環境ホルモンとして疑われている化合物の分子情報 (2)

環境ホルモンとして疑われている化合物の分子情報 (2) → (1),(3),(4)
= 分子の化学的ハードネス(ランキング) =

【本ページの更新情報】
2000年06月02日掲載開始
2000年06月04日ランキングを作成
2000年06月06日補足2に若干の追記
2000年06月07日図4を追加
2000年06月20日トルクロホスメチル(No.76)を追加
2000年06月24日メソミルの分子式と分子モデルを訂正し,表データと図1も修正.オクタクロロスチレン,トリフルラリン,p-ニトロトルエン,ニトロフェンの分子式の誤記を訂正
2000年08月18日チウラム,リニュロン,レゾルシン,3,4-ジクロロアニリン,1,2,3,7,8-ペンタブロモベンゾフラン(No.77-81)を追加 [NEW!]
2000年08月20日図6を差し替え [NEW!]

多数の化合物の中から環境ホルモンとして作用しそうな化合物を選び出していくために様々な試験法が考案されているが,近年進展著しい計算化学の手法を援用しようとする試みも多数あり,例えば小林茂樹らにより化合物の生物活性と化学的ハードネスとの関係の解析が報告されるなどしている。小林らの「構造-毒性活性相関」によるダイオキシン類などの解析結果によれば,分子の毒性やエストロゲン様作用は絶対ハードネスに強く依存するとされる。なお,柔らかい(ソフトな)化合物とは電子が移動しやすいと解釈されるものである。

絶対ハードネス η = (ε_LUMO - ε_HOMO )/2
絶対電気陰性度 χ = - (ε_LUMO + ε_HOMO )/2
ε_LUMO:LUMO(lowest unoccupied molecular orbital,最低空分子軌道)の電子エネルギー
ε_HOMO:HOMO(highest occupied molecular orbital,最高被占分子軌道)の電子エネルギー
※(注記)LUMO,HOMOは福井謙一らが提唱したフロンティア軌道であり,このフロンティア軌道理論の業績に対してノーベル化学賞が与えられている(1981年)。
《参考》 Chem3Dによる環境ホルモン関連分子のLUMO,HOMO表示画像例

【参考文献】

小林茂樹・田中彰・鮫島圭一郎,『環境ホルモンの電子構造はその毒性や生物活性の発現にどのような相関性を持つのであろうか? －ハードネス概念の生物学への応用－』,化学と工業,52(1),42(1999)
以下でもわかりやすく解説されている;吉村忠与志,『環境ホルモンの毒性をどのように発見するか』,化学とソフトウェア,21(1),11(1999)

図1 下表の化合物順に並べた環境ホルモン関連分子のε_LUMO,ε_HOMO,χ,η.
ε_LUMO,ε_HOMOは分子計算ソフトウェアChem3DのPM3構造最適化した分子についての計算結果である.ソフトウェアの種類や計算理論・条件,さらには分子モデルデータの初期構造によって計算結果が異なることに注意する必要がある(補足1,2参照).

データ

No. 化合物名分子式 ε_LUMO / eV ε_HOMO / eV χ / eV η / eV

1 2,4-D C8H6Cl2O3 -0.113301 -9.632584 4.8729 4.7596

2 2,4,5-T C8H5Cl3O3 -0.315472 -8.594338 4.4549 4.1394

3 o,p'-DDD C14H10Cl4 -0.933611 -10.237040 5.5853 4.6517

4 p,p'-DDD C14H10Cl4 -0.955292 -10.215312 5.5853 4.6300

5 o,p'-DDE C14H8Cl4 -0.933611 -10.237040 5.5853 4.6517

6 p,p'-DDE C14H8Cl4 -0.972560 -9.133780 5.0532 4.0806

7 o,p'-DDT C14H9Cl5 -0.949214 -9.812846 5.3810 4.4318

8 p,p'-DDT C14H9Cl5 -1.073111 -10.090856 5.5820 4.5089

9 TBTC C12H27ClSn 29.619670 -11.924856 -8.8474 20.7723

10 TBTO C24H54OSn2 21.864069 -12.428490 -4.7178 17.1463

11 TPTC C18H15ClSn -1.229483 -11.337283 6.2834 5.0539

12 2,3,7,8-TCDD C12H4Cl4O2 0.221598 -8.223039 4.0007 4.2223

13 2,3,7,8-TCDF C12H4Cl4O -1.499411 -9.215459 5.3574 3.8580

14 アジピン酸ジエチルヘキシル C22H42O4 -0.088587 -12.493566 6.2911 6.2025

15 アトラジン C8H14ClN5 2.191958 -9.860110 3.8341 6.0260

16 アミトロール C2H4N4 4.710518 -10.069575 2.6795 7.3900

17 アラクロール C14H20ClNO2 -0.351377 -10.732659 5.5420 5.1906

18 アルディカーブ C7H14N2O2S 1.682753 -8.763767 3.5405 5.2233

19 アルドリン C12H8Cl6 0.386536 -6.960782 3.2871 3.6737

20 エスフェンバレレート C25H22ClNO3 -1.081736 -10.976359 6.0290 4.9473

21 エンドスルファン C9H6Cl6O3S 5.156563 -6.999853 0.9216 6.0782

22 エンドリン C12H8Cl6O 4.545756 -6.991058 1.2227 5.7684

23 オキシクロルデン[クロルデン代謝物の例] C10H4Cl8O 4.959984 -7.083523 1.0618 6.0218

24 オクタクロロスチレン C8Cl8 2.241182 -7.253378 2.5061 4.7473

25 カルバリル C12H11NO2 -3.468406 -11.959787 7.7141 4.2457

26 クロルデン[cis-体] C10H6Cl8 4.939997 -7.099319 1.0797 6.0197

27 クロルデン[trans-体] C10H6Cl8 4.947597 -7.082630 1.0675 6.0151

28 ケポン(クロルデコン,キーポン) C10Cl10O -0.638757 -6.960615 3.7997 3.1609

29 ケルセン(ジコホル) C14H9Cl5O -0.950932 -9.876399 5.4137 4.4627

30 ジエチルスチルベストロール(DES) C18H20O2 -0.969603 -11.987018 6.4783 5.5087

31 2,4-ジクロロフェノール C6H4Cl2O -0.001675 -9.848430 4.9251 4.9234

32 1,2-ジブロモ-3-クロロプロパン(DBCP) C3H5Br2Cl 23.790142 -10.389223 -6.7005 17.0897

33 シペルメトリン C22H19Cl2NO3 -1.078926 -9.829520 5.4542 4.3753

34 シマジン(CAT) C7H12ClN5 2.268547 -10.173955 3.9527 6.2213

35 スチレンダイマー(1) C16H16 -3.587450 -13.981806 8.7846 5.1972

36 スチレンダイマー(2) C16H16 -0.986547 -13.786997 7.3868 6.4002

37 スチレントリマー(1) C24H24 -3.207032 -13.883227 8.5451 5.3381

38 スチレントリマー(2) C24H24 -0.982859 -13.538755 7.2608 6.2779

39 ディルドリン C12H8Cl6O 4.844423 -6.942070 1.0488 5.8932

40 トキサフェン[混合物の一例] C10H8Cl8 5.125061 -6.882418 0.8787 6.0037

41 トリフルラリン C13H16F3N3O4 -1.122222 -8.533397 4.8278 3.7056

42 p-ニトロトルエン C7H7NO2 -3.317159 -12.141501 7.7293 4.4122

43 ニトロフェン(NIP) C12H7Cl2NO3 -2.874594 -10.207615 6.5411 3.6665

44 ノナクロル[trans-体] C10H5Cl9 5.108548 -6.897455 0.8945 6.0030

45 p-ノニルフェノール C15H24O -0.955558 -12.269008 6.6123 5.6567

46 ビスフェノールA C15H16O2 -1.142538 -11.912727 6.5276 5.3851

47 ビンクロゾリン C12H9Cl2NO3 -0.773250 -11.128078 5.9507 5.1774

48 フェンバレレート[光学異性体混合物の一例] C25H22ClNO3 -1.064730 -10.962019 6.0134 4.9486

49 フタル酸ジエチル C12H14O4 -4.973877 -10.110638 7.5423 2.5684

50 フタル酸ジエチルヘキシル C24H38O4 -2.208456 -12.017451 7.1130 4.9045

51 フタル酸ジシクロヘキシル C20H26O4 -1.231525 -11.884064 6.5578 5.3263

52 フタル酸ジブチル C16H22O4 -4.973800 -10.093364 7.5336 2.5598

53 フタル酸ジプロピル C14H18O4 -4.973159 -10.096859 7.5350 2.5619

54 フタル酸ジヘキシル C20H30O4 -4.974148 -10.092127 7.5331 2.5590

55 フタル酸ジペンチル C18H26O4 -4.973283 -10.088817 7.5311 2.5578

56 フタル酸ブチルベンジル C19H20O4 -2.462791 -12.055058 7.2589 4.7961

57 ブチルベンゼン C10H14 -0.971553 -15.058264 8.0149 7.0434

58 ヘキサクロロベンゼン C6Cl6 3.422564 -8.343784 2.4606 5.8832

59 ベノミル C14H18N4O3 -1.331789 -11.217517 6.2747 4.9429

60 ヘプタクロル C10H5Cl7 0.922963 -6.937220 3.0071 3.9301

61 ヘプタクロルエポキサイド[ヘプタクロルの代謝物] C10H5Cl7O 5.047607 -6.735990 0.8442 5.8918

62 ペルメトリン C21H20Cl2O3 -1.074227 -9.809082 5.4417 4.3674

63 ベンゾ[a]ピレン C20H12 -5.796633 -12.340734 9.0687 3.2721

64 ベンゾフェノン C13H10O -4.347168 -11.244863 7.7960 3.4488

65 ペンタクロロフェノール(PCP) C6HCl5O 3.057780 -8.403147 2.6727 5.7305

66 ポリ臭化ビフェニル[4Brの一例] C12H6Br4 -2.111357 -4.970194 3.5408 1.4294

67 ポリ塩化ビフェニル[4Clの一例] C12H6Cl4 -1.733510 -9.404026 5.5688 3.8353

68 マイレックス C10Cl12 20.747903 -7.127070 -6.8104 13.9375

69 マラチオン(マラソン) C10H19O6PS2 -0.047756 -9.351999 4.6999 4.6521

70 メソミル C5H10N2O2S 2.608965 -8.901904 3.1465 5.7554

71 メトキシクロル(メトキシクロール) C16H15Cl3O2 -0.910343 -10.059320 5.4848 4.5745

72 メトリブジン C8H14N4OS -0.107116 -6.038726 3.0729 2.9658

73 リンダン(リンデン,γ-BHC) C6H6Cl6 27.854347 -8.308129 -9.7731 18.0812

74 17β-エストラジオール[女性ホルモン] C18H24O2 -0.691187 -12.163062 6.4271 5.7359

75 テストステロン[男性ホルモン] C19H28O2 -3.873268 -11.487181 7.6802 3.8070

(以下追加)
76 トルクロホスメチル C9H11Cl2O3PS 1.083902 -10.126539 4.5213 5.6052

77 チウラム C6H12N2S4 4.441623 1.638234 -3.0399 1.4017

78 リニュロン C9H10Cl2N2O2 0.016567 -8.960674 4.4721 4.4886

79 レゾルシン(レソルシノール) C6H6O2 -0.356111 -12.330155 6.3431 5.9870

80 3,4-ジクロロアニリン C6H5Cl2N 0.153944 -8.926895 4.3865 4.5404

81 1,2,3,7,8-ペンタブロモベンゾフラン C12H3Br5O -1.269670 -4.759038 3.0144 1.7447

[注] 追加したトルクロホスメチル(No.76)はトピック1,チウラム,リニュロン,レゾルシン,3,4-ジクロロアニリン,1,2,3,7,8-ペンタブロモベンゾフラン(No.77-81)はトピック2を参照.これらは図2～4には含まれていない.

図2 環境ホルモン関連分子のη-χダイアグラム(右は部分拡大).小林らは,毒性はχよりもηに強く依存し,ηが小さいほど(ソフトであるほど)毒性が強いとしている.なお,上図のη,χ値はあくまで市販ソフトウェアで求めたものであり,小林らの報告と異なることに注意する必要がある(補足1参照).

図3 3次元グラフで見たχ,ηとDipole Moment(双極子モーメント;数値はこちらの表).

図4 χ-η平面上に示したLog P値.Log PはSciQSARによる計算によるもので,別データと詳細も掲載している.

【補足1】

図5 本ページのデータと小林らのオリジナル報告のη-χ値との比較.
◎にじゅうまる小林茂樹・田中彰・鮫島圭一郎,『環境ホルモンの電子構造はその毒性や生物活性の発現にどのような相関性を持つのであろうか? －ハードネス概念の生物学への応用－』,化学と工業,52(1),42(1999)