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α-substututed-N-nitrosomorpholine の NMR chemical shifts の実験値と理論計算との比較研究（九州大学先導物質化学研究所、University of Maryland）○金JamesC.Fishbein**、吉澤一成*

賢中*、塩田淑仁*、

Nitrosamine は 構 造 的 様 々 な 種 類 を 持 つ 強 い 発 癌 物 質 で あ る 。 特 に NNitrosomorpholine(NMOR)は rubber 工場で働いてる人の尿から発見している強力な発癌物質の一つである 1-4。α-Hydroxy-N-nitrosomorpholine(NMOR3OH) は
N-Nitrosomorpholine が P450 enzyme によって加水分解され発生する中間体であ る 。 我 々 は NMOR3OH と そ れ の precursor を 合 成 し 、 そ れ ぞ れ の αsubstituted-N-Nitrosomorpholine の mechanistic study と 1D お よ び 2D
NMR(COSY, HMQC,HMBC, NOESY)を用いて NMR 研究も行った 5。Fig. 1 に示すよう に nitrosamines は二つの共鳴構 造を持ち、また N-N 結合を 軸にしてnitroso の酸素が向いている方向によって E(trans)と Z(cis)のアイソマーがある。
OO
62635N

N
NNO

635X

OO
235X

62NO

35X

N

2N
NO

X
O

X=OAc, OH, OOH, COOH

E(trans)

Z(cis)

Fig. 1 Resonance structures and E-Z isomers of α-substituted N-nitrosomorpholine

経験的に N-nitrosamine のα-proton(3H)の chemical shift は Z-アイソマーよりE-アイソマーの方が低磁場にくることが知られている 6,7。α位に嵩高い acetoxy を持つα-acetoxy-N-nitrosomorpholine は major アイソマー(E, 91%)のα-protonが低磁場に来て典型的な nitrosamine の傾向を見せたがα位に hydroperoxy 基を持
つ α-hydroperoxy-N-nitrosomorpholine の 場 合 major アイ ソ マ ー (95%) の αproton が 高磁場に来て 1H chemical shift は Z アイソマーの傾向を見せた。しかし、NMOR3OH の 13C NMR と比較すると 5C の chemical shift が NMOR3OH と非常に似ていることと E と Z アイソマーのα位の 13C chemical shift は Z アイソマーのほうが 10 ppm ほど高磁場に来ることから major アイソマーは E の傾向を見せた。1H と 13C NMR の chemical shifts の違いで実験で E-Z アイソマーを区別するのが で き な かった 。 それ でそ れ ぞ れ のα-substituted-N-nitrosomorpholine を
B3LYP/6-311+G(2d,p)レベルで構造最適化し GIAO 方法で chemicalshift を求めた。α-hydroperoxy の場合 2.2kcal/mol くらい E が Z より安定で、実験値と計算で求めた値(Eーアイソマー)のプロット(Fig. 2)に示してるように非常によい相関が得られました。最初 nitroso と hydroperoxy との水素結合で Z アイソマーの方が安定ではないかと考えたが、最適構造を見ると NO 基が C-N-C 面に直角に来て水素結合してない結果が得られ、major アイソマーは E であると結論付けた。

113HC100

6.5

y = -3.2555 + 1.1215x R= 0.99963

y = -0.5012 + 1.1215x R= 0.99412

365.580
5Calc.(E)

5Calc.(E)390

24.542'HN

N
H35'
3.54

4.5
Exp.

55H 2'

5.540

O
H2N5OOHN
30

635H6H 5'OOH

2650

H 6'

3360

O6'

2.5
2.526O

3.5

670

6.5

O
30

4050607080

90

100

Exp.

Fig. 2. A plot of experimental 1H(13C) chemical shifts, referenced to TMS, against GIAO/B3LYP/6311+G(2d, p)//B3LYP/6-311+G(2d, p) calculated shielding constants for the α-hydroperoxy-Nnitrosomorpholine.

α-COOH の場合、実験ではほぼ同じくらい(57/43)の E、Zーアイソマーが得られたが計算ではエネルギー差は殆どない(Z 方が 0.3 kcal/mol 安定)結果が得られてChemical shifts も実験値とよく合う。他のα-acetoxy とα-COOH(Fig. 3)でも非常によい理論計算結果が得られた。

11H

6H

6y = -0.53216 + 1.1439x R= 0.99119

y = -0.49252 + 1.131x R= 0.99408

335522Calc.

Calc.

545'

642'6H 6'O6'H5NN

35H5'H3H5'COOH

H 6'6'2'H62'O
H2O

H3334Exp.

5H5NN

634Exp.

5H 2'5'HCOOH

H6O
H26Fig. 3. Relationship between the experimental chemical shifts and shielding constants calculated by
GIAO/B3LYP/6-311+G(2d, p) in α-carboxylic acid-N-nitrosomorpholine.

References(1) Fajen, J. M., Carson, G. A., Rounbehler, D. P., Fan, T. Y., and Vita, R. (1979), Science 205, 1262-1264.
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