(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
糖−リン酸バックボーンを構成する糖に金属配位部位を有する基が結合しているポリまたはオリゴヌクレオチド２本が結合した二重鎖構造を有し、これら２本のオリゴヌクレオチドは、各々のオリゴヌクレオチドの糖がリボフラノース環またはデオキシリボフラノース環を有し、前記金属配位部位を有する基が、リボフラノース環またはデオキシリボフラノース環の１’位に結合しており、該金属配位部位が金属イオンに配位した以下の構造を有する錯構造によって結合されていることを特徴とする人工核酸。
【化１】
0003667047.tif 000012
（上記式において、M＋は金属イオンであり、A、B、D、EはM＋に配位するリガンドである。）
【請求項２】
該金属配位部位を有する基が、水酸基、アミノ基、チオール基から選ばれる２つの基を有するフェニル基である請求項１記載の人工核酸。
【請求項３】
該金属配位部位を有する基が３，４−ジアミノフェニル基である請求項２記載の人工核酸。
【請求項４】
該金属配位部位を有する基が下記式（１）で示される構造を有する請求項２記載の人工核酸。
【化２】
0003667047.tif 000013
【請求項５】
該金属配位部位を有する基が下記式（２）で示される構造を有する請求項２記載の人工核酸。
【化３】
0003667047.tif 000014
【請求項６】
該金属配位部位を有する基が下記式（３）で示される構造を有する請求項２記載の人工核酸。
【化４】
0003667047.tif 000015
【請求項７】
該金属配位部位を有する基が下記式（４）で示される構造を有する請求項２記載の人工核酸。
【化５】
0003667047.tif 000016
【請求項８】
該金属配位部位を有する基が下記式（５）で示される構造を有する請求項２記載の人工核酸。
【化６】
0003667047.tif 000017
【請求項９】
該金属配位部位を有する基が下記式（６）で示される構造を有する請求項２記載の人工核酸。
【化７】
0003667047.tif 000018
【請求項１０】
該金属配位部位を有する基が下記式（７）で示される構造を有する請求項１記載の人工核酸。
【化８】
0003667047.tif 000019
【請求項１１】
該金属配位部位を有する基が下記式（８）で示される構造を有する請求項１記載の人工核酸。
【化９】
0003667047.tif 000020
【請求項１２】
該金属配位部位を有する基が下記式（９）で示される構造を有する請求項１記載の人工核酸。
【化１０】
0003667047.tif 000021
【請求項１３】
該糖−リン酸バックボーンがデオキシリボ核酸の糖−リン酸バックボーンと同一の構造を有する請求項１記載の人工核酸。
【請求項１４】
該糖−リン酸バックボーンがリボ核酸の糖−リン酸バックボーンと同一の構造を有する請求項１記載の人工核酸。
【請求項１５】
下記構造式（１０）で示される構造を有することを特徴とする人工核酸。
【化１１】
0003667047.tif 000022
（構造式（１０）中、ＭはＺｎ、ＮｉまたはＰｔを示す。）
【請求項１６】
糖−リン酸バックボーンを構成する糖に金属配位部位を有する基が結合しているポリまたはオリゴヌクレオチド２本が結合した二重鎖構造を有し、これら2本のオリゴヌクレオチドは、各々のオリゴヌクレオチドの糖がリボフラノース環またはデオキシリボフラノース環を有し、前記金属配位部位を有する基が、リボフラノース環またはデオキシリボフラノース環の１’位に結合しており、該金属配位部位が金属イオンに配位した以下の構造：
【化１２】
0003667047.tif 000023
（上記式において、M＋は金属イオンであり、A、B、D、EはM＋に配位するリガンドである。）
を有する錯構造によって結合されている人工核酸の合成方法であって、
金属配位部位を有する基が結合している糖を含むヌクレオチドをリン酸トリエステル法によりブロック合成して該オリゴヌクレオチドを合成する工程；及び該オリゴヌクレオチドの該金属配位部位に金属イオンを配位させて二本の該オリゴヌクレオチドを結合する工程、を含むことを特徴とする人工核酸の合成方法。
【請求項１７】
該オリゴヌクレオチドを合成する工程が、該金属配位部位を有する基によって置換された糖が該オリゴヌクレオチド中に複数取り込まれる様に合成する工程を有する請求項１６記載の人工核酸の合成方法。
【請求項１８】
該金属配位部位を有する基が、水酸基、アミノ基及びチオール基から選ばれる２つの基を３位及び４位に有するフェニル基である請求項１６記載の人工核酸の合成方法。
【請求項１９】
該金属配位部位を有する基が３，４−ジアミノフェニル基である請求項１８に記載の人工核酸の合成方法。
【請求項２０】
該金属配位部位を有する基が下記式（１）で示される構造を有する請求項１８記載の人工核酸の合成方法。
【化１３】
0003667047.tif 000024
【請求項２１】
該金属配位部位を有する基が下記式（２）で示される構造を有する請求項１８記載の人工核酸の合成方法。
【化１４】
0003667047.tif 000025
【請求項２２】
該金属配位部位を有する基が下記式（３）で示される構造を有する請求項１８記載の人工核酸の合成方法。
【化１５】
0003667047.tif 000026
【請求項２３】
該金属配位部位を有する基が下記式（４）で示される構造を有する請求項１８記載の人工核酸の合成方法。
【化１６】
0003667047.tif 000027
【請求項２４】
該金属配位部位を有する基が下記式（５）で示される構造を有する請求項１８記載の人工核酸の合成方法。
【化１７】
0003667047.tif 000028
【請求項２５】
該金属配位部位を有する基が下記式（６）で示される構造を有する請求項１８記載の人工核酸の合成方法。
【化１８】
0003667047.tif 000029
【請求項２６】
該金属配位部位を有する基が下記式（７）で示される構造を有する請求項１６記載の人工核酸の合成方法。
【化１９】
0003667047.tif 000030
【請求項２７】
該金属配位部位を有する基が下記式（８）で示される構造を有する請求項１６記載の人工核酸の合成方法。
【化２０】
0003667047.tif 000031
【請求項２８】
該金属配位部位を有する基が下記式（９）で示される構造を有する請求項１６記載の人工核酸の合成方法。
【化２１】
0003667047.tif 000032
【請求項２９】
該糖−リン酸バックボーンがデオキシリボ核酸の糖−リン酸バックボーンと同一の構造を有する請求項１６〜２８のいずれかに記載の人工核酸の合成方法。
【請求項３０】
該糖−リン酸バックボーンがリボ核酸の糖−リン酸バックボーンと同一の構造を有する請求項１６〜２８のいずれかに記載の人工核酸の合成方法。
【請求項３１】
下記構造式（１１）の構造を有するリボフラノース化合物。
【化２２】
0003667047.tif 000033
【請求項３２】
下記構造式（１１）
【化２３】
0003667047.tif 000034
の構造を有するリボフラノース化合物の合成方法であって、（ｉ）１−ブロモ−３，４−ジアミノベンゼンと１，２−ビス（クロロジメチルシリル）エタンとを無水溶媒中で反応させた後リチオ化せしめて下記式（１５）の化合物を得る工程；
【化２４】
0003667047.tif 000035
（ii）上記式（１５）の化合物と２，３，５−トリ−ｏ−ベンジルリボノラクトンを反応させた後、ベンゼン環に結合している１，３，５−ジシラピロリジル基をアミノ基に変える工程；及び
（iii）該アミノ基をベンゾイル基で保護した後、リボフラノース環の２'，３'及び５'位のベンゾイルオキシ基を水酸基に変える工程；
を有することを特徴とするリボフラノース化合物の合成方法。
【請求項３３】
下記構造式（１２）の構造を有するデオキシリボフラノース化合物。
【化２５】
0003667047.tif 000036
【請求項３４】
下記構造式（１２）
【化３６】
0003667047.tif 000037
の構造を有するデオキシリボフラノース化合物の合成方法であって、（ｉ）１−ブロモ−３，４−ジアミノベンゼンと１，２−ビス（クロロジメチルシリル）エタンとを無水溶媒中で反応させた後リチオ化せしめて下記式（１５）の化合物を得る工程；
【化３７】
0003667047.tif 000038
（ii）上記式（１５）の化合物と２，３，５−トリ−ｏ−ベンジルリボノラクトンを反応させた後、ベンゼン環に結合している１，３，５−ジシラピロリジル基をアミノ基に変える工程；
（iii）該アミノ基をベンゾイル基で保護した後、リボフラノース環の２'，３'及び５'位のベンゾイルオキシ基を水酸基に変える工程；及び
（iv）該リボフラノース環の３'位及び５'位の水酸基を保護した後、該リボフラノース環の２'位の水酸基を脱離させ、次いで該リボフラノース環の３'位及び５'位を脱保護する工程、を有することを特徴とするデオキシリボフラノース化合物の合成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分子レベルの電線など、新しい電気的、光学的、磁気的な機能性材料への応用が期待される人工核酸とその製造方法、および該人工核酸の効率的な合成に有効なリボフラノース化合物、デオキシリボフラノース化合物、及びこれらの合成方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
生体分子は高度に制御された高次構造やそれに伴う特異的な機能を有する。これらの高次構造を応用した人工的なバイオマテリアルを作製することにより、全く新しい機能を持った材料の作製が期待される。特に核酸（ＤＮＡやＲＮＡ等）は近年情報の貯蔵庫としての受動的な役割だけでなく、例えば分子レベルの電線など、新しい電気的、光学的、磁気的な機能性材料への応用が期待されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の核酸の能動的な活用という観点に鑑みてなされたものであって、天然の核酸と同様の二重鎖構造を有するとともに、そこに種々の機能性を導入し得る新規構造体（以下「人工核酸」と称する）を提供することを目的とするものである。また、本発明は該人工核酸を合成する方法を提供することを他の目的とするものである。更に、本発明は、該人工核酸を効率的に合成する為に有効な中間体である新規置換オキソラン化合物およびその製造方法を提供することを更に他の目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的は以下の本発明によって達成することができる。
【０００５】
本発明の人工核酸は、糖−リン酸バックボーンを構成する糖に金属配位部位を有する基が結合しているオリゴヌクレオチド２本が結合した二重鎖構造を有し、これら２本のオリゴヌクレオチドは、各々のオリゴヌクレオチドの該金属配位部位が金属イオンに配位した錯構造によって結合されていることを特徴とする人工核酸。
【０００６】
この人工核酸の一例としては、下記構造式（１０）で示される構造を有する人工核酸を挙げることができる。
【０００７】
【化２６】
0003667047.tif 000002
（構造式（１０）中、Ｍは亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）及び白金（Ｐｔ）から選ばれる金属を表す。）
本発明の人工核酸の合成方法は、糖−リン酸バックボーンを構成する糖に金属配位部位を有する基が結合しているオリゴヌクレオチド２本が結合した二重鎖構造を有し、これら2本のオリゴヌクレオチドは、各々のオリゴヌクレオチドの該金属配位部位が金属イオンに配位した錯構造によって結合されている人工核酸の合成方法であって、
金属配位部位を有する基が結合している糖を含むヌクレオチドをリン酸トリエステル法によりブロック合成して該オリゴヌクレオチドを合成する工程；及び
該オリゴヌクレオチドの該金属配位部位に金属イオンを配位させて二本の該オリゴヌクレオチドを結合する工程、
を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる上記の人工核酸の合成方法に利用し得るリボフラノース化合物としては、下記構造式（１１）の構造を有するリボフラノース化合物を挙げることができる。
【０００９】
【化２７】
0003667047.tif 000003
本発明にかかる上記の人工核酸の合成方法に利用し得る下記構造式（１１）
【００１０】
【化２８】
0003667047.tif 000004
の構造を有するリボフラノース化合物の合成方法は、
（ｉ）１−ブロモ−３，４−ジアミノベンゼンと、１，２−ビス（クロロジメチルシリル）エタンとを無水溶媒中で反応させた後、リチオ化せしめて下記式（１５）の化合物を得る工程；
【００１１】
【化２９】
0003667047.tif 000005
（ii）上記式（１５）の化合物と、２，３，５−トリ−ｏ−ベンジルリボノラクトンを反応させた後、ベンゼン環に結合している２，５−ジシラピロリジニル基をアミノ基に変える工程；及び
（iii）該アミノ基をベンゾイル基で保護した後、リボフラノース環の２'，３'及び５'位のベンジルオキシ基を水酸基に変える工程；
を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明にかかる上記の人工核酸の合成方法に利用し得るデオキシリボフラノース化合物としては、下記構造式（１２）の構造を有するデオキシリボフラノース化合物を挙げることができる。
【００１３】
【化３０】
0003667047.tif 000006
本発明にかかる上記の人工核酸の合成方法に利用し得る下記構造式（１２）
【００１４】
【化３１】
0003667047.tif 000007
の構造を有するデオキシリボフラノース化合物の合成方法は、
（ｉ）１−ブロモ−３，４−ジアミノベンゼンと、１，２−ビス（クロロジメチルシリル）エタンとを無水溶媒中で反応させた後、リチオ化せしめて下記式（１５）の化合物を得る工程；
【００１５】
【化３２】
0003667047.tif 000008
（ii）上記式（１５）の化合物と、２，３，５−トリ−ｏ−ベンジルリボノラクトンを反応させた後、ベンゼン環に結合している２，５−ジシラピロリジニル基をアミノ基に変える工程；
（iii）該アミノ基をベンゾイル基で保護した後、リボフラノース環の２'，３'及び５'位のベンジルオキシ基を水酸基に変える工程；
（iv）該リボフラノース環の３'位及び５'位の水酸基を保護した後、該リボフラノース環の２'位の水酸基を脱離させ、次いで該リボフラノース環の３'位及び５'位を脱保護する工程
を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明によれば、天然の核酸と同様の二重鎖構造を有するとともに、そこに種々の機能性を導入し得る人工核酸を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の人工核酸は、２本のオリゴヌクレオチド鎖の二重鎖構造を有するもので、各オリゴヌクレオチド鎖間の結合に、これらのオリゴヌクレオチド鎖のそれぞれが有する糖部分に設けた金属配位部位を金属イオンに対して配位させた結合を用いたものである。
【００１８】
図１に本発明にかかる人工核酸の一例の有する構造を示す。図１に示す構造は、本発明の一実施態様に係わる人工核酸（人工ＤＮＡ）の概略分子模型である。この人工ＤＮＡは、２本のオリゴヌクレオチド（Ａ）及び金属イオン（Ｍ）を含み、各オリゴヌクレオチド鎖が、糖部分に設けた金属配位部位を金属イオンに配位させた錯構造からなる結合を少なくとも有するものである。
【００１９】
この例では、糖−リン酸バックボーンを有するオリゴヌクレオチド鎖を構成する糖部分のデオキシリボフラノースの１'位に、金属配位部位としてのアミノ酸２つを有するフェニル基が結合した構成を有している。そして、該アミノ酸が該金属イオン（Ｍ）に配位することによって該２本のオリゴヌクレオチドが連結され、天然ＤＮＡと同様の二重らせん構造を形成している。
【００２０】
天然のＤＮＡは、塩基対間の相補的な水素結合により二重らせん構造をとることが知られている。それに対して、この人工ＤＮＡは、本来遺伝子情報を司るＤＮＡの構造を機能性材料へと応用するために、オリゴヌクレオチドに金属配位部位を有する基を導入し、水素結合の代わりに金属錯構造を用いることで、二重鎖構造を形成させたものである。すなわち、かかる構成の人工ＤＮＡは、後述する理由により、金属配位部位を任意にオリゴヌクレオチドに導入することができ、例えば金属配位部位を有する基が結合したヌクレオチドを重合させて金属配位部位を連続して有するオリゴヌクレオチドを合成することも可能である。このような、オリゴヌクレオチドの金属配位部位を金属イオンに配位させて得られる人工ＤＮＡは、二重鎖内部に金属イオンが連続的に並ぶことにより、金属イオン間の電子移動が容易になり、いわゆる分子電線として優れた機能を奏すると予測される。
【００２１】
図１の人工ＤＮＡにおいて配位子と錯構造を形成する中心金属イオン（Ｍ）としては亜鉛、ニッケル、白金等錯体を形成可能な金属イオンが挙げられる。特に白金イオンは、配位子と金属との強い結合力が得られ、安定な錯体が得られる点でより好ましい。
【００２２】
図１の人工ＤＮＡでは、金属配位部位を有する基として、ｏ−フェニレンジアミン（３，４−ジアミノフェニル基）が用いられているが、本発明においてはこれに限定されるものではなく、金属イオンとの錯体を形成したときの大きさが、核酸の塩基対に対応するようであればいかような構造のものでもよい。例えばフェニル基、マレイミド基やピリミジン基などにおける二個所の水素原子が金属イオンに配位可能な基で置換して選られる基を挙げることができる。この金属イオンに配位可能な基としては、例えば水酸基、アミノ基、チオール基等を挙げることができる。この金属配位部位を有する基の例としては、たとえば、以下の具体例（１）〜（６）を含むフェニル基の３，４位がそれぞれ独立に水酸基、アミノ基またはチオール基で置換されたフェニル基を挙げることができる。
【００２３】
【化３３】
0003667047.tif 000009
更に、マレイミド基やピリミジン基を母体とする基としては、例えば以下に（７）〜（９）として示す構造を有する基
【００２４】
【化３４】
0003667047.tif 000010
を挙げることができる。
【００２５】
人工ＤＮＡの二重鎖構造を構成するオリゴヌクレオチドに含まれる金属配位部位を有する基が結合した糖の個数は、該人工ＤＮＡの用途に応じて１個以上の範囲で選択することができる。
【００２６】
図１には人工ＤＮＡの一例を示したが、核酸の種類も所望の目的に応じて選択でき、例えばリボ核酸を用いた人工ＲＮＡとしても良い。
【００２７】
図１に示すような人工ＤＮＡは例えば以下のような方法によって合成することができる。
【００２８】
まず、二重鎖を形成するための一本鎖のオリゴヌクレオチドは、例えば以下の方法によって得ることができる。すなわち、まず天然核酸のヌクレオシチドの核酸塩基部分を３，４−ジアミノフェニル基に置き換えたヌクレオシド、例えば下記構造式１２で示されるデオキシリボフラノース化合物
【００２９】
【化３５】
0003667047.tif 000011
を用意する。なお、このヌクレオシドの合成方法は後述する。次いで、このヌクレオシドのデオキシリボフラノース環の５'位の水酸基をジメトキシトリチル化し、次いで３'位の水酸基をアミダイト化することによって該ヌクレオシドのホスフェート誘導体（ヌクレオチド）を得、このヌクレオチドをＤＮＡ合成機を用いて、通常の核酸の合成方法として知られているリン酸トリエステル法を用いてオリゴヌクレオチドをブロック合成し、最後に保護基であるベンゾイル基やトリチル基を除去することによって図１の人工ＤＮＡを形成するためのオリゴヌクレオチドが得られる。すなわち、ＤＮＡの合成においては、核酸塩基を任意の配列でならべて合成する手法がすでに確立されている。市販されているＤＮＡ合成機では核酸塩基（アデニン、グアニン、シトシン、チミン）が結合したデオキシリボフラノース環の５'位の水酸基をジメトキシトリチル化し、次いで、３'位の水酸基をアミダイト化することによってヌクレシドのホスフェート誘導体、すなわちヌクレオチドを得、これを自動合成機に設置して、所定の塩基配列を指定することによって、例えば５０塩基以上の長さを持つオリゴヌクレオチドを容易に得ることができる。図１に示したような本発明にかかる人工ＤＮＡもまた、かかるＤＮＡ合成機を利用し、上記式（１２）に示すヌクレオシド、及び必要に応じて各種の天然のヌクレオシドを用いてリン酸トリエステル法によってブロック合成することによって、金属配位部位が導入されたオリゴヌクレオチドを得ることができる。この方法を用いた場合には、各種のヌクレオシドを任意の順番に配列させることができるため、金属配位子をオリゴヌクレオチドの任意の位置に配置することができる。次に、こうして得られたオリゴヌクレオチドの二本を、各オリゴヌクレオチドの有する金属配位部位を金属イオン（Ｍ）に配位させることで、図１の二重鎖構造を有する人工ＤＮＡを得ることができる。
【００３０】
次に、上記式（１２）で示される構造を有するデオキシリボフラノース化合物の合成方法について説明する。この化合物は、例えば図２に示すスキームに従って合成することができる。まず、４−ブロモ−ｏ−フェニレンジアミン（化合物１３）を合成する。この合成は特開昭６３−２２０９１号公報及び特開昭６３−１７９８７０号に記載されている方法を用いて行うことができる。具体的には、ｏ−フェニレンジアミンを酢酸に加え、冷却下、無水酢酸と混合して得た反応液を加熱する。冷却後、臭素を酢酸に溶解し冷却したものを徐々に加える。酸性亜硫酸ソーダを氷水に溶解し、これを反応液に注加する。生じた白色沈殿を分離することによって合成することができる。こうして得た４−ブロモ−ｏ−フェニレンジアミン（化合物１３）と、１，２−ビス（クロロジメチルシリル）エタンとを反応させることによってベンゼン環に結合した２つのアミノ基が保護された化合物１４を得る。この化合物１４をｎ−ブチルリチウム（ｎ−ＢｕＬｉ）と反応させてリチオ化することによって化合物１５を得る。次に、ＴＨＦ（２０ｍｌ）に溶解した２，３，５−トリ-o-ベンジルリボノラクトン（化合物１６）を化合物１５と反応させ、次いでトリフルオロボランとトリエチルシランとを用いてベンゼン環に結合しているアミノ基の保護基を外し、化合物１７を得てから、化合物１７を塩化ベンゾイル化した化合物１８を得る。次いで化合物１８をジクロロエタン中で三臭化ホウ素と反応させ、ベンジルオキシ基をすべて水酸基とすることにより、リボフラノース化合物１１を得る。次に、該リボフラノース化合物１１のリボフラノース環の２'の位に結合している水酸基を脱離させる。具体的には、化合物１１を１，３−ジクロロ−１，１，３，３−テトライソプロピルジシロキサンと反応させ、リボフラノース化合物１１の環の３’位及び５’位の水酸基を保護した化合物１９を得た後、化合物１９のリボフラノース環の２'位の水酸基をｐ−トリクロロチノフォルメイトと反応させて化合物２０を得てから、更に化合物２０を触媒量のアゾイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）の存在下、水素化トリブチル錫と反応させて化合物２１を得る。化合物２１をＴＨＦ中テトラブチルアンモニウムフルオリドと室温にて反応させることで化合物１１のリボフラノース環の２'位の水酸基が脱離した上記式１２で示されるデオキシリボフラノース環を有するヌクレオシドを得ることができる。
【００３１】
なお、上記の合成方法における各反応工程での反応条件としては通常用いられている条件を利用することができる。
【００３２】
図１で示した構造の合成核酸はＤＮＡを基本とした構造を有するもの、すなわち、糖−リン酸バックボーンがデオキシリボ核酸のバックボーンと同一の構造を有するものであるが、ＤＮＡの代わりにＲＮＡを基本とした構造としたものとすることもできる。具体的には図２のスキーム中の化合物１１をヌクレオシドとして用い、該ヌクレオシドのリボフラノース環の５' 位の水酸基をジメトキシトリチル化し、また、２'位の水酸基をｔｅｒｔ−ブチル−ジメチルシリルクロライドを用いてｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリル基で保護し、３'位の水酸基をアミダイト化して該ヌクレオチドのホスフェート誘導体（ヌクレオチド）を得、このヌクレオチドをＤＮＡ自動合成機を用いて通常の核酸の合成方法として知られているリン酸トリエステル法を用いてオリゴヌクレオチドをブロック合成し、最後に保護基であるベンゾイル基やトリチル基を除去し、次いでリボフラノース環の２'位のｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリル基をフッ化テトラブチルアンモニウムを用いて除去することによって図１の人工ＤＮＡを構成するオリゴヌクレオチドの糖−リン酸バックボーンをＲＮＡタイプとしたものが合成できる。そして、このオリゴヌクレオチドを金属イオンに配位させることで人工ＲＮＡを得ることができる。
【００３３】
【実施例】
以下実施例により本発明を更に詳細に説明する。
（実施例１）ｏ−フェニレンジアミンを配位子とする人工ヌクレオシド（化合物１１、１２）の合成
（１）４−ブロモ−ｏ−フェニレンジアミン（化合物１３）の製法
ｏ−フェニレンジアミン（８．０ｇ）を酢酸（６４ｍｌ）に溶解し、冷却下、無水酢酸（１５．３ｍｌ）を滴下した後、油浴温度６５℃にて３０分加熱した。室温まで冷却後、臭素（４．６ｍｌ）の酢酸（１６ｍｌ）溶液を手早く加え、油浴温度５０℃にて４０分加熱した（臭素添加後、約１０分で結晶が析出し始めた）。反応混合液を室温まで冷却し、亜硫酸水素ナトリウム（４．０ｇ）を加えた氷水（３００ｍｌ）中に注加し、生じた白色沈澱を濾取、水洗し減圧下乾燥した（１４．０ｇ；７０％）。水酸化カリウム３３．６ｇの水：メタノール（２：１）混合溶液１５０ｍｌ中にこの白色固体を溶解し、油浴温度７５〜８０℃で１２時間加熱攪拌した。この反応溶液を冷却し、水４００ｍｌを加え、エーテル１００ｍｌで５回抽出した。エーテル相を飽和食塩水２００ｍｌで２回洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を減圧蒸留した。得られた残さをシリカゲルカラムクロマトグラフィー（ヘキサン：酢酸エチル＝３：１〜１：１）により精製し、白色結晶として化合物１３を得た（５．５ｇ：全収率４０％）。
【００３４】
（２）化合物１４の合成
４−ブロモ−ｏ−フェニレンジアミン（化合物１３）４．３６ｇを乾燥ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）２０ｍｌに溶解し、この溶液中に１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］ウンデック−７−エン１４．９ｍｌと１，２−ビス（クロロジメチルシリル）エタン１０ｇのＤＭＦ溶液１０ｍｌを加えた。反応溶液を１２０℃で４時間攪拌し、室温まで冷却後、溶媒を減圧留去した。残さをエーテル１５０ｍｌに溶解し、飽和食塩水１００ｍｌで５回洗浄し、有機相を乾燥後、溶媒を減圧留去した。得られた茶色いオイルをヘキサン：ジエチルエーテル＝１：１を用いてシリカゲルを通して濾過することにより極薄黄色オイルとして化合物１４を得た（７．８ｇ；７１％）
（３）化合物１７の合成
化合物１４（１．１８ｇ）を乾燥テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）（１５ｍｌ）に溶解し、−７８℃にてｎ−ブチルリチウム（ｎ−ＢｕＬｉ）のヘキサン溶液（１．６３Ｍ）１．８４ｍｌを加えた。１時間後、ＴＨＦ（５ｍｌ）に溶解した２，３，５−トリ−ｏ−ベンジルリボノラクトン（化合物１６）（０．９６ｇ）を加え−７８℃にて２時間攪拌し、その後３時間かけて０℃まで昇温した。反応溶液に飽和炭酸水素ナトリウム水溶液２０ｍｌを加え、ジエチルエーテル２５ｍｌで４回抽出を行い、有機相を飽和食塩水１２ｍｌで洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し溶媒を減圧留去することにより薄茶色オイルを得た。このオイルを塩化メチレン５ｍｌに溶解し、トリエチルシラン（１．８３ｍｌ）を加え、−７８℃にて三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体（１．４６ｍｌ）を１５分かけて滴下した。その後、反応液を５時間かけて室温まで昇温し、１Ｍ塩酸（５ｍｌ）を加えて反応を停止し、さらに１時間攪拌した。反応混合物を２％水酸化ナトリウム水溶液で中和し、酢酸エチル２０ｍｌで５回抽出を行い、有機相を飽和食塩水１０ｍｌで洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を減圧留去した。得られた残さをシリカゲルクロマトグラフィー（ヘキサン：酢酸エチル＝１：１）で精製し化合物１７を黄色オイルとして得た（０．１９ｇ；１６％）
（４）化合物１１の合成
化合物１７（１１２ｍｇ）とピリジン４０．８μｌをジクロロメタン０．８ｍｌに溶解し、氷冷攪拌下、塩化ベンゾイル６１μｌを加え、室温で４時間攪拌した。１Ｍ塩酸２ｍｌと水２ｍｌを加え、この溶液から塩化メチレン５ｍｌで５回抽出操作を行った。有機相を２％水酸化ナトリウム水溶液で洗浄後、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、溶媒を減圧留去した。この粗生成物をシリカゲルクロマトグラフィー（ヘキサン：酢酸エチル＝３：１〜２：１）により精製し無色オイルとして化合物１８を得た（１１７ｍｇ；７％）。１Ｈ−ＮＭＲより本品はα体とβ体の５７：４３混合物であることがわかった。次に得られた化合物１８（１１７ｍｇ）を塩化メチレン２ｍｌに溶解し、−７５℃で攪拌下、三臭化ホウ素の１Ｍ塩化メチレン溶液７３４μｌを１５分かけて滴下した。この反応溶液を−７８℃で４時間攪拌し、メタノール２ｍｌを加えることにより反応を停止し、４時間かけて室温にまで昇温した。溶媒を減圧留去後、残さを塩化メチレン１０ｍｌに溶解し、飽和食塩水１０ｍｌで４回洗浄した。有機相を無水硫酸ナトリウムで乾燥後、溶媒を減圧留去し、残さをシリカゲルクロマトグラフィー（クロロホルム：メタノール＝９：１）により精製し、化合物１１を得た（β体４．８ｍｇ；７％）。
化合物１１：
▲１▼1Ｈ−ＮＭＲ（２７０ＭＨｚ、ＣＤ3ＯＤ）
δ３．７４（ｄｄ，Ｊ＝１２．０，４．８Ｈｚ，１Ｈ，Ｃ５’−Ｈ），３．８１（ｄｄ，Ｊ＝１２．０，４．３Ｈｚ，１Ｈ，ｃＣ５’’−Ｈ），３．９２（ｄｄ，Ｊ＝６．７，５．６Ｈｚ，１Ｈ，Ｃ２’−Ｈ），４．００（ｄｄｄ，Ｊ＝４．２，４．１，４．１Ｈｚ，１Ｈ，Ｃ４’−Ｈ），４．０７（ｄｄ，Ｊ＝５．９，４．１Ｈｚ，１Ｈ，Ｃ３’−Ｈ），４．７７（ｄ，Ｊ＝６．６Ｈｚ，１Ｈ，Ｃ１’−Ｈ），７．４１−７．７２（ｍ，９Ｈ，Ａｒ−Ｈ），７．９１−７．９５（ｍ，４Ｈ，Ａｒ−Ｈ）
▲２▼13Ｃ−ＮＭＲ（６７．８ＭＨｚ，ＣＤ3ＯＤ）
δ６４．４８，７３．３０，７４．３３，７９．９７，８５．６３，１２５．５８，１２５，８８，１２６．３０，１２６．５１，１２７．２５，１２７．７１，１２９．３５，１２９．４２，１２９．６２，１２９．６７，１３０．６１，１３１．９０，１３２．８５，１３３．２９，１３４．１１，１３６．１２，１４１．５７，１４５．２５，１６９．６０，１６９．６９
（５）化合物１２の合成
化合物１１（３ｍｇ）をピリジン（１００μｌ）中に加え、これに１，３−ジクロロ−１，１，３，３−テトライソプロピルジシロキサン（２μｌ）を加え、４時間室温にて反応させた。溶媒を留去した後、１Ｍ水酸化ナトリウム溶液１００μｌを加え、水相にジクロロメタンを加えて抽出操作を行い、有機相を回収、乾固し化合物１９を得た。得られた化合物１９をアセトニトリル中、触媒量のジメチルアミノピリジン（ＤＭＡＰ）の存在下ｐ−トリルクロロチノフォルメイト２μｌと室温にて２５時間反応させ、エチルアセテートによる抽出を行って化合物２０を得た。上記操作で得られた化合物２０をトルエン中、触媒量のアゾイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）の存在下、水酸化トリブチル錫と８０℃にて反応させ、化合物２１を得た。化合物２１をＴＨＦ中テトラブチルアンモニウムフルオリドと室温にて反応させ、常法の後処理を行って化合物１２を定量的に得ることができた。
【００３５】
実施例２
人工核酸１０の合成（Ｍ＝白金）
実施例１にて合成したデオキシリボフラノース化合物１２のデオキシリボフラノース環の５’位の水酸基をジメトキシトリチル化し、次いで３’位の水酸基をアミダイト化することによってデオキシリボフラノース化合物のフォスフェート誘導体（＝ヌクレオチド）を合成した。このヌクレオチドを試薬として用い、ＤＮＡ合成機（アプライドバイオシステム社製）により２０個のヌクレオチドからなるオリゴヌクレオチド（図３の２２）をそれぞれ２本合成した。次いで各々のヌクレオチド２２中の保護基であるベンゾイル基やトリチル基を除去してオリゴヌクレオチド２３を得た後、該オリゴヌクレオチドと０．５当量の塩化第一白金カリウムをトリス−塩酸緩衝液（ｐＨ７．５）に溶解し、室温にて数時間攪拌することによって図１の構造を有する、ヌクレオチド数が２０個の人工核酸を得た。
【００３６】
なお、溶液中の二本鎖構造形成の確認は（1Ｈ、13Ｃ、31Ｐ、195Ｐｔ）の高分解能核磁気共鳴スペクトル（１Ｄ、ＣＯＳＹ、ＮＯＥ、イミノプロトン測定）、エレクトロンスプレー型質量分析、吸光度法や円二色法による融解実験、ｐＨ滴定法などにより行った。
【００３７】
【発明の効果】
上記人工核酸においては、２本のオリゴヌクレオチドの任意の位置に金属原子を導入することが可能であり、例えば金属原子を核酸核酸塩基配列中に一個導入することも、あるいは連続して導入することもできる。例えば、ＤＮＡ自動合成機を用いて、上記式（１２）に示したようなヌクレシドのフォスフェート誘導体をブロック合成することによって、任意の位置に金属配位子を備えたオリゴヌクレオチドを得ることができる。即ち付与したい機能に基づいて人工核酸をデザインし、配位部位及び金属イオンを選択することにより、これらの配列をヌクレオチドの配列に置き換えることによって、任意の場所に任意の金属イオンを配した構造を持つ化合物を容易に合成することができる。
【００３８】
また、ある配位子を持つヌクレオチドを連続して重合させたオリゴヌクレオチドを合成することによって、金属イオンが一次元的に積み重なった構造の人工核酸を得ることができる。この場合には二重鎖内部に金属イオンが並ぶことにより、金属イオン間の電子移動が可能になり、所謂分子電線として優れた機能を奏することが予測できる。また、この方法により合成される分子電線としての人工核酸は、従来のような高分子を利用した分子電線とは異なり、分子量を制御することが可能で、しかも長いものを容易に合成することができる。また、高分子の分子電線で得えられた水に対する溶解性が極めて悪いという問題もこの人工核酸を用いることで改善されることが期待される。
【００３９】
また、本発明にかかる上記構造式（１１）あるいは（１２）で示されるヌクレオシドは、配位子としてのアミノ基がベンゾイル基で保護されているために、ＤＮＡ自動合成機を用いてブロック合成しても該配位子が反応してしまうことがなく、ＤＮＡ自動合成機を用いてオリゴヌクレオチドを合成する上で好ましいものである。更に、本発明にかかる上記構造式（１１）あるいは（１２）で示されるヌクレオシドの合成方法は、上記構造式（１１）あるいは（１２）で示される各々の化合物を高収率で得られ、精製の工程を著しく短縮できる。
【００４０】
また、本発明にかかる人工核酸は液晶化することにより、本来ＤＮＡが持つレイオトロピックな液晶性に、金属イオンが配列化した構造を導入できるため、電子的、光学的、磁気的に異方性を有する導電性材料、偏向材料、磁性材料への応用が期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる人工ＤＮＡの一例の分子構造を示す図であり、Ａはオリゴヌクレオチド部分を、Ｂは糖−リン酸バックボーン部分を示す。
【図２】本発明の人工核酸の形成に使用し得るリボフラノース化合物及びデオキシリボフラノース化合物の合成例を示す図である。
【図３】本発明の人工核酸の合成方法の一例におけるトリエチル基及び保護基の除去工程を説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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