博 士 （ 農 学 ） 田 渕 浩 康
学 位 論 文 題 名
植 物 毒 素 ア ル タ ナ ル 酸 の 立 体 化 学 と 全 合 成 、 及 び 新 規 関 連 化 合 物 の 単 離 、 構 造 研 究
学 位 論 文 内 容 の 要 旨
近 年、 天然 有機 化学の分野に於いて、飛躍的に進歩した単離技術や構造決定法により 種々の生理活性物質の構造が明らかにされ、合成、生合成を含めた幅広い研究がなされ ている。その中で特に発展がめざましい分野に¨植物病原菌の生産する生理活性物質¨
を対象とする研究がある。これらの生理活性はその殆どが微量で極めて顕著な活性を示 すため、有機化学の分野のみならず、薬理学、病理学などの各方面から注目を浴びてい る。
アルタナル酸はジャガイモ夏疫病菌(Alternaria solani) の生産する植物毒素であり、最 近の研究ではその条件をすべて満たすわけではないものの、その作用様式が宿主特異的 毒素(host‑specific toxin) のそれに類似していることが報告されており、本病における第 一義的な病原性決定因子として考えられるようになってきた。また、化学的立場からで はアルタナル酸は分子内にトリカルポニルメタン構造を有し、さらに蜘鎖には3 連続し た不斉中心やエキソオレフィンなどを有する高度に官能基化された化合物であり、合成 対象としても非常に興味が持たれる。本論文では植物病原菌の代謝毒素としてアルタナ ル酸の立体化学の決定と全合成を意図とし、さらに新規関連化合物の単離、構造研究、
生合成、及び構造活性相関研究を行った。
アル タナ ル酸 の全合 成研 究で は、 アル タナ ル酸を3 つのセグメントA 、B 、そして℃
に分け、これらをそれぞれ合成し、その後各セグメントの縮合により全合成を達成した (Scheme1 ） 。ま ず、セグメントA では立体化学の明かでない不斉炭素を2 ケ含むため、
（S ）．2 ．メチルプタノールを出発原料とし、シアステレオ選択的なオスミウム酸化とシリ
ル工一テル保護基とアセ夕一ル保護基の選択的な除去を鍵として可能な4 種のジアステ
レオ異性体を全て合成し、天然物の分解物とテータを比較することでアルタナル酸の絶
対 立体 配置 を決 定し、 それ と同 時に 合成 中間 体、 セグ メン ト A を 得た 。セ グメントB
はイタコン酸メチルを原料に、逆Diels‑Alder 反応を利用することでオレフィンの保護を
行い 、 効 率の 良 い 合成 経 路 を開 発 し た。 セ グ メ ントCは(R)−3‐ ヒドロ キシ酪 酸メチル と 酢 酸r・ ブ チ ル か らClaisen縮 合 と加 水 分 解 反応 の わ ずか2段 階で 合 成 した 。 本 全合 成 に お ぃ て 最 も 鍵 と な る 段 階 が 各 セ グ メ ン ト の 縮 合 で あ り 、 セ グ メ ン トAとBの 縮 合 は Juliaオ レ フ ィ ン 化 反 応 に よ り 行 い 、 セ グ メ ン トABとCの 迎 結は 今 回 新た に 開 発し た 改 良Fries型転 位 反 応に よ り 行っ た 。 っま り 、Juliaオレ フ ィ ン化 反 応 では ほ と んど 前 例 の な い3級 で 、 し か も 隣 接 炭 素 原 子に メ ト キシ カ ル ポ ニル 基 を 有す る ア ルデ ヒ ド （セ ク メ ン トA)を 用 い 、 セ グ メ ン トBで あ る フ ウ ニ ル ス ル ホ ン ア ニ オ ン と の カ ッ ブ リ ン グ の 条 件 を 見 い 出 し 、 セ グ メ ン ト ABを 得 た 。 セ グ メ ン トABとCの 縮 合 で はDCCとDMAP を用 い た 改良Fries型 転位 反 応 によ り 、 カ ルポ ン 酸 とロ ‐ ケ トぶ ‐パレ 口ラク 卜ンから わ ずか1段階で3‐ア シル・5，6‐ジヒ ドロ‑4‑ヒドロ キシ‑2‑ピロン構 造を合 成し、アルタナル 酸 の 全炭 素 骨 格を 構 築 した 。 最 後に 、 保 護基 の 除 去 は分 子 内 のカ ル ポ キシ ル 基 をう ま く 利用 し た より 温 和 な加 水 分 解反 応 に より 行 い 、 アル タ ナ ル酸 （1） のはじめ ての全 合成に 成功した。
ま た 、 今 回 開 発 し た 改 良Fries型転 位 反 応 を、 ト リ カル ポ ニ ルメ タ ン 構造 を 有 する 他 の化合物 合成へ の応用を 検討した 結果、3‐ア シル‐5，6‐ジヒドロ‑4‑ヒドロキシ‑2‑ピ口ン 構造以外に、3‐アシル・4‐ヒドロキシ−2−ピロン、2‐アシル‑3‑ヒド口キシ‑2‑シクロヘキセ ン‑1‑オン、そして5―アシル‐2，2．シメチル＿1，3‐ゾオキサン14，6―ジオン（アシルMeldrum．s 蘭構造の合成にも応用が可能であることを見い出した(Scheme2）・
また 、 んsolani培 養 液か ら 新 規ア ル タ ナ ル酸 関 連 化合 物 の 検索 を 行 った と こ ろ、 新 た に10‑デオ キ シ アル タ ナ ル酸(2)、10―デオ キシ−6，19‑ジヒド ロアルタ ナル酸(3)、10‑デ オキシ―6，8，9，19‑テトラヒドロアルタナル酸(4)、(10E)‑10，11ーデオキシ‑10，11‑デヒドロ
―6，19‑シヒ ドロア ルタナル 酸(5)、そして10，11‑デオキシ ―6，19‑シ ヒド口アルタナル酸 (6)の5種 の 新 規 ア ル タ ナ ル 酸 関 連 化 合 物 を 単 離 し 、 各 種 ス ベ ク トル デ 一 夕の 解 析 によ り 平 面構 造 を 決定 し た 。ま た 、 これ ら の 立体 化 学 の 決定 は ス ベク ト ル デ一 夕 の 解析 、 分 解 反 応 、 及 び 化 学 的 関 連 付 け に よ り 行 い 、 量 的 に 十 分 で あ っ た 化 合 物2、3、 そ し て4 の 全 絶 対 立 体 配 置 を 、 微 量 成 分 で あ っ た 化 合 物5と6に 関 し て は そ の一 部 の 立体 化 学 を 明らかにした。
また 、 こ れら 今 回 新た に 単 離し た ア ルタ ナ ル 酸 類や 合 成 研究 の 際 に得 ら れ たア ル タ ナ ル 酸 の各 セ グ メン ト な どを 用 い た宿 主 植 物に 対 す る 生理 活 性 試験 を 行 い、 ア ル タナ ル 酸
（1）の 構 造 活性 相 関 に関 す る 知見 を 得 た。 っ ま り 、ア ル タ ナル 酸 に おい てC‑10位 の3級 水 酸 基 やC‑6位 の エ キ ソ メ チ レ ン 基 は 植 物 毒 素 活 性 に 重 要 で あ り 、特 にC‑6位 の エキ ソ メ チ レン 基 は 植物 毒 素 活性 に 対 し大 き く 関与 し て い るこ と が 示唆 さ れ た。 ま た 、側 鎖 構
造部分と3 ‐アシル‐5 ，6 −ジヒドロ‑4‑ ヒドロキシ‑2‑ ピロン構造部分との問では宿主植物に 対する作用様式が異なることを示唆する結果が得られた。
さらに、新規アルタナル酸類の構造的情幸發、各種同位体標識化合物のアルタナル酸類 への取り込み実験の結果、及びチトク口一ムP‑450 阻害剤添加実験によるアルタナル酸 類の生産量変動分析等から、1 ）アルタナル酸（1 ）は1 本鎖のボリケチド鎖からではなく、
むしろC14 とC 。かC ．：とC 。の2 本のポリケチド鎖から生合成されること、2 ）C‑8 位と C −9 位の二重結合は炭素骨格形成時にできること、3 ）アルタナル酸におけるC −11 位の 酸素原子は酢酸に由来するのではなく、むしろ空気中の酸素分子か水分子に由来するこ と、3 ） C‑20 位のカルポキシル基はヒドロキシメチル基あるいはメチル基から順次酸化 され生成すること、4 ） C‑6 位のエキソメチレン基は2 級メチル基から生成すること、5 ） C‑10 位の 3 級 水酸 基は アル タナル 酸生 合成 の最 終段階に立体保持のまま導入されるこ と等を支持する結果を得た。また、これらを総合的に考慮することによルアルタナル酸 の推定生合成経路を提案した。また、チトクロームP‑450 阻害剤添加実験ではより酸化 度の低いアルタナル酸関連化合物、ブロアルタナル酸I （7 ）が新たに蓄積し、これを単 離、 構造 決定 し、 さらには合成研究を行った。これにより、水酸化酵素チトク口一ム P‑450 阻害剤を用い、関連化合物の量的変動を解析することやより酸化度の低い関連化 合物を単離構造決定することが糸状菌二次代謝産物の生合成研究に有効な手段となるこ とを示した。
以上、植物毒素アルタナル酸のはじめての全合成、全立体化学、新規関連化合物の単
離、構造研究、構造活性相関、及び生合成研究の結果はアルタナル酸の病原性決定因子
としての作用磯作解明に役立つのみならず、他の有用な生理活性物質の開発に繋がるも
のと考えられる。
Scheme1
segmentA
e 十
PhS
segmentB
2H 十
TBS
O
A B s egme ntC
Scheme2
tricarbonylmethane structure
1
l b
O
O RC02H ， R ´k0 01 め塑め→゛。め
1: R = OH (alternaric acid) 2;R=H
5; C10,Cl1
6; C10,C11‑CH=CH‑ (E)
‑CH2CH2‑
ー706ー
3; C8,C9 .CH=CH‑ (E) 4; C8,C9 ‑CH2CH2‑
proalternaric acid I (7)
学 位 論 文 審 査 の 要 旨
学 位 論 文 題 名
植 物 毒 素 ア ル タ ナ ル 酸 の 立 体 化 学 と 全 合 成 、 及 び 新 規 関 連 化 合 物 の 単 離 、 構 造 研 究
本 論文 は3 章 からなる 総頁数177 頁の 和文論文である。図 37 、 表 11 、スキーム 31 を含み、 別に参考論文 7 編が添えられている。
植 物毒 素は 植 物病害におけ る病徴の発現に関わ る重要因子と して の役 割 が解 明されて いるが、一方これら の毒素類は植物生 長調 節物 質 とし ての利用 の可能性を秘めてお り、多面的応用研 究が展開されている。最近、植物毒素アルクナル酸（1 ）がバレイ ショ疫病菌の感染に．より起こるバレイショの過敏感細胞死を著 しく 遅延 さ せる ことが明 らかとなり、注目さ れている。本論文 はア ルタ ナ ル酸 の立体化 学を決定し、全合成 を完成ずるととも に、 同病 原 菌よ り新規関 連化合物の単離、構 造研究を行い、生 合成 研究 を 経て アルタナ ル酸の生成機構を論 じたものである。
第 1 章 で はア ル タナ ル酸 の 立体 化学 と 全合 成に っ いて 述べ て い る。 ア ルタ ナル 酸 の平 面構 造 は1960 年に古典的な 分解反応を 駆 使す る こと によ っ て決 定さ れ ていたが、 立体化学にっいては 4 個のキラル炭素 の中で、C − 12 位 と C ー 17 位の絶 対配置は分解物 の施 光度から、それぞれ S とR と推定されるが、C ―10 位とC −11 位 の立体化学は不明のままであった。（S ）―2 ―メチルブタノールを 出発原料とし、 ジァステレオ選択的ナよオスミウム酸化と水酸基 お よび フ エル ミル 基 の選 択的 保 護と脱保護 を鍵反応として、分 解物 に可能ナょ4 個の立体異性体を 合成し、天然物由来 の分解物 と 比較 す るこ とに よ ルア ルタ ナ ル酸の絶対 配置を決定した。こ の過 程でアルタナル酸の 全合成に利用でき るセグメントA を得て お り 、 これ を 用い て、 Schemel に示 し た経 路で 全 合成 を完 成 し ている。即ち、 イタコン酸メチルを原料に、Diels ―Alder 反応を 含む 効率の良いセグメン トB の合成 法を開発し、得られ たセグメ ントB とセグメントA を縮合させ、 セグメントAB を得た。 セグメ
―707−
民 也 彦 耿 純 照 原 谷 原 市 水 吉 授 授 授 敦 教 教 査
−
査 査
主 副
副
ン ト AB と C の 連 結 は 新 た に 開 発 し た 改 良 Fries 型 転 位 反 応 を 用 い て い る （ Scheme2 ） 。 こ の 反 応 は カ ル ボ ン 酸 と ロ ー ケ ト − 6 ― バ レロ ラ ク ト ン か ら 1 段 階 で 3 ― ア シ ル ― 5 ．6 − ジ ヒ ド 口 ― 4 ― ピ ロ ン を 合成 す る 方 法 で あ り 、 ト リ カ ル ボ ニ ル メ タ ン 構 造 を 有 す る 他 の 化 合 物 に も 応 用 が 可 能 で あ る こ と を 見 出 し て い る 。 こ の 方 法 で 得 ら れ た 多 数 の 転 位 化 合 物 を 用 い て 、 構 造 一 生 物 活 性 相 関 研 究 に 発 展 さ せ た 。 ア ル タ ナ ル 酸 の 全 炭 素 骨 格 を 有 す る 転 位 化 合 物 は 最 終 的 に 保 護 基 を 除 去 し 、 ア ル タ ナ ル 酸 の は じ め て の 全 合 成 に 成 功 し て い る 。
第 2 章 で は 新 規 ア ル ク ナ ル 酸 関 連 化 合 物 の 単 離 と 構 造 決 定 に つ い て 述 べ ら れ て い る 。 バ レ イ シ ョ 夏 疫 病 菌 が ァ ル ク ナ ル 酸 関 連 毒 素 を 生 産 し て い る 可 能 性 と 生 合 成 研 究 を 行 う た め 、 代 謝 産 物 の 検 索 を 行 っ た 。 そ の 結 果 10 − デ オ キ シ ア ル タ ナ ル 酸 （ 2 ） 、 10
→デオキシ−6 ，19 −ジヒドロアルタナル酸（3 ）、10 −デオキシ―6 ． 8 ． 9 ， 19 − テトラヒド口アルタナル酸（4 ）、（10E ）−10, 11 ―デオキシ―
10 ． 11 −デヒド口一6 ．19 ―ジヒドロ シ ー6 ，19 一ジ ヒドロ アル タナ ル酸
ア ル タ ナ ル 酸 （5） 、 10．11― デ オ キ 丶 一
（ 6） の 5種 の 新 規 ア ル タ ナ ル 酸 関
連 化 合 物 を 単 離 し 、 各 種 ス ペ ク ト ル デ ー タ の 解 析 に よ り 、 こ れ ら の 平 面 構 造 を 決 定 し て い る 。 さ ら に 分 解 反 応 お よ び 化 学 的 関 連 付 け に よ り 2 ， 3 ， 4 の 全 立 体 化 学 を 、 微 量 成 分 5 ， 6 に 関 し て は そ の 一 部 の 立 体 化 学 を 明 ら か に し て い る 。
単 離 し た ァ ル タ ナ ル 酸 関 連 化 合 物 や 合 成 研 究 の 過 程 で 得 ら れ た ァ ル タ ナ ル 酸 の 各 セ グ メ ン ト を 用 い た 宿 主 植 物 ． に 対 す る 生 理 活 性 試 験 に よ り 、 C ― 10 位 の 水 酸 基 と 特 に C ― 6 位 の ェ キ ソ メ チ レ ン 基 が 植 物 毒 性 発 現 に 大 き く 関 与 し て い る こ と が 明 ら か と な っ た 。 ま た 側 鎖 構 造 部 分 と ピ ロ ン 構 造 部 分 と の 間 で は 宿 主 植 物 に 対 す る 作 用 様 式 が こ と な り 、 前 者 は 褐 変 化 、 後 者 は 胚 軸 の 湾 曲 化 に 関 与 し て い る も の と 推 定 し て い る 。
さら ア ル タ 害 剤 の 推 定 生 の 添 加 次 酸 化
に ナ 添 A 仁コ
新
丿 レ 加
成
では され
規 ア ル タ 酸 類 へ の 実 験 に よ 経 路 を 提 プ ロ ア ル
、 ア ル タ
ナ ル 酸 類 の 構 造 、 各 種 同 位 体 標 識 化 合 物 の 取 り 込 み 実 験 、 お よ び チ ト ク ロ ー ム P ー 450 阻 る ァ ル タ ナ ル 酸 類 の 生 産 量 変 動 分 析 等 か ら 案 し て い る 。 特 に チ ト ク ロ ー ム P450 阻 害 剤 タ ナ ル 酸 （ 7 ） が 蓄 積 す る こ と か ら 、 こ れ が 順 ナ ル 酸 ヘ 変 換 さ れ る も の と 推 定 し た 。 第 3 章 は 第 1 章 、 第 2 章 の 実 験 部 で あ る 。
―708―
Scheme1
segmentA
PhS
segmentB
2H 十
TBS
O
A R s egm ent C
Scheme2
tricarbonylmethane structure
1b 1
O
O RC02H ，RAO ○I め塑め→。め
1; R = OH (alternaric acid) 2;R=H
5; C10,C11 6; C10,Cll
‑CH"CH‑ (E)
‑CH2CHT
‑ 709 ‑
3; C8,C9 ‑CH=CH‑ (E) 4; C8,C9 ‑CH2CH2‑
proalternaric acid I (7)
‐十
――
――
―ー
― 710 ‑
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