データベース（TSDB）は合成経路開発に非常に有効である。我々はこれまでTSDBの一般公開に向け、Webインタフェイスの開発とそれに伴うTSDBの改良を行ってきた。今回は、一般公開されたTSDBの詳細、Webインタフェイスの詳細、TSDB向けに新たに開発された構造検索システムの詳細について述べると伴に、TSDB中のデータの活用方法も紹介する。

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我々はこれまで合成経路開発にデータベース（TSDB）をどのように利用するかについての検討を行ってきた。本研究では、AIPHOS/KOSPより得られた合成経路の可能性を、FIND_TSINFOとTS_Searchを組み合わせて評価する手順についての検討を行った。また、FIND_TSINFOの改良も行ったので合わせて報告する。

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これまで機能性化学品の合成経路の開発は、経験に富んだ合成化学者の経験や勘に大きく頼ってきた。目的生成物が複雑な構造を持つ場合、多くの合成経路が考えられ、どの合成経路が効率的であるかについての判断は困難であることが多い。我々は、置換基を多数有する分子における反応に対しては、TSDBから選択された類似反応のTS構造を利用して、対象とする反応のTS構造を得る方法を提案してきた。しかしながらこの方法は、最安定なTS構造を与えないことが多い。即ち、最適化された（TS）、反応物および生成物の安定性は、最適化に用いた初期構造に大きく依存する。そのため、この方法は、複数の合成反応の有用性や実測値と比較するには不十分なデータを与える可能性が高い。これらの目的には、反応に関係する分子の最安定配座の探索が必要とされる。本研究では、最安定配座を探索する手法を提案するとともに、1-phenylbutane-1,3-dioneと ethanimidamideのPinner Pyrimidine反応に適用した結果を示す。

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アリル水素を有するアルケン類と一重項酸素 (¹O₂) との反応 (Schenck反応) は二重結合のアリル位を酸化する反応の一つであり, アリル位への酸素官能基の導入法として有機合成上有用な反応であるとともに, 生体分子の酸化など生理現象にも大きく関与していることが明らかとなってきた. 本研究では, Schenck反応の機構や置換基効果に関する知見を集積・解析し, 反応性, 位置・立体選択性の予測 (主要酸化生成物の予測) および生体分子の酸化機構の解明に役立てるため, いくつかのアルケン類と¹O₂との反応についてad initio分子軌道法によるの構造最適化を行った.
本研究より, 二重結合炭素上のメチル基置換によりSchenck反応の活性化エネルギーはメチル基の数にほぼ比例して減少し, に移行することが示された. これらの結果は, 電子供与性基がSchenck反応に対するアルケンの反応性を増大させることを示している. 特に, 酸素原子 (O²) が付加する炭素上の置換基は活性化エネルギーに大きく影響するのに対し, O¹により引き嫁かれる水素を持つ炭素上の置換基は活性化エネルギーをほとんど変化させないことがわかった. メチル基の置換部位によりにおけるアルケンと酸素分子の相対配置が変化するなど三次元構造にいくつかの系統的特徴が見いだされ, 立体選択性を予測する上で重要な情報が得られた. さらに, ビニル置換体 (9a-b) およびホルミル置換体 (11a-c) と¹O₂との反応においてもアルキル置換による活性化エネルギーの低下が見られ, 膜脂質や不飽和脂肪酸の過酸化反応において, アリル位の酸化が¹O₂のような活性酸素により容易に進行することが理論的に確かめられた.

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bcc-金属中の水素拡散現象において、量子力学計算と理論を組み合わせて導出した拡散係数は、一般に実験値と良く一致することが報告されている。しかし、bcc-Feにおいては、理論により得られた拡散係数は分子動力学計算の値を約4倍過大評価する結果となった。そこで本研究では一因として考えられる拡散経路の数の過大評価に注目し、拡散経路が明確な単純立方格子中の格子間不純物の拡散を対象とした分子動力学計算の結果と比較することで、理論に基づく拡散係数の導出手法の評価を行った。

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ニワトリ卵白リゾチーム(HEWL)の触媒反応機構として2つの有力な説(Phillips機構とKoshland機構)が提案されているが,未だに議論の対象となっている。本総説では,この両説が推定したに基づいて設計した2種類の新規HEWLアナログ阻害剤の合成と,これら阻害剤を用いたHEWL触媒機構の再検討について報告する。Phillipsが提唱したのアナログとしてはC1がsp^2混成であり安定な半イス型様コンフォメーションをとった2-アセタミド-2,3-ジデオキシジデヒドロ-グルコノ-δ-ラクトン(L)構造を末端に有する(GlcNAc)_4-α,β不飽和δラクトン体(GN_3L)を合成した。一方,Koshlandが提唱したのアナログとして,C1がsp^3混成であり^4C_1イス型コンフォメーションをとった1-デオキシノジリマイシン(モラノリン;M)構造を有するキトトリオシルモラノリン(GN_3M)を分子設計した。次に,本阻害剤とHEWLとの相互作用解析を行った。その結果,GN_3MがHEWLに対して拮抗型の強い阻害活性を示すとともに,その結合位置は触媒残基が位置する-1サブサイトを含む-4から-1サブサイトであることが明らかとなった。これにより,新規アナログGN_3Mを用いることで,HEWLの共有結合中間体形成に関する新たな実証例を示すことに成功した。

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酵素は温和な条件下でも高い触媒活性と高い立体選択性を示す。しかし非天然の基質に対しては十分な触媒機能を発揮できないことがある。今回我々は酵素反応ので働く分子間相互作用を制御することよって酵素反応の触媒活性と立体選択性を向上することを試みたので報告する。特にでCH/pi相互作用を働かせると同時に立体障害を取り除いた二重変異体を創成した。

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表面化学反応のは理論で検討され実験的検証がない。生成分子の数・エネルギーの角度分解測定からのへのアプローチを提案する。生成分子が熱平衡化されずに放出されると、脱離分子の並進、内部エネルギーの脱離角・結晶方位角依存にの構造情報がある。脱離では回転と並進のエネルギー分配を伴うので、これらのエネルギーの同時測定が必要で、分子の角度分解状態分析が今後不可欠となる。

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我々は、これまで開発を行ってきたデータベース(TSDB)を活用して合成経路の評価を行う手法（in silico スクリーニング）を適用する研究で、東京大学船津教授を代表研究者とするCREST プロジェクトに参加している。我々のサブプロジェクトでは、構造をテンプレートとし、その構造中の3 つの原子を指定することにより置換基の異なる系における候補構造を作成する。この方法により、短時間でのTS 構造計算が可能となり、その結果として多反応の可能性評価を可能としている。反応の類似性の検索には、OpenBabel 及びｇWT プログラムを用いている。本研究では、CREST プロジェクトを実施するうえで新たに開発した関連プログラム、TSDB の現状とサブプロジェクト間の関連プロジェクトについて報告する。

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これまで経験に基づいて行われてきた目的化合物の新規合成経路を創生する手段として、合成経路設計システムが実用的となりつつある。このようなシステムは、自身が有するデータベースと推論ルーチンにより合成経路を与える。しかしながら、一般的に複数の合成経路を提案するのみで、どの経路を選択するかの最終判断は、合成を行う個々の化学者に委ねられる。もしも提案された合成経路に含まれる反応の容易さが、計算化学的手法により判断できれば、だれにでも経路のランクづけが可能となる。この問題については、探索と極限的反応座標計算を十分に活用すれば、解決できると考えられる。本研究では、実験化学者が細かな手順に煩わされることなく探索と反応解析を可能とするシステムの開発を行った。本システムには、を探索する標準的な方法である、ミニマムエネルギーパス法、Saddle法、エネルギー等高線図法が組み込まれている。また、鎖状及び環状置換基を取り扱う置換基法もプログラム化されている。置換基法は既知の構造を利用する方法で、探索に非常に有効であることが判明した。

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計算化学と情報科学を融合した合成経路開発の有用性を示すためには、の情報を集めたデータベースの構築が不可欠である。本研究では、データベースと、ChemiFinderを用いて作成した検索エンジンの細かな点について説明し、デモを行う。

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計算化学と情報科学を融合した合成経路開発の有用性を示すためには、の情報を集めたデータベースの構築が不可欠である。本研究では、データベースの改良点と、ChemiFinderを用いて作成した検索エンジンの概要を述べる。

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隣接位にヘテロ原子を有する鎖状ケトンの求核付加反応における面選択性は、によって説明されている。 しかしながら、置換基の種類によってはキレートでは選択性を説明できない系があることから、他の面選択性支配因子の存在が示唆される。 我々は分子軌道計算によって、溶媒を露わに配位したを求めたところ、実験で得られた選択性を良く再現し、溶媒の配位が面選択に影響していることを明らかにした。

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純水中における塩化シクロプロピルカルビニル,塩化シクロブチル,塩化シクロペンチルおよび塩化ペンジルの加水分解に対する圧力効果を500ないし750kg/cm²まで測定した。
加水分解の活性化体積はそれぞれ-12,-10,-15,-8ml/molである。これらの加水分解で溶媒和項が構造項よりも重要であることを確認した。
塩化シクロプロピルカルビニル加水分解のと同一であることが推定され,における正電荷は分散されていると考えられる。これらは非古典的なカルボニウムイオンを経るという従来の考えを支持するものである。

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天然の酵素分子が,化学反応においての基質分子と結合することによって触媒機能を発揮しているように,化学的に安定なアナログを抗原として得られる抗体タンパク質は,の基質分子と結合することにより安定化し,触媒機能を獲得するようになる。このような触媒機能を有する抗体タンパク質を抗体酵素(Catalytic Antibody)とよぶ。ヒトやマウスの体内には10^<12>種類の膨大な抗体のレパートリーが備わっているため,この方法を使うことによりテーラーメイドな触媒分子の設計が可能となる。ここでは,抗体酵素の作製原理,作製方法,実際の応用例について解説する。

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免疫学は歴史的にみて, 免疫応答の調節機構や抗原抗体反応の分子認識をその研究対象としてきた。ところが, この15年の間に免疫学は, 有機化学との学際領域に新しい研究分野を展開し始めている。天然酵素が化学反応のと結合し安定化することによって触媒機能を発揮しているように, 化学的に安定なアナログを抗原として得られる抗体タンパク質は, と結合して触媒機能を獲得するようになる。ヒトやマウスの体内には多種多様な抗体のレパートリーが備わっているので, この方法を使えばテーラーメイドの生体触媒の設計が可能になる。

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