4,4-Dimethyl-3,5,8-trioxabicyclo[5.1.0]octane

HIV プロテアーゼ阻害薬の工業的製法
HO
CH3
H3C
H3C
O
NH
O
CH3
NH
O
CH3
S OH
O
S
N
OH
H
H
Viracept® (nelfinavir mesylate)
(3S,4aS,8aS)-N-tert-Butyl-2-[(2R,3R)-2-hydroxy-3-(3-hydroxy-2methylbenzoylamino)-4-(phenylthio)butyl]decahydroisoquinoline3-carboxamide methanesulfonate salt
東北大学農学部化学工学概論（2009 年 12 月）
1
学んでほしいこと
• HIV ウイルスを例にしたウイルス生化学の初歩
• 危険な試薬や低温反応を回避するための努力
• 多段階合成の工業化で鍵となるのは、中間体を簡便に単離（分離）する
方法（いつ・どのように）の確立
• 実用的な立体制御を実現するには、〈急がば回れ〉の発想で
• 官能基の隠れた特性を引き出すには、〈逆転〉の発想で
NH2
HO
AcO
OH
OH
OH
OH
NH2
O
HO
OH
N
O
OH
2
エイズ（AIDS）
• エイズ（AIDS）の正式名称は、後天性免疫不全
症候群（acquired immunodeficiency syndrome）
［AIDS は大文字で綴る］
• エイズは HIV ウイルス、ヒト免疫不全ウイルス
（human immunodeficiency virus）による感染で
引き起こされる［重複しても HIV ウイルスと言う］
• 1978 年、最初の患者が米国で出現
• 1981 年、米国 CDC（Center for Disease Control）が
最初の症例を報告
• 2004 年末現在、世界で 3,940 万人が感染。
1 年間の死亡者は、310 万人（世界の死因の第 4 位）。
新しい感染者が毎年 490 万人（男 240 万人、女性
170 万人、子供 80 万人）発生
• 全患者の 7 割がアフリカ諸国に集まるが、最近では
インド、タイ、ミャンマー、中国南部で急増
3
日本における HIV 感染の拡大
4
HIV 感染の臨床的特徴
•
性的接触、感染血液の注入（注射針の共用）による感染と母子垂直感染
•
感染後 1 週間以内に発熱、関節痛が起こり、異型リンパ球が出現（急性感染
症状）
•
3 週間から 3 ヶ月以内に HIV に対する抗体が陽性化
•
無症候の感染状態（潜伏期間）が 8–10 年も継続（1日
1010 個のウイルスが生成）
•
リンパ球（白血球）のうち、細胞膜表面に CD4 という
タンパク質（細胞膜抗原）を持ったもの（T4 リンパ球）が
じょじょに減少
•
全身のリンパ腺が腫れて発熱が起こり、体重が減少（AIDS 関連症候群）
•
T4 リンパ球が減少した結果、免疫不全が引き起こされて
日和見感染症、カリニ肺炎、カポシ肉腫、腫瘍が発症。
CD4 を持った中枢神経細胞（グリア細胞）が減少すると
痴呆が発症
•
AIDS 発症後 5 年以内にほとんどの患者は死亡
5
HIV ウイルス
• HIV-1 と HIV-2 という 2 種のウイルスが存在
• HIV の起源は、サル免疫不全ウイルス
（ SIV: simian immunodeficiency virus）。
HIV-1 は、チンパンジーに感染する SIV から、
HIV-2 は、スーティマンガベイに感染する SIV
からそれぞれ進化
Chimpanzee
(Pan troglodytes)
• もっとも古い HIV-1 は、1959 年に39歳の男性
から採取され、キンシャサ（ザイール共和国）の
病院に保管されていた血液から発見。
AIDS 流行の起源は、1940 年代から1950 年代
初めに遡る
• 地球規模の AIDS 感染は HIV-1 によるもの。
HIV-2 の感染は西アフリカに限定
Sooty mangabey
(Cercocebus atys)
6
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2008
for his discovery of human
papilloma viruses causing
cervical cancer
Harald zur Hausen
(1936–)
German Cancer
Research Centre
Heidelberg, Germany
for their discovery of human immunodeficiency virus
Françoise Barré-Sinoussi
(1947–)
Regulation of Retroviral
Infections Unit, Virology
Department, Institut Pasteur
Paris, France
Luc Montagnier
(1932–)
World Foundation for AIDS
Research and Prevention
Paris, France
7
HIV ウイルスの分離
• 1983 年、パスツール研究所のモンタニエ教授は、AIDS の前駆症状である
リンパ腺腫（lymphadenopathy）を呈した患者からレトロウイルスを分離し、
リンパ腺病変ウイルス（LAV, lymphadenopathy-associated virus）と命名
• 1984 年 4 月、アメリカ国立ガン研究所の R. C. Gallo
教授は、AIDS の原因ウイルスを発見し、HTLV (human
T lymphotrophic virus)-3 と命名
• 1984 年 8 月、カリフォルニア大学サンフランシスコ校の
J. Levy 教授が第 3 のAIDS ウイルスとして、ARV
(AIDS-related virus) を分離
Robert C. Gallo
• 仏（モンタニエ教授）と米（ギャロ教授）は特許の優先権を
(1937–)
めぐっても対立。法廷闘争の過程で、モンタニエ教授が
ギャロ教授とレヴィ教授に LAV を提供しており、遺伝子
解析の結果から HTLV-3 と ARV が LAV に由来することが判明
• レーガン大統領とシラク首相のトップ会談で政治的に和解。特許は米・仏両
研究所の共有とし、ロイヤリティー収入の 80% で AIDS 研究と予防のための
基金（World Foundation for AIDS Research and Prevention ）を設立
8
レトロウイルス
• HIV ウイルスは、レトロウイルス（retrovirus）の 1 種
• レトロウイルスは、RNA ウイルスであるが、宿主細胞に侵入すると
ゲノム情報を DNA にコピー（逆転写： reverse transcription）
• レトロウイルスに由来する DNA は、宿主細胞の染色体に組み込まれて
プロウイルス（provirus）化
• プロウイルス化したまま、宿主細胞の RNA ポリメラーゼⅡの作用で、
ゲノム RNA を複製すると同時に、タンパク合成用の mRNA を転写
(+) RNA
RT
(-) DNA
RT
dsDNA
Env
Tat
Rev
Vif
reverse transcription
(RT = reverse transcriptase)
integration
Vpu
Vpr
provirus
Nef
Gag-Pol
Gag
translation
mRNA
genome replication
transcription
splicing
9
HIV ウイルスの中心部の構造
• (+) RNA ゲノム（9.3 kb）のコピーが 2 本（diploid）［(+) RNA は
mRNA に対応］
• 1 本の RNA には、宿主細胞から奪った t-RNA （1 個）とタンパク質が会合
• RNA に会合したタンパク質は、NC（nucleocapsid）タンパクと次の酵素
活性を持ったタンパク質：
① reverse transcriptase (RT, RNA-dependent DNA polymerase)
② integrase (IN)
③ protease (PR)
④ ribonuclease (RH, RNase H)
RT, IN, PR, RH
として機能
protein
of enzyme
activities
(+) RNA
NC
t-RNA
塩基配列が相補的な
部位で対を形成
kissing loop
complex
10
HIV ウイルス粒子の構造
• RNA とこれに会合したタンパク質は、CA（capsid）タンパク質で覆われ、
その上を MA（matrix）タンパク質がカバー
• MA の外側は、宿主細胞から奪ったリン脂質 2 重膜（membrane）が被覆
（enveloped ）
• ウイルス粒子の外周には、宿主細胞を認識する突起（spike）が 14 本。
その 1 本は、① TM (transmembrane glycoprotein/gp41) と ② SU
（surface glycoprotein/gp120）の 3 量体（TM と SU は非共有結合で会合）
membrane (envelope)
MA
spike
SU (gp120)
CA
TM (gp41)
11
HIV ウイルスの構造
capsid
・小文字は対応する遺伝子の名称
・ NC と t-RNA は描かれていない
・ spike は、TM と SU の（1:1）会合体がさらに 3 量化したもの
40–60 nm
20 nm
80–110 nm
12
HIV ウイルスのゲノム
MA CA p2 NC p1 p6
tat
vpu
vif
nef
5’
①
②
gag
R
rev
tat
pol
③
U3
R
env
3’
U5
p6* PR RT RH IN
vpr
rev
gp120 gp41
• gag
• pol
group specific antigen
polymerase
• env
envelope
•
•
•
•
•
•
virion infective factor
• R repeat sequence
viral protein R
• U unique sequence
transactivator of transcription
regulator of expression of virion proteins
viral protein U
negative regulatory factor
vif
vpr
tat
rev
vpu
nef
matrix, capsid, p2, nucleocapsid, p1, and p6
p6*, protease, reverse transcriptase, RNase H,
integrase
HIV-1 と HIV-2 で
gp120 (SU), gp41 (TM)
異なるのはこの部分
調節遺伝子
13
HIV ウイルス粒子を構成する主要なタンパク質（1）
5’
gag
pol
3’
env
Env
Gag-Pol (5%)
Gag
MA CA NC
PR RT RH IN
SU
TM
(gp120) (gp41)
MA CA NC
pol
(polymerase)
酵素
env
(envelope)
外皮タンパク質
(95%)
gag
(group-specific antigen)
内部構造タンパク質
pol
Pol
PR (protease)
RT (reverse transcriptase)
RH (RNase H)
IN (integrase)
NC (nucleocapsid)
gag
Gag
CA (capsid)
MA (matrix)
transTM membrane
(gp41)
Env
env
surface
SU protein
(gp120)
membrane (envelope)
14
HIV ウイルス粒子を構成する主要なタンパク質（2）
5’
gag
pol
Env
Gag-Pol (5%)
MA CA NC
Gag
3’
env
PR RT RH IN
(95%)
SU
TM
(gp120) (gp41)
MA CA NC
• 粗面小胞体で Env が合成
• ゴルジ体でグルコシル化と
切断が起こって SU とTMに
を生成
• 細胞質で Gag-Pol と Gag がポリプロテイン
として合成
• RNA と会合してリン脂質 2 重膜で囲われると
Gag-Pol が自己開裂
SU (surface)
envelope
• PR が Gag と残ったGag-Pol を切断して
env
proteins
MA、CA、NC、PR、RT、RH、IN を生成
TM (trans-membrane)
（ウイルス粒子の成熟化）
MA (matrix)
Internal
structural gag CA (capsid)
proteins
NC (nucleocapsid)
PR (protease)
enzymes
pol
RT (reverse transcriptase)
RH (RNase H) IN (integrase)
15
HIV ウイルスの増殖サイクル
1. 宿主細胞への吸着と侵入 ①
2. ゲノム RNA の DNA への逆転写 ②
3. プロウイルス（dsDNA）の宿主染色体
への挿入
4. プロウイルス DNA を鋳型とした
ゲノム RNA の複製と mRNA の転写
5. 複数のタンパク質が一つのポリ
ペプチド鎖として繋がったポリ
プロテインの合成
6. ポリプロテイン、ゲノム RNA、t-RNA の集合 ③
7. 核酸（RNA）‐ポリプロテイン会合体の細胞膜による被覆と出芽
8. ポリプロテインの加水分解によるウイルス粒子の成熟
9. ウイルス粒子の放出 ④
16
HIV ウイルスの吸着
• HIV ウイルスは、スパイク先端のSU （surface glycoprotein/gp120）で宿主細胞を認識
［gp120 = 質量 120 kD の glycoprotein（糖タンパク質）］
• ヒトで SU の受容体（receptor）になるのは、細胞表層に存在するタンパク質である CD4
（CD = cluster of differentiation）。
CD4 は、免疫系細胞（T 細胞、マクロファージ、単球）や脳細胞（グリア細胞）に分布
• SU はさらに、ケモカイン（chemokine）受容体である CCR5 と CXCR4 を共受容体
（co-receptor）として利用（C = cystein, X = any amino acid, R = receptor）。
Co-receptors
CD4 T cells infected
HIV-1
strain
CCR5
CXCR4
naïve cells
memory cells
R5
+
–
–
+
R5X4
+
+
+
+
X4
–
+
+
+
R5 株と R5X4 株は、 CCR5 を発現したマクロファージ、単球にも感染
17
HIV ウイルスの核への移動
•
SU （gp120）が受容体（CD4）と共受容体
（CCR，CXCR4）と結合すると、TM
（transmembrane glycoprotein/gp41）の
立体構造が変化し、ウイルスの
リン脂質 2 重膜（envelope）と細胞膜
（plasma membrane）が融合
•
細胞質内に放出されたウイルス粒子の
内容物は、reverse transcription
complex を形成
•
reverse transcription complex は、
微小管（microtuble）を伝って核に移動
（1–4 mm/sec）
•
reverse transcription complex の中で
ゲノム RNA から dsDNA が合成され、
pre-integration complex を形成
(+)-RNA
microtuble
t-RNA
MA
Vpr
RT
IN
reverse
transcription
complex
dsDNA
pre-integration
complex
nucleus
18
プロウイルス化
• reverse transcription complex は、
核孔（nuclear pore）を通って核内に侵入
• reverse transcription complex を構成する
① MA（matrix）
② Vpr（viral protein R）
③ IN（integrase）
には核局在化シグナル
（nuclear localization
nucleus
signal）が存在
• IN が染色体のDNA に
ウイルス由来の dsDNA を
挿入
cell chromosome
integrase (IN)
dsDNA
Vpr
pre-integration
complex
nuclear pore
3000–
5000 pores
per nucleus
provirus
19
HIV ウイルス遺伝子の複製と転写・翻訳
•
プロウイルスのまま、宿主細胞の RNA ポリメラーゼ（cell pol II）がゲノム RNA の
複製と mRNA の転写を触媒
•
増殖初期に翻訳されるのは、① 複製を刺激する Nef 、② 転写を強化する Tat、
③ mRNA を核外に運ぶ Rev
•
増殖後期に翻訳されるのは、複数のタンパク質が 1 本に繋がったポリプロテイン
（Gag，Gag-Pol，Env）
•
Gag と Gag-Pol は細胞質で合成
•
Env の合成とグリコシル化は粗面小胞体で起こり、3 量化したのちゴルジ体の中で
宿主のプロテアーゼ（furin）で SU（gp120）と TM（gp41）に切断
rough endoplasmic reticulum
plasma membrane
Golgi
provirus
Env
SU
TM
host protease
cell pol II
Gag-Pol
genome RNA
Gag
mRNA
20
HIV ウイルスの成熟化
• ポリプロテイン（Gag，Gag-pol）、ゲノム RNA、t-RNA が細胞
膜直下に集合し、SU (gp120)-TM (gp41) の埋め込まれた膜を
奪って出芽
• Gag-Pol が 2 量化すると、自己開裂して酵素タンパク質（PR,
RT, RH, IN）を放出
• PR（protease）が Gag を加水分解し、ウイルス粒子を成熟化
RNA
+ NC (nucleocapsid)
MA
(matrix)
CA
(capsid)
MA
CA
NC
Golgi
SU
TM
RNA
t-RNA
TM
SU
MA
CA
NC
Gag
Gag
Gag-pol
myristyl
[CH3(CH2)12CO]
PR
plasma
membrane
Gag-pol
RT, RH, IN
Gag-pol
21
抗 HIV ウイルス薬
• HIV ウイルスの CD4 (+) 細胞への感染（吸着・侵入）を阻止
• HIV ウイルスに固有の生化学プロセス（逆転写・ウイルス
タンパク質の成熟）を阻害
22
HIV ウイルスの侵入阻害薬
Ac-Tyr-Thr-Ser-Leu-Ile-His-Ser-Leu-Ile-Glu-Glu-SerGln-Asn-Gln-Gln-Glu-Lys-Asn-Glu-Gln-Glu-Leu-LeuGlu-Leu-Asp-Lys-Trp-Ala-Ser-Leu-Trp-Asn-Trp-Phe-NH2
Acetyl-YTSLIHSLIEESQNQQEKNEQELLELDKWASLWNWF-amide
• Enfuvirtide（fuzeon®）は、HIV ウイルスの
CD4 受容体との結合を阻害
• Enfuvirtide は、直鎖状のペプチド
（32 個のアミノ酸残基で構成）
• 2003 年、米国で承認されたが、
適用は従来の抗 HIV 薬が無効の
AIDS 治療（年間の薬剤費は US$ 25,000）
23
HIV ウイルスに固有の生化学プロセス
(+)-RNA
dsDNA
(-) DNA
pre-integration
complex
RT (reverse transcriptase)
reverse
transcription
complex
Gag-pol
IN (integrase)
provirus
cell chromosome
Gag-pol
gag-pol
PR (protease) RT, RH, IN,
MA (matrix)
CA (capsid)
NC (nuclear capsid)
Gag
gag
AIDS 治療薬として
開発に成功した化合物
• RT 阻害剤（RTI）
• PR 阻害剤（PI）
24
逆転写酵素阻害剤（RTI）
• 逆転写酵素（RT; reverse transcriptase）は、ヒトの細胞には存在しない
• RT の選択的阻害剤（RTI; reverse transcriptase inhibitor）は、HIV ウイルスに
対する高い選択毒性を可能にする
• RTI は、 AIDS 患者の中で HIV ウイルスに感染した細胞が増加することを抑制。
しかし、 HIV ウイルスのゲノムが染色体に組み込まれた（プロウイルス化した）、
感染細胞が新たな HIV ウイルス粒子を生みだすこと（増殖そのもの）は抑制できない
• 2 種類の RTI が存在
① ヌクレオシド系（NRTI; nucleoside reverse transcriptase inhibitor ）
② 非ヌクレオシド系（NNRTI; non-nucleoside reverse transcriptase inhibitor ）
O
(+) RNA

HN
HN
(-) DNA
HO
O
N
N
O
RTI
O
N
N
dsDNA
N3
NRTI (AZT)
NNRTI (NVP)
25
ヌクレオシド系逆転写酵素阻害剤（NRTI）
O
AZT
HN
HO 5’ O
O
+
-
N
N
① NRTI は、細胞に取り込まれたのち、細胞由来のキナーゼ
によって糖部 5’ 水酸基が 3 リン酸化される
② 3 リン酸化された NRTI は、ウイルス RT が基質として認識し、
ウイルス (+)-RNA を鋳型として伸長中の (-)-DNA 鎖に組み
込む
N
③ NRTI には糖部 3’ 水酸基がないため、(-)-DNA 鎖の合成が中
断する
N
①
O
O
O
HO P O P O P O
OH
OH
AZT triphosphate
(AZT-5-P3)
O
OH
+
N
N
N
O
O
3’
O P O
N
②
RT
-
HN
O
O
O
O
O
OH
HN
O
B
O P O
OH
+
-
N
N
N
③

N
26
臨床で使用されている NRTI
O
NH2
ジドプシン
（AZT） HN
HO
-
N
O
O
+
N
NH2
HO
O
O
HO
N
HN
NH
N
N
HO
N
O
O
O
N
サルニブシン（d4T）
ジダノシン（ddl）
ザルシタビン（ddC）
N
• AZT-5-P3 は、細胞の DNA ポリメラーゼよりも HIV ウイルスのRT に強く結合
• HIV ウイルスのRT は、dT-5-P3 よりも AZT-5-P3 と強く結合
• AZT（AZT-5-P3）は細胞の DNA 合成に無影響ではなく、副作用として骨髄を傷害
O
ラミブジン（3TC）
N
N
N
N
O
O
N
O
O
N
N
N
S
糖部は
L-配置で
非天然型
NH
NH
OH
HO
N
O
N
NH2
テノフォビル（PMPA）
N
O
O
P O
O
O
O
O
O
O
アバカビル（ABC）
O
27
非ヌクレオシド系逆転写酵素阻害剤（NNRTI）
• NNRTI は、HIV ウイルスの RT の活性部位とは異なる部位に結合し、
酵素の立体構造を変化させることによって逆転写活性を低下させる
• NNRTI は、 NRTI と比べて薬剤耐性 HIV ウイルス変異株が出現しやすい
• 一つの NNRTI に耐性の変異ウイルスは、他の NNRTI にも交叉耐性（crossresistance）を示しやすい
• 3 種類の NNRTI が臨床で使用されている
Cl
O
O
HN
O
N
N
S
N
O
ネビラビン
（NVP）
H
N
N
H
N
H
O
エファビレンツ
（EFV）
N
N
デラビルジン（DLV）
O
HN
N
28
プロテアーゼ阻害剤（PI）
• HIV ウイルスのプロテアーゼ（PR）は、ポリプロテインの Gag を加水分解して
MA（matrix）、CA（capsid）、NC（nuclear capsid）を生成
• プロテアーゼ阻害剤（PI; protease inhibitor）は、 Gag から MA、CA、NC が
作られるのを妨げ、ウイルス粒子の成熟を阻止
• プロウイルスから新しい HIV ウイルスが生まれること（増殖そのもの）を阻害
自己開裂
2 量化
Gag-pol
myristyl
Gag
PI
ウイルス粒子
の内部構造の
形成に不可欠
PR (protease)
MA
CA
NC
RT (reverse transcriptase)
RH (RNase H)
IN (integrase)
29
プロテアーゼ阻害剤（PI）
• HIV ウイルスのプロテアーゼ（PR）は、同一構造のサブユニットが二つ会合した
ホモダイマー。一つのサブユニットは、99 個のアミノ酸残基で構成
• PR はアスパラギン酸プロテアーゼ。活性部位に特徴的な配列は、Asp25–Thre26–Gly27
• HIV プロウイルスから翻訳されたポリプロテイン（Gag）の Phe–Pro 結合を選択的に
切断
O
O
Asp 25’
Asp 25
H O
O-
H
H
N
O
N
H
OH
HO
O
HN
H
N
H
N
O
N
H
O
H
N
O
O
N
O
N
H
OH
O
NH2
O
Ile 50
N H
H
O
H
H N
Ile 50’
30
加水分解の遷移状態をまねた PI のデザイン
P3
H
N
P2
O
N
H
OH
H
N
P1’
P1
H
O
N
H
O
N
N
H
HO OH
O
O
O
H2N
H
N
N
O
H
O
N
H
O
H2N
サキナビル（SQB）
N
H
OH
O
HN
1995 年に承認された
世界で最初の PI
31
臨床で使用されている PI
OH
O
N
N
H
ネルフィナビル（NFV）
N
N
OH
O
N
H
HO
N
H
インジナビル（IDV）
O
N
N
S
O
N
H
O
S
N
H
OH
O
O
H
N
H
HN
S
OH
N
H
O
N
N
OH
O
リトナビル（RTV）
NH2
O
O
O
O
H
N
O
N
H
N
MeO
S
O
N
H
O
N
N
H
H
N
OMe
O
OH
アンプレナビル（APV）
アタザナビル（ATV）
32
AIDS（HIV 感染症）に対する薬物療法
 RTI（逆転写酵素阻害剤）
• ヌクレオシド系（NRTI）
AZT, ddl, ddC, 3T, d4T, ABC, PMPA
• 非ヌクレオシド系（NNRTI） NVP, EFV, DLV
 PI（プロテアーゼ阻害剤）
IDV, SQV, RTV, NFV, APV, ATV
 HAART（highly active antiretroviral therapy）
• RTI （2 剤、最近では NRTI と NNRTI 各 1 剤）と PI （1 剤）を併用
• HAART によっても、潜伏感染細胞がなくなることはなく、HIV
ウイルスの低レベルの増殖はつねに持続
 現在使用されている薬剤の抱える課題
① 長期投与による毒性
② 薬物相互作用
③ 耐性変異株の出現
33
Nelfinavir（NFV）の製法開発
S
O
HO
N
H
• 創薬研究をベースにした
初期合成ルート
H
N
O
N
H
OH
H
• コア中間体（遷移状態
アナログ部分）の合成
研究
• 究極（？）の製造ルート
P2
P1
P1’
Asn
Phe
Pro
HIV virus PR
34
Nelfinavir の創薬ルート（初期製法）
SPh O
O
HO
N
H
H
N
N
H
OH
H
O
HO
O
OH
O
N
H
SPh
O
O
HN
H
N
H
H
Cbz
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
35
3-Hydroxy-2-methylbenzoic acid の合成
SPh O
O
HO
N
H
N
OH
H
N
H
H
O
HO
O
OH
H 2N
OH
36
3-Hydroxy-2-methylbenzoic acid
O
< 5 C, 1 h
0.3 M aq NaNO2 (1.0 equiv)
O
H 2N
OH
HSO4
1 M aq H2SO4
(1.9 equiv)
-
HSO4
N
+
N
-
+
OH
65 C
(bath temp)
1.5 h
57 C
(inner temp)
1h
O
O
OH
HO
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1998, 63, 7582.
OH
37
アニリンのジアゾ化
+
Na
-
O N O
HO N O +
+
H2SO4
HO N O
+
+
+
H2O N O
H
(H2SO4)
H
Ar
NH2 +
+
+
N O
Ar
N N O
Ar
+
NaHSO4
N O
+
H2O
H
N N O +
H
+
H
H
Ar
N N OH
H
+
H
+
Ar
N N OH
Ar
+
N N OH
+
+
+
Ar
N N OH2
Ar
N N
+
H2O
38
ジアゾニウム塩の加水分解
O
H 2N
OH
+
N
+
H2SO4
HNO2
HSO4
HO
OH
-
H2SO4
NaNO2
O
O
N
HSO4
N O
-
HSO4
O
+
N2
OH
OH
H2O
39
(3S,4aS,8aS)-N-tert-Butyldcahydroisoquinoline-2-carboxamide
SPh O
O
H
N
HN
H
HO
N
H
N
OH
HN
H
H
O
H
H
O
OH
O
HN
HO
NH2
40
L-Phe
L-phenylalanine
(Phe)
に対する Pictet-Spengler 反応
(3S)-tetrahydroisoquinoline1. CH2O
3-carboxylic acid
aq HCl
(high concentration)
2. NH4OH
HN
H2N
HO2C
HO2C
(little racemization)
+
H
H
+
N
HO2C
HN
HO2C
Hilpert, H.; et al. Chimia. 1996, 50, 532.
crystallization of
free amino acid
optically pure
material
(70%)
41
アミノ基を保護すると同時にカルボキシル基を活性化
O
1.
Cl
Cl
HN
HN
2.
NH2
HO2C
O
NH
O
(80%)
N
O
O
NH2
N-carboxyanhydride
Hilpert, H.; et al. Chimia. 1996, 50, 532.
42
ベンゼン核の高温・高圧接触還元
H
H2
Ru/Alox
AcOEt
HN
HN
H
O
100–150 bar
100–150 C
H
NH
H
O
NH
(80–85%)
H
Ru
up to 94% selectivity
N-tert-Butyl-(3S,4aS,8aS)decahydroisoquinoline-3-carboxamide
Hilpert, H.; et al. Chimia. 1996, 50, 532.
43
(2S,3R)-3-N-Benzyloxycarbonylamino-4-phenylthio-1-buteneoxide
SPh O
O
HO
H
N
N
H
N
H
OH
H
4
O
SPh
1
3
O
N
H
2
O
Cbz
44
Nelfinavir のコア中間体の逆合成
NHCbz
NHCbz
PhS
PhS
O
Cl
OH
O
NHCbz
PhS
O
Cbz =
Cl
O
NHCbz
NHCbz
HO
OH
O
PhS
OH
Nu
H
O
N-Cbz L-Serine
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
X
NHCbz
OR
O
45
(R)-N-Cbz-b-(Phenylthio)alanine
NHCbz
MeO2CN= (DMAD)
2
HO
(1.0 equiv)
CH2Cl2
Cbz = CO2CH2Ph
CO2H
THF
15 min
Ph3P
(1.0 equiv) CH2Cl2
-55 C
N-Cbz L-Ser
(100 g)
NHCbz
20 min
O
-55 C  rt
30 min
overnight
O
CH2Cl2/THF
NaH
(60% in oil)
(1.0 equiv)
20 min
-
Ph
Ph
SH
(1.0 equiv)
THF
rt
15 min
+
NHCbz
PhS
S Na
rt
OH
2.5 h
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
O
(54 g, 39%)
46
分子内 Mitsunobu（光延）反応
MeO2C
DMAD
MeO2C
N
N
CO2Me
N N
CO2Me
-
Ph3P
CbzHN
O H
HO
O
+
PPh3
MeO2C
O
NHCbz
+
O
Ph3P N
CbzHN
O
N H
O
O
CO2Me
H
CbzHN
Ph3P O
+
Ph3P
O
O
O
-
MeO2C
H
N
N
H
CO2Me
47
b-ラクトンに対する求核的開裂反応
NHCbz
+
-
Ph
O
S Na
Ph3P O
H
N
MeO2C
O
CO2Me
N
H
NHCbz
-
PhS
+
O Na
O
pH 2.5
H2O
H2O
AcOEt
CH2Cl2
AcOEt
1 M aq NaHSO4
NHCbz
PhS
［酸性画分］
OH
O
(39%)
Ph3P O
H
N
CO2Me
MeO2C
N
H
［中性画分］
48
ジアゾケトンを経由する a-クロロケトンの調製
O
PhS
NHCbz
(1.5 equiv)
NHCbz
Cl
Oi-Bu
PhS
OH
O
Cbz = CO2CH2Ph
Et3N (1.0 equiv)
AcOEt
dry ice-CCl4 cooling
+
O
rt, 40 min
NHCbz
NHCbz
HCl (gas)
Cl
O
O
Et2O
(3.9 equiv)
PhS
Oi-Bu
dry ice-CCl4
cooling, 30 min
-
CH2 N N
O
Et2O
-20 C, 4 h
+
PhS
N
O
-
N
(73% after flash chromatog)
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
49
ジアゾメタン（diazomethene）の調製
KOH で乾燥後
CH2N2 の Et2O 溶液として使用
+
-
CH2 N N
-
CH2
+
N
N
Et2O
H2O
5 M aq NaOH (5.1 equiv) HO
+ -
Na
-
Me
H
O
N
N
N
H
O
NO2
Me
N N OH
Na
OH
NH
H CH2
+
NH2
NH
N
N
-
N
O
NO2
H
O
N
-
O2N
1-methyl-3-nitro-1-nitrosoguanidine
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
50
ジアゾメタンを発生させるための試薬
O
-
S O
Me
S N
Me
O
Me
N O
O
O
N-methyl-N-nitroso-p-toluenesulfonamide
+
-
CH2 N N
+
-
CH2
N
O
Me
O
NH
O
N
N
N
NH2
-
O
N-methyl-N-nitrosourea
Me
NH2
O
N
N
N
H
NH2
NO2
O
N
-
NO2
1-methyl-3-nitro-1-nitrosoguanidine
51
混合酸無水物とジアゾケトンとの反応
+
-
CH2
N
+
N
CbzHN
PhS
O
Oi-Bu
-
R
CH2 N N
O
O
O C O
Oi-Bu
O
O
O
R
Cbz = CO2CH2Ph
dry ice-CCl4 cooling (30 min)  rt (40 min)
-
i-Bu
O
HO
R
H
R
+
R
N
O
N
O
+
N
-
N
N
O
+
R
N
+
N
O
N
-
(73% after flash chromatog)
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
52
ジアゾケトンと塩化水素の反応
H
+
Cl
-
Cl
CbzHN
PhS
HCl (gas)
+
N
O
N
-
Et2O
-20 C, 4 h
-
CbzHN
+
PhS
N
O
N
Cbz = CO2CH2Ph
NHCbz
PhS
Cl
N
N
O
(white solid)
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
53
a-アミノケトンの立体選択的還元
O
HN
NaBH4 (1.1 equiv)
THF, ice-cooling
O
S
Cl
O
flash chromatog
(1) 0–2% MeOH in CH2Cl2
(2) 0–2% AcOEt in CHCl3
O
HN
O
S
Cl
slower moving, major fraction
OH
(39% from diazoketone)
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
54
1,2-不斉誘起のメカニズム
CbzHN
NaBH4 (1.1 equiv)
PhS
Cl
PhS
Cl
THF, ice-cooling
OH
O
H
CbzHN
Cbz = CO2CH2Ph
CH2Cl
ClH2C
H
NHCbz
PhSCH2 O
H
NHCbz
CH2Cl
H
PhSCH2
PhSCH2
O
ClCH2
NHCbz
HO
HO
PhSH2C
H
CH2Cl
H
ClCH2
H
NHCbz
H
-
PhSCH2
H
O NHCbz
Felkin-Anh モデル
PhSCH2
HO
H
NHCbz
55
クロロヒドリンのエポキシドへの変換（立体保持）
O
HN
KOH
(1.1 equiv)
O
S
2h
Cl
O
ice-cooling
H
EtOH
flash chromatog
(0–2% MeOH in CH2Cl2)
O
HN
rt
O
S
O
(white solid, 85%)
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
56
エポキシドに対する求核置換反応
SPh
Cbz = CO2CH2Ph
CbzHN
H
O
H
reflux
flash chromatog
(0–20% AcOEt in CH2Cl2)
EtOH
HN
8h
NH
O
(1.1 equiv)
SPh O
CbzHN
N
OH
H
N
H
H
(white solid, 40%)
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
57
第 1 級アミンの脱保護
O
SPh O
= Cbz
O
SPh O
CbzHN
N
OH
H
N
H2N
H
N
N
OH
H
(white foam, 71%)
H
H
H
flash chromatog [CHCl3
(3 drops of conc NH4OH/L)
with 0–10% MeOH]
30% HBr/AcOH (40 v/w)
rt, 1 h
• concentration
• azeotroping
with PhMe ( 3)
Et2NH (2 v/w)
conc NH4OH (2 v/w)
MeOH (30 v/w)
• concentration
• extractive work-up
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
58
Cbz 基の除去
R
-
H
Br
OH
H
N
N
H
30% HBr/AcOH
H
N
O
Br
O
O PhS
H+
S が触媒毒となるので Cbz の除去に接触還元が使えない
-
R NH3 X
-
H+
HX
R
R
NH2
(X = Br, OAc)
H
N
O
O
O C O
H
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
59
SPh O
Nelfinavir の完成
H
N
O
H2N
N
OH
HO
N
N • H2O
OH
H
N
OH
H
(1.0 equiv)
(1.0 equiv)
THF
-10 C
(1.0 equiv)
N C N
-10 C  rt (overnight)
rt, 48 h in total
SPh O
O
Radial chromatog (1 mm plate)
3% MeOH in CH2Cl2)
Reich, S. H.; et al.
J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
HO
N
H
N
OH
(white foam, 59%)
H
N
H
H
60
活性エステルを経由するアミドの形成
O
R1
O
H
1-hydroxybenzotriazole
(HOBt)
N
N
N
N C N
O
H
1,3-dicyclohexylcarodiimide
(DCC)
R2
H
N
O
H
N C N
O
R2 NH2
O
N
N
HO
O
R1
R1
O
R1
O
N
N
N
活性エステル
N
H
N
H
N
61
Nelfinavir mesylate (Viracept®)
SPh O
CH3 O
HO
N
H
H
N
CH3
CH2Cl2
0 C
CH3
CH3
N
MeSO3H (1.0 equiv)
(1.0 M in CH2Cl2)
H
OH
H
salt precipitated
SPh O
CH3 O
HO
N
H
N
OH
H
H
N
CH3
CH3
CH3
H
• CH3
(99%)
O
S OH
O
Reich, S. H.; et al.
J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
62
コア中間体の創薬ルートにおける課題
光延反応
• 高価な試薬
（MeO2CN=NCO2Me, Ph3P）
• 低温反応（b-ラクトンの形成）
NHCbz
HO
OH
O
1,2-不斉誘起
（ a-アミノケトンの立体選択的還元）
• ジアステレオマーの副生
NHCbz
PhS
CbzHN
Cl
PhS
OH
O
N-Cbz L-Serine
Cl
Cbz = CO2CH2Ph
増単反応（a-クロロケトン合成）
• 危険なジアゾメタン（CH2N2）の使用
• 低温反応
Reich, S. H.; et al. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
63
煩雑さ（増炭反応）も曖昧さ（不斉誘起）もないルート
Terminal
differentiation
NHCbz
PhS
Cl
CbzHN
OH
HO2C
O
PhS
O
-
Regioselective
epoxide
opening H N
3
Oxidative
cleavage
HO
MeO2C
H
OH
O
O
O
OH
OH
Reduction
HO
Cl
NH2
-
OH
Na
+ -
O
OH
Ikunaka, M.; et al. Org. Process Res. Dev. 2002, 6, 49.
64
D-Erythronolactone
HO
OH
H
の調製
OH
30% aq H2O2
Na2CO3
O
HO
-
+
O Na
O
Na +
-
HO
O
O
OH
Sodium erythorbate
OH
conc HCl
HO
O
O
D-Erythronolactone
(89%)
Dunigan, J.; Weigel, L. O. J. Org. Chem. 1991, 56, 6225.
65
エンジオールの酸化的開裂
OH
OH
OH
HO
HO
O
O
O
Na +
-
H
O
HO
O
-
O OH
-
O
O
+ -
O
O
HO
O
-
O
H
-
HO
HO
O
-
O
O
O
-
HO
O Na +
OH
HO
O
O
O
O
H
-
O
OH
HO
-
O
OH
Na
O
O
O
HO
Na +
O
O
O
OH
HO
O
-
HO
O
O
O
H
66
g-ラクトンの形成
OH
OH
HO
conc HCl
HO
-
O Na +
HO
O
O
O
HCl
H2O
酸性にすると室温で脱水・閉環
NaCl
HO
OH
HO
O H
HO
OH
+
O
HO
O
H
+
H
OH
Dunigan, J.; Weigel, L. O. J. Org. Chem. 1991, 56, 6225.
67
Methyl (2S,3R)-4-hydroxy-2,3-epoxybutyrate
カルボニル基の a 位にある水酸基の方が反応性が高い
Ts
O
OH
Cl
HO
S
O
HO
O
O S
O
O
O
–15–0 C
O
O
(93%)
N
O
+
N S
Cl
-
O
NaOMe, MeOH
–10–0 C
O
HO
CO2Me
(94%)
Dunigan, J.; Weigel, L. O. J. Org. Chem. 1991, 56, 6225.
68
g-ラクトンの開環とエポキシドへの閉環
Ts
O
HO
O S
O
O
HO
NaOMe
MeOH
OTs
–10–0 C
+ -
Na
OMe
O-
O
-
MeO
O
+
Na
+
Na
HO
-
OH
O
MeO
OTs
O
+
HO
O Na
O
OMe
TsO
O
O
MeO
(94%)
Dunigan, J.; Weigel, L. O. J. Org. Chem. 1991, 56, 6225.
69
エポキシドの位置選択的開環によるアミノ基の導入
NaOH (1.1 equiv)/MeOH
O
HO
O
O
OMe
MeOH
6h
overnight
ice-cooling
–12 C
エステルのままアンモニアで処理するとアミドが副生する
沈殿
O
-
O Na+
HO
conc aq NH3
48–50 C, 10 h
HO
O
NH2
HO
O
-
+
O Na
H3N
カルボニル基で活性化されたエポキシ炭素で位置選択的に開環
Manchand, P. S.; et al. J. Org. Chem. 1988, 53, 5507.
70
アミノ基の保護（Cbz 化）
未反応 NH3
O
HO
-
NH2
HO
+
O Na
≡
-
+
O Na
NH2
aq NaHCO3
(0.7 equiv)
減圧濃縮
HO O
HO
O
Ikunaka, M.; et al.
Org. Process Res. Dev. 2002, 6, 49.
O
HO
O
Ice-cooling
5–10 C
5h
Ph
O
Cl
Cbz-Cl
(1.0 equiv)
Ph
NH
-
+
O Na
HO O
71
再ラクトン化と生成物の単離
Cbz
O
O
洗浄 [(1) i-Pr2O  2. (2) PhMe-AcOEt (1:1)  3.]
Ph
NHCbz
HO
NH
HO
pH 3
-
OH
+
O Na
OH O
2 M aq HCl
HO O
O
S OH • H2O
NHCbz
HO
O
O
rt
(0.5 equiv)
rt
overnight
AcOEt
（抽出）
O
mp126–129 C
63% (4 steps)
HO
O
CO2Me
Ikunaka, M.; et al. Org. Process Res. Dev. 2002, 6, 49.
72
ラクトンの還元と水酸基の区別
CaCl2 (2.0 equiv)
NHCbz
HO
NaBH4 (4.0 equiv)
MeOH
MeOH
Ca(BH4)2
< 30 C
O
rt
NaCl
O
（定量的）
-
S O+
O HN
OH
OH
O
mp 126–129 C
≡
(72%)
OH
NHCbz
NHCbz
HO
PPTS
O
4h
pH 2
HCl (10% in MeOH)
O
O
OH
HO
Ikunaka, M.; et al.
Org. Process Res. Dev. 2002, 6, 49.
OH
NHCbz
73
1,2-ジオールの選択的アセタール化
O
Cbz = CO2CH2Ph
O
S OH
OH
O
HO
O
O
OH
NHCbz
N
2 H2O
Cbz
O
H2O
O
O
O
- +
S O HN
O
OH
NHCbz
PPTS (pyridinium p-toluenesulfonate)
強酸と弱塩基の塩なので弱酸性
74
アセタール化（acetonide 形成）のメカニズム
OH
H
O
+
H
+
+
O H
R2
R1
O
O
R1
R1
H O
H
H O
O
+
O+
R2
R2
H
+
OH
H2O
+
O
O H
R1
R2
+
O
O H
O
O H
R1
R2
R1
R2
75
フェニルチオ基の導入
MeSO2Cl (1.2 equiv)
Et3N (1.5 equiv)
O
O
OH
O
O
O
PhMe
rt, 2 h
NHCbz
O
S
O
NHCbz
Cbz = CO2CH2Ph
O
孤立した第 1 級水酸基が
1,2-ジオールから区別
CH3
S O R
K2CO3
(2.0 equiv)
DMF
rt, 4 h
SH
O
(1.0 equiv)
O
Et3N
H CH2
S Cl
O
O
O
O
CH2
+
Et3NH Cl
-
S
S
O
H O R
NHCbz
(79%)
mp 115–118 C
76
1.2-ジオールの脱保護（アセタールの除去）
R2
NHCbz
O
≡
O
R1
PhS
H
O
O
SPh
+
O
O
NHCbz
R2
0.1 M aq HCl
MeOH
R1
80 C
1.5 h
+
H
R2
R1
OH
+
O H
O
O
O R
NHCbz
R2
PhS
OH
R1
OH
mp 126–129 C
(79%)
+O
OH
H OR
(R = H, Me)
77
1,2-ジオールの活性化とクロロ基の位置選択的導入
NHCbz
NHCbz
PhS
PhS
OH
Cl
O
OH
-
S
O Li +
O
O
Cl
S
-
+
Cl
Li Cl
LiCl (3.9 equiv)
DMF
80 C, 1.5 h
(2.6 equiv)
NHCbz
Et2N (3.9 equiv)
CHCl3
ice cooling  rt
rt, 10 min
PhS
O
O S
O
Ikunaka, M.; et al. Org. Process Res. Dev. 2002, 6, 49.
Lohray, B. B. Synthesis 1992, 10.
78
(2S,3R)-3-(N-Benzyloxycarbonyl)amino-1-chloro-4-phenylthiobutan-2-ol
NHCbz
NHCbz
PhS
Cl
O
-
S
O Li
PhS
+
Cl
OH
O
mp 113–114 C (70%)
2.0 M aq HCl
AcOEt（抽出）
rt
褐色固体
再結晶（AcOEt/n-hexane）
活性炭
Ikunaka, M.; et al. Org. Process Res. Dev. 2002, 6, 49.
79
(2S,3R)-4-hydroxy-2,3-epoxybutyrate ルートのまとめ
HO
H
OH
O
O
Na
+ -
O
HO
O
-
+
O Na
Cl
O
-
OH
CbzHN
H3N
HO
• アミノ基の立体選択的導入に
C4 分子両端の酸化段階の違いを利用
O
PhS
• 1,2-ジオールを孤立した第 1 級水酸基から区
別
• 全工程を通じてクロマトグラフィー精製が不要
• 通算収率 17% （14 工程）
Ikunaka, M.; et al.
Org. Process Res. Dev. 2002, 6, 49.
O
-
NHCbz
PhS
Cl
OH
80
(2S,3R)-2-amino-1,3,4-butanetriol (ABT)
SPh O
O
HO
N
H
N
OH
H
N
HO
H
OH
H
1
3
(2S,3S) H2N
O
SN2 反応によるアミノ基の導入
X
O
4
Y
O
OH
OH
1
meso
4
3 位水酸基の立体反転
H2N
OH
2
(2S,3R)
OH
81
4,4-Dimethyl-3,5,8-trioxabicyclo[5.1.0]octane
Me
OMe
Me
OMe
bp 144–146 C
(89%)
30% H2O2 (1.1 equiv)
reflux, 2 h
20 mM Na2HPO4
(2.5  10-3 equiv)
MeOH, MeCN
pH 8.0–9.6 (1 M NaOH)
60–72 C, 1 h
O
O
(2.1 equiv)
O
S OH • H2O
O
(0.004 mol%)
①
②
• bp 63–65 C
MeOH
OH
OH
(85%)
3
O
O
5
• bp 78–85 C
Me
OMe
Me
OMe
O
8
1. Elliot, W. J.; Fried, J. J. Org. Chem. 1976, 41, 2469.
2. Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1998, 63, 7582.
82
(R)-a-MBA による meso-エポキシドの開環
(a)
O
NH2
O

O
Ph
(R)-a-MBA (1.0 equiv)
O
O
(b)
O
i-PrOH, reflux, 24 h
(b)
(a)
Ph
HO
O
HN
O
Ph
1
HN
HO
6
5
(1:1)
O
O
Ph

HN
O
HO
O
3
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1998, 63, 7582.
83
trans-アミノアルコールのジアステレオマーの分離
1
O
O3
O
O
NH
OH
+
5
6
NH
Ph
OH
(1:1)
Ph
(5R,6S)
n-heptane
(5S,6R)
i-PrOH 溶液
1
O
O
5
6
n-heptane/i-PrOH (6:1)
5 C, 3 h
Inaba, T.; et al.
J. Org. Chem. 1998, 63, 7582.
結晶
3
NH
OH
39%
> 99% de
Ph
(5R,6S)/(5S,6R) > 99.5:0.5
mp 108–109 C
84
熱力学的に安定な 5 員環アセタールへの転移
OMe
O
O
OMe
NH
(0.1 equiv)
O
MeSO3H (1.25 equiv)
MeCOMe
< 25 C, 4 h
OH
Ph
OH
NH
O
Ph
1) H2 (5 kg/cm2)
5% Pd/C
(50% wet type, 10% w/w)
OH
O
O
O
-
+
O
H 3N
mp 112–113 C
［82%（2 工程）］
CO2H (1.0 equiv), i-PrOH
60 C, 9 h
2) n-heptane/i-PrOH (9:1) から結晶化
55–60 C  0–5 C (1 h)
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1998, 63, 7582.
85
アミノ基の保護（Cbz）
PhCH2OCOCl
(Cbz-Cl, 1.0 equiv)
OH
O
O
O
-
+
H 3N
O
K2CO3 (1.25 equiv)
PhMe/H2O (1:1)
rt, 3 h
Cbz
OH
O
O
N
H
O
O
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1998, 63, 7582.
86
水酸基のスルフィドへの変換（one-pot）
OH
OMs
MeSO2Cl
(MsCl, 1.1 equiv)
CbzHN
CbzHN
O
Et3N (1.2 equiv)
PhMe
< 10 C, 1.5 h
O
O
O
(Ms = SO2Me)
(Cbz = PhCH2OCO)
SPh
SH
(1.2 equiv)
NaOH (1.2 equiv)
n-Bu4NBr (2 mol%)
PhMe, 55 C, 2.5 h
CbzHN
O
O
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1998, 63, 7582.
87
1,2-ジオールのアセタール保護基の除去
SPh
CbzHN
O
Ph
OH
-
CbzHN
MeOH, H2O
reflux, 3.5 h
O
O
SPh
conc HCl
(5 mol%)
OH
OH
第 2 級水酸基の立体反転
+
O H N
3
O
O
ammonium benzoate
からの 4 反応通算収率
> 95% (HPLC)
SPh O
O
HO
N
H
N
OH
H
N
H
H
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1998, 63, 7582.
88
第 2 級水酸基のメシル化（one-pot）
O
NO2
SPh
Cl
CbzHN
PNB-Cl
(1.2 equiv)
AcOEt
OH
OH
N
2-picoline
(1.3 equiv)
5–10 C
8.5 h
SPh
MeSO2Cl
(MsCl, 1.2 equiv)
SPh
CbzHN
OPNB
OH
(PNB = p-nitrobenzoyl)
Et3N (2.4 equiv)
AcOEt
< 15 C, 0.5 h
CbzHN
OPNB
OMs
再結晶［AcOEt/heptane (1:3)］
mp 117–118 C
（ammonium benzoate からの 6 反応通算収率 84%）
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1998, 63, 7582.
89
立体反転を伴なうエポキシドの形成
PNB
SPh
CbzHN
2 M aq KOH
(2.2 equiv)
O
O
O
OMs
rt, 1 h
Cbz
O
S
O
Ms
1,4-dioxane
NO2
SPh
CbzHN
O
S
O
-
立体反転
O
O
N
H
O
O
Column chromatog
mp 61–62 C (Et2O/n-hexane)
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1998, 63, 7582.
(98%)
90
エポキシドの開環と Cbz 基の除去
H
(1.1 equiv)
H
SPh
N
H
SPh O
H
N
Cbz
O
N
H
(40%)
CbzHN
O
EtOH, reflux, 8 h
OH
H
H
flash chromatog
[0–20% AcOEt in CH2Cl2]
(Cbz = CO2CH2Ph)
SPh O
N
H
N
H
N
30% HBr/AcOH
rt, 1 h
H2N
N
OH
H
flash chromatog
0–10% MeOH
in CHCl3 (3 drops of NH4OH/1 L)
H
(71%)
Reich, S. H.; et al.
J. Med. Chem.
1997, 40, 3979.
91
メシラートとアミンの直接的反応
K2CO3 (2.1 equiv)
SPh
60–55 C
67% aq MeOH
(9 v/w)
OPNB
CbzHN
OMs
(1.0 equiv)
O
60 C
7h
rt
H
H2O (3 v/w)
HN
NH
rt
H
• Centrifugation
• 33% aq MeOH (3 v/w)
• H2O (3 v/w)
SPh O
SPh
CbzHN
立体反転した
エポキシドを経由
O
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 2000, 65, 3979.
Cbz
N
H
(86%)
N
OH
H
N
H
H
92
Nelfinavir の完成
SPh O
O
N
H
N
N • H2O
N
HO
OH
H2N
N
OH
(1.0 equiv)
OH
(1.0 equiv)
H
N C N
H
(1.0 equiv)
THF
• -10 C  rt (overnight)
• rt, 48 h in total
Radial chromatog (1 mm plate)
3% MeOH in CH2Cl2
O
HO
Reich, S. H.; et al.
J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
SPh O
N
H
N
OH
H
N
H
H
(white foam, 59%)
93
Nelfinavir mesylate (Viracept®)
SPh O
CH3 O
HO
N
H
H
N
CH3
CH2Cl2
0 C
CH3
CH3
N
MeSO3H (1.0 equiv)
(1.0 M in CH2Cl2)
H
OH
H
salt precipitated
SPh O
CH3 O
HO
N
H
N
OH
H
H
N
CH3
CH3
CH3
H
• CH3
(99%)
O
S OH
O
Reich, S. H.; et al.
J. Med. Chem. 1997, 40, 3979.
94
Nelfinavir の製法の全体最適化

(2S,3R)-2-amino-1,3,4-butanetriol (ABT) の不斉合成

官能基変換の効率化
 ABT の両端の第 1 級水酸基の区別
 第 2 級水酸基の立体反転
HO
O
NH2
O
4
HO
H2N
OH
1
HO
OH
O
NH
(2S,3S)
N
S
HO
NH2
H2N
OH
OH
 HO
(2S,3R)
3
2
O
OH
NH
H
H
OH
OH
95
Catalytic asymmetric aminolysis
H2O (10 mol%)
Ph
O
O
NH2
(1.0 equiv)
O
O
NH
OH
heptane-PhMe (9:1)
40 C (24 h)
O
Ph
OH
OH
+ Ti(Oi-Pr)4
95% conv (HPLC)
97% ee
(1:1)
(0.5 mol%)
(S)-1,1’-bi-2-naphthol
Inaba, T.; et al.
J. Org. Chem. 1999, 64, 4962.
Ti
O
O
O
Enantiomeric discrimination
between two acetal oxygen atoms
by the (S)-1,1’-bi-2-naphthol-titanium complex
96
(5R,6S)-2,2-Dimethyl-6-amino-1,3-dioxepan-5-ol
(1.0 equiv)
Ph
OH
O
NH2
OH heptane-PhMe
rt, 10 min
40 C
24 h
(9:1)
Ti(Oi-Pr)4 (0.5 mol%)
(0.5 mol%)
99% ee
(84%)
AcO
- +
O
H3N
i-PrOH/heptane
(1:1.7, v/v)
heptane
O
H2O (10 mol%)
PhMe (2.9 v/w)
reflux, 1 h
1 M aq NaOH
(0.15 equiv)
O
OH
O
H2 (3 atm)
5% Pd/C (55% wet type)
(0.19 w/w)
AcOH (1.0 equiv)
H2O (0.34 v/w)
activated charcoal
(1% w/w)
1h
i-PrOH (11 v/w)
rt, 24 h
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1999, 64, 4962.
O
O
NH
OH
Ph
97
ABT の両端の第1級水酸基の区別
SPh O
O
HO
H
N
N
H
N
H
OH
AcO
O
O
N
N
H
N
H
H
HO
H
O
O
AcO
O
AcO
O
N
H
OSO2Me
N
AcO
O
O
Inaba, T.; et al.
J. Org. Chem. 1999, 64, 4962.
OH
N
OSO2Me
98
3-Acetoxy-2-methylbenzoyl chloride
1. 0.3 M aq NaNO2 (1.0 equiv)
1 M aq H2SO4 (1.9 equiv)
< 5 C, 1 h
O
H 2N
OH
O
O
HO
OH
2. 65 C (bath temp), 1.5 h
3. 57 C (inner temp), 1 h
O
(Ac2O)
(2.1 equiv)
SOCl2 (1.1 equiv)
HCONMe2 (DMF, 6 mol%)
O
O
AcO
OH
PhMe
60 C, 2.5 h
pyridine (5.0 equiv)
rt, 3.5 h
(72%)
O
AcO
Cl
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1999, 64, 4962.
99
酸塩化物を調製する際の DMF の触媒効果
N,N-dimethylformamide
(DMF)
O
O
N
+
S
Cl
Cl
thionyl chloride
N
Cl
O
-
S
Cl
N
O
Cl
O
S
Cl
O
Vilsmeier 試薬
N
O
R
Cl
DMF
O
+
Cl
N
Cl
+
R
Cl
C O
-
O
N
H
O
R
O
O
R
100
N-アシル化と O-メシル化
O
AcO
O
AcO
O
Cl
O
(1.0 equiv)
-
NaHCO3 (2.5 equiv)
+
H3N
OH
O
AcO
N
H
CH2Cl2, H2O, rt, 2 h
O
MeSO2Cl (1.2 equiv)
Et3N (1.5 equiv)
CH2Cl2
10 C, 40 min
O
OH
O
O
AcO
N
H
OSO2Me
Inaba, T.; et al.
J. Org. Chem. 1999, 64, 4962.
101
オキサゾリン環の形成（H2Oでクエンチ）
N
O
O
BF3•OEt2
(3.0 equiv)
O
AcO
N
H
OSO2Me
NMM
(1.2 M in H2O, 0.4 equiv)
< 15 C
CH2Cl2
30 C, 23 h
EtOH/n-hexane
(1:1)
BF3•OEt2
mp 102–103 C
-
Et2O
+
O
O
AcO
BF3
不安定
O
N
O
N
OSO2Me
H
AcO
O
(51%)
OH
OSO2Me
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1999, 64, 4962.
102
オキサゾリン環の形成（Ac2O でクエンチ）
N
O
BF3•OEt2
(3.0 equiv)
O
O
AcO
N
H
OSO2Me
O
NMM
(2.1 M in H2O, 1.5 equiv)
Ac2O
(1.2 equiv)
CH2Cl2
30 C, 23 h
10 C
30 min
F
F
AcO
B
F
O
< 15 C
O
O
O
O
H
AcO
O
N
OSO2Me
Inaba, T.; et al.
J. Org. Chem. 1999, 64, 4962.
N
OAc
OSO2Me
103
第 2 級水酸基の反転
O
AcO
K2CO3 (3.0 equiv)
O
O
N
O
50 C
5.5 h
O
O
O
HO
立体反転したエポキシド
AcOH• H2N
O
OH
H
H
50–45 C
H2O
HO
N
HN
MeOH/H2O (1:1)
O
S
O
H
N
crystals deposited
O
O
N
N
H
N
O
51% (4 steps)
mp 240 °C
(decomp)
OH
H
H
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1999, 64, 4962.
104
オキサゾリン環の開環
HO
O
O
N
N
H
N
SH (4.0 equiv)
H
OH
Inaba, T.; et al.
J. Org. Chem. 1999, 64, 4962.
H
O
N
H
O
HO
H
N
O
H
N
H
S
HO
S
OH
N
H
O
N
OH
H
N
H
H
HOCH2CH2OH
DMF
120 C
85 C
20 h
16 h
(18 : 82)
(29 : 71)
105
チオエーテルの位置異性体の生成機構
H
N
O
H
N
H
HO
O
O
N
H
N
O
HO
-
+
H
N
H
N
O
OH
H
H
S
O
N
H
O
HO
H
O
N
N
H
H
N
H
O
S
OH
HO
H
N
H
N
H
O
Inaba, T.; et al. J. Org. Chem. 1999, 64, 4962.
106
チオフェノールによるオキサゾリン環の開環
HO
H
N
O
O
SH (2.0 equiv)
N
N
H
OH
S
-
KHCO3 (2.0 equiv)
O
(MIBK)
H
reflux (117–118 C), 12 h
O
N
H
O
HO
H
N
H
N
H
S
O
HO
S
OH
Inaba, T.; et al.
J. Org. Chem. 1999, 64, 4962.
N
H
O
N
OH
H
N
H
H
8 : 92
107
Nelfinavir の完成
O
N
H
O
HO
H
N
O
H
N
H
S
S
OH
PhMe
> 90 C (1 h)  rt
HO
N
H
8 : 92
O
H
N
N
H
OH
H
Inaba, T.; et al.
J. Org. Chem. 1999, 64, 4962.
deposited crystals
(81% )
washing
PhMe
50% aq Me2CO
HO
reflux (4 h)
washing
deposited crystals
drying
50% aq Me2CO
in vacuo
S
O
N
H
mp 192 C
(decomp)
O
N
OH
H
N
H
H
108
meso-エポキシド／オキサゾリン法（JT ルート）のまとめ
AcO
O
meso
1O
O
O3
O
5
N
6
O
- +
AcO H3N
OH
OH
OSO2Me
HO
OH
1
OH
4
H2N
OH
3
OH
HO
SPh O
1
O
H
N
4
N
H
• ABT ユニットの 3 位水酸基の
立体配置の反転が合成ルートを大幅に短縮
N
3
OH
H
H
• オキサゾリンの形成が官能基変換（水酸基の区別）を簡略化
• (5R,6S)-2,2-dimethyl-5-hydroxy1,3-dioepan-6-ammonium acetate からの通算収率は > 50%（6 工程）
109
JT ルートで使用する原料
SPh O
O
HO
H
N
N
H
N
H
OH
H
CO2H
O
HO
HN
O
OH
O
H
AcO
- +
H3N
OH
O
H 2N
H
NH2
OH
HO
OH
CO2H
110
L-フェニルアラニン
L-Phe
HO2C
NH2
CO2H
H
N
アスパルテーム
ショ糖の 200 倍の甘さ
H2N
O
OMe
O
L-Phe（必須アミノ酸）
L-Asp
O
CHO
N
O
Ac2O, NaOAc
100 C
1) HI, P, AcOH, H2O
reflux, 2 h
2) NH3, H2O (pH 5–6)
(67%)
O
CO2H
N
H
CO2H
Erlenmeyer 合成
NH2
111
2-ブテン-1,4-ジオール
H2 (25–30 MPa), Raney Ni, 70–100 C または
H2 (20 MPa), Ni-Cu-Cr/SiO2, 180–200 C
HC CH
（0.5–2 Mpa）
Reppe 反応
CH2 O
Cu(C≡C)2-Bi2O3/SiO2 または
Cu(C≡C)2-Bi2O3/MgSiO3
100–110 C
10–30%
水溶液
Cl
Fe 触媒または
Ni 触媒（Fe 添加物）または
Ni 触媒（Fe 添加物 + アミン阻害剤）
または Pd 触媒（Zn で部分的に被毒）
Cl
OH
HO
HO
OH
H2
OH
OH
Cl
Cl
Cl
O
Cl
O
S O Thiodan
（殺虫剤）
112
3-アミノ-2-メチル安息香酸
HNO3
（主生成物）
bp 255 C
mp 29 C
分別蒸留
NO2
o-キシレン
（副生成物）
bp 245 C
mp 7–9 C
O2N
酸化
CO2H
還元
H2N
CO2H
O2N
113
ビタミン B2 の合成（Karrer, 1935）
1) HNO3
1) H2, Pt
NH2
2) H2, Pt
2) ClCO2Et
NHCO2Et
NO2
+
HO
OH OH OH
NHCH2 C
C
C CH2OH
H
H
H
H2
O
NHCO2Et
OH
Ni
OH
NH2
OH
D-リボース
O
H
N
O
H3BO4
OH OH OH
NH
O
O
アロキサン（alloxan）
N
O
N CH2 C
C
C CH2OH
H
H
H
N
HN
O
ビタミン B2（リボフラビン）
114
まとめ
• ジアゾメタンを使用する反応や低温反応は、（工業的な実施が不可能では
ないが）回避することが好ましい
• 多段階合成を工業的に成功させるには、中間体の単離（分離）が簡便で
なくてはならない
• JT で開発されたルートでは、中間体（ABT）の第 2 級水酸基の立体を反転
させるというアイデアで合成ルートが全体として単純化された
〈急がば回れ〉の発想
• さらに、通常は安定なアミド結合さえ、オキサゾリンに変換して b 位にある
水酸基の活性化に利用された
〈逆転〉の発想
AcO
NH2
NH2
O
HO
N
O
OH
OH
HO
OH
OH
OH
OH
115
参考文献（1）
1.
杉本正信，エイズとの闘いⅡ－新たな展開（科学のとびら 36），東京化学同人，
1999 年．
2.
上村大輔・袖岡幹子，生命科学への展開（岩波講座現代化学への入門 15），
岩波書店，2006 年．
3.
北泰行・平岡哲夫編，創薬化学－有機合成からのアプローチ，東京化学同人，
2004 年．
4.
Carter, J. B.; Saunders, V. A. Virology–Principles and Applications; John
Wiley & Sons: Chichester, 2007.
5.
K. Weissermel, H. -J. Jarpe 著，向山光昭監訳，工業有機化学－主要原料と
中間体，第 5 版，東京化学同人，2004 年．
6.
（a）森謙治，有機化学Ⅰ－有機化学の基礎（農芸化学全書），養賢堂，1988 年．
（b）森謙治，有機化学Ⅱ－官能基の化学（農芸化学全書），養賢堂，1988 年．
（c）森謙治，有機化学Ⅲ－天然有機化合物を中心に（農芸化学全書），養賢堂，
2006 年．
116
参考文献（2）
7.
Kaldor, S. W.; Kalish, V. J.; Davies, II, J. F.; Shetty, B. V.; Fritz, J. E.; Appelt,
K.; Burgess, J. A.; Campanale, K. M.; Chirgadze, N. Y.; Clason, D. K.;
Dressmann, B. A.; Hatch, S. D.; Khalil, D. A.; Kosa, M. B.; Lubbenhusen, P,
P.; Muesing, M. A.; Patick, A. K.; Reich, S. H.; Su, K. S.; Tatlock, J. H.
Vitracept (Nelfinavir Mesylate, AG1343): A Potent, Orally Bioavailable
Inhibitor of HIV-1 Protease. J. Med. Chem. 1997, 40, 3979–3985.
8.
Ikunaka, M.; Matsumoto, J.; Fujima, Y.; Hirayama, Y. An Enantioselective
Synthesis of (2S, 3R)-3-(N-Benzyloxycarbonyl)amino-1-chloro-4phenylthiobutan-2-ol, a Central Intermediate of Nelfinavir. Org. Process
Res. Dev. 2002, 6, 49–53.
9.
Inaba, T.; Birchler, A. G.; Yamada, Y.; Sagawa, S.; Yokota, K.; Ando, K.;
Uchida, I. A Practical Synthesis of Nelfinavir, an HIV-protease Inhibitor,
Using a Novel Chiral C4 Building Block: (5R, 6S)-2,2-Dimethyl-5-hydroxy1,3-dioxepan-6-ylammonium Acetate. J. Org. Chem. 1998, 63, 7582–7583.
117
参考文献（3）
10.
Sagawa, S.; Abe, H.; Hase, Y.; Inaba, T. Catalytic Asymmetric Aminolysis
of 3,5,8-Trioxabicyclo[5.1.0]octane Providing an Optically Pure 2-Amino1,3,4-butanetriol Equivalent. J. Org. Chem. 1999, 64, 4962–4965.
11.
Inaba, T.; Yamada, Y.; Abe, H.; Sagawa, S.; Cho, H. (1S)-1-[(4R)-2,2Dimethyl-1,3-dioxolan-4-yl]-2-hydroxyethylammonium Benzoate, A
Versatile Building Block for Chiral 2-Aminoalkanols: Concise Synthesis and
Application to Nelfinavir, a Potent HIV-Protease Inhibitor. J. Org. chem.
2000, 65, 1623–1628.
12.
Ikunaka, M. A Process In Need Is a Process Indeed: Scalable
Enantioselective Synthesis of Chiral Compounds for the Pharmaceutical
Industry. Chem. Eur. J. 2003, 9, 378–388.
13.
(a) 岸本忠三・中嶋彰著，現代免疫物語，講談社ブルーバックス，2007 年．
(b) 岸本忠三・中嶋彰著，新現代免疫物語－「抗体医薬」と「自然免疫」の脅威，
講談社ブルーバックス，2009 年．
14.
矢田純一，免疫－からだを護る不思議なしくみ第 4 版，東京化学同人，
2007 年．
118

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