医薬品の中でカルボキシル基を有する化合物は、数多く存在している。その中でも、-アリールカルボン酸誘導体である非ステロイド性抗炎症剤及び3級カルボン酸であるclofibric acidなどがよく知られている。これらのカルボン酸を基質とし、シトクロームP-450化学モデルでの酸化を試みた結果、金属ポルフィリン触媒反応として新規な酸化的脱炭酸反応を見い出した。この脱炭酸反応は、a-アリールカルボン酸あるいは3級のカルボン酸に共通の反応であり、それぞれ対応する炭素数が一つ少ないアルコール体およびカルボニル体に比較的よい収率で変換された。

　モデル系での酸化的脱炭酸反応におけるCO₂の発生は、FT-IR及びカルボキシル基を¹⁴Cで標識した[¹⁴C]-フェニル酢酸を用いて確認した。また、反応系で生成するラジカル種の検出はESRにより、炭素ラジカル種の生成を確認した。

　化学モデル系における酸化的脱炭酸反応のメカニズムは、ポルフィリン鉄錯体とヨードシルベンゼン(PhIO)から生成する鉄オキソポルフィリンカチオンラジカルがカルボン酸の1電子酸化を行い、生成するカルボキシラジカルが脱炭酸して炭素ラジカルに変化した後、HO-Fe^lv(por.)からOHラジカルのリバウンドがあり、アルコール体が生成するものと推測された。

　化学モデル系で進行した酸化的脱炭酸反応は、代謝反応としては知られていなかったことから、酵素的にも本反応が進行することを期待して検索を行った。その結果、化学モデル系で生成したketoprofenのアルコール体及びケト体は、ラットの尿及び胆汁から代謝物として単離された。また、アルコール体及びケト体の胆汁排泄率はそれぞれ投与量の0.22及び0.03%であった。

　この代謝反応のシトクロームP-450の関与をラット肝ミクロゾーム系で¹⁴C-indomethacinを基質に用いて検討した。単離した代謝物は、それぞれ標品であるアルコール体及びアルデヒド体とよく一致した。また、Complete系においては、それぞれ基質に対して2.8及び0.29%が生成した。一方、シトクロームP-450の代表的な阻害剤であるSKF-525Aを添加した系及び一酸化炭素:酸素(4:1)の混合雰囲気下においては、アルコール体が1/10以下に減少し、アルデヒド体では検出限界以下であった。これらの結果から、この酸化的脱炭酸反応がシトクロームP-450関与であるものと考えられた。さらに、3級のカルボン酸である2,2-dimethyl-3-phenylpropionic acid及びclofibric acidは、1,1-dimethyl-2-phenylethanol及び中間体にヘミアセタール構造を経て生成したものと推測されるp-chlorophenolにそれぞれ代謝された。-アリールカルボン酸及びa、a、a-3置換酢酸の酸化的脱炭酸反応は新規の代謝反応であり、また、一般性があることも明らかになった。

　Ketoprofen及びindomethacinの化学モデル系の酸化的脱炭酸反応生成物について、アラキドン酸によるウサギ血小板凝集に対する阻害活性を測定した。それぞれのアルコール体は親化合物の約1/4〜1/16の活性を有していた。また、indomethacinのウサギ血小板のシクロオキシゲナーゼ活性を測定した場合でも、同様な結果であった。アリール酢酸系の抗炎症剤のシクロオキシゲナーゼ阻害活性にはカルボキシル基が必須と考えられていたが、炭素数が一つ少ないアルコール体でもかなりの活性を有していたことは、構造と活性の関係における興味ある知見と思われる。

、-及び、-不飽和カルボン酸の酸化的-ラクトン化反応

　Indomethacinの化学モデル系における酸化的脱炭酸反応において、他の生成物として-hydroxy--ラクトン体が認められた。この反応は、indomet-hacinの部分構造である,-不飽和カルボン酸に由来するものと考えられた。-ラクトン化反応はヨードラクトン化など既にいろいろな合成法が知られているが、1段階のヒドロキシラクトン化は新規の反応であった。一連の,-あるいは,-不飽和カルボン酸に同様に見られる反応と推測し、化学モデル系で検討した結果、それぞれ対応する-あるいは-hydroxy--ラクトン体に高収平で変換された。一般にトランス付加で高立体選択的に反応が進行することから、合成化学的にも有用と思われる。

　化学モデル系における酸化的-ラクトン化反応の生成メカニズムは、ボルフィリン鉄錯体とPhIOで生成する親電子性中間体が不飽和カルボン酸にカルボカチオンを産生し、つづいてカルボキシル基の攻撃が起こり、ラクトン体が生成するものと推測した。

　化学モデル系で進行した酸化的-ラクトン化反応は、薬物代謝反応としては少数の報告例があるが、これらの代謝反応がin vitroにおいて、一般性がある反応であることをはじめて明らかにした。また、この反応がシトクロームP-450関与であることも明らかにした。

、-不飽和カルボニル化合物の酸化的C-C結合の開裂

　血小板凝集抑制剤である2-methyl-3-(1,4,5,6-tetrahydronicotinoyl)-pyrazolo[1,5-a]pyridine(KC-764)の各種実験動物における代謝研究の中で、ラット尿中の酸性抽出分画から微量の代謝物である3-carboxy-2-methyl-pyrazolo[1,5-a]pyridineを単離同定した。このC-C結合の開裂反応は、部分構造である,-不飽和カルボニル基に由来するものと考えられた。

　化学モデル系における反応は、ポルフィリン鉄錯体とPhIOまたはボルフィリン鉄錯体と酢酸-亜鉛-酸素の組合せで行った。それぞれの基質は2種類の化学モデル系において低収率ではあるが、対応するカルボン酸体に変換された。この開裂反応のメカニズムは、,-不飽和カルボニル化合物が-ケトール体を生成した後、再酸化されてC-C結合の開裂が起こるものと推測された。

　この酸化的C-C結合の開裂反応がin vitroにおいて、一般性のある反応であることをKC-764及びflavoneを用いて明らかにした。また、この反応がシトクロームP-450関与であることも明らかにした。

　以上の結果から、モデル系では一段階で量的にも多量の代謝物候補が得られることが明らかになった。これらの生成物は代謝及び薬効評価の標品として提供でき、モデル系が代謝及び創薬研究の一つのツールとなり得るものと考えられた。

　医薬品の中で、非ステロイド性抗炎症剤に代表されるように、カルボキシル基を有する化合物は数多いため、本研究では第一の標的基質としている。シトクロームP-450化学モデル(Fe(Por)-PhIO)での酸化を試みた結果、金属ポルフィリン触媒反応と、して新規な、酸化的脱炭酸反応を見い出した。-アリール置換カルボン酸あるいは3級のカルボン酸から、一般的にそれぞれ対応する炭素数が一つ少ないアルコール体およびカルボニル体が比較的よい収率で得られている。

　本反応の解析は、生成物の構造同定に加え、FT-IRや[¹⁴C]標識基質を用いたCO₂の発生確認、ESRによる炭素ラジカル種中間体の生成確認などにより詳細に行われた。

　本反応は代謝反応としては知られていなかったことから、生体内反応の可能性を検討した結果、アルコール体及びケト体は、in vivo,in vitro両方の系で、新規な代謝物として生成が確認された。阻害実験から本代謝反応のシトクロームP-450関与であることが明らかとなり、P-450関与の新規代謝反応として起きることを見出し得たことは注目に値する。

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　さらに、見出した新規代謝物の生理的意義を検討するためにKetoprofen及びindomethacinの酸化的脱炭酸反応生成物について、シクロオキシゲナーゼ阻害活性等を測定した。それぞれのアルコール体は親化合物の約1/4〜1/16の活性を有しており、カルボキシル基を失ったものでもかなりの活性を有していたことは、構造と活性の関係における興味ある新知見と考えられる。

,-及び,-不飽和カルボン酸の酸化的-ラクトン化反応

　Indomethacinの化学モデル系における酸化的脱炭酸反応において、他の生成物として-ヒドロキシ--ラクトン体が認められた。1段階のヒドロキシラクトン化は新規の反応であったため、その一般性をまず検討している。その結果、種々の,-不飽和カルボン酸は、-hydroxy--lactoneに一般に高収率で変換された。生成物はトランス付加で高立体選択的に得られていることから、3ヵ所の接近した不斉中心を有する合成素子の効率的調製法として有用と考えられる。

　化学モデル系で進行した酸化的-ラクトン化反応は、薬物代謝反応としては少数の報告例があるが、これらの代謝、反応がin vitroにおいて、一般性のあるシトクロームP-450関与の反応であることをも初めて明らかにした。

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,-不飽和カルボニル化合物の酸化的C-C結合の開裂

　血小板凝集抑制剤であるKC-764の代謝研究の中で、ラット尿中から代謝物としてC-C2重結合が開裂した化合物が得られた。この反応の化学モデルでの再現を試み、Fe(Por)-PhIO系およびFe(Por)-AcOH-O₂系の2種の系で、対応するカルボン酸体に変換できることを見出した。この不飽和カルボニル部位の酸化的C-C結合の開裂反応がin vitroにおいて、一般性のあるシトクロームP-450関与の反応であることをKC-764及びflavoneを用いて明らかにしている。

　以上のように、本研究はP-450の機能をmimicした化学触媒系を用い、医薬品代謝物の一段階大量合成に有用であることを3つの反応様式において実証し、またモデル系で得られた知見をP-450にフィードバックすることにより、新規な生体内代謝反応の発見にも至ったものである。化学モデル系が、代謝及び創薬研究の効率化に大きく寄与できることを示した研究として評価でき、博士(薬学)の学位を受けるに十分であると認定した。