（アズレノンを活用した連続環化による天然物類似化合物群の創製）

博 士 （ 理 学 ） VelisojuMahendar

学 位 論 文 題 名

Sequential Annulations of Azulenone IN/Ianifold to Generate Natural Product‑Inspired Scaffolds

（アズレノンを活用した連続環化による天然物類似化合物群の創製）

学 位 論 文 内 容 の 要 旨

      Fragment‑based drug design (FBDD) has emerged in the past decade as a powerful approch for drug discovery process. Identification of small‑sized (molecular weight〜 150) and low‑affinity fragments and subsequent linking of the fragments bound to adjacent regions in targeted biomolecules could produce a high‑affinity small molecule. Tactics for the fragments linking remain limited and usually rely on Click chemistry or cost‑effective medicinal transformations employing heteroaromatic manifolds or flexible alkyl/peptidyl linkers. The linear assemblies of the several fragments typically produce sp2‑rich flat molecules with limited three‑dimensionality and complexity compared to those of natural products and products of diversity‑oriented synthesis (DOS).

      In this thesis, chapter l introduces background and recent progress on the FBDD. Structural and functional features between the synthetic drugs and natural products are then compared. Natural products ofien possess cyclic scaffolds bearing dense arrays of functional groups and hydrogen‑bond donors/acceptors. Incorporation of multiple sp3‑centers on the scaffold creates unique three‑dimensional shape of the surface, which is responsible for the specific molecular recognition with biomacromolecules. Exemplified by thapsigargin (Ca2+̲ATPase inhibitor) and aconitine (Na+‑channel modulator), naturally occurring terpenes sharing bicyclo[5.3.O]dacane framework are highlighted as potent and specific modulators of protein functions.

        Chapter‑2 describes assembly of two fragments through cascade annulations employing azulenone 1 as a versatile manifold. Dense and stereo‑controlled integrations of four C‑N bonds on I were accomplished in one‑pot through (l) ene reaction: 1‑*3, (2) formal [6+2] cycloaddition: 3‑ 5 and (3) hetero‑conjugate addition leading to an altemately bis‑bridged 6 in good yields (62‑70%). This cascade process not only allows rapid assembly of the two fragments on l but also installs four consecutives sp3‑

stereogenic centers on the pentacyclic scaffold 6in a highly stereocontrolled manner.

azulenone manifold

    ,COzR   尸 ゜H2 ROユc

 ene R ‑.iPr. ally ,  Me

―111

      RO,C¥ tCOzR     N‑N  conjugate o addition 6a: R = Me [62%J Bb: R = iPr (70%)  h k: R ‑ allyl (66%)           6

呂 『

       Chapter‑3 gives details of assembly of three fragments through sequential annulations on l, which allows (1) three‑dimensional presentations of the fragments; (2) concise and flexible access to sp3‑rich complex scaffolds (such as 13) reminiscent of natural products; (3) installations of several appending sites including a substituted proline moiety for futher diversifications. Cobalt‑catalyzed formal [6+2] cyclization of I with 7 predominantly formed tricyclic adduct 8. After taking trials and errors on modifications of substrates and optimizations of irradiation conditions, [2+2] photo‑cycloaddition of 8 with 9 was successfully achieved giving rise t0 10 in 82% yield with exquisite controls of regio‑ and stereo‑

selectivities. Subsequent [3+2] cycloaddition of 10 with 12 proceeded stereoselectively to afford hexacyclic scaffold 13 in 92% yield.  Notably, this process allows stereo‑controlled installations of ten sp3‑

strerogenic centers in 13.

     Having established protocols for the sequential annulations, assemblies of aromatic benzamidine fragments into the three sites of the hexacyclic scaffold were then explored. By making use of three kinds of benzamidine fragments (15‑17), a series of small molecules (18‑20) with variations on distances and angles between the benzamidine moieties were systematically synthesized.

o           ‑R1 7  Coball‑cal

                       formal [6+2]      '   1      53%      8   R

azulenone manifold

RLCIHd.4,¨‑‑coz.

1．3‑dipolar13+2]

    92Y0

      Chapter‑4 aims to address biological evaluations of the synthetic compounds described in Chapter‑2 and Chapter‑3. Taking into account for the structural homology between compound 18‑20 and an approved drug for trypanosomiasis (sleeping sickness), pentamidine, bearing a pair of benzamidines linked through a flexible alkyl linker, a preliminarily assessment of in vitro anti‑trypanosomal activities were described (collaboration with Kitasato institute: Prof. Kazuhiko Otoguro et. aIJ. In addition, preliminary efforts for screenings of anti‑cancer agents through collaboration with Eisai Co., Ltd. were also described.

‑ 112 ‑

呂 ー つ        

−

学位論文審査の要旨 主査    教 授    及 川 英 秋 副査    教 授    谷 野 圭 持 副査    教 授    伊 藤    肇 副査    教 授    藤 田 恭 之 副査    准教授   大栗博毅

学 位 論 文 題 名

Sequential Annulations of Azulenone IVIanifold to     Generate Natural Product ― 工 nspired Scaffolds

（アズレノンを活用した連続環化による天然物類似化合物群の創製）

博士学位論文審査等の結果について（報告）

  Fragment‑based drug design (FBDD)

は、医薬品リード化合物を効率的に創製する手法として、

活発な研究が展開 されつっある。生体高分子のりガンド結合ポケットに弱く相互作用する複 数のフラグメント を選定し、これらを連結して高い結合親和性を獲得した化合物を創出する ア プロ ーチ である。現状 では、分子量約150以下のフ ラグメント同士を連結する手法は限 られており、クリ ックケミストリーやへテロ芳香環やペプチドリンカーを用いた連結反応が 多用される。そのため合成した化合物群は、sp2炭素含有率の高い平板な造形となるので、天 然物や多様性指向 型合成で供給される化合物群と比較すると構造の複雑性や多様性が限定的 である。申請者は、標的とする生体高分子に強カかつ特異的に結合するsp3炭素含有率の高い 低分子リガンドを 合理的に創出するため、生理活性天然物に類似した多環性骨格に複数のフ ラグメントを提示する合成手法の実現に取り組んだ。2環性のアズレノンを出発物質として、

2

―5種 類の フラ グメ ント を集 積化 し ながら逐次縮環 させ、

5

ー

6

環性の骨格を迅速合成す るフラグメント集 積化法を開発した。さらに、ベンズアミジンフラグメントを様々な空間配 置で提示した多官 能性化合物ライブラリーの系統的合成にも成功した。本研究により、所望 のフラグメントを 連結しながら天然物類似多環性骨格を複雑化・官能化・多様化する合成プ ロセスが実現され た。生体標的分子への特異性が高く副作用を低減した生体機能性分子を創 製 す る 新 し い 合 成 手 法 と し て 更 な る 展 開 と 創 薬 へ の 応 用 が 期 待 さ れ る 。

  

タプシガーギンは、ビシクロ［513．0］骨格に提示したラクトンと4つのアシル側鎖により、

Ca2

十‑ATPase分子表面を特異的に認識する。これら部分構造の空間配置は、タプシガーギン骨 格に存在する7つ の

sp3

炭素の立体化学により精密に規定されている。フオルボールエステル は、セカンドメッセンジャーであるジアシルグリセロールの構造をより複雑化・官能化し、

コンフォメーションを固定化したミミックと捉えられる。フオルボールエステルは、ジアシ ルグリセロールよりも圧倒的に高い親和性で蛋白質リン酸化酵素に結合し、活性化状態を維 持する。また、カプサイシンの構造を多環性骨格に組み込んだレシニフェラトキシンは、カ プサイシンよりも低濃度でバニロイド受容体を活性化する。セスキテルペン類の構造と活性 の知見を踏まえて申請者は、フラグメントを導入しながらsp3炭素含有率の高い多環性骨格を 構築する合成戦略を案出し、標的分子へ特異 的に結合するりガンドの創製に取り組んだ。

−113ー

  最 初 に 申 請 者 は 、 ビ シ ク ロ 【5．3．0］ 骨 格 を 持 っ ア ズ レ ノ ン を マ ニ フ オ ー ル ド と し て 、2種 の フ ラ グ メ ン ト を 集 積 化 す る 合 成 プ ロ セ ス を 開 発 し た 。 シ ク ロ ペ プ タ ト リ ェ ． ン 部 位 の 特 異 な 反 応 性 を 制 御 し な が ら 、 鎖 状 の ア ゾ ジ エ ス テ ル と の 位 置 選 択 的 な エ ン 反 応 を 実 現 し た 。7員 環 上 の ト リ エ ン を 転 位 さ せ た シ ク ロ ペ プ タ ト リ エ ン に 対 し 、 今 度 は 環 状 の ア ゾ 化 合 物(PTAD)を 作 用 さ せ る と 、 形 式 的 に は 【6+2]型 の 付 加 環 化 と へ テ ロ 共 役 付 加 が 進 行 し 、 五 環 性 の 化 合 物 が 一 挙 に 構 築 さ れ る こ と を 見 出 し た 。 パ ラ ブ ロ モ ベ ン ゾ ェ ー ト 人 誘 導 し てX線 結 晶 構 造 解 析 を 行 い 、4連 続 の 炭 素 ‐ 窒 素 結 合 が 全 て ア ン チ の 立 体 化 学 で マ ニ フ オ ー ル ド に 導 入 さ れ た 五 環 性 骨 格 の 形 成 を 確 認 し た 。 さ ら に 、 ア ズ レ ノ ン に 鎖 状 ／ 環 状 ア ゾ 化 合 物 を 順 次 作 用 さ せ る ワ ン ポ ッ ト 反 応 を 実 現 し 、 簡 便 な 操 作 で2種 類 の フ ラ グ メ ン ト を 提 示 し た 五 環 性 骨 格 を 構 築 す る 手 法 を 確 立 し た 。

  次 に 申 請 者 は 、 ア ズ レ ノ ン の シ ク ロ ペ プ タ ト リ エ ン 部 位 に 存 在 す る6連 続 のsp2炭 素 を 全 て 活 用 し た 連 続 環 化 に よ り 、5種 類 の フ ラ グ メ ン ト を 連 結 し て6環 性 骨 格 を 構 築 し た 。 ま ず 、 末 端 ア セ チ レ ン フ ラ グ メ ン ト と ア ズ レ ノ ン と の 分 子 間 ［6十2］ 環 化 を 検 討 し た 。Buonoら が シ ク ロ ペ プ タ ト リ エ ン を 基 質 と し て 報 告 し た コ バ ル ト 触 媒 に よ る 反 応 条 件 を 適 用 し 、 共 役 ジ ェ ン の 転 位 と 四 級 炭 素 の 構 築 を 伴 い な が ら 三 環 性 骨 格 を 合 成 し た 。 シ ク ロ ペ ン タ ノ ン と 共 役 し た ジ エ ン と マ レ イ ン イ ミ ド を 連 結 し た フ ラ グ メ ン ト と の 分 子 間 ［2十2］ 光 環 化 を 検 討 し た 。 複 数 の7電 子 が 近 接 し た 基 質 を 光 で 活 性 化 す る の で 、 当 初 の 想 定 通 り 様 々 な 副 反 応 が 競 争 す る 困 難 な 系 で あ っ た 。 検 討 の 末 、 三 環 性 基 質 の 反 応 点 近 傍 に 存 在 す る ス チ レ ン 部 位 を ビ ニ ル シ ラ ン ヘ 改 変 す る こ と で 、 反 応 点 の 制 御 に 成 功 し た 。 ま た 、 写 真 用 ラ ン プ 光 源 を 照 射 す る 最 適 化 条 件 を 見 出 し て 、 位 置 お よ び 立 体 選 択 性 を ほ ぼ 完 全 に 制 御 し た ［2十2］ 光 環 化 を 高 収 率 (820/0)で 実 現 し た 。 次 に 、 ア ズ レ ノ ン 母 骨 格 に 残 さ れ たa´B― 不 飽 和 ケ ト ン 部 位 に 対 す る 分 子 間 ［3十2］ 環 化 を 実 施 し た 。 グ リ シ ン と 芳 香 族 ア ル デ ヒ ド を 縮 合 し て ア ゾ メ チ ン イ リ ド を 発 生 さ せ 、LiBrとEt3Nを 活 性 化 剤 と す る 柘 植 ら の 条 件 を 適 用 す る と 、 位 置 お よ ぴ 立 体 選 択 的 な

【3+2]環 化 が 高 収 率 （92ワ 。 ） で 進 行 し 、3置 換 プ ロ リ ン ユ ニ ッ ト を 組 み 込 ん だ6環 性 骨 格 の 構 築 に 成 功 し た 。 X線 結 晶 構 造 解 析 で2つ の 四 級 炭 素 を 含 む10連 続 のsp3炭 素 で 構 成 さ れ る6 環 性 骨 格 の 構 造 を 確 実 に 決 定 し た 。 さ ら に 、 ビ ニ ル シ ラ ン 部 位 を ヨ ウ 化 ビ ニ ル ヘ 変 換 後 、 プ ロ リ ン 窒 素 を 無 保 護 の ま ま ア リ ー ル ボ ロ ン 酸 フ ラ グ メ ン ト を 鈴 木 ― 宮 浦 カ ッ プ リ ン グ さ せ る 手 法 を 確 立 し た 。 こ の よ う に5種 類 の フ ラ グ メ ン ト （ ア セ チ レ ン 、 マ レ イ ン イ ミ ド 、 グ リ シ ン 、 芳 香 族 ア ル デ ヒ ド 、 ア リ ー ル ボ ロ ン 酸 ） を ア ズ レ ノ ン に 集 積 化 す る 迅 速 合 成 プ ロ セ ス(5‑6 工 程 ） の 開 発 に 成 功 し た 。

  上 記6環 性 骨 格 の3箇 所 ヘ2つ の べ ン ズ ア ミ ジ ン フ ラ グ メ ン ト を 導 入 し 、 ベ ン ズ ア ミ ジ ン 同 士 の 距 離 と 角 度 の バ リ エ ー シ ョ ン を 創 出 し た 化 合 物 群 を 合 成 し た 。 カ ル バ メ ー ト で 保 護 し た ア ミ ジ ン を 導 入 し た 基 質 で も 逐 次 環 化 が 効 率 的 に 進 行 す る こ と を 実 証 し な が ら 、3系 統 の ビ ス ベ ン ズ ア ミ ジ ン と ト リ ス ベ ン ズ ァ ミ ジ ン （1種 ） の 合 成 に 成 功 し た 。 本 研 究 に よ り 、 ニ ユ ー モ シ ス チ ス 肺 炎 、 ア フ リ カ 睡 眠 病 （ ト リ パ ノ ソ ー マ 症 ） 、 リ ー シ ュ マ ニ ア 症 の 治 療 薬 ペ ン タ ミ ジ ン の コ ン フ ォ メ ー シ ョ ン を 固 定 化 し 、 よ り 複 雑 化 ・ 官 能 化 し た ペ ン タ ミ ジ ン 様 分 子 群 を 現 実 的 な コ ス ト で 合 成 す る こ と が 可 能 に な っ た 。 複 数 の ベ ン ズ ア ミ ジ ン を 様 々 な 空 間 配 置 で 多 環 性 骨 格 に 提 示 し た 化 合 物 ラ イ ブ ラ リ ー を 活 用 し た 生 理 活 性 試 験 と 構 造 活 性 相 関 を 現 在 検 討 中 で あ る （ 国 内 共 同 研 究 ） 。 今 後 、 ビ ス ベ ン ズ ア ミ ジ ン 類 の 活 性 発 現 に 重 要 な 三 次 元 構 造 に つ い て 有 益 な 新 知 見 が 得 ら れ る こ と が 期 待 さ れ る 。 本 合 成 研 究 に よ り 、 ペ ン タ ミ ジ ン 類 の 副 作 用 を 大 幅 に 低 減 し た 新 規 医 薬 品 の 創 製 に 直 結 す る 研 究 基 盤 が 整 備 さ れ た と 捉 え る こ と が で き る 。 以 上 の 研 究 は 、 有 機 合 成 化 学 の 進 展 に 寄 与 す る だ け で な く 、 医 薬 化 学 、 化 学 生 物 学 等 の 境 界 領 域 へ の 波 及 効 果 も 期 待 さ れ 、 高 く 評 価 さ れ る 成 果 で あ る 。     よ っ て 著 者 は 、 北 海 道 大 学 博 士 （ 理 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め   る 。

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