X線結晶構造解析ができても構造決定は慎重に

臨床試験の化合物の化学構造が誤っていた では、X線結晶構造解析を決め手のひとつとして構造のミスアサインが明らかとなった事例を取り上げました。今回は、X線結晶構造解析を用いた構造決定が実は誤っていたというケースを紹介します。

2005年に Ming-Jung Wu らは、エンジインとアジ化ナトリウムの反応により 1H-benzotriazole が構築されることを報告しました(下図)[論文1]。生成物の1つのX線結晶構造解析に成功し、"The structure of 2a was unambiguously determined by single-crystal X-ray analysis (Figure 1)." としています。



一方、上の論文を見て興味をもった Anna V. Gulevskaya らは、2010年に、ヘテロ芳香環に組み込まれたエンジインに対して同様の反応を試みたところ 1H-benzotriazole ではなく [1,2,3]triazolo[1,5-a]pyridine ができたと報告しました(下図。上図とは窒素原子の位置が違います)[論文2]。2つの生成物のX線結晶構造解析に成功し、"The structure of 9c was unambiguously determined by single-crystal X-ray analysis (Fig. 2)." としています。



さて、[論文1] と [論文2] で生成物の環構造(窒素原子の位置)が異なるのは、基質の違いによって異なる環化形式を取ったのでしょうか?それともどちらかの構造が間違っているのでしょうか?X線結晶構造解析では、場合によっては窒素原子と炭素原子の区別が困難なので、どちらかがミスアサインしている可能性があります。

2014年になって、[論文2] の著者らから、[論文1] の構造(1H-benzotriazole)は誤りで [論文2] の構造([1,2,3]triazolo[1,5-a]pyridines)が正しいという報告がありました [論文3]。[論文1] に基質を合わせて実験し、構造決定の根拠として次の3点が挙げられています。

・ NMR: HMBCで下図の青矢印で示した相関が観測されたこと。
・ 結晶解析: X線結晶構造解析で R-factor が 1H-benzotriazole よりも [1,2,3]triazolo[1,5-a]pyridine の方が良好であったこと。
・ 計算化学: 反応メカニズムでは最初にアルキンとアジドの [3 + 2] 付加環化反応が起き、その後トリアゾール環の炭素原子がもうひとつのアルキンに環化反応することで 1H-benzotriazole が、トリアゾール環の窒素原子がもうひとつのアルキンに環化反応することで [1,2,3]triazolo[1,5-a]pyridines
が生成するが、量子化学計算で [1,2,3]triazolo[1,5-a]pyridines 生成がはるかに有利なこと。



おそらく [論文1] の著者らは何らかの拍子に生成物の構造を 1H-benzotriazole だと思い込んでしまったために構造決定の誤りに気付かなかったものと思われます(それでも反応機構的にちょっとおかしい気はしますが・・・)。X線結晶構造解析は構造決定の強力なツールですが、それだけで安心してしまうと上記のようなケースにつながることもあります。X線結晶構造解析ができても構造決定は慎重に。

[論文1] Reaction of (Z)-1-aryl-3-hexen-1,5-diynes with sodium azide: synthesis of 1-aryl-1H-benzotriazoles. Org. Lett. 2005, 7, 475. DOI: 10.1021/ol047563q
[論文2] A novel tandem cyclization of condensed 2,3-dialkynylpyrazines into [1,2,3]triazolo[1′,5′;1,2]pyrido[3,4-b]pyrazines promoted by sodium azide. Tetrahedron 2010, 66, 146. DOI: 10.1016/j.tet.2009.11.039
[論文3] Heterocyclization of Enediynes Promoted by Sodium Azide: A Case of Ambiguity of X-ray Data and Structure Revision. Org. Lett. 2014, 16, 1582. DOI: 10.1021/ol500125j

気ままに有機化学 2014年10月28日 | Comment(0) | 論文 (その他)

臨床試験の化合物の化学構造が誤っていた

臨床試験の化合物 (TIC10) の化学構造が誤っていて、それを見つけた別のグループが特許を申請して、別の製薬企業にライセンスしたという事件。

Tumor necrosis factor (TNF)-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL) は、サイトカインのひとつで、ガン細胞にアポトーシスを誘導しながらも正常細胞にはほとんど毒性を示さないことから抗ガン剤として期待されています。ペンシルベニア州立大学の Wafik S. El-Deiry らが、National Cancer Institute (NCI) のデータベースから TIC10 (=TRAIL-inducing compound 10、下図の化合物 1) が TRAIL の発現を誘導することを発見し、実際に動物モデルで有効性と安全性が確かめられています。そして TIC10 に関する特許 (US8673923) を出願し、Oncoceutics (El-Deiry が共同設立者の会社) にライセンスし、臨床試験を開始しました。論文は 2013 年に発表されています [論文1]


ところが今月、Angewandte に驚きの論文が発表されました。スクリプス研究所の Kim D. Janda らによるもので、TIC10 の化学構造は化合物 1 ではなく 2 だというのです [論文2]。Janda らは TIC10 に興味を持って特許記載の構造 (化合物 1) を合成しましたが、全く活性が認められませんでした (合成法は報告されていなかったので独自に合成)。そこで NCI から TIC10 を取り寄せたところ、このサンプルからは活性が確認されました。NCI から取り寄せたサンプルの HMBC を測定すると、イミダゾリン環のメチレンプロトンとカルボニル炭素の間に全く相関が見られず、ベンジル位のプロトンとカルボニル炭素の間に相関が観測されました。このことから、TIC10 の構造は化合物 1 ではなく化合物 2 ではないかと考え、最終的に化合物 12 のX線結晶構造解析により確認しています。

また、最近 MedKoo Biosciences という会社から TIC10 が市販になりましたが、そのサンプルでも活性は確認できなかったそうです。X線結晶構造解析によると、このサンプルは化合物 1 でも 2 でもなく、3 だったとのこと。もう開いた口が塞がらないですね。

ちなみに Janda らは TIC10 の正しい構造 (化合物 2) を特許出願し、Sorrento Therapeutics (Janda が取締役を務める会社) にライセンスしています。さて、TIC10 は Oncoceutics のものになるのか Sorrento Therapeutics のものになるのか、コラボレーションになるのか裁判になるのか。権利の帰属をはっきりさせないと臨床試験を進めるのに必要なベンチャーキャピタルからの出資は得られないだろうという声もあります [C&EN]。どういう形にせよ、患者さんに届くのが遅れないような形になって欲しいものです。

基本的なことだとは思いますが、教訓として、
・ 構造決定は慎重に確実に (2次元 NMR、X線結晶構造解析、誘導体化なども駆使して)
・ データベースの登録構造や市販の化合物の構造は必ずしも正しいとは限らない

[関連] 構造決定にご注意を (気ままに有機化学)
[論文1] "Dual Inactivation of Akt and ERK by TIC10 Signals Foxo3a Nuclear Translocation, TRAIL Gene Induction, and Potent Antitumor Effects" DOI: 10.1126/scitranslmed.3004828
[論文2] "Pharmacophore Reassignment for Induction of the Immunosurveillance Cytokine TRAIL" DOI: 10.1002/anie.201402133
[C&EN] Tug Of War Over Promising Cancer Drug Candidate

気ままに有機化学 2014年05月31日 | Comment(1) | 論文 (その他)

TPPOを塩化マグネシウムとの錯体化で除去する

TPPO (トリフェニルホスフィンオキシド) はときに分離が困難な副生成物になります。解決策としてポリマー結合型や水溶性の TPP 誘導体が開発されていますが、大量スケールで使うにはコストや入手性の観点から難しいようです。

最近の Org. Process Res. Dev. で、カラムを使わず、TPPO を塩化マグネシウムとの錯体化で除くという方法が報告されました。[論文]

光延反応をトルエン中で行い、反応終了後に塩化マグネシウム (2 equiv) を入れて 50〜60 ℃で 1〜2 時間撹拌すると、TPPO が塩化マグネシウムとの錯体になって沈殿し、ろ過するだけで 95 %以上の TPPO が除けたとのこと。錯体の溶解度が低いのがトルエンで、溶媒をジクロロメタンや THF にすると除去率が下がるようです。

注意点としては、塩化マグネシウムの表面をクリーンに保つことが錯体形成に重要とのこと。マグネットスターラーをオーバーヘッドスターラーにすると TPPO の除去率が下がったそうで、オーバーヘッドスターラーで撹拌する場合には塩化マグネシウムを要時粉砕するか、市販の粉 (325 mesh) を用いて二度手順を繰り返すことで、再現性よく TPPO を十分に除去できたそうです。

[論文] "Development of a Scalable Synthesis of Oxadiazole Based S1P1 Receptor Agonists" Org. Process Res. Dev. 2013, 17, 666.
[関連] 有機合成実験の後処理に関する Tips まとめ (気ままに有機化学)

気ままに有機化学 2013年06月25日 | Comment(0) | 論文 (その他)

ロータマーか、ジアステレオマーか?


上図の化合物を HATU を用いた縮合反応 (中央のエステル部) で合成し、生成物の NMR を確認するとバリン α 位のプロトンに対応するピークが 2 つ、4.59 ppm と 4.28 ppm に観測されたそうです。さて、これは上図上段のようなロータマーに由来するものでしょうか?それとも上図下段のように α 位がエピマー化したことによるジアステレオマーに由来するものでしょうか?どちらなのか、どのように確認すればよいでしょうか?

最近、NMR を使って簡便にロータマーかジアステレオマーかを判別する方法が報告されました [論文1]。この論文は私の先輩に教えてもらったのですが、転載の許可をいただきましたので、このブログでも紹介させていただきます。

* * * * *

第三アミドやカーバメートの NMR スペクトルではしばしば rotamer と思われるシグナルが観測されますが、対になっているシグナルが果たして rotamer に由来するのか、diastereomer や不純物の混入によるものなのかが分からずにモヤモヤした気分になります。常法として昇温測定などもありますが、ちょっと面倒、昇温してもきれいな結果が得られるわけではないということでちょっと難ありです。

この論文では、NOE のパルスプログラムを使い、照射して飽和させたシグナルが、平衡など相互変換可能な分子種 (rotamer など) 間では飽和の移動が起こるということを利用して、ペアになっているシグナルが rotamer 由来なのかを簡便に確認できると報告しています。(diastereomer や関係のない不純物なら、照射シグナルは観測されないことになります)

条件としては
・ シグナルが分離していること (照射して影響を与えない)
・ 2者の相互変換が十分速いこと

測定は簡単なので試してみる価値はあるかも。

[論文1] "Rotamers or Diastereomers? An Overlooked NMR Solution" J. Org. Chem. 2012, 77, 5198.

気ままに有機化学 2012年06月14日 | Comment(3) | TrackBack(0) | 論文 (その他)

あなたが使っている Pd2(dba)3 の純度は?


Pd2(dba)3 は有機合成で汎用される 0 価パラジウムのひとつです。市販もされていますので、使ったことがある方も多いのではないでしょうか。しかし最近、市販の Pd2(dba)3 の純度は悪い場合には 64 %程度しかなく、分解物として Pd nanoparticle を含むことが報告されました [論文]

論文では、次のような実験が行われています。

・ NMR を使って Pd2(dba)3 の純度を測定する方法を確立。
・ 市販の Pd2(dba)3 の純度を測定した結果 92-64 %。
・ 99 %の純度の Pd2(dba)3 を調製する方法を確立 (論文に記載)。
・ 固体状態では 1 ヶ月程度は安定、溶液状態では 1 時間でもそこそこ分解する。
・ Pd2(dba)3 が分解して生じる不溶性のパラジウムブラックを単離し、10-200 nm の純粋な Pd の nanoparticle であることを確認。

このことから、次のような注意が促されています。

・ 市販の Pd2(dba)3 を購入してそのまま使うと、mol% や TON や TOF が不正確になる。
・ Pd2(dba)3 は可溶性の Pd(0) 源としてだけでなく、10-200 nm の Pd nanoparticle 源としても機能しうるため、均一系の反応だと思っていても実は Pd nanoparticle による不均一系の反応の可能性がある。
・ 純度不明の Pd2(dba)3 を使うと再現性が取れない実験につながる。例えば、真の活性種が Pd nanoparticle である場合には純粋な Pd2(dba)3 では反応は触媒されない、など。
・ 金属複合体を触媒前駆体として使う際には、その純度や性質にもっと注意を払うべき。

Pd2(dba)3 を用いた重要な反応を行う際にはその純度にも注意が必要ですね。なお、これと関係するかはわかりませんが、Organic Syntheses の Pd2(dba)3 とキラルホスフィン配位子を用いた不斉辻-トロスト反応では Strem 以外のサプライアーから購入した Pd2(dba)3 ではエナンチオ選択性が下がるとの記載があります。もしかしたら不斉配位子の噛んでいない Pd nanoparticle も反応を触媒し、エナンチオ選択性が下がるのかもしれません。

[論文] "Pd2(dba)3 as a Precursor of Soluble Metal Complexes and Nanoparticles: Determination of Palladium Active Species for Catalysis and Synthesis" Organometallics, 2012, 31, 2302.
[参考] Homogeneous catalysis not always what it seems (NNNS chemistry blog)
[関連] 触媒は思わぬところに; 論文 3 報 (気ままに有機化学)

気ままに有機化学 2012年03月29日 | Comment(5) | TrackBack(0) | 論文 (その他)