Title 糖分解の研究( Abstract_要旨 )

Author(s) Hayami, Jun'ichi

Citation 京都大学

Issue Date 1961-03-23

URL https://doi.org/10.14989/86472

Right

Type Thesis or Dissertation

Textversion author

Kyoto University

⊂ 8 】

)

学 位 の 種 類

学 位 記 番 号

学位授与の日付

学位授与の要件

研究科 ･専 攻

学位 論 文 題 目

速 水 醇はや み じゆん い ち

理 学 博 士

理 博 第 2 9 号

昭 和 36 年 3 月 23 日

学 位 規 則 第 5 粂 第 1項 該 当

理 学 研 究 科 化 学 専 攻

糖 分 解 の 研 究

(主 査)

論文 調 査 委 員 教 授 後 藤 良 造 授 教 田 中 正 三 教 授 城野和三郎

論 文 内 容 の 要 旨

水溶液中における単糖類の純化学的反応は, 反応溶液の水素イオン濃度 (pH ) のいかんによって種々異

なった複雑な経路をたどって, 多くの反応生成物を与える｡ これらの反応中次の 4 種類は古来反応の性格,

機構が非常によく研究されている｡ i) 異性化反応, ii) 酸性領域でのフルフラール誘導体の生成反応,

iii) アルカリ性領域での逆アル ドール型開裂反応, iv) 強アルカリ性領域での酸生成反応｡ しかし, これ

らのほかに中性付近での興味ある反応として野津, 後藤らによって見出されたアセ トール CH 8CO CH 20 H

の生成反応がある｡ この領域での単糖類の分解生成物は, メチルグリオ キサール C H BCO C H O であると

古くから N euberg らによって主張されていて, 単糖の化 学性からも一見妥当な機構が提出されていた｡

野津, 後藤らは単糖類の分解反応について研究を行ない, ヘキソース, ペントース, メチルペントースか

らアセ トールが生成 し, テ トロース, トリオースからはアセ トールが生成 しないことを証明した. これら

の結果とモデル化合物を用いた研究結果とから, アセ トール生成に関し, 野津の機構 (弱酸性) および後

藤の機構 (弱アルカリ性) がそれぞれ提出された｡ これらの機構はいずれも糖の構造上可能な過程ではあ

るが, 直接的な証明を欠いていてさらにつきすすんだ機構にはたち至っていなかった｡ 著者は, その機構

を明らかにする目的浸けでなく, 従来確たる知見の得られていない中性付近での単糖類の挙動を知り, 糖

の化学性を明らかにする一助として, 放射性炭素 14C によって部分的に標識された単糖類の合成と分解と

を行ない, さらに部分メチル化単糖類を利用した実験を行なって両者の知見を総合 し, アセ トール生成反

応の機構を推定 したのである｡

主論文第 1部においては, 参考論文その 1で得たヘキソース (グルコース) からのアセ トール生成反応

の特徴的性格が, ペントースの場合にも成立するか否かを検討 した｡ これによってペントースおよびヘキ

ソースからのアセ トール生成反応における共通性の有無がわかり, アセ トール生成の一般機構を樹立する

重要な一助とすることができる｡ このため, D -キシロ- スー1-14Cおよび D -アラビノ- ス -5114C を合成

し, これらをpH 6.7の濃厚なリン酸塩緩 しょう液中で分解 し, 生成 したアセ トールを採取後その放射能分

布を決定 した｡ 分解反応で得られたアセ トールの減成 (degradation) の結果, キシロース -1-14C , アラ

- 24 -

ビノース-5-14C ともに, 用いた標識糖の約1/2の比放射能を持つアセ トール 13-14C (メチルJ 4C) を与え

ることがわかった｡ この事実は, 標識ヘキソースの分解実験から予期されたように, ペントースの両端

炭素 C-1 および C15 がアセ ト- ルのメチル基に変換されることを示すもので, ヘキソースお よび ペ ン

トースからのアセ ト- ル生成には共通の機構が作用することを強 く示唆するものであるo さらに, 生成ア

セ トールの比放射能がいずれももとの糖の約 1/2である事実を標識位置の知見と合せ考えると, ペントー

スの場合, C 5 炭素鎖に関 し上下の対称性の良好な中間体が介在 していることがわかる｡ 換言すれば, ア

ラビノース, キシロ- スの問の立体配置 (configuration) の差の消失 した共通の, またはよく似た中間体

を経由することが推定できる｡ 主論文第 2 部に示 した考察の結果, この中間体はおそらく3 -ケ トペント

ース 〔A 〕またはそのエンジオレ- トアニオン 〔B〕であろうと推察されたO

oD]d

0H

o

oH

oEEd

H

H

ニ

H

H

CICIC~C~C

〔A 〕

CH20HI

COHI.:C二〇

H

H

の

0

H

CIC

〔B 〕

(- )

主論文第 2 部においては, 部分メチル化単糖を利用 してアセ トールの生成機構を検討 した｡ すなわち,

参考論文その 1 および主論文第 1 部において明らかとなったように, アセ トール生成には共通機構が存在

し, 単糖の両端炭素がアセ トールのメチル基に変換されるのであるから, 次に問題となるのは C-1および

Cl6 (ヘキソースの場合) または C-1 および C-5 (ペントースの場合) がメチル基に変換される機構で

ある｡ 一般にアルデヒド基のメチル基- の直接還元例は, 水添分解のような特殊な例を除いて知られてい

ないし, 特に水溶液系の反応例は全 く知 られていないから, アル ドースが一度ケ トースに異性化 した後に

メチル基の生成反応が行なわれると解する方が妥当であろう｡ この場合三種の機構が考えられる｡ そこで

著者は, メチル化単糖を利用 してこの反応 機構を追究 した｡ すなわち,ヘキソースの 1 -, または 6 - 位を

0-メチル化 しておけば, β-カルボニル脱離機構の場合にだけ OH (｣ の脱離よりも OM e(~' の脱離のほう

がより容易であるために,反応が促進され, 他の機構では反応が抑制されるであろう｡この原理を適用 した

結果, 次のような事実がわかった｡ i) 1-0-メチルーフラク トースの場合 はアセ ト- ル生成促進, ii) 3-0-

メチルーグルコースの場合はアセ トール生成なし, iii) 6-0 -メチルーグルコースの場合はアセ トール 生 成

促進, これらの 事 実は トレー サ- 実験の結果と相容れるものであって,アセ トール生成には 3 -ケ トース

(- キソースの場合, 4 -ケ トースも関与) からの β- カルボニル脱離反応が重要な働きをすることがわか

った｡ これにつづ く過程は多 く既知の型の反応であって, 全反応は次のように略記できる｡

CHO CH乏OH CH aOHI l ICHOH CHOH CHOHl l lCHOH (a) C - 0 CHOH (b)I [ ICHOH - CHOH または C - 0ICHOHICH 20H

iCHOHICH 20H

lCHOHICH 20H

CH B CH 8 CH 8

0

0二

二

一CICI

0ニーC~

C - 0

(C) CHOH (d) CH皇OH･･一一→ CHOH → C - 0

lCHOHICH 20H

- 25､-

CHOHICH 20H

- CO 2H - ･- ･ (1)J

CHOHiCH乏OH

C H OI

C H O 斑I

C H O HIC H O HIC H aO H

C H 皇O HF

(a′) C H O H (b ′)iC - 0

~‥ > l ~ ･ >

C H O HIC H aO H

8

00

H

二二

C~C~

C1C H O HiC H 乏O H

C~CICIC

Eiid/d

(㍉T=

H

一

H

0ニ

H0C一HC

(2)式中 3 1ケ トペ ントースは上下対称のためにアセ ト- ルほ上半下半部からほぼ等 しい割合で 生 成 す る

(少なくとも下半部の寄与がヘキソースの場合よりも大きくなる) ことが期待され, 第 1 蔀に述べたよう

にこれが実証されている｡ (C, C′) はよく見 られる異性化であって, 近似例も知られていてる｡ また,

(d, d′)は次の一般式で示される反応であって, H ouse, C om bes, Juni, K arrer らによってかなりの反応例

が報告されている｡

R/E

R ･C O - C - C O ･R′/ - R C O C R′H O H + R′′CO 2H

O H (R′′CO C R′H O H 十 R C O 乞H )

以上述べたように, 本研究によってアセ トールの生成過程が明らかとなり, その生成反応は a) 糖の異

性化, b) 3 -ケ トースからの β-カルボニル脱離反応, C) α-ジケ トンの β-ジケ トンへ の 異 性 化 (ベ

ンジル酸型転位を行なわない) とそれにつづ く d) 切 断 の 4 段階に要約された｡ ちなみに, a) の異性

化の成立とC) のベンジル酸型転位不成立の二つの条件を満す糖の反応例の報告はこれまでになく, この

アセ トール生成反応はこの意味で従来未知の反応であり, 上述の二つの基本反応のi)両者の成立 (サ ッカ

リン酸生成), ii) 両者の不成立 (フルフラール生成), iii)異 性化の不成立と転 位の成立 (メタサッカリ

ン酸生成) 三つの既知例とともに可能な最後の組み合わせに相当するものである0

参考論文その 1 では,D -グルコースー1 -14C , D -グルコース-3 , 4 ･14C およびD プ ルコ- スー6 -14C を 合 成

し, これらを弱酸性の リン酸塩緩 しょう液中で分解 し, 生成する放射性アセ トールを捕集して減成 を 行

なった｡ その結果グルコース (へキソ- ス) の C -1, C - 6 がアセ トー ルのメチル炭素に, C -3, C -4 が

アセ トールの第 1級アルコール炭素に変換されていること, さらに炭素鎖の切断がもとの糖､の C 3-C 4 の

間で起 こっていることがわかった｡

参考論文その 2 では, 標識糖合成の一環として, 他に報告例のない L-ラムノースー1 -14C の合成法 を検

討 したOこのものが L- マンノースと同一の立体配置を持つことを利用 して, L-マンノ- スー1-14C 合成 法

を参考としながら合成を行なった｡ 5 -デオキシーしアラビノースに弱アルカリ性でシアンヒドリン合 成を

行ない, L-ラムノIT-ラク トンー1 -14C を経て総合収率 37% で L-ラムノースー1 -14Cを得たo

論 文 審 査 の 結 果 の 要 旨

主論文は糖分解の研究は関するものであるO 従来, 水溶液中における単糖類の純化学的反応は, 反応溶

液の水素イオン濃度 (pH ) のいかんにより種々異なった複雑な経路をたどって, 多 くの生成物を与え,

その反応の性格, 機構が, 特に強アルカリ性, 強酸性の場合には, 非常によく研究されている｡ 中性付近

- 26 -

での興味ある反応として野津, 後藤らによって見出されたアセ トールCH aC O CH 巳O H の生成経路がある.

この領域での単糖類の分解生成物は, メチルグリオキサール C H aCO C H O であると古くから N euberg ら

によって強 く主張されていて, 単糖の化学性からもー見妥当な機構が提出されてきているO 野津, 後藤ら

は各種単糖類およびモデル化合物からアセ トールの生成を証明し, その生成に関し野津および後藤の機構

がそれぞれ提出されている｡ これらの機構は, いずれも可能な過程であるが, 直接的な証明を欠 い て い

て, さらにつきすすんだ機構にはたち至っていない｡ 著者速水醇- は, この機構を明らかにする目的およ

び従来確たる知見の得られていない中性付近での単糖類の挙動を知り, 糖の化学性を明らかにする一助と

して本研究を行なっている｡ 放射性炭素 14 C によって部分的に標識された単糖類の合成と分解, さらに

部分メチル化単糖を利用 した実験等を行ない, 糖分解反応の機構を推定 したものであって, 興味のあるも

のである｡

主論文第 1部においては, 参考論文その 1で得たヘキソースからのアセ トール生成反応の特 徴 的 性 格

が, ペントースの場合にも成立するか否かを検討 している｡ このために, D -キシロースー 1 - 14 C および

D - アラビノースー5 J 4C を合成 し, これらを pH 6.7 の濃厚な リン酸塩援 しょう液中で分解 し, 生成 した

アセ トールを採取後, その放射能分布を決定 している｡分解反応で得られたアセ ト- ル減成 (degradation)

の結果, キシロースー1-14C , アラビノースー51 14C 'ともに, 用いた標識糖の約 1/2の比放射能を持つアセ ト

ール-3- 14C (メチル-14C ) が生成 してくることを明らかにしている｡ この事実は, 標識- キソースの分解

実験から予期されたように, ペントースの両端炭素 C -1 および C -5 がアセ トールのメチル基 に 変 換さ

れることを示めすもので, 著者はへキソ- スおよびペントースからのアセ トール生成には, 共通の機構が

作用することを示唆するものであることを強調 している｡ 生成アセ トールの比放射能がいずれももとの糖

の約 1/2 である事実を, 標識位置の知見と合せ考え, ペントースの場合, C 5 炭素鎖に関し上下の対称性

の良好な中間体が介在 していることが明確であるとしている｡ 換言すれば, アラビノース, キシロースの

問の立体配置 (configuration) の差の消失した共通の, またはよく似た中間体を経由することが推定でき

る｡ 著者は主論文第 2 部に示 した考察の結果, この中間体は お そ らく3 サ トペントース 〔A〕またその

エンジオレー トアニオン 〔B〕であろうと提唱している｡

加

oH

o

oH

c,D]"

H

H

二

H

H

CI

C-CIC-C

〔A〕

( q H aO H

C O HiC二二〇

l■CO HIC H BO H

〔B〕

(- )

主論文第 2 部においては, 部分メチル化単糖を利用 してアセ トールの生成機構を検討 している｡ 一般にア

ルデヒド基のメチル基- の直接還元例は, 水添分解のような特殊な例を除いて知られていないし, 特に水溶

液系の反応例は全 く知られていないから, アル ドースが一度ケ トースに異性化した後に, メチル基の生成反

応が行なわれると解するほうが妥当であろうとしている｡ そこで, 著者はメチル化単糖を利用することに着

- 27 -

眼 し, ヘキソースの 1 -, または 6 -位を0 -メチル化 しておけば, O H H の脱離よりもO M e(~)の脱離のほうが

より容易であるために, 反応が促進されるであろうと考察 して,これを適用 した結果,次のような事実を明ら

かに している｡すなわち, i) 1-0 -メチルーフラク トスの場合はアセ トール生成促進, ii) 310 -メチルグ ル コ

ースの場合はアセ トール生成な し, iii) 610 1メチルーグルコースの場合はアセ トー ル 生成促進. これらの事

実は トレ- サー実験の結果と相いれるものであって, 著者は, アセ トール生成には3サ ト｣ ス (ヘ キ ソー

スの場合, 4サ トースも関与) からのβ-カルボニル脱離反応が重要な働 らきを す る ものであるこ とを 強

調 している｡ そして全反応は次のように略記できることを提出している｡

C H O C H 乞O H C H 皇O HI I I

C H O H C H O H C H O HI I (C H O H C - 0 C H O HJ l.･.･.･.･.･.･.⊥ l -k I_トキ Jc H O H → c H O H または C - o1 IC H O H C H O HI IC H aO H C H 20 H

C H O C H 乏O Hl I

C H O H C H O HI lC H O H → C - 0lC H O HIC H 20 H

IC H O HIC H 乏O H

C H 3 C H a C H a

C - 0

0lIUIC H O HIC H O HIC H aO H

80

H

ニ

CIC~

0

0二

ニ

ーC~C一C H O HIC H O HIC H 乏O H

C H 81C = 0

- C - 0 - C H O H - C H 乏O HJC H O HIC H aO H

lC H aO H

C O 乞H[

CH 乏O H

>

C - 0IC H O H

C - 01C H O HIC H aO H

以上述べたように, 著者は本研究によってアセ ト- ルの生成過程を明らかに し, その生成反応は, a)糖の

異性化, b) 3-ケ トースからの β-カルボニル脱離反応, C) α-ジケ トンの β-ジケ トンへ の異性化 (ベン

ジル酸型転位を行なわない) とそれにつづ く, d) 切断の 4 段階に要約されることを確立 している｡ ちな み

に, a) の異性化の成立と C) のベンジル酸型転位不成立の二つの条件を満す糖の反応例の報告は, これ ま

でになく, 著者がは じめて見出したもので, アセ トール生成反応は, この意味において, 従来未知の反応で

あるといえる｡

参考論文の 2 編はともに主論文の先駆をなすもので, 特にその 1 は主論文の骨格を形成する重要なもので

ある｡ その 1 においては, D -グルコースート 14C , D -グルコース-3, 4-14C および D -グル コ - ス16- 14C を

それぞれ合成 し, これらを弱酸性 リン酸塩緩 しょう液中で分解 して, 生成する放射性アセ トールを捕集 し減

成を行ないアセ トール生成機構の一端を明らかに したものであり, その 2 は し-ラムノ⊥ス-1J 4C の合 成

を試み, 最初にその合成に成功 した実験報告である｡ ともに興味深い成果を得ている｡

要するに, 述水醇- の論文は, 主論文および参考論文を通 じ, 有機反応機構および有機合成の分野に興味

のある新知見を加えたもので, 特に糖化学の研究に貢献するところが大きい｡ またこれらの論文から著者が

有機化学の領域に豊富な知識と優秀な研究能力とを有することがうかがわれる｡ したがって, 本論文は理学

博士の学位論文として価値があるものと認める｡

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〔主 論 文 公 表 誌〕

Bulletin of the Chem ical Society of Japan, V ol.34 (1961), N o,7

〔参 考 論 文〕

1. Studies on the Chem ical D ecom position of Sim ple Sugars X ,A cetoIF erm ation from 14C -Labeled

H exoses

(糖分解の研究 第10報, 14C -標識ヘキソース類からのアセ トール生成)

(後藤良造ほか 2 名と共著)

公表誌 B ulletin of the C hem ical Society of Japan, V ol.34 (1961), N o.6

2. L -R ham nose-1-14C (L -ラムノースート 14C の合成)

(後藤良造ほか 1名と共著)

公表誌 有機化合物合成法 第12集 (昭. 35)

- 29 -