標識および放射性同位体標識法

論文の概要

本反応は、C2位に置換基をもつキノリンN-オキシド1に390 nmのLED光を照射し、その後TFAを添加することで、N-アシルインドール2を与える(図 2A)。シアノ基(1a)や複数のハロゲン原子をもつキノリンN-オキシド(1b)からは、それぞれインドール2aおよび2bが得られた。本異性化反応は1cなどのキノリン以外の複素環にも適用できた。また、Pitavastatin誘導体を用いると中程度の収率でインドール2dを与えた。なお、光源に水銀ランプを用いると2b2c2dの収率は大幅に低下した。

NMR実験およびX 線結晶構造解析から本反応では、光照射によりキノリンN-オキシドからベンゾオキサゼピンが生成することが示された(詳細は本文参照)。ベンゾオキサゼピンからインドールへの変換は、酸素同位体18Oを用いた標識実験により、二通りの反応経路が提唱されている(図 2B)。まず、ベンゾオキサゼピン[18O]-3eのプロトン化によりイミニウムまたはオキソカルベニウムイオンが生じる。その後、オキサゼピンの加水分解、脱水を伴った縮環反応が進行しインドール2eが得られる。2eの同位体標識率が3eよりも低下したことから、これら両反応経路が競争すると結論づけられた。

今回筆者らが開発したキノリンからインドールへの骨格編集(一炭素欠損)と過去に開発したインドールからキノリンへの骨格編集(一炭素挿入)を組み合わせることで、キノリンからシンノリンの合成が可能となった(図1C)。まず、キノリン4fの一炭素欠損反応により2-メチルインドール(2f)へと変換した。続くα-クロロジアジリンを用いた4gの一炭素挿入により、4fのC2位とC3位の置換基が入れ替わった異性体4gを得た。次に一炭素欠損反応により、4gから2-フェニルインドール(2g)へと誘導した。さらに2gの窒素原子挿入反応により、シンノリン5gを合成した[5]

図2. (A) 基質適用範囲 (B) 18O同位体標識実験 (C) 骨格編集反応を駆使したシンノリンの合成

 

以上著者らは、従来用いられてきた水銀ランプに代わり、390 nmのLEDを光源に用いることで、キノリンから、インドールを効率的に合成する手法を報告した。今後、種々の骨格編集が開発され、スキャフォールド・ホッピングを駆使した低分子創薬を加速させると期待する。

参考文献

  1. Hu, Y.; Stumpfe, D.; Bajorath, J. Recent Advances in Scaffold Hopping. J. Med. Chem. 2017, 60, 1238–1246. DOI: 10.1021/acs.jmedchem.6b01437
  2. (a) Lyu, H.; Kevlishvili, I.; Yu, X.; Liu, P.; Dong, G. Boron Insertion into Alkyl Ether Bonds via Zinc/nickel Tandem Catalysis. Science 2021, 372, 175−182. DOI: 1038/s41586-018-0700-3 (b) Roque, J. B.; Kuroda, Y.; Göttemann, L. T.; Sarpong, R. Deconstructive Diversification of Cyclic Amines.Nature 2018, 564, 244−248. DOI: 10.1126/science.abg5526 (c) Kennedy, S. H.; Dherange, B. D.; Berger, K. J.; Levin, M. D. Skeletal Editing Through Direct Nitrogen Deletion of Secondary Amines. Nature 2021, 593, 223–227. DOI: 10.1038/s41586-021-03448-9 (d) Vitaku, E.; Smith, D. T.; Njardarson, J. T. Analysis of the Structural Diversity, Substitution Patterns, and Frequency of Nitrogen Heterocycles among U.S. FDA Approved Pharmaceuticals. J. Med. Chem. 2014, 57, 10257−10274. DOI: 10.1021/jm501100b (e) Wertjes, W. C.; Southgate, E. H.; Sarlah, D. Recent Advances in Chemical Dearomatization of Nonactivated Arenes. Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 7996−8017. DOI: 10.1039/c8cs00389k (f) Liu, X.; Liu, C.; Cheng, X. Ring-Contraction of Hantzsch Esters and Their Derivatives to Pyrroles via Electrochemical Extrusion of Ethyl Acetate out of Aromatic Rings. Green Chem. 2021, 23, 3468–3473. DOI: 10.1039/d1gc00487e
  3. Dherange, B. D.; Kelly, P. Q.; Liles, J. P.; Sigman, M. S.; Levin, M. D. Carbon Atom Insertion into Pyrroles and Indoles Promoted by Chlorodiazirines. J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 11337–11344. DOI: 10.1021/jacs.1c06287
  4. (a) Albini, A.; Alpegiani, M. The Photochemistry of The N-Oxide Function. Rev. 1984, 84, 43–71. DOI: 10.1021/cr00059a004 (b) Spence, G. G.; Taylor, E. C.; Buchardt, O. Chem. Rev. 1969, 69, 231–265. DOI: 10.1021/cr60264a003 (c) J. S. Poole. Recent Advances in the Photochemistry of Heterocyclic N-Oxides and Their Derivatives. In Heterocyclic N-Oxides; O. V. Larionov, Ed.; Topics in Heterocyclic Chemistry, Vol. 53; Springer Cham, 2017; pp 111–151. DOI: 10.1007/978-3-319-60687-3
  5. Somei, M.; Kurizuka, Y. A Facile Route to Cinnolines. Chem. Lett. 1979, 8, 127–128. DOI: 10.1246/cl.1979.127

 

Avatar photo

山口 研究室

投稿者の記事一覧

早稲田大学山口研究室の抄録会からピックアップした研究紹介記事。

関連記事

  1. 学術オンラインコンテンツ紹介(Sigma-Aldrichバージョ…
  2. 有機アジド(3):アジド導入反応剤
  3. ラジカル重合の弱点を克服!精密重合とポリマーの高機能化を叶えるR…
  4. マイクロ波プロセスを知る・話す・考える ー新たな展望と可能性を…
  5. 【書籍】英文ライティングの基本原則をおさらい:『The Elem…
  6. Illustrated Guide to Home Chemis…
  7. 中学入試における化学を調べてみた 2013
  8. 高純度フッ化水素酸のあれこれまとめ その2

注目情報

ピックアップ記事

  1. ノーベル賞受賞者と語り合おう!「第16回HOPEミーティング」参加者募集!
  2. 湿度によって色が変わる分子性多孔質結晶を発見
  3. Igor Larrosa イゴール・ラロッサ
  4. フォン・ペックマン反応 von Pechmann Reaction
  5. 海水から「イエローケーキ」抽出に成功、米科学者グループが発表
  6. ヌノ・マウリド Nuno Maulide
  7. 光触媒ラジカル付加を鍵とするスポンギアンジテルペン型天然物の全合成
  8. 目からウロコの熱伝導性組成物 設計指南
  9. 添加剤でスイッチするアニリンの位置選択的C-Hアルキル化
  10. 3-メチル-1-フェニル-2-ホスホレン1-オキシド:3-Methyl-1-phenyl-2-phospholene 1-Oxide

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2022年7月
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
25262728293031

注目情報

最新記事

植物由来アルカロイドライブラリーから新たな不斉有機触媒の発見

第632回のスポットライトリサーチは、千葉大学大学院医学薬学府(中分子化学研究室)博士課程後期3年の…

MEDCHEM NEWS 33-4 号「創薬人育成事業の活動報告」

日本薬学会 医薬化学部会の部会誌 MEDCHEM NEWS より、新たにオープン…

第49回ケムステVシンポ「触媒との掛け算で拡張・多様化する化学」を開催します!

第49回ケムステVシンポの会告を致します。2年前(32回)・昨年(41回)に引き続き、今年も…

【日産化学】新卒採用情報(2026卒)

―研究で未来を創る。こんな世界にしたいと理想の姿を描き、実現のために必要なものをうみだす。…

硫黄と別れてもリンカーが束縛する!曲がったπ共役分子の構築

紫外光による脱硫反応を利用することで、本来は平面であるはずのペリレンビスイミド骨格を歪ませることに成…

有機合成化学協会誌2024年11月号:英文特集号

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2024年11月号がオンライン公開されています。…

小型でも妥協なし!幅広い化合物をサチレーションフリーのELSDで検出

UV吸収のない化合物を精製する際、一定量でフラクションをすべて収集し、TLCで呈色試…

第48回ケムステVシンポ「ペプチド創薬のフロントランナーズ」を開催します!

いよいよ本年もあと僅かとなって参りましたが、皆様いかがお過ごしでしょうか。冬…

3つのラジカルを自由自在!アルケンのアリール–アルキル化反応

アルケンの位置選択的なアリール–アルキル化反応が報告された。ラジカルソーティングを用いた三種類のラジ…

【日産化学 26卒/Zoomウェビナー配信!】START your ChemiSTORY あなたの化学をさがす 研究職限定 キャリアマッチングLIVE

3日間で10領域の研究職社員がプレゼンテーション!日産化学の全研究領域を公開する、研…

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