hon p.1 [100%]YAKUGAKU ZASSHI 130(12) 1707―1724 (2010)  2010 The Pharmaceutical Society of Japan

1707―Review―

生体機能性分子を目的としたイミダゾール C-ヌクレオシドの合成研究
荒 木 理 佐，春 沢 信 哉Synthetic Studies of Imidazole C-Nucleosides toward Biofunctional Molecules
Lisa ARAKI and Shinya HARUSAWA
Osaka University of Pharmaceutical Sciences, 4201 Nasahara, Takatsuki, Osaka 5691094, Japan(Received August 7, 2010; Accepted September 2, 2010; Published online September 13, 2010)
Synthetic studies of C4-linked imidazole C-nucleosides toward biofunctional molecules are described, in which thefollowing items are covered. 1) Stereoselective synthesis of imidazole C- and pyrazole C-nucleosides via diazafulvene intermediates. 2) Synthesis of tetrahydrofuranylimidazoles using a PhSe group e‹ciently and its application to the newhuman histamine H3 receptor (hH3R) agonist, imifuramine, and the ˆrst selective human histamine H4 receptor (hH4R)
agonist, OUP-16. 3) Synthesis of imidazole ribonucleoside phosphoramidite (Imz-PA) with pivaloyloxymethyl (POM)
group for probing the catalytic mechanism of ribozymes. 4) Synthesis of a two-carbon-elongated homologue (Imz-C2PA) with a combination of POM and 2-cyanoethyl groups. 5) Incorporation of C2-imidazole nucleoside into position
638 of VS ribozyme using Imz-C2-PA and catalytic activities of the thereby generated modiˆed VS ribozyme (G638C2
Imz).
Key words―imidazole; C-nucleoside; H3 receptor; H4 receptor; phosphoramidite; ribozyme

1.

はじめに

C-2 置 換 イ ミ ダ ゾ ー ル 1 の 合 成 例5) と Bergstrom

核酸の主要構成成分である N- ヌクレオシドは糖

ら6) による C-4 置換イミダゾール -2 ′- デオキシ体 2の 1 位とヘテロ環上の窒素原子との間でグリコシドの合成がみられる程度であった（ Fig. 1 ）．これら結合を形成している．また，天然には C- ヌクレオはいずれも糖部の 1 位に適当な置換基を導入した

シドと呼ばれる化合物群があり，ショウドマイシン

後，イミダゾール環を構築していく多段階合成のたやピラゾフリンは強い抗腫瘍活性，抗ウイルス活性め，効率的な合成法ではなかった．2,3)を示す．13) これらは糖の 1 位炭素と芳香族ヘテロ

われわれは，トリベンジル -D- リボース 3 とイミ環上の炭素原子が C C 結合したリボヌクレオシド

ダゾールのリチウム塩 4 を直接結合させ，高立体選である．そのため C- ヌクレオシドは， N- ヌクレオ

択的に C-4 置換 b-イミダゾール C-ヌクレオシド 7b

シドと類似した構造でありながらも化学的，生物学を 得 る 効 率 的 合 成 法を 報 告 し て い た が （ Scheme

的に安定であるという特徴を持つ．13)1 ），7) この合成法の一般性，立体選択性の発現機

一方，イミダゾールは生物学的に重要なヘテロ環化合物であり，ヒスチジンやヒスタミンなどの生体構，及び応用性についてはさらに多くの検討が必要であった．

内成分として広く分布し，特に酵素中のイミダゾー

本総説では，イミダゾール C- ヌクレオシド合成

ルが金属イオンの配位子として機能するなど，生合をアラビノース，さらにピラゾール C- ヌクレオシ

成過程に重要な役割を果たしている．4) また，イミダゾールは医薬品にも広くみられ，生理活性発現に関与する重要な官能基の 1 つである．しかし，イミ
ダゾールを塩基に持つ C- ヌクレオシドの合成研究はほとんどなく，われわれの研究以前にはわずかに
大阪薬科大学（〒5691094 大阪府高槻市奈佐原 4 丁目
20 番 1 号）
e-mail: harusawa＠gly.oups.ac.jp

Fig. 1.

Previous Imidazole C-Nucleosides

hon p.2 [100%]1708

Vol. 130 (2010)

Scheme 1.

Stereoselective Synthesis of C4-Linked Imidazole C-Nucleoside

ドに拡張した後，ヒスタミン H3 受容体（ H3R ）及間体 b は 2′-OBn 基とイミダゾールの立体電子的反び H4 受容体（ H4R ）リガンドの創製，続いてリボ

発により，安定な位置異性体 a を経て b 体が立体

ザイムの反応機構解明のためのイミダゾール C- リ

選択的に生成したと推定した．そのため糖の 2 ′-位

ボヌクレオシドホスホロアミダイトの合成研究へとの置換基がグリコシド結合の立体配置を制御する

展開した経緯を述べる．

directing group として働いていると考えた．

2.

C4 置換イミダゾール C- ヌクレオシドの立体

選択的合成法2-2.

a-L- アラビノフラノシルイミダゾールの立体選択的合成8)

このように， 2 ′-OBn 基が生成

立体選択的 b- イミダゾール C- ヌクレオシ

物の立体配置を制御する主要因子であるならば，

ト リ ベ ン ジ ル D- リ

C2′
-位水酸基の配置がリボースと逆のアラビノース

ボース 3 とイミダゾールのリチウム塩 4 を結合させを用いることにより a- ヌクレオシドが生成するこ

た後，得られたジオール体 5RS のイミダゾールのとになる．またこれは後述する H3R リガンドへの保護基を除去して 6RS （ 6R / 6S ＝ 1 / 1 ）とした後，応用を期待したものであった．

2-1.

ド合成及びその反応機構

トリブチルホスフィンと N,N,N ′,N ′- テトラメチル

まず a-L- アラビノフラノシルイミダゾールの合

アゾジカルボキシアミド（ TMAD ）を用いて閉環成においてトリベンジルアラビノースとリチオイミ反応を行うと 6RS の 1 ′位の立体配置の比にかかわ

ダゾールのカップリング反応により得られたジオー

らず高立体選択的 C-4 置換 b- イミダゾール C- ヌク

ル体 8RS の閉環反応について，溶媒や温度を変え

レオシド 7b が生成する（7b/7a＝26.3/1）（Schemeて反応条件を検討した．この際，副生するトリブチ

1）．7)

ルホスフィンオキシドとの単離精製が容易なエトキ

この b- 体の高立体選択性の発現については次のように推定している（ Scheme 2 ）．まず， 6R と 6S

シカルボニル体 9 に変換した後， a / b 比を調べた（Table 1）．

は，反応系中に生成するトリブチルホスフィン -溶媒がベンゼンでは a / b ＝ 9/ 1 であったが（ Run

TMAD 付加体が反応し，続いてイミダゾールから2 ），溶媒を THF に変えると a 選択性は低下したの電子の押し出しによりトリブチルホスフィンオキ（ Run 1）．しかし，ジクロロメタン， 0°
C では a 選

シドが遊離することでイミダゾールと糖の 1 ′位の択性は向上し，－ 35 °C では a / b ＝ 20 / 1 の高い立体

間に二重結合を持つジアザフルベン中間体 a 及び b選択性を示した（ Run 4, 5 ）．溶媒効果の理由は明が生成する． a は，分子内 4 ′- 位第 2 級アルコール

らかでないが，本反応のアノマー選択性は 2′- 位のの求核反応により閉環し 7b 体を与える．一方，中置換基による配向性とともに溶媒の種類によって影hon p.3 [100%]

No. 12

1709

Scheme 2.

Mechnistic Consideration on b-Stereoselective Glycosidation

Table 1.

Cyclization of 8RS via Diazafulvene Intermediate

Run

Solvent

Temp.(°C)

Time(h)Yield(％)

9a / 9b

1
2
3
4
5

THF
benzenetoluene
CH2Cl2CH2Cl2

rt
rt
0
0
－35

overnight
overnight
2
2
1.5

95
89
82
64
95

4.5/1
9/1
9.5/1
15/1
20/1

響を受けることがわかった．

収率で得られ，ピラゾフリン，ホルマイシンの形式
こ

全合成を達成することができた．9) これにより，ジのように C- ヌクレオシド合成の反応条件を種々検

アザフルベン中間体を経由する C- ヌクレオシド合討した上で塩基をイミダゾールからピラゾールに変成法が，他のヘテロ環 C- ヌクレオシドの合成にもえると，抗生物質ピラゾフリンとホルマイシンの共有用であることが明らかとなった．

2-3.

ピラゾール C- ヌクレオシドの合成9)通合成中間体である b-ピラゾール C- ヌクレオシド

われわれが開発した無置換イミダゾールからジアの合成が可能である．そこで，次にピラゾール C-

ザフルベンを発生させる手法では，1,4-ジオール化

ヌクレオシド合成を検討した（ Scheme 3 ）．ピラ

合物の 1 ′位水酸基が，選択的に活性化されるたゾールのリチウム塩 10′とトリベンジル体 3 の付加

め，生成物の立体化学の予想が容易であるという利体 11 のピラゾールの保護基を除去して得られたジ点がある．一方，Benhida らは，この手法を他のアオール体 12 の閉環反応は， b / a ＝ 27.3 / 1 の高い立

ゾール類，ベンゾイミダゾール，インドールに拡張

体選択性で b 体を得ることができた．得られたト

し，いずれも b- ヘテロ環 C- ヌクレオシドの高選択

リベンジル体 13b を接触還元により脱ベンジル化

的合成を達成している．10) このようにわれわれの開することで b- ピラゾール C- ヌクレオシド 14b が高発した C- ヌクレオシド合成は，適用範囲の広い反hon p.4 [100%]1710

Vol. 130 (2010)

Scheme 3.

b-Stereoselective Synthesis of Pyrazole C-Nucleosides

経終末とバリコシティーの表面に存在し，ヒスタミ

応である．
3.

ヒスタミン H3，及び H4 受容体リガンドへの応用ンの遊離と合成を調節するオートレセプターとして働いている（Fig. 2）．11) 放出されたヒスタミンが，ヒスタ

この H3R に結合すると，負のフィードバックによミンは，炎症，アレルギー，胃酸分泌，神経伝達とりヒスタミンの遊離が抑制される．このため H3R

いった様々な応答を媒介する生理活性アミンであり，アゴニストはヒスタミンの遊離を抑制し，反対に

H1 アンタゴニストは，抗アレルギー剤として， H2

H3R アンタゴニストはヒスタミンの遊離を促進す

アンタゴニストは，抗潰瘍剤として多大な恩恵をもる．12,13) また H3R は，他の神経伝達物質を制御するたらした．さらに，最近になってヒスタミン H3 受

ヘテロレセプターとしても機能している．ヒスタミ

容体（ H3R ）と H4 受容体（ H4R ）が発見され，ヒンは，覚醒や脳の賦活化に関与することから，H3R

スタミン研究の中心は H3R と H4R に移っている．

アンタゴニストはアルツハイマー病などの認知障

脳内のヒスタミン神経系は，後部視床下部の結節乳害，肥満，睡眠発作，てんかんなどの治療薬として頭核から脳のすべての領域に出力している．ヒスタ

期待され，一 方 H3R アゴニ ストは，不安や不眠

ミン神経線維には多数のバリコシティーと呼ばれる症，偏頭痛への有効性に加えて，末梢では気管支喘

軸索瘤があり，ヒスタミン H3 受容体（ H3R ）は神息の治療薬の標的になっている．

3-1.

ヒスタミン H3 ，及び H4 受容体

hon p.5 [100%]

No. 12

1711

Fig. 2.

A Schematic Representation of the Central Histaminergic Neurons

Fig. 3.

Comparison between H3R and H4R

H3R は 1983 年に Arrang ら11)によって同定され，1999 年に Lovenberg ら14) によってクローニングさ

存在しているのに対し，ヒスタミン H3R は脳に限局して存在している．

れた．一方， H4R は 2000 年にヒトゲノムデータ

3-2.

ベースに基づき，いくつかのグループがクローニン

研究16,17)グ を 報 告 し た ．15) H3R と H4R は 同 じ Gi 結 合 型

応用研究を始めた頃，ヒスタミン及びヒスタミンア

GPCR（G タンパクサブタイプ i 結合型レセプター）

ゴニストの活性立体配座についてはいくつか報告がであり，そのアミノ酸配列は約 40 ％の相同性を持なされていた．それらはアミノ基とイミダゾールがっている．また， H4R ではその動物間種差が大き

分子内水素結合を形成したコンパクトな立体配座

いことが特徴である（ Fig. 3 ）．しかし，特に注目A と， 伸び た形 B と する 相反 する 報告 であ った

すべきはその発現部位で， H4R は骨髄，末梢血白（Fig. 4）．

血球，胸腺，脾臓，小腸，結腸など多岐にわたって

テトラヒドロフラニルイミダゾールの合成
われわれが，ヒスタミンリガンドへの1995 年，Timmerman らはヒスタミンの中間鎖を

hon p.6 [100%]1712

Vol. 130 (2010)

Fig. 4.

Fig. 5.

Two Bioactive Conformations and Impentamine

Four Stereoisomers of 5-(Aminomethyl)tetrahydrofuran-2-ylimidazoles

C2 から C5 に延長すると強力な H3-アンタゴニスト

先のイミダゾール C- ヌクレオシドの立体選択的になることを見い出し，これをイムペンタミンと名合成では，糖の 2 位の置換基が directing group とづけた（ Fig. 4 )．18) のちに，彼らはヒトの H3R でして働き，アノマー位の立体配置を制御することか

イムペンタミンの再評価を行ったところアゴニスト

ら ， g- ブ チ ロ ラ ク ト ン 19 の 2 位 に あ ら か じ め

活性を示したと発表している．19)

directing group として PhSe 基を導入し，それによ

われわれは，この報告からイムペンタミンをテトって生じたシストランス生成物から PhSe 基を除

ラヒドロフラン環に組み込むことで H3R に対する去する方法を検討することにした（Scheme 4）．

活性配座を解明することができるのではないかと考L- グルタミン酸から得られる g- ブチロラクトン

えた．そこで最初の標的化合物として，イミダゾー（＋)-19 にリチウムビストリメチルシリルアミド，

ル C-ヌクレオシドの 5′-位水酸基をアミノ基に変換

トリメチルシリルクロリドを加え，シリルケテンア

し， 2 ′, 3′- 位の水酸基を除去した 4- ( 5- アミノメチ

セタール 20 とした後，PhSeBr を加え，2 種のセレ

ルテトラヒドロフラン -2- イル）イミダゾールのト

ノラクトン 21a, b を得た．主生成物の a- セレノラ

ランス体とシス体，さらにそれぞれの鏡像体の 4 異

クトン 21a を DIBAL 還元してラクトール 22 とし性体をデザインした（ Fig. 5 ）．想定した 4 異性体

た後，リチオイミダゾール 4 を反応させ， 1′
S, 2 ′
Rのうち，シス体で H3R アゴニスト活性が認められのアンチ-ジオール 23S を 73％，1′
R , 2′
R のシン-ジ

れば，分 子内水素結合 を持つ A の配 座が考えら

オール 23R を 10％で得ることができた（Scheme 4）．

れ，一方，トランス体に活性があれば B であると続いて，アンチ - ジオール 23S のイミダゾールのいう仮説を立てた．これらの合成ではシストラン

脱保護を目的として塩酸で還流すると，先のイミダ

スの立体選択的合成を避け，1 つの合成スキームのゾール C- ヌクレオシド合成とは異なり，一挙に中で両異性体が同じ割合で生成する合成法を目指し

b- 及び a-配置の C2′-PhSe 基を持つテトラヒドロフた．

ラン体 27b（42％）， 27a（ 56％）が得られた（Fig.

hon p.7 [100%]

No. 12

1713

Scheme 4.

Fig. 6.

Synthesis of 1′, 2′-Anti-diol 23S

Postulated Mechanism of the Formation of 27a and b

6）．本反応のメカニズムは，23S のイミダゾールのられる．ついで PhSeCl が 24 の二重結合の上面と脱保護と同時に求核性の高い塩素イオンが PhSe 基

下面の両面から求電子的に接近し，エピセレニウムを攻撃し，1,2-トランス脱離によりホモアリルアル

イオン 25, 26 を形成することで 4′-位水酸基のセレコール 24 と PhSeCl が反応系中に発生したと考え

ノエーテル化反応により一挙にテトラヒドロフラン

hon p.8 [100%]1714

Vol. 130 (2010)

体 27b, a を与えたと考えられる．中間体 24 は，フラン体 27a は Scheme 5 に示すように 5 工程で目

23S の加水分解の条件によって生成し，単離するこ的のアミノ体（－) -18 へと変換できた．また（－) -とができる．この 24 と PhSeCl を THF 中で還流す

18 の合成と同様にして（＋) -17 を合成した．さらると， 2 種の閉環体 27a, b が 23S の塩酸処理とほにこの方法を D-Glu に適用することでエナンチオ

ぼ同じ比率で高収率で得られることもこの反応機構

マーを含む 4 種のテトラヒドロフラニルイミダゾー

を支持した．

ルを合成することに成功した．

このように PhSe 基を持つ C1 ′,2 ′- アンチジオー

3-3.

イミフラミン誘導体のマイクロダイアリス

ルから直接 C- ヌクレオシドを合成する手法はこれ法による評価16)までになく，また塩酸で還流するだけで，イミダ

した 4 つの化合物を用いて，マイクロダイアリス法

ゾールの脱保護，ホモアリルアルコールの生成，セ（脳微小透析法）により，生きたラットの脳におけレノエーテル化によるテトラヒドロフラン環の形成

るヒスタミンの遊離への影響を最初に調べたとこが進行するドミノ型反応でもある．この方法を，先ろ，これらの中で（＋) - ( 2 R, 5 R ) -16 （イミフラミに副成した b-セレノラクトン 21b に適用しても， 2ン）のみが H3R アゴニスト作用を示した（Fig. 7）．

つのテトラヒドロフラン体 27a, b が生成し，その人工脳脊髄液にイミフラミンの 10 mM 溶液を投与

生成比も 21a からの場合とほぼ同じであったことする とヒスタ ミンの 遊離は 30 ％ 近くまで 減少しから，PhSe 基の立体配置の異なる合成中間体 21a,

た．さらに 1 時間半後に 10 mM の既存の H3R- アンb のいずれからも無駄なくテトラヒドロフラン体がタゴニスト，クロベンプロピットを同時に灌流させ合成できる効率合成法となった．このようなセレン

ると，ヒスタミンの遊離が 160％まで増加した．こ原子の特性を活かした C- ヌクレオシド合成は今まのように，クロベンプロピットはイミフラミンの効でにない新規合成法である．得られたテトラヒドロ果に拮抗したことから，イミフラミンの作用発現がScheme 5.

共同研究者の大和谷らは，合成

Synthesis of (－)-5-(Aminomethyl)tetrahydrofuran-2-ylimidazole 18

hon p.9 [100%]

No. 12

1715

Fig. 7.

EŠect of Imifuramine and Clobenpropit on the in vivo Release of Histamine

脳に局在する H3R 受容体を介したものであることを示したが，hH3R と hH4R の選択性という意味でを支持した（クロベンプロピットとイミフラミン

はエナンチオマーの 18 （ 2 S, 5 S ）体が 300 倍ものは，末梢に存在する H4R に対してはアゴニストと選択性を示した．最も興味深い化合物は，イミフラ

して作用する）．また，その作用は，既存の H3R ア

ミンのシアノグアニジン体 OUP-16 とシス - アミン

ゴニスト，イメピップに相当する強力なものであっのシアノグアニジン OUP-13 で，これらは hH4R にた ． こ の 結 果 ， H3 R ア ゴ ニ ス ト の 作 用 発 現 に 対

対して特異的アゴニスト活性を示し，またその選択

し，構造上分子内水素結合を取り得ないイミフラミ

性はそれぞれ 41 倍，46 倍であった．また，ヒスタ

ンがアゴニスト活性を示したことで，分子内水素結ミンの最大反応を 1 とした最大効果 a は， OUP-16

合が直接アゴニスト作用発現に関与していないこと

で は ， hH3R で 0.8 が ， hH4R で 1.0 に 上 昇 し ，も示唆した．

OUP-13 では，hH3R の 0.4 が，hH4R で 1.0 に上昇

3-4.

イミフラミン誘導体のヒトの H3R 及び H4R

した（ a ＝ 0.4 というのは，用量を増加してもヒス

H 3 R は H 4R と 相 同 性 が 高 い た

タミンに比べ 40 ％で頭打ちになる部分アゴニスト

め，既存の H3R リガンドは H4R とも作用する．そということを意味する）．OUP-13 と OUP-16 は，aのため， H3R 選択的リガンドは多数みつけられて値が 1.0 であることから， hH4R の完全アゴニスト

いたものの， H4R に対する特異的リガンドは 2003

であることをよく示した．これらは 2000 年に発見

年の時点では知られていなかった．そこで，われわされた hH4R に特異性を示した最初の化合物となっれが合成した化合物の中から H3R 作用の認められた． hH4R リガンドは，新しいタイプの抗アレル

るいくつかの化合物について，ヒトの小児がん

ギー剤の標的として開発が急がれているが，現状で（SK-N-MC 細胞）に強制発現させたヒト H3R（hH3R）

はアンタゴニストとアゴニストのいずれが治療薬と及び H4R （ hH4R ）を用いて評価を行ったところ，なるかは明確でない状況にある．

に よ る 評 価20)

hH3R と hH4R に対して特異性を示す分子をみつけることができた（ Fig. 8 ）．20) イミフラミンは， hH

3

R に対して最も強いアゴニスト活性（pEC50＝7.4）

4.

イミダゾール C- ヌクレオシドホスホロアミ

ダイト合成リボザイムの反応機構解明への応用
4-1.

イミダゾールによる触媒活性の回復

近hon p.10 [100%]1716

Vol. 130 (2010)

Fig. 8.

Selectivity of Imifuramine Derivatives for hH3R and hH4R Expressed in SK-N-MC Cells

年になって，酵素に匹敵する触媒活性を示す RNA

働き，自己切断活性が回復することを見い出し，こであるリボザイムが発見された．21) リボザイムにはれを imidazole rescue と呼んだ．23) HDV リボザイム

自己切断活性を持つものと，自己スプライシング活の X 線結晶構造解析では，活性サイトが外側に向性を持つものがある．そのうち自己切断型にはハンかって開いていることから，溶媒中のイミダゾール

マーヘッド， HDV ，ヘアピン， VS ， GlmS の 5 種が基質に接近し易いためと考えられてる．したがっがあり，それぞれ RNA の特定の部位のリン酸ジエて，この現象はいつも起こるとは限らないものであステル結合の切断連結反応を触媒している．22)

る．

HDV リボザイムの活性中心である 75 位のシト

一方， VS リボザイムは自己切断型の中で最大のシンは，一般酸塩基として切断部位の 2′-水酸基をもの（～150 nt ）で，結晶構造の知られていない唯攻撃し，リン酸ジエステル結合を位置特異的に切断

一の自己切断型リボザイムある．22) そのため ，ごくすることで 2′,3′-環状ホスフェートと 5′-末端を与え最近まで明確な活性中心の特定がなされておらず，る（ Fig. 9 ）．この反応は可逆的であり，環状ホス2, 3 のグループにより A730 ループ内の A756 が活

フェートと 5′-末端の連結反応も同様に一般酸塩基性中心として働いている可能性が示唆されていたに反応によって起こると考えられている．

過ぎなかった（Fig. 10）．

この活性中心のシトシンをウラシルに変異すると共同研究者の Lilley らは，この A756 のアデニン

不活性化し，自己切断活性は失われるが， Been らをグアニンに変異した VS リボザイムを合成し，イはこのウラシル変異体にイミダゾール緩衝液を外部

ミダゾール緩衝液の添加を行ったが，自己切断活性添加するとイミダゾールが一般酸塩基触媒としての回復はみられなかった．24) これは VS リボザイム

hon p.11 [100%]

No. 12

1717

Fig. 9.

Imidazole Rescue of C75UHDV Ribozyme

Fig. 10.

Schematic of VS Ribozymeの場合，活性サイトがヘリックス II と VI の内側に保護条件（緩和な塩基性条件下）で除去できること，

折れた溝の中に埋もれているため，イミダゾールがiii ） 7b の脱ベンジル化に対して安定であることを接近することができないと考えられている．これら必要とした．そこでこれらの条件を満たす保護基のから，酸塩基触媒であるイミダゾール（pKa＝7.1）

検討を種々行った．

を直接リボザイムの重要塩基と置換したイミダゾー

シチジンの保護基としてよく用いられるアニソイ

ル置換リボザイムを化学合成し，その触媒活性の回ル（ An ）基，アミノ酸の保護基であるトリクロロ

復により，元のリボザイムの塩基が直接触媒反応にエトキシカルボニル（ Troc ）基，アルカリ性条件

関 与 し て い る こ と を 示 す 新 し い chemogenetic

下で除去できるピバロイルオキシメチル（ POM ）method となると考えた．そこでトリベンジル体基に関して調べた． An 基， Troc 基， POM 基はい7b7) を用いて，イミダゾール置換 VS リボザイムのずれも高収率でイミダゾール窒素に導入することが合成ユニット，新規イミダゾール C- ヌクレオシド

でき，33a33c（7494％）を与えた（Table 2）．そホスホロアミダイト（ Imz-PA ）の合成研究を開始

こでアンモニアによるイミダゾール窒素の置換基のした．

除去について検討したところ，通常の RNA 自動合イ ミ ダ ゾ ー ル 窒 素 の 保 護 基 の 開 発25,26)

成における脱保護条件（アンモニア：メタノール＝Imz-PA 合成において最初の問題は， RNA 合成

3：1, 60°
C ）よりも緩和な反応条件（アンモニア：のためのイミダゾール窒素の保護基の開発にあり，メタノール＝1：3，室温）でこれらの 3 つの保護基

i） RNA 自動合成において安定であること， ii）脱は除去でき，中でも4-2.

POM 基は 92％の高収率であhon p.12 [100%]1718

Vol. 130 (2010)

Table 2.

Run

Reaction Condition (eq., h)33(％)

33 to 7b(％)

1
2
3

p-CH3OC6H4COCl (1.1), i Pr2NEt, pyridine, 1.5
Cl3CCH2OCOCl (1.1), DMAP, benzene, 4(CH3)3CCO2CH2Cl (1.5), NaH, THF, 3

33a, 74
33b, 89
33c, 94

73
89
92

Table 3.

Run
1
2
3

4

Preparation of N-Protected Imidazole

Catalytic Debenzylation of N-Protected Imidazoles

Reaction conditions
33a (An), H2/10％Pd-C (3 kg/cm2), 16 h
33b (Troc), H2/5％Pd-C (1 kg/cm2), 6 h
33c (POM), H2/10％Pd-C (3 kg/cm2), 16 h

33c (POM), 20％Pd(OH)2-C, cyclohexene, re‰ux, 3 h

った．

Product

Yield(％)

34, R1, R2, R3＝H
34, R1, R2, R3＝H
35, R1＝POM, R2, R3＝Bn
36, R1＝POM, R2＝Bn, R3＝H
or R1＝POM, R2＝H, R3＝Bn
37, R1＝POM, R2, R3＝H

quant
quant
22
32
quant

果から，POM 基は脱ベンジル化に安定であり，ア

続いて，これらの化合物（ 33a c ）の接触還元にンモニアで容易に除去できるという先のイミダゾー

よる脱ベンジル化の挙動について検討した（ Table

ル窒素の保護基の必要条件 ii）と iii）を満たし，イ3 ）． An 基及び Troc 基で保護したトリベンジル体

ミダゾール窒素の保護基として POM 基が優れていは，脱ベンジル化と同時にそれらも除去され無保護ることが判明した．また POM 基をイミダゾール窒のトリオール体 34 を与えたため，イミダゾール窒素の保護基として使用した例は今までになく，これ素の保護基として適用できなかった（ Run 1, 2 ）．

が最初の例となった．

一方， POM 基で保護した 33c は，水素下， 10 ％得られたトリオール体 37 の 5′
-水酸基をジメトキ

Pd-C で 16 時間処理すると脱ベンジル化が部分的

シトリチル基で保護して 38 とした後，2′-水酸基をに進行し， 5 ′- 位のみが脱保護された 35 と 2 ′- 位あTBDMSOTf を用いてシリル化した．得られたシリ

るいは 3′-位のいずれかが脱保護された 36 をそれぞ

ル体は，カラムクロマトグラフィーにより 2′- シリ

れ 22 ％ ， 32 ％ で 与 え た （ Run 3 ）． こ の よ う にル体 39a と 3′
- シリル体 39b に分離してもすぐにマ

POM 基が接触還元に抵抗したため，触媒に 20 ％イグレーションしてしまうため，混合物のままアミ

Pd (OH )2 -C を用い，水素源としてシクロヘキセン

ダイト化に付し，目的の 3 ′- アミダイト体 41a を市を用いてエタノール中，3 時間還流したところ，ベ

販のトリベンジル D-リボースから総収率＜ 5％ながンジル基のみが完全に脱保護された目的の 37 を定ら 合成 する ことに 成功 した （ Scheme 6 ）．25,26) PA

量的に得ることに成功した（ Run 4 ）．これらの結41a は，天然型 N- ヌクレシド PAs に比べ酸に敏感hon p.13 [100%]

No. 12

1719

Scheme 6.

Fig. 11.

Synthesis of 2′-O-TBDMS-C0-PA

Accurate Molecular Weight Measurements of PAs

で通常の TLC プレート（ Merck 60F254 ）上でさえ

metal]＋ が検出できることが分かった．特に 41a に分解してしまう．そのため，41a の精製には高修飾

TEOA-NaCl を使用した場合，安定した相対強度を

塩基性のシリカゲル（ pH 10.1 ）を使用することで持つナトリウム付加分子｛41a: C50H71N4O9PSi, [M

ようやく単離できた．

＋Na]＋; calculated: 953.4621, observed: 953.4625｝

ヌクレオシドホスホロアミダイトの精密分を検出することに成功した．さらに，このマトリッ

この よう にし て得 られ た PA

クスシステム（TEOA-NaCl）の一般性をみるため，

41a は，上述のように不安定な化合物であったた

様々な官能基を持つ多数のヌクレオシド及び非ヌク

め，分子量及び組成決定のためのマススペクトル

レオ シド PAs に適 応した ところ， いずれ も平均（ MS ）測定は，種々のイオン化法を用いても成功

mass error が 0.4 ppm 以下という高い精度で［M＋しなかった．われわれは， PA 41a に対して二重収Na]＋ の測定に成功し，その実用性を証明すること

束質量分析計のイオン源として LSIMS あるいはができた（Fig. 11）．

4-3.

子量 測定 法2729)

FAB を用い，様々なマトリックスを用いて 41a の4-4.

Imz-C2-PA のデザインと合成30)

共同研

MS 測定を試みたが成功しなかった．しかし，トリ

究者の Lilley らは，VS リボザイム（trans-acting 型）

エタノールアミン（TEOA）にある種の金属イオンを用いて， Imz-PA 41a の RNA 自動合成におけるを添加した場合にのみ付加イオン分子［M＋モノマーユニットとしての有用性を調べた（ Fig.

hon p.14 [100%]1720

Vol. 130 (2010)10 ）．31) 触媒活性中心とみなされていた A730 ルー

プの A756 の位置へのイミダゾールの挿入は，平均
カップリング収率 99％以上であったことから，41aが自動合成に問題なく使用できることが明らかとなった．得られたイミダゾール改変リボザイム（A756ImzVS ）は，基質の正しい位置でほぼ完全に切断及び連結反応が起こった．切断速度は天然型に比べて 10－3 遅いものの（ Kobs＝0.01 min－1 ），HDV
リボザイムにおける imidazole rescue の速度に相当した．この結果は， A756 が VS リボザイムの触媒

Fig. 12.

General Acid-base Catalysis via the Combination of
G638 and A756

Fig. 13.

Superposition of Molecular Graphics Structures of
Guanine and C2-linked Imidazole Using PyMol

反応に直接関与することを強く支持したことから，
イミダゾールを用いる新しい chemogenetic methodを報告することができた．31) また，これはイミダ
ゾールが擬核酸塩基として機能することを初めて示したものであった．さらに，41a から化学合成されたヘアピンリボザイムの G8 のイミダゾール改変体（ G8Imz ）においても切断，連結反応が確かめられた．32) この場合，切断効率は， pH に依存し，ベル型 の プ ロ フ ァ イ ル を 示 す こ と か ら （ 至 適 pH ca.
7.0 ），ヘアピンリボザイムにおける G8 の一般酸

塩基触媒の役割を強く支持した．
一方，最近になって Lilley らは， VS リボザイムの切断及び連結反応には A756 だけではなく基質
ループの G638 が酸塩基触媒の 2 番目の重要塩基であることを報告した（ Fig. 10 ）．33) それによるとVS リボザイムの切断及び連結反応は A756 と G638

が切断部位のリン酸ジエステル結合に並列して配置

基の保護基の選択が大きな問題となった．先の C0-

し，それらの相互作用により一般酸塩基触媒としPA 41a に用いた TBDMS 基は，54 の合成においてて機能する反応機構を提案していた（Fig. 12）．

も 2′
, 3′
-位間でのマイグレーションが避けられなか

そこで， Imz-PA 41a を用いて， VS リボザイムった（Scheme 7, Eq. 1）．また，マイグレーションの G638 にイミダゾールを挿入したところ，先のが起こらないとされる ビス（ 2- アセトキシエトキ

A756 位での置換の場合と違い触媒活性はほとんど

シ）メチル（ ACE ）基は， 2 ′- 水酸基への導入がでみられなかった． VS リボザイムの活性発現にはきず（Eq. 2），[(トリイソプロピルシリル）オキシ]

G638 のグアニンの 1 位の窒素の重要性が示されてメチル（ TOM ）基では（ Eq. 3 ），低収率で合成中いることから，33) この場合イミダゾールの 2 つの窒間体 46 を得たにすぎなかった．これらから，一般

素のいずれもが自由度の小さな基質ループの G638

的な N-ヌクレオシド PAs 合成に用いられる嵩高いのグアニンの 1 位を占めることができなかったため保護基は， C- ヌクレオシド PAs には適用困難と思と考えられる．そこで，分子モデリング（ Fig. 13 ）われる．

が示すようにイミダゾールと糖との間に 2 炭素増炭

この合成研究の期間に，関根らは最も小さい 2 ′-することでイミダゾールの窒素とグアニンの 1 位が位水酸基の保護基としてシアノエチル（ CE）基を重なり合う PA 54（C2-Imz PA）を新たにデザイン用いるオリゴヌクレオチド合成法を発表した．34) そし，その合成研究を行った（Scheme 7）．30)

こで CE を用いる Imz-C2-PA 54 の合成を検討する

新規 Imz-C2-PA 54 の合成においては，2′-位水酸こととした（ Scheme 8 ）．トリベンジルリボース 3hon p.15 [100%]

No. 121721

Scheme 7.

Studies of 2′-O-Protecting Group for Imz-C2-PA

から b- アルデヒド 48 を合成し， Wittig 試薬による

分解はみられず RNA 自動合成に用いるアセトニト

C2 スペーサーを導入した 49 の合成，イミダゾール

リル中での安定性をよく示した．

N の POM 化，続く脱ベンジル化によりエチルイミ

このようにして得られた 54 は， 95 ％以上のカッ

ダゾール 50 を得ることができる． 50 の 3 ′と 5 ′位

プリング収率で VS リボザイムの G638 に導入するの水酸基の TIPDS 基による保護により 44 としたことができ，C2 スペサーを持つ G638C2Imz を得た．

後，tert-ブタノール中，アクリノニトリルと炭酸セ

G638 イミダゾール改変体の切断活性を調べたとこ

シウムによる CE の導入によりすべての官能基が保ろ，G638C2Imz は G638C0Imz に比べ速度定数が約護された 51（97％）を高収率で得ることができた．

15 倍上昇した（Table 4）．30) この結果，リボースと51 の TIPDS 基の除去は，Et3N・3HF により 52（91

イミダゾール間に C2-リンカーを加えることによっ％）を得た．イミダゾール N の保護基である POMて切断活性が著しく伸びることが判明した．このこ

基は，先に述べたように緩和な塩基性条件下で除去とは ribose- ( CH2 )n -Imz タイプの PAs は， X 線結できるが， CE の導入と TIPDS 基の除去の塩基条

晶構造解析のない VS リボザイムの活性サイトの環件には充分耐えることが判明した．このようにして境を系統立てて調べることのできるシリーズ化合物

得た 52 の DMT 化，ホスホロアミダイト化は効率となると期待できる．

よく進行し，出発物質から 13 工程，総収率 23％で

4-5.

2′
-CE-Imz-C0-PA の合成35)

この Imz-C2-

目的とする Imz-C2-PA 54 （白色アモルフ）を得る

PA の合成研究で明らかとなったイミダゾール窒素ことに成功した．また 54 は，重アセトニトリルの保護基を POM ，2′-位水酸基の保護を CE とする

中，室温で放置後，1H-, 13C-, 31P-NMR の測定では組み合わせは，ribose-(CH2 )n-Imz タイプの PAs のhon p.16 [100%]1722

Vol. 130 (2010)

Scheme 8.

Synthesis of Imz-C2-PA 54

一般的合成法となると期待できる．この保護基の組から， 10 工程，総収率 42％の効率合成に成功した

み合わせを用いて不安定な 2 ′-TBDMS を持つ C0-（Fig. 14）．この 55 は，室温やアセトニリル中での-CE を持つ 2 ′-CE-Imz-C0-PA
PA 41a に代わって 2 ′安定性は先の Imz-C2-PA 54 と同程度であった．

55 を合成したところ，トリベンジル D- リボース 3

合成したこれら PAs は，RNA の任意の位置にイhon p.17 [100%]

No. 12

1723

Table 4. Comparison of Cleavage Rates between G638C2Imz
and G638C0Imz
rates/min－1
C Imz/
G638C2Imz G638C0Imz 2
naturalC0Imz
10 mM Mg2＋
pH 8
－Rz
＋1 mM Rz
200 mM Mg2＋
pH 6.5－Rz＋1 mM Rz

研究に少しでも役立つことを願う次第である．
謝辞

本研究に対しては，大阪薬科大学，栗原拓史名誉教授に全面的な御支援，御協力を賜り深謝

0.61

6×10－50.001

5×10－5
7×10－5

いたします．さらに本研究に際し，ヒスタミン H3R
14

及び H4R リガンド開発の共同研究者の大阪大学医学部，大和谷6.2

1×10－50.008

2×10－5
5×10－4

厚教授に心より感謝申し上げます．

また， Imz-Cn-PA の合成研究とリボザイムへの応
15

用研究は，Dundee 大学 David M. J. Lilley 教授，
Birmingham 大学 Zheng-yun Zhao 博士との共同研

究として行ったもので両氏に御礼申し上げます．また，本研究を進めるにあたり御協力を頂きました大
阪薬科大学薬品製造学教室，薬品合成化学研究室出
身の方々に厚く御礼申し上げます．最後に機会ある毎に暖かく励まして頂いた名古屋市立大学，塩入孝
之名誉教授に深謝いたします．
Fig. 14.

REFERENCES

Synthesis of Imz-C0-PA

1)ミダゾールを挿入できるため，リボザイムの反応機構の研究のみならず RNA の様々な機能を解明する
実用的プローブとして応用できるものと期待してい
る．
5.

おわりに

2)
3)
4)

われわれは，ほとんど合成例のなかったイミダ
ゾール C- ヌクレオシドの効率的かつ立体選択的合成法について詳細に検討し，その一般性及び立体選択性の発現機構について研究した．さらにイミダ
ゾール C- ヌクレオシドの応用性，特に生体機能性分子の創製に向けて努力を続けた．幸いにも，その5)
6)

中で現在臨床開発が世界的に進められている hH3R
及び hH4R リガンドのいくつかを開発することがで7)きた．特に OUP-16 は，世界初の選択的 hH4R リガ
ンドであった．また， RNA 自動合成のために独自に開発した POM と CE 基の保護基の組み合わせを用いて合成した Imz-Cn-PAs によって，リボザイムの反応機構を解明する chemogenetic method に応用
し た ． 今 後 ， Imz-Cn-PAs を key building block と

8)
9)
10)

して RNA の機能解明に広く活用されることを期待している． PAs の MS 測定のための新しいマトリックスシステムの開発は，大阪薬科大学 MS 室の11)

藤嶽美穂代氏との共同研究として進めたものである．
最後にこの小文が今後の有機化学，生化学分野の12)

Levy D. E., Tang C., ``The Chemistry of CGlycosides,'' Pergamon Press, Oxford, 1995.
Wu Q., Simons C., Synthesis, 15331553(2004).
½Stambask ày J., Hocek M., Ko ¾covsk ày P.,
Chem. Rev., 109, 67296764 (2009).
Grimmett M. R., ``Imidazoles, Comprehensive Heterocyclic Chemistry II,'' Vol. 3, eds.
by Katritzky A. R., Rees C. W., Scriven E. F.,
Pergamon Press, Oxford, 1996.
Poonian M. S., Nowoswiat E. F., J. Org.
Chem., 45, 203208 (1980).
Bergstrom D. E., Zhang P., Zhou J., J.
Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 30293034(1994).
Harusawa S., Murai Y., Moriyama H., Imazu
T., Ohishi H., Yoneda H., Kurihara T., J.
Org. Chem., 61, 44054411 (1996).
Araki L., Harusawa S., Suzuki H., Kurihara
T., Heterocycles, 53, 19571973 (2000).
Harusawa S., Matsuda C., Araki L., KuriharaT., Synthesis, 793798 (2006).
Guianvarc'h D., Fourrey J.-L., Dau M. T. H.,
Gu áerineau V., Benhida R., J. Org. Chem., 67,37243732 (2002).
Arrang J.-M., Garbarg M., Schwartz J.-C.,
Nature, 302, 832837 (1983).
Arrang J.-M., Garbarg M., Lancelot J.-C.,hon p.18 [100%]

1724

13)

14)

15)
16)

17)

18)

19)

20)

21)
22)

Vol. 130 (2010)

Lecomte J.-M., Pollard H., Robba M., Schunack W., Schwartz J.-C., Nature, 327, 117123 (1987).
Morisset S., Rouleau A., Ligneau X., GbahouF., Tardivel-Lacombe J., Stark H., SchunackW., Ganellin C. R., Schwartz J.-C., Arrang
J.-M., Nature, 408, 860864 (2000).
Lovenberg T. W., Roland B. L., Wilson S. J.,
Jiang X., Pyati J., Huvar A., Jackson M. R.,
Erlander M. G., Mol. Pharmacol., 55, 1101
1107 (1999).
Smits R. A., Leurs R., de Esch I. J. P., Drug
Discov. Today, 14, 745753 (2009).
Harusawa S., Imazu T., Takashima S., Araki
L., Ohishi H., Kurihara T., Yamamoto Y.,
Yamatodani A., Tetrahedron Lett., 40, 2561
2564 (1999).
Harusawa S., Imazu T., Takashima S., Araki
L., Ohishi H., Kurihara T., Sakamoto Y.,
Yamamoto Y., Yamatodani A., J. Org.
Chem., 64, 86088615 (1999).
Vollinga R. C., Menge W. M. P. B., Leurs R.,
Timmerman H., J. Med. Chem., 38, 266271(1995).
Wieland K., Bongers G., Yamamoto Y.,
Hashimoto T., Yamatodani A., Menge W. M.
B. P., Timmerman H., Lovenberg T. W.,
Leurs R., J. Pharmacol. Exp. Ther., 299, 908
914 (2001).
Hashimoto T., Harusawa S., Araki L.,
Zuiderveld O. P., Smit M. J., Imazu T.,
Takashima S., Yamamoto Y., Sakamoto Y.,
Kurihara T., Leurs R., Bakker R. A.,
Yamatodani A., J. Med. Chem., 46, 3162
3165 (2003).
Saville B. J., Collins R. A., Cell, 61, 685696(1990).
``Ribozymes and RNA Catalysis,'' eds. byLilley D. M. J., Eckstein F., RSC Publishing,Cambridge, 2008.

23)
24)

25)

26)

27)

28)

29)

30)

31)

32)

33)
34)
35)

Perrotta A. T., Shih I., Been M. D., Science,
286, 123126 (1999).
Lafontaine D. A., Wilson T. J., Zhao Z.,
Lilley D. M. J., J. Mol. Biol., 323, 2334(2002).
Araki L., Harusawa S., Yamaguchi M.,
Yonezawa S., Taniguch N., Lilley D. M. J,
Zhao Z., Kurihara T., Tetrahedron Lett., 45,26572661 (2004).
Araki L., Harusawa S., Yamaguchi M.,
Yonezawa S., Taniguch N., Lilley D. M. J,
Zhao Z., Kurihara T., Tetrahedron, 61, 11976
11985 (2005).
Fujitake M., Harusawa S., Araki L., Yamaguchi M., Lilley D. M. J., Zhao Z., KuriharaT., Tetrahedron, 61, 46894699 (2005).
Fujitake M., Harusawa S., Zhao Z., KuriharaT., Bull. Osaka Univ. Pharm. Sci., 1, 107112(2007).
Harusawa S., Fujitake M., Kurihara T., Zhao
Z., Lilley D. M. J., ``Current Protocols in
Nucleic Acid Chemistry,'' eds. by Beaucage S.
L., Bergstrom D. E., Herdewijn P., Matsuda
A., John Wiley & Sons, New York, 2006, pp.
10.11.110.11.15.
Araki L., Morita K., Yamaguchi M., Zhao Z.,
Willson T. J., Lilley D. M. J., Harusawa S., J.
Org. Chem., 74, 23502356 (2009).
Zhao Z., McLeod A., Harusawa S., Araki L.,
Yamaguchi M., Kurihara T., Lilley D. M. J.,
J. Am. Chem. Soc., 127, 50265027 (2005).
Willson T. J., Ouellet J., Zhao Z., Harusawa
S., Araki L., Kurihara T., Lilley D. M. J.,
RNA, 12, 980987 (2006).
Willson T. J., McLeod A. C., Lilley D. M. J.,
EMBO, 26, 24892500 (2007).
Saneyoshi H., Seio K., Sekine M., J. Org.
Chem., 70, 1045310460 (2005).
Araki L., Zhao Z., Lilley D. M. J., Harusawa
S., Heterocycles, 81, 18611869 (2010).