〇重水素医薬品は近年新薬として承認され、高い注目が集まっているが、その詳細については十分解明されていない。

〇独自に開発した量子化学計算手法により、水素・重水素の正確な振る舞いの違いを記述することで、重水素が引き起こす構造やエネルギー、電子状態変化が明らかになった。 　

〇より現実的なモデルに適用することで計算科学に基づく重水素医薬品の設計指針の提案などが期待できる。

重水素は水素の同位体であるため、質量の違いを除き化学的・物理的性質はほぼ等価であると考えられてきたが、水素結合構造や化学反応、イオン化エネルギーなどの電子物性が水素・重水素化物質で大きく異なることが知られている。特に分子骨格の一部に重水素を導入した重水素医薬品は、体内での代謝を遅らせるなどの効果が認められ、2017年にアメリカ食品医薬品局により新薬として承認された。この重水素化による効果は代謝酵素での化学反応における水素・重水素の速度論的同位体効果に関係していると言われているが、その詳細は不明である。水素を重水素に置換することによる構造や反応機構の違いを明らかにすることができれば重水素医薬品の合理的な設計に向けた指針を提供することが期待できる。

そこで我々は、水素の量子効果を新たに考慮することのできる独自の量子化学計算手法を活用することで、重水素化による構造や電子状態の変化が反応に与える影響を理論的に解析した。

計算の結果、水素を重水素に置換することで、反応部位を考えられるメチル期のC-DはC-Hよりも短く、また原子核周辺の電子もより多く引き付けていることが分かった。これらの変化は水素・重水素移動反応における活性化障壁にも影響を与えていることが明らかとなった。開発手法をより現実に近い酵素反応などに適用することで、計算科学が主導する重水素医薬品の設計指針の提案などが期待できる。

【論文情報】
Y. Kimura, Y. Kanematsu, H. Sakagami, D. S. Rivera Rocabado, T. Shimazaki, M. Tachikawa, and T. Ishimoto “Hydrogen/Deuterium Transfer from Anisole to Methoxy Radicals: A Theoretical Study of a Deuterium-Labeled Drug Model” The Journal of Physical Chemistry A, 126, 155-163 (2022).