Applications of DFT based structure elucidations of natural products

密度汎関数理論（Density Functional Theory, DFT）に基づく化学シフト計算手法は、NMRスペクトル解析を強力に支援することから、複雑な天然物構造決定のツールとして応用が期待されている。申請者は47新規天然物の構造決定に応用、12既知天然物の構造修正（一部は修正提案）を行うなど、その可能性を証明してきた。同時に、本手法が有効に機能しない化合物群があることも経験してきた。大きく分類すると、ケース①：複数の異性体の化学シフトが計算誤差以内に入ってしまう場合、ケース②：配座自由度が極めて高い場合に分けられる。上記要素を併せ持つ直鎖構造の予想はさらに困難である。異性体間で化学シフトがほとんどない系として、Lepteutypa sp. KT4162が生産するインテグラソン誘導体に遭遇した。インテグラソン類はエポキシシクロヘキサン-1,4-ジオール構造を特徴とするが、計算される異性体間での化学シフトには1H, 13Cとも変化が小さく、DP4などの統計学的手法を用いても決定することはできなかった。そこでロングレンジC/Hカップリングに注目した。HMBCスペクトルではロングレンジC/Hカップリングを検出し、その結合定数の大きさとHMBCシグナルの強度には正の相関があることから、DFT法により結合定数を計算しHMBCスペクトルと比較することにより、一意的にその構造を決定することが出来た。また、配座自由度が高い天然物への適用についても検討した。その結果、wB97法など最新といわれる汎関数はむしろ、いわゆるファンデルワールス相互作用を過剰に評価してしまうこと、しかし化学シフト計算の結果に与える影響は大きくないケースがほとんどであることを明らかにした。

密度汎関数理論（Density Functional Theory, DFT）に基づく化学シフト計算手法は、NMRスペクトル解析を強力に支援することから、複雑な天然物構造決定のツールとして応用が期待されている。申請者は47新規天然物の構造決定に応用、12既知天然物の構造修正（一部は修正提案）を行うなど、その可能性を証明してきた。同時に、本手法が有効に機能しない化合物群があることも経験してきた。大きく分類すると、ケース①：複数の異性体の化学シフトが計算誤差以内に入ってしまう場合、ケース②：配座自由度が極めて高い場合に分けられる。上記要素を併せ持つ直鎖構造の予想はさらに困難である。異性体間で化学シフトがほとんどない系として、Lepteutypa sp. KT4162が生産するインテグラソン誘導体に遭遇した。インテグラソン類はエポキシシクロヘキサン-1,4-ジオール構造を特徴とするが、計算される異性体間での化学シフトには1H, 13Cとも変化が小さく、DP4などの統計学的手法を用いても決定することはできなかった。そこでロングレンジC/Hカップリングに注目した。HMBCスペクトルではロングレンジC/Hカップリングを検出し、その結合定数の大きさとHMBCシグナルの強度には正の相関があることから、DFT法により結合定数を計算しHMBCスペクトルと比較することにより、一意的にその構造を決定することが出来た。また、配座自由度が高い天然物への適用についても検討した。その結果、wB97法など最新といわれる汎関数はむしろ、いわゆるファンデルワールス相互作用を過剰に評価してしまうこと、しかし化学シフト計算の結果に与える影響は大きくないケースがほとんどであることを明らかにした。