8 ) 学位の種類学位記番号学位授与の日付学位授与の要件 速水醇はやみじゆんいち理学博士 理博第 2 9 号 昭和 36 年 3 月 2 3 日 学位規則第 5 粂第 1 項該当 研究科 専 攻 理学研究科化学専攻 学位論文題目 糖分解の研究 ( 主査 ) 論文調査委員教授後藤良造授教田中正三教授城

Title

糖分解の研究( Abstract_要旨 )

Author(s)

Hayami, Jun'ichi

Citation

Kyoto University (京都大学)

Issue Date

1961-03-23

URL

https://doi.org/10.14989/86472

Right

Type

Thesis or Dissertation

Textversion

author

⊂

8

】

) 学 位 の 種 類 学 位 記 番 号 学位授与の 日付 学位授与の要件 研 究科 ･ 専 攻 学位 論 文 題 目 速

水

醇 はや み じゆん い ち 理 学 博

士

理 博 第 2 9 号 昭 和 36 年 3

月

2 3 日 学 位 規 則 第

5

粂 第

1

項 該 当 理 学 研 究 科 化 学 専 攻 糖 分 解 の 研 究 (主 査) 論文 調 査 委 員 教 授 後 藤 良 造 授 教 田 中 正 三 教 授 城 野 和 三 郎 論 文 内 容 の 要 旨 水溶液 中における単糖類 の純化学的反応 は, 反応溶液 の水素 イオ ン濃度 (pH )のいかんに よって種 々異 な った複雑な経路をたど って, 多 くの反応生成物を与え る｡ これ らの反応 中次の4 種類 は古来反応の性格, 機構 が非常によ く研究 されてい る｡ i) 異性化反応, ii) 酸性領域での フル フラール誘導体 の生成反応, iii) アル カ リ性領域での逆 アル ドール型開裂反応, iv) 強 アル カ リ性領域での酸生成反応｡ しか し, これ らのほかに中性付近での興味 ある反応 と して野津, 後藤 らによって見 出 されたアセ トール C H 8C O C H20 H の生成反応 がある｡ この領域での単糖類 の分解生成物 は, メチルグ リオ キサール C H BC O C H O で あると 古 くか ら N euberg らに よって主張 されていて, 単糖の化 学性か らも一見妥 当な機構 が提 出 されていた｡ 野津, 後藤 らは単糖類 の分解反応 について研究を行 ない, ヘキ ソース, ペ ン トース, メチルペ ン トースか らアセ トールが生成 し, テ トロース, トリオースか らはアセ トールが生成 しない ことを証明 した. これ ら の結 果 とモデル化合物を用いた研究結果 とか ら, アセ トール生成 に関 し, 野津の機構 (弱酸性) および後 藤の機構 (弱 アル カ リ性) がそれぞれ提 出された｡ これ らの機構 はいずれ も糖の構造上可能 な過程ではあ るが, 直接的な証 明を欠 いていて さらにつ きすすんだ機構 にはたち至 っていなか った｡ 著者 は, その機構 を 明 らかにす る目的 浸けでな く, 従来確 たる知見 の得 られていない中性付近での単糖類 の挙動を知 り, 糖 の化学性を明 らかにす る一助 と して, 放射性炭素14C に よって部分的に標識 された単糖類 の合成 と分解 と を行 ない, さらに部分 メチル化単糖類を利用 した実験を行 なって両者 の知見を総合 し, アセ トール生成反 応の機構を推定 したので ある｡ 主論文第1 部 においては, 参考論文 その 1 で得たヘキ ソース (グル コース) か らのアセ トール生成反応 の特徴的性格が, ペ ン トースの場合に も成立す るか否 かを検討 した｡ これ によってペ ン トースおよびヘキ ソースか らのアセ トール生成反応 における共通性の有無 がわか り, アセ トール生成 の一般機構を樹立す る 重要 な一助 とす る ことがで きる｡ このため, D - キシロ- スー1-14C お よび D - アラビノ- ス -5114C を合成 し, これ らをpH 6.7の濃厚 な リン酸塩緩 しょ う液 中で分解 し, 生成 した アセ トールを採取後 その放射能分 布を決定 した｡ 分解反応で得 られたアセ トールの減成 (degradation) の結果, キシロー ス -1-14C , アラ

ビノー ス

-5-14C

ともに, 用 いた標識糖 の約

1/2

の比放射能を持 つ アセ トール

13-14C

(メチル

J 4C)

を与 え ることがわか った｡ この事実 は, 標識 ヘキ ソー スの分解 実験 か ら予期 された よ うに, ペ ン トー スの両端 炭素

C-1

お よび

C15

が アセ ト- ルの メチル基 に変換 され ることを示 す もので, ヘキ ソー ス お よび ペ ン トー スか らの アセ ト- ル生成 には共通 の機構 が作用す ることを強 く示 唆す る ものであ るo さ らに, 生成 ア セ トールの比放射能 がいずれ ももとの糖 の約

1/2

で ある事実を標識位 置の知見 と合せ考 え ると, ペ ン トー スの場合, C5 炭素鎖 に関 し上下 の対称 性 の良好 な中間体 が介在 してい る ことがわか る｡ 換 言すれば, ア ラ ビノー ス, キシ ロ- スの問の立体配 置 (configuration) の差 の消失 した共通 の, または よ く似 た中間体 を経 由す ることが推定で きる｡ 主論文第 2 部 に示 した考察 の結果, この 中間体 はおそ らく 3 - ケ トペ ン ト ー ス 〔A 〕またはそのエ ンジオ レ- トアニオ ン 〔B 〕で あろ うと推察 されたO

oD]d

0H

o

oH

oEEd

H

H

ニ

H

H

C

I

C

I

C

~

C

~

C

〔A 〕

CH 20 H

I

CO H

I.

:

C二〇

H

H

の

0

H

C

I

C

〔B 〕

(- )

主 論文第 2 部 においては, 部分 メチル化単糖を利用 して アセ トールの生成機構 を検討 した｡ す なわ ち, 参考論文 その 1 お よび主論文第 1 部 において明 らか とな った よ うに, アセ トール生成 には共通機構 が存在 し, 単糖 の両端炭素 が アセ トールの メチル基 に変換 され るので あるか ら, 次 に問題 とな るのは

C-1

お よび

Cl6

(ヘキ ソー スの場合) または

C-1

お よび

C-5

(ペ ン トー スの場合) が メチル基 に変換 され る機構 で あ る｡ 一般 にアルデ ヒ ド基 の メチル基- の直接還元例 は, 水添分解 の よ うな特殊 な例 を除 いて知 られてい ない し, 特 に水溶液系の反応例 は全 く知 られていないか ら, アル ドー スが一度 ケ トー スに異性化 した後 に メチル基 の生成反応 が行 なわれ ると解 す る方 が妥 当で あろ う｡ この場合三種 の機構 が考 え られ る｡ そ こで 著者 は, メチル化単糖を利用 して この反応 機構 を追究 した｡ すなわ ち,ヘキ ソー スの1 -, または6- 位を

0 -

メチル化 しておけば, β- カルボニル脱離機構 の場合 にだけ

O H (

｣ の脱離 よ りも

OM e(~

' の脱離の ほ う が よ り容易で あるために,反応 が促進 され, 他 の機構 で は反応 が抑制 され るで あろ う｡ この原理 を適用 した 結果 , 次の よ うな事実 がわか った｡ i)

1-0

- メチルーフラク トー スの場合 は アセ ト- ル生成促進, ii)

30

-メチルーグル コー スの場合 はアセ トール生成 な し, iii)

6-0

- メチルーグル コー スの場合 は アセ トール 生 成 促進, これ らの 事 実 は トレー サ- 実験 の結 果 と相 容れ るもので あ って, アセ トール生成 には3 -ケ トー ス (- キ ソー スの場合, 4 -ケ トー スも関与) か らのβ- カルボニル脱離反応 が重 要 な働 きをす る ことがわか った ｡ これにつづ く過程 は多 く既知の型 の反応で あ って, 全反応 は次の よ うに略記で きる｡

CH O

_I

CH 乏

_l

O H

CH aO H

_I

CH O H

CH O H

CH O H

l

l

l

CH O H

_I

(a)

C - 0

_[

CH O H

_I

(b)

CH O H

_I

-

CH O H

または

C - 0

CH O H

I

CH 20 H

i

CH O H

I

CH 20 H

l

CH O H

_I

CH 20 H

CH B

CH 8

CH 8

0

0

二

二

一C

IC

I

0

ニ

ーC

~

C - 0

(

C

)

CH O H

(d) CH 皇

O H

･･一一→

CH O H

→

C - 0

l

CH O H

I

CH 20 H

- 25

､-CH O H

I

CH 20 H

-

C

O 2

H

- ･- ･ (1) J

C H O H

_i

CH 乏

O H

C H O I C H O 斑 I C H O H I C H O H I C H aO H C H 皇O H F (a′) C H O Hi (b ′) C - 0 ~‥ > l ~･ > C H O H I C H aO H 8

0

0

H

二

二

C ~ C ~

C

1

C H O H i C H 乏O H C ~ C I C I C Eiid/ d

(

㍉

T = H 一 H 0 ニ H 0C一 H C (2)式 中31 ケ トペ ン トー スは上下対称 のためにアセ ト- ルほ上半下半部 か らほぼ等 しい割合 で 生 成 す る (少 な くとも下 半部の寄与 がヘキ ソー スの場合 よ りも大 き くな る) ことが期待 され, 第 1 蔀 に述べた よ う に これが実証 されてい る｡ (C, C′) は よ く見 られ る 異性化で あって, 近似例 も知 られていて る｡ ま た,

(d , d′)は次の一般式で示 され る反応で あ って, H ouse, C om bes, Juni, K arrer らに よってかな りの反応例 が報告 されてい る｡

R/

E R ･C O - C - C O ･R ′/ - R C O C R ′H O H

+

R ′′C O 2H O H (R ′′C O C R ′H O H十R C O 乞H ) 以上述 べた よ うに, 本研 究に よって アセ トールの生成過程が明 らか とな り, その生成反応 は a) 糖 の異 性化, b) 3 -ケ トー スか らの β- カルボニル脱離反応, C) α- ジ ケ トンの β- ジケ トン へ の 異 性 化 (ベ ンジル酸型転位 を行 なわない) とそれ につづ くd )切 断 の 4段階 に要約 された｡ ちなみに, a) の異性 化の成立 と C) のベ ンジル酸型転位不成立 の二つの条件を満す糖の反応例 の報告 は これ まで にな く, この アセ トール生成反応 は この意味で従来未知の反応で あ り, 上述の二つの基本 反応のi)両者 の成立 (サ ッカ リン酸生成), ii) 両者の不成立 (フル フラール生成), iii)異 性化の不成立 と転 位 の成立 (メタサ ッカ リ ン酸生成) 三 つの既知例 とともに可能 な最後の組 み合 わせ に相 当す るもので ある0 参考論文 その 1 で は,D - グル コー スー1-14C, D -グル コー ス-3 , 4･ 14C お よびDプ ル コ- スー6-14C を 合 成 し, これ らを弱酸性 の リン酸塩緩 しょう液 中で分解 し, 生成す る放射性 アセ トールを捕 集 して減成 を 行 な った｡ その結 果 グル コー ス (へキ ソ- ス) の C -1, C - 6 が アセ トー ルの メチル炭素 に, C -3, C -4 が アセ トールの 第1級 アル コール炭素 に変換 されてい る こと, さらに炭素鎖の切断が もとの糖､の C3-C4 の 間で起 こってい る ことがわか った｡ 参考 論文 その2では, 標識糖合成の一環 と して, 他 に報告例のない L -ラムノースー1-14C の合成法 を検 討 したO この ものが

L

- マ ンノー スと同一 の立体配 置を 持 つ ことを利用 して

, L-

マ ンノ- スー

1

-

14C

合成 法 を参考 と しなが ら合成 を行 な った｡ 5 -デ オキシーしア ラビノー スに弱 アル カ リ性 で シア ンヒ ドリン合 成を 行 ない, L -ラムノIT -ラク トンー1 -14C を経 て総 合収率37% で L -ラムノー スー1 -14Cを得 たo 論 文 審 査 の 結 果 の 要 旨 主論文 は糖分解 の研 究 は関す るもので あるO 従来, 水溶液 中における単糖類 の純化学的反応 は, 反応溶 液 の水素 イオ ン濃度 (pH ) のいかん に よ り 種 々異 な った複雑な経路をた ど って, 多 くの生成物を与え, その反応 の性格 , 機構 が, 特 に強 アル カ リ性 , 強酸性 の場合 には, 非常 に よ く研 究 されてい る｡ 中性付近

での興味 ある反応 と して野津, 後藤 らに よって見 出 されたアセ トール C H aC O C H 巳O H の生成経路がある. この領域での単糖類 の分解生成物は, メチルグ リオキサール C H aC O C H O で あると古 くか ら N euberg ら によって強 く主張 されていて, 単糖の化学性 か らもー見妥 当な機構 が提 出 されて きてい るO 野津, 後藤 ら は各種単糖類 およびモデル化合物か らアセ トールの生成を証 明 し, その生成 に関 し野津 および後藤の機構 がそれぞれ提 出 されている｡ これ らの機構 は, いずれ も可能 な過程で あるが, 直接的な証 明を欠 い て い て, さらにつ きすすんだ機構 にはたち至 っていない｡ 著者速水醇- は, この機構 を明 らかにす る目的およ び従来確 た る知見の得 られていない中性付近での単糖類 の挙動を知 り, 糖の化学性を明 らかにす る一助 と して本研究を行 な っている｡ 放射性炭素 14 C によって部分的に標識 された単糖類 の合成 と分解 , さらに 部分 メチル化単糖を利用 した実験等を行 ない, 糖分解反応の機構を推定 したもので あって, 興 味の あるも ので ある｡ 主論文第 1 部 においては, 参考論文 その 1 で得たヘキ ソー スか らの アセ トール生成反応の特 徴 的 性 格 が, ペ ン トースの場合 にも成立す るか否かを検討 してい る｡ このために, D -キシ ロースー1- 14 C および D - アラビノースー5J 4 C を合成 し, これ らを pH 6.7 の濃厚 な リン酸塩援 しょう液 中で分解 し, 生成 した アセ トールを採取後, その放射能分布を決定 している｡分解反応で得 られた アセ ト- ル減成 (degradation ) の結果, キシ ロースー1-14C , アラビノースー5114C 'ともに, 用 いた標識糖の約 1/2 の比放射能を持つ アセ ト ール-3- 14C (メチル-14C ) が生成 して くることを明 らかに している｡ この事実は, 標識- キ ソースの分解 実験か ら予期 された よ うに, ペ ン トースの両端炭素 C -1 および C -5 が アセ トールの メチル基 に 変 換 さ れ ることを示 めす もので, 著者はへキ ソ- スおよびペ ン トースか らの アセ トール生成 には, 共通の機構 が 作用する ことを示 唆す るもので ある ことを強調 している｡ 生成 アセ トールの比放射能 がいずれ ももとの糖 の約 1/2 で ある事実を, 標識位置の知見 と合せ考 え, ペ ン トースの場合, C5炭素鎖 に関 し上下の対称性 の良好な中間体 が介在 していることが明確で あると している｡ 換言すれば, アラビノース, キシロースの 問の立体配 置 (configuration ) の差の消失 した共通の, または よ く似 た中間体を経 由す ることが推定で き る｡ 著者 は主論文第2部に示 した考察の結果 , この中間体 は お そ らく3サ トペ ン トース

〔

A〕

また その エ ンジオ レー トアニオ ン

〔

B〕

で あろ うと提唱 している｡ 加 oH o oH c ,D]" H H 二 H H C I C -C I C -C

〔

A 〕

(

q H aO H C O H i C二二〇 l■ C O H I C H BO H

〔

B〕

(- ) 主論文第2 部 においては, 部分 メチル化単糖を利用 してアセ トールの生成機構 を検討 している｡ 一般 にア ルデ ヒ ド基の メチル基- の直接還元例は, 水添分解 の よ うな特殊な例を除 いて知 られ ていない し, 特 に水溶 液系の反応例 は全 く知 られていないか ら, アル ドースが一度ケ トースに異性化 した後 に, メチル基の生成反 応が行なわれ ると解 す るほ うが妥 当で あろ うと している｡ そ こで, 著者は メチル化単糖を利用す る ことに着

眼 し, ヘ キ ソースの 1 -, また は6-位を0-メチル化 しておけば, O H H の脱離 よ りもO M e(~)の脱離 の ほ うが よ り容易 で あるた めに, 反応 が促 進 され るで あ ろ うと考察 して, これを適用 した結 果,次 の よ うな事実を 明 ら か に して い る｡ す なわ ち, i) 1-0 -メチルーフ ラク トスの場合 は アセ トール生成 促 進, ii) 310 -メチルグ ル コ ー スの場合 は アセ トール生成 な し, iii) 6101 メチルーグル コースの場合 は アセ トー ル 生成促 進. これ らの事 実 は トレ- サー実験 の結 果 と相 いれ るもので あ って, 著者 は, アセ トール生成 に は

3

サ ト｣ ス (ヘ キ ソー スの場 合,

4

サ トース も関与) か らのβ- カル ボニル脱離反応 が重要 な働 らきを す る もので あ る こ と を 強 調 して い る｡ そ して全反応 は次の よ うに略記 で きる ことを提 出 してい る｡ C H O C H 乞O H C H 皇O H I I I C H O H C H O H C H O H I I ( C H O H C - 0 C H O H J l.･.･.･.･.･.･.⊥ l -k I_ トキ J c H O H → c H O H または C - o 1 I C H O H C H O H I I C H aO H C H20 H C H O C H 乏O H l I C H O H C H O H I l C H O H → C - 0 l C H O H I C H 20 H I C H O H I C H 乏O H C H3 C Ha C H a C - 0 0 l I U I C H O H I C H O H I C H aO H 8 0 H ニ C I C ~ 0 0 二 ニ ー C ~ C 一 C H O H I C H O H I C H 乏O H C H 8 1 C = 0 - C - 0 - C H O H - C H 乏O H J C H O H I C H aO H C H aO Hl CO乞H [ C H 乏O H > C - 0 I C H O H C - 0 1 C H O H I C H aO H 以 上述 べた よ うに, 著者 は本研 究 に よ って アセ ト- ルの生成過程を 明 らかに し, その生成反応 は, a)糖 の 異性 化 , b) 3- ケ トー スか らの β- カル ボニル脱離 反応, C) α- ジケ トンの β- ジケ トン へ の異性化 (ベ ン ジル酸型転位 を行 なわな い) とそれ につづ く, d ) 切断の4段 階 に要約 され る ことを確立 してい る｡ ちな み に, a) の異性化 の成立 とC) のベ ンジル酸型転位 不成立 の二 つ の条件 を満す糖 の反応例 の報告 は, こ れ ま で にな く, 著者 がは じめて見 出 した もので, アセ トール生成反応 は, この意味 に おいて, 従 来未 知の反応で ある といえ る｡ 参考 論文 の2編 は ともに主 論文 の先駆 を なす もので, 特 にその1は主論文の骨 格 を形成 す る重要 な もので ある｡ その1においては, D- グル コースート 14C , D-グル コー ス-3, 4-14C お よび D -グル コ - ス16- 14C を それ ぞれ合成 し, これ らを弱酸性 リン酸塩緩 しょ う液 中で分解 して, 生成 す る放射性 アセ トールを捕集 し減 成 を行 ない アセ トール生成機構 の一端 を 明 らか に した もので あ り, その2は し- ラムノ⊥ス-1J 4 C の 合 成 を試 み, 最初 にその合成 に成 功 した実験報告 で あ る｡ ともに興 味深 い成果を得 て い る｡ 要 す るに, 述水 醇- の論文 は, 主 論文 お よび参 考論文を通 じ, 有機反応機構 お よび有機合成 の分野 に興 味 の あ る新 知見 を加 えた もので, 特 に糖化学 の研 究 に貢献す る と ころが大 きい｡ また これ らの論文 か ら著者 が 有機化学 の領域 に豊富 な知 識 と優 秀 な研 究能 力 とを有 す る ことが うかがわれ る｡ したが って, 本論文 は理 学 博 士 の学位論文 と して価 値 が あるもの と認 め る｡

28

-〔主 論 文 公 表 誌〕

B ulletin of the C hem ical Society of Japan , V ol.34 (1961), N o,7 〔参 考 論 文〕

1. Studies on the C hem ical D ecom position of Sim ple Sugars X ,A cetoI F erm ation from 14C -L abeled H exoses

(糖 分解 の研 究 第10報 , 14 C-標識 ヘキ ソース類 か らの アセ トール生成)

(後藤良造 ほか2名と共著)

公表誌 B ulletin of the C hem ical Society of Japan , V ol.34 (1961), N o.6 2. L -R ham nose-1-14C (L -ラムノースート14C の合成)

(後藤良造 ほか1名と共著)