JP2022517281A - α－ケト酸からの有機酸の合成 - Google Patents

Abstract

α－ケト酸から同位体濃縮された有機酸を合成するための方法を含む、α－ケト酸から同位体濃縮された有機酸を合成するための方法を開示する。同位体濃縮された有機酸は、たとえば、代謝フラックス分析に有用である。

Description

本開示は、一般的に有機酸の合成方法に関し、たとえば、代謝経路の生物学的中間体である有機酸の合成方法に関する。

（関連出願の相互参照）
本出願は、参照によりその全体が本明細書の一部をなすものとする、２０１９年１月１７日に出願された米国特許仮出願第６２／７９３，５２９号、および２０１９年３月２８日に出願された米国特許仮出願第６２／８２５，０８４号の優先権を主張する。

本明細書は、α－ケト酸から同位体濃縮された有機酸を合成する方法を含む、α－ケト酸から有機酸を合成する方法を記載する。同位体濃縮された有機酸は、たとえば、代謝フラックス分析において有用である。

代謝フラックス分析は，細胞の発現変化、あるいは、癌、マラリア、細菌感染などの病態に起因する病原体の活動による代謝異常を検出するために用いられる。この方法は、インビボおよびインビトロで処理される生物学的中間体の安定非天然同位体を追跡することによって機能する。組織または液体のサンプルは、質量分析および／または核磁気共鳴分光法によって分析され、同位体標識された原子（通常は¹³Ｃ）の数および／または位置を決定する。このパターンは、生物学的経路（特に非典型的な代謝が多くの場合に特定の病状を示すトリカルボン酸（ＴＣＡ）サイクルおよび解糖系）の相対的な活性を決定するのに役立つ。近年の質量分析装置の感度の向上は、この技術の応用範囲を拡大している。しかしながら、現状では、同位体標識された代謝産物の費用および入手困難性により、この分野は制限されている。多くの場合、同位体標識された代謝産物を大規模に生産することも困難である。

典型的には、有機酸代謝産物の生成には、細胞内または細胞外の生物酵素を使用する必要があった。酵素の補助なしにこれらの化合物を化学的に合成しようとする試みは、過酷な反応条件下でさえも、低収率であり、特異性が劣悪であることの難点がある。

さらに、現在のα－ケト酸の合成および有機酸代謝産物の合成は、限定された同位体パターンのみを可能とする、生物学的方法または合成的方法を採用している。当技術分野では、より柔軟に代謝産物を合成する方法が必要とされている。加えて、酵素、触媒、過酷な反応条件、複数の反応剤の添加、複数の単位操作または複数のプロセス工程、および／または微生物を含む比較的高価かつ複雑なプロセスを使用する現在の合成方法を回避する、より安価かつ効率的な代謝産物の製造プロセスが必要とされている。

本開示は、有機酸、たとえば、代謝経路の生物学的中間体である有機酸の合成方法を提供する。１つの態様において、本開示は、次の２つの役割を果たすアルデヒド反応剤を使用するアルドール縮合を記載し、１）アルデヒド反応剤は、生成物の炭素骨格（アルドール付加化合物）の一部を形成する求電子剤であり、２）アルデヒド反応剤は、アルドール生成物であるエノン（アルドール縮合化合物）に対する共役還元を行う還元剤である。驚くべきことに、共役還元を組み合わせたアルドール付加方法では、アルドール付加の反応剤が還元剤であってもよく、より安価で、より効率的で、かつより柔軟な代謝産物合成プロセスをもたらすことが分かった。

したがって、第１の態様において、本明細書では、アルドール縮合化合物中のα，β－不飽和結合を還元する方法を提供し、当該方法は：
（１） アルドール求核剤をアルデヒド求電子剤と接触させて、アルドール付加化合物を提供する工程と；
（２） アルドール付加化合物を脱水して、α，β－不飽和結合を有するアルドール縮合化合物を提供する工程と；
（３） アルドール縮合化合物をアルデヒド求電子剤と接触させることにより、アルドール縮合化合物中のα，β－不飽和結合を還元する工程と、
を含む。この方法では、アルデヒド求電子剤は、工程（１）における反応剤であり、工程（３）における還元剤である。

第２の態様においては、本明細書では、有機酸を調製するための方法を提供し、当該方法は：
（１） α－ケト酸をアルデヒド求電子剤と接触させて、アルドール付加化合物を提供する工程；
（２） アルドール付加化合物を脱水して、α，β－不飽和結合を有するアルドール縮合化合物を提供する工程；
（３） アルドール縮合化合物をアルデヒド求電子剤と接触させることにより、アルドール縮合化合物のα，β－不飽和結合を還元する工程；ならびに
（４） 還元されたアルドール縮合化合物を酸化的脱炭酸して、有機酸を提供する工程、または
（５） 還元されたアルドール縮合化合物のケト基を還元して、有機酸を提供する工程、または
（６） 還元されたアルドール縮合化合物を還元的アミノ化またはトランスアミノ化して、有機酸を提供する工程
を含む。この方法では、アルデヒド求電子剤は、工程（１）における反応剤であり、工程（３）における還元剤である。

さらに、本明細書に記載された合成方法は、たとえば代謝フラックス分析に有用な同位体標識された代謝産物の合成を可能にする。

ある種の有機酸および／または生物代謝産物を合成するための、本明細書に記載された反応シーケンスを示す図である。 本明細書に記載の手順を用いる一連の反応についてのＮＭＲデータを示す図であり、（ａ）ピルビン酸と過剰量のグリオキシレートの反応に関する¹Ｈ－ＮＭＲ（Ｄ₂Ｏ中）を示す図であり、（ｂ）α－ケトグルタル酸と１当量のグリオキシレートの反応に関する¹Ｈ－ＮＭＲ（Ｄ₂Ｏ中）を示す図である。

本開示は、いくつかの実施形態において、本明細書に記載の新規の化学プロセスによって製造することができる同位体濃縮された誘導体および非天然化合物を提供する。本明細書に記載の同位体濃縮された誘導体および非天然化合物は、代謝フラックス分析、メタボロミクス、および酵素阻害に役立ち得る。既知および未知の代謝産物の新規同位体を高収率かつ高純度で製造することは、これらの標識を使用して生物学的経路および分解を追跡する代謝分析を大いに支援する。

本開示は、１つの実施形態において、α－ケト酸およびその有機酸の製造方法、特に、²Ｈ濃縮および／または¹³Ｃ濃縮α－ケト酸およびその有機酸の製造方法に関する。より詳細には、本開示は、１つまたは複数のカルボキシレート基（－ＣＯ₂ ^-）をα－ケト酸（－Ｃ（Ｏ）ＣＯ₂ ^-）に交換することによる代謝産物の合成に関し、これらの代謝産物の合成を中性ｐＨの水中で進行させ、従来にない同位体標識パターンを生成することができる。このようにして、α－ケト酸部分は、正味の変換がα－ケト酸部分のケト基の除去であるように、その有機酸部分に変換される。

有利なことに、１つまたは複数のカルボキシレート基（－ＣＯ₂ ^-）をα－ケト酸（－Ｃ（Ｏ）ＣＯ₂－）に交換することは、酵素触媒を用いることなく、略中性ｐＨの水中での代謝産物の合成を進行させることを可能にする。合成の最後に過酸化水素水またはＯ₂、あるいは他の適切な酸化剤による酸化は、α－ケト酸をカルボキシル基に変化させる。この反応は通常、ピルベートおよびグリオキシレートから出発し、代謝中間体の貴重な類似体を生成する。本明細書中に提供されるプロセスは、他のプロセスに比べて、選択性、収率、緩和な反応条件、容易にスケール変更が可能な酵素不使用プロセスのようないくつかの利点を与える。特に、１ｇあたり数十万の価格が付けられる同位体標識化合物を、その数分の１のコストで入手可能な反応剤から製造可能である点に大きな価値がある。また、他の方法では得られない新しい標識パターンを生成することができる。また、本明細書に記載されているプロセスは、医薬品（たとえば、酵素阻害剤、代謝フラックス分析のための化合物などであるが、それらに限定されるものではない）、ならびに材料化学（たとえば、生分解性ポリエステルなどであるが、それらに限定されるものではない）として有用な可能性のある生物代謝産物の化学的類似体の合成を可能にする。また、本明細書で提供される実施形態の範囲には、代謝産物の合成から生成される類似体および代謝中間体も含まれる。

（定義）
以下の説明は、本技術の例示的な実施形態を示す。しかし、それら説明は、本開示の範囲を限定することを意図したものではなく、例示的な実施形態の説明として提供されるものであることを認識すべきである。

本明細書で使用されて際に、以下の単語、語句、および記号は、それらが使用されている文脈がそうでないことを示している場合を除いて、一般的に以下に示すような意味を持つことが意図されている。

２つの文字または記号の間にないダッシュ（「－」）は、置換基の付着点を示すために使用される。たとえば，－Ｃ（Ｏ）ＮＨ₂は炭素原子を通して結合している。化学物質群の先頭または末尾にダッシュを付けるのは便宜上のことであり，化学物質群は通常の意味を失うことなく，１つまたは複数のダッシュを付けて、もしくは付けずに表現することができる。また、構造式の線上に引かれた波線は、基の結合点を示す。化学的または構造的に必要とされない限り、化学基の表記または命名の順序によって方向性が示されたり、暗示されたりすることはない。

接頭辞「Ｃ_u-v」は、後続の基がｕ個からｖ個の炭素原子を有することを示す。たとえば、「Ｃ_1-6アルキル」は、アルキル基が１個から６個の炭素原子を有することを示す。

本明細書において、ある値またはパラメータに関する「約」の言及は、その値またはパラメータそれ自体を指示する実施形態を含む（および記載する）。特定の実施形態では、「約」という用語は、指示された量の±１０％を含む。他の実施形態では、「約」という用語は、指示された量の±５％を含む。他の特定の実施形態では、「約」という用語は、指示量の±１％を含む。また、「約Ｘ」という用語には、「Ｘ」の記載を含まれる。また、単数形の「a」および「the」は、文脈上明らかに別の指示がない限り、複数形をも包含する。したがって、たとえば、「化合物（the compound）」の言及は、複数のそのような化合物を含み、「アッセイ（the assay）」の言及は、当業者に知られている１つまたは複数のアッセイおよびその等価物への言及を含む。

本明細書の値またはパラメータに関する「実質的に」の言及は、そのパラメータまたは値それ自体を指示する実施形態を含む。特定の実施形態では、「実質的に」という用語は、指示された量の±１０％を含む。特定の実施形態では、「実質的に」という用語は、指示された量の±５％を含む。特定の実施形態では、「実質的に」という用語は、指示された量の±１％を含む。

「アルキル」とは、非分枝または分枝の飽和炭化水素鎖を指す。本明細書で使用される場合、アルキルは、１～２０個の炭素原子（すなわち、Ｃ_1-20アルキル）、１～８個の炭素原子（すなわち、Ｃ_1-8アルキル）、１～６個の炭素原子（すなわち、Ｃ_1-6アルキル）、または１～４個の炭素原子（すなわち、Ｃ_1-4アルキル）を有する。アルキル基の例は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ｎ－ブチル、ｓｅｃ－ブチル、ｉｓｏ－ブチル、ｔｅｒｔ－ブチル、ペンチル、２－ペンチル、イソペンチル、ネオペンチル、ヘキシル、２－ヘキシル、３－ヘキシル、３－メチルペンチルなどを含む。特定の炭素数を有するアルキル残基が化学名で命名されるか、または分子式で特定される場合、その炭素数を有するすべての位置異性体を包含してもよい。たとえば、「ブチル」は、ｎ－ブチル（すなわち、－（ＣＨ₂）₃ＣＨ₃）、ｓｅｃ－ブチル（すなわち、－ＣＨ（ＣＨ₃）ＣＨ₂ＣＨ₃）、イソブチル（すなわち、－ＣＨ₂ＣＨ（ＣＨ₃）₂）およびｔｅｒｔ－ブチル（すなわち、－Ｃ（ＣＨ₃）₃）を含み、「プロピル」は、ｎ－プロピル（すなわち、－（ＣＨ₂）₂ＣＨ₃）およびイソプロピル（すなわち、－ＣＨ（ＣＨ₃）₂）を含む。

「アルケニル」とは、少なくとも１つの炭素－炭素二重結合を含むアルキル基を指示し、２～２０個の炭素原子（すなわち、Ｃ_2-20アルケニル）、２～８個の炭素原子（すなわち、Ｃ_2-8アルケニル）、２～６個の炭素原子（すなわち、Ｃ_2-6アルケニル）、または２～４個の炭素原子（すなわち、Ｃ_2-4アルケニル）を有する。アルケニル基の例は、エテニル、プロペニル、ブタジエニル（１，２－ブタジエニルおよび１，３－ブタジエニルを含む）を含む。

「アルキニル」とは、少なくとも１つの炭素－炭素三重結合を含むアルキル基を指示し、２～２０個の炭素原子（すなわち、Ｃ_2-20アルキニル）、２～８個の炭素原子（すなわち、Ｃ_2-8アルキニル）、２～６個の炭素原子（すなわち、Ｃ_2-6アルキニル）、または２～４個の炭素原子（すなわち、Ｃ_2-4アルキニル）を有する。また、「アルキニル」という用語には、１つの三重結合と１つの二重結合とを有する基も含まれる。

「アルコキシ」とは、「アルキル－Ｏ－」という基を指す。アルコキシ基の例は、メトキシ、エトキシ、ｎ－プロポキシ、ｉｓｏ－プロポキシ、ｎ－ブトキシ、ｔｅｒｔ－ブトキシ、ｓｅｃ－ブトキシ、ｎ－ペントキシ、ｎ－ヘキソキシ、および１，２－ジメチルブトキシを含む。
「アルキルチオ」とは、基「アルキル－Ｓ－」を指す。
「アルキルスルホニル」は、基－Ｓ（Ｏ）₂Ｒ（式中、Ｒはアルキルである）を指す。
「アルキルスルフィニル」は、基－Ｓ（Ｏ）Ｒ（式中、Ｒはアルキルである）を指す。

「アシル」は、基－Ｃ（Ｏ）Ｒ（式中、Ｒは、水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクリル、アリール、ヘテロアルキル、またはヘテロアリールであり、それらの各々は、本明細書で定義されるように、任意選択的に置換されていてもよい）を指す。アシルの例は、ホルミル、アセチル、シクロヘキシルカルボニル、シクロヘキシルメチルカルボニル、およびベンゾイルを含む。

「アミド」は、基－Ｃ（Ｏ）ＮＲ^yＲ^zを指す「Ｃ－アミド」基と、基－ＮＲ^yＣ（Ｏ）Ｒ^zを指す「Ｎ－アミド」基の両方を指す。式中、Ｒ^yおよびＲ^zは、水素、アルキル、アリール、ハロアルキル、またはヘテロアリールからなる群から独立的に選択され、それらの各々は任意選択的に置換されていてもよい。
「アミノ」は、基－ＮＲ^yＲ^zを指す。式中、Ｒ^yおよびＲ^zは、水素、アルキル、ハロアルキル、アリール、またはヘテロアリールからなる群から独立的に選択され；これらの各々は、任意選択的に置換されていてもよい。
「アミジノ」とは、－Ｃ（ＮＨ）（ＮＨ₂）を指す。

「アリール」とは、単一の環（たとえば単環式）または縮合系を含む複数の環（たとえば二環式または三環式）を有する芳香族炭素環式基を指す。本明細書で使用される場合、アリールは、６～２０個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_6-20アリール）、６～１２個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_6-12アリール）、または６～１０個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_6-10アリール）を有する。アリール基の例は、フェニル、ナフチル、フルオレニル、およびアントリルを含む。しかしながら、アリールは、いかなる意味でも、以下に定義されるヘテロアリールを包含もしないし、ヘテロアリールと重複もしない。１つまたは複数のアリール基がヘテロアリールと縮合した場合、得られる環系はヘテロアリールである。１つまたは複数のアリール基がヘテロシクリルと縮合している場合、得られる環系はヘテロシクリルである。

「アジド」とは、－Ｎ₃のことである。
「カルバモイル」とは、基－Ｏ－Ｃ（Ｏ）ＮＲ^yＲ^zを指す「Ｏ－カルバモイル」基と、基－ＮＲ^yＣ（Ｏ）ＯＲ^zを指す「Ｎ－カルバモイル」基の両方を指す。式中、Ｒ^yおよびＲ^zは、水素、アルキル、アリール、ハロアルキル、またはヘテロアリールからなる群から独立的に選択され；これらの各々は任意選択的に置換されていてもよい。

「カルボキシル」は、－Ｃ（Ｏ）ＯＨを指す。本明細書において、カルボキシルは、カルボキシレート－ＣＯ₂ ^-として描かれることもある。本明細書で使用する場合、化学的接尾辞「－エート（-ate）」および「－酸（-ic acid）」は交換可能であり、両方とも、より高いｐＨでイオン化されて塩を提供してもしなくてもよい、少なくとも１つのカルボン酸官能基を有する分子を指す。「塩」という用語は、酸と塩基との間で形成されるイオン性化合物を意味する。本明細書で開示される化合物の塩は、酸と塩基との間で形成される。本明細書で提供される化合物が酸性官能基を含む場合、そのような塩は、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、およびアンモニウム塩を含むが、それらに限定されない。塩に有用な例示的かつ非限定的なカチオンは、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、ＮＨ₄、Ｃａ、Ｂａ、イミダゾリウム、およびアンモニウムカチオンを含む。したがって、カルボキシレートが描かれている場合は、適切な対イオンが存在することが理解される。そのような場合、存在する対イオンは、反応混合物中の塩基（たとえば、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、ＮＨ₄、Ｃａ、Ｂａまたは他の適切な対イオン）から生じる。
「カルボキシルエステル」とは、－ＯＣ（Ｏ）Ｒおよび－Ｃ（Ｏ）ＯＲの両方を指す。式中、Ｒは、水素、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクリル、アリール、ヘテロアルキル、またはヘテロアリールであり；これらの各々は、本明細書で定義されているように、任意選択的に置換されていてもよい。
「シアノ」または「カルボニトリル」とは、基－ＣＮを指す。

「シクロアルキル」とは、単一の環、または縮合系、架橋系、およびスピロ環系を含む複数の環を有する、飽和または部分的に不飽和の環状アルキル基をいう。「シクロアルキル」という用語は、シクロアルケニル基（すなわち、少なくとも１つの二重結合を有する環状基）を含む。本明細書で使用される場合、シクロアルキルは、３～２０個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_3-20シクロアルキル）、３～１２個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_3-12シクロアルキル）、３～１０個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_3-10シクロアルキル）、３～８個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_3-8シクロアルキル）、または３～６個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_3-6シクロアルキル）を有する。シクロアルキル基の例は、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、およびシクロヘキシルを含む。

「グアニジノ」とは、－ＮＨＣ（ＮＨ）（ＮＨ₂）を指す。
「ヒドラジノ」とは、－ＮＨＮＨ₂を指す。
「イミノ」は、基－Ｃ（ＮＲ）Ｒを指す。式中、各Ｒは、アルキル、シクロアルキル、ヘテロシクリル、アリール、ヘテロアルキル、またはヘテロアリールであり；これらの各々は、本明細書で定義されるように、任意選択的に置換されていてもよい。

「ハロゲン」または「ハロ」は、フルオロ、クロロ、ブロモ、およびヨードを含む。「ハロアルキル」とは、１つまたは複数の水素原子がハロゲンで置換されている、先に定義したような非分枝または分枝のアルキル基を指す。たとえば、ある残基が２つ以上のハロゲンで置換されている場合、結合しているハロゲン部位の数に対応する接頭辞を用いて指示することができる。ジハロアルキルおよびトリハロアルキルは、２つ（「ジ」）または３つ（「トリ」）のハロ基で置換されたアルキルを指し、これらのハロ基は同一のハロゲンであってもよいが、必ずしもそうではない。ハロアルキルの例は、ジフルオロメチル（－ＣＨＦ₂）およびトリフルオロメチル（－ＣＦ₃）を含む。
「ハロアルコキシ」とは、１つまたは複数の水素原子がハロゲンで置換されている、先に定義されたアルコキシ基をいう。

「ヘテロアルキル」とは、１つまたは複数の炭素原子（および関連する水素原子）がそれぞれ独立的に同一または異なるヘテロ原子団で置換されているアルキル基を指す。用語「ヘテロアルキル」は、炭素原子とヘテロ原子を有する非分枝または分枝の飽和鎖を含む。例として、１、２または３個の炭素原子が、独立的に同じまたは異なるヘテロ原子基で置換されていてもよい。ヘテロ原子団は、－ＮＲ－、－Ｏ－、－Ｓ－、－Ｓ（Ｏ）－、－Ｓ（Ｏ）₂－などを含むが、それらに限定されるものではない。式中、Ｒは、Ｈ、アルキル、アリール、シクロアルキル、ヘテロアルキル、ヘテロアリールまたはヘテロシクリルであり、それぞれ任意選択的に置換されていてもよい。ヘテロアルキル基の例は、－ＯＣＨ₃、－ＣＨ₂ＯＣＨ₃、－ＳＣＨ₃、－ＣＨ₂ＳＣＨ₃、－ＮＲＣＨ₃、および－ＣＨ₂ＮＲＣＨ₃を含み、式中、Ｒは、水素、アルキル、アリール、アリールアルキル、ヘテロアルキル、またはヘテロアリールであり、これらの各々は任意選択的に置換されていてもよい。本明細書で使用される場合、ヘテロアルキルは、１～１０個の炭素原子、１～８個の炭素原子、または１～４個の炭素原子；および１～３個のヘテロ原子、１～２個のヘテロ原子、または１個のヘテロ原子を含む。

「ヘテロアリール」とは、窒素、酸素、および硫黄から独立的に選択された１つまたは複数の環ヘテロ原子を有する、単一の環、複数の環、または複数の縮合環を有する芳香族基を指す。本明細書で使用される場合、ヘテロアリールは、１～２０個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_1-20ヘテロアリール）、３～１２個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_3-12ヘテロアリール）、または３～８個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_3-8ヘテロアリール）；および窒素、酸素、および硫黄から独立的に選択される１～５個のヘテロ原子、１～４個のヘテロ原子、１～３個の環ヘテロ原子、１～２個の環ヘテロ原子、または１個の環ヘテロ原子を含む。ヘテロアリール基の例は、ピリミジニル、プリニル、ピリジル、ピリダジニル、ベンゾチアゾリル、ピラゾリルなどを含む。縮合ヘテロアリール環の例は、ベンゾ［ｄ］チアゾリル、キノリニル、イソキノリニル、ベンゾ［ｂ］チオフェニル、インダゾリル、ベンゾ［ｄ］イミダゾリル、ピラゾロ［１，５－ａ］ピリジニル、イミダゾ［１，５－ａ］ピリジニルなどを含むが、それらに限定されるものではない。ヘテロアリールは縮合系のいずれかの環を介して結合することができる。少なくとも１つのヘテロ原子を含み、単数または複数の縮合環を有する芳香環は、分子の残余部分の結合様式にかかわらず（すなわち、縮合環のいずれか１つにより）、ヘテロアリールとみなされる。ヘテロアリールは、先に定義したアリールを包含しないし、アリールと重複もしない。

「ヘテロシクリル」とは、窒素、酸素および硫黄から独立的に選択される１つまたは複数の環ヘテロ原子を有する、飽和または不飽和の環状アルキル基をいう。用語「ヘテロシクリル」は、ヘテロシクロアルケニル基（すなわち、少なくとも１つの二重結合を有するヘテロシクリル基）、架橋ヘテロシクリル基、縮合ヘテロシクリル基、およびスピロ－ヘテロシクリル基を含む。ヘテロシクリルは単環であってもよく、縮合、架橋、またはスピロであってもよい複数の環であってもよい。少なくとも１つのヘテロ原子を含む任意の非芳香族環は、結合様式に関係なく（すなわち、炭素原子またはヘテロ原子を介して結合することができる）、ヘテロシクリルとみなされる。さらに、ヘテロシクリルという用語は、分子の残りの部分の結合様式に無関係に、アリール環またはヘテロアリール環に縮合していてもよい、少なくとも１つのヘテロ原子を含む任意の非芳香族環を包含することを意図する。本明細書で使用される場合、ヘテロシクリルは、２～２０個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_2-20ヘテロシクリル）、２～１２個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_2-12ヘテロシクリル）、２～１０個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_2-10ヘテロシクリル）、２～８個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_2-8ヘテロシクリル）、３～１２個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_3-12ヘテロシクリル）、３～８個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_3-8ヘテロシクリル）、または３～６個の環炭素原子（すなわち、Ｃ_3-6ヘテロシクリル）；および、窒素、硫黄または酸素から独立的に選択される、１～５個の環ヘテロ原子、１～４個の環ヘテロ原子、１～３個の環ヘテロ原子、１～２個の環ヘテロ原子、または１個の環ヘテロ原子を有する。ヘテロシクリル基の例は、ピロリジニル、ピペリジニル、ピペラジニル、オキセタニル、ジオキソラニル、アゼチジニル、モルホリニルなどを含む。本明細書で使用される際に、用語「架橋－ヘテロシクリル」は、ヘテロシクリルの隣接しない２つの原子上で、少なくとも１つのヘテロ原子を有する１つまたは複数（たとえば１または２）の４員環～１０員環の部分と連結された、４員環～１０員環の部分を指し、各ヘテロ原子は窒素、酸素、および硫黄から独立的に選択される。本明細書で用いられる際に、架橋ヘテロシクリルは、二環系および三環系を含む。また、本明細書で使用される用語「スピロ－ヘテロシクリル」は、３～１０員のヘテロシクリルが１つまたは複数の追加の環を有する環系を指し、１つまたは複数の追加の環は、３員環～１０員環のシクロアルキルまたは３員環～１０員環のヘテロシクリルであり、１つまたは複数の追加の環の１つの原子が、３員環～１０員環のヘテロシクリルの原子でもある。スピロヘテロシクリル環の例は、２－オキサ－７－アザスピロ［３．５］ノナニル、２－オキサ－６－アザスピロ［３．４］オクタニル、６－オキサ－１－アザスピロ［３．３］ヘプタニルのような、二環系および三環系を含む。縮合ヘテロシクリル環の例は、１，２，３，４－テトラヒドロイソキノリニル、４，５，６，７－テトラヒドロチエノ［２，３－ｃ］ピリジニル、インドリニル、およびイソインドリニルを含むが、それらに限定されず、ヘテロシクリルは、縮合系のいずれかの環を介して結合できる。

「ヒドロキシ」または「ヒドロキシル」は、基－ＯＨを指す。
「オキソ」は、基（＝Ｏ）または（Ｏ）を指す。
「ニトロ」は、基－ＮＯ₂を指す。
「スルホニル」とは、基－Ｓ（Ｏ）₂Ｒを指す。式中、Ｒは、アルキル、ハロアルキル、ヘテロシクリル、シクロアルキル、ヘテロアリール、またはアリールである。スルホニルの例は、メチルスルホニル、エチルスルホニル、フェニルスルホニル、およびトルエンスルホニルである。
「チオシアネート」とは、基－ＳＣＮを指す。
「チオール」とは、基－ＳＨを指す。
「チオキソ」または「チオン」は、基（＝Ｓ）または（Ｓ）を指す。

特定の一般的に使用される代替化学名を使用することができる。たとえば、２価の「アルキル」基、２価の「アリール」基などの２価基は、それぞれ、「アルキレン」基または「アルキレニル」基、「アリーレン」基または「アリーレニル」基とも呼ばれることがある。また、他の方法で明示されていない限り、本明細書で基の組み合わせを１つの部分として、たとえばアリールアルキルとして言及する場合、最後に言及された基が、分子の残余部分に結合する原子を含む。

「任意選択的な」または「任意選択的に」という用語は、続いて記載される事象または状況が発生してもしなくてもよいことを意味し、記載には前記事象または状況が発生する例と発生しない例が含まれることを意味する。また、「任意選択的に置換された」という用語は、指定された原子または基上の任意の１つまたは複数の水素原子が、水素以外の部分で置換されていてもいなくてもよいことを意味する。

化合物の中には、互変異性体が存在するものがある。互変異性体は互いに平衡状態にある。たとえば、α－ケト酸含有化合物は、そのエノレート互変異性体と平衡状態で存在することがある。どの互変異性体が示されているかに関わらず、また、互変異性体間の平衡の性質に関わらず、当業者であれば、それら化合物がα－ケト酸とエノレート酸の両方の互変異性体を含むことを理解する。

「置換されている」という用語は、指定された原子の通常の原子価を超えないことを条件として、指定された原子または基上の任意の１つまたは複数の水素原子が、水素以外の１つまたは複数の置換基で置き換えられていることを意味する。１つまたは複数の置換基は、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、アシル、アミノ、アミド、アミジノ、アリール、アジド、カルバモイル、カルボキシル、カルボキシルエステル、シアノ、グアニジノ、ハロ、ハロアルキル、ハロアルコキシ、ヘテロアルキル、ヘテロアリール、ヘテロシクリル、ヒドロキシ、ヒドラジノ、イミノ、オキソ、ニトロ、アルキルスルフィニル、スルホン酸、アルキルスルホニル、チオシアネート、チオール、チオン、またはこれらの組み合わせを含む。ポリマー、または、無限に付加されたさらなる置換基を有する置換基を定義することによって到達する同様の不定構造（たとえば、それ自体が置換アリール基で置換されている置換アルキルを持つ置換アリール、それが置換ヘテロアルキル基でさらに置換されている置換アリールなど）を、本明細書に含めることは意図されていない。特段の規定のない限り、本明細書に記載の化合物における直列的置換の最大数は３である。たとえば、２つの他の置換アリール基による置換アリール基の直列的置換は、（（置換アリール）置換アリール）置換アリールに限定される。同様に、上記の定義は、許容されない置換パターン（たとえば、５つのフッ素で置換されたメチルや、２つの隣接する環酸素原子を有するヘテロアリール基）を含むことを意図していない。そのような許容されない置換パターンは、当業者にはよく知られている。化学基を修飾するために使用される場合に、「置換された」という用語は、本明細書で定義される他の化学基を説明することができる。特段の規定がない限り、基が任意に置換されていると記述されている場合、その基の任意の置換基それ自体は非置換である。たとえば、いくつかの実施形態において、「置換アルキル」という用語は、ヒドロキシル、ハロ、アルコキシ、シクロアルキル、ヘテロシクリル、アリール、およびヘテロアリールを含む１つまたは複数の置換基を有するアルキル基を指す。他の実施形態では、１つまたは複数の置換基は、ハロ、アルキル、ハロアルキル、ヒドロキシル、アルコキシ、シクロアルキル、ヘテロシクリル、アリール、またはヘテロアリールであってもよく、それら各々はさらに置換されていてもよい。他の実施形態では、置換基は、ハロ、アルキル、ハロアルキル、アルコキシ、ヒドロキシル、シクロアルキル、ヘテロシクリル、アリール、またはヘテロアリールでさらに置換されていてもよく、それら各々は非置換である。

本明細書で使用される際に、用語「アルドール付加」は、少なくとも１つのカルボニル官能基を含む２つの種の間の、炭素－炭素結合を形成する二分子化学反応を意味し、β－ヒドロキシカルボニルを有する単一の生成物を生成する。

本明細書で使用される際に、用語「アルドール縮合」は、少なくとも１つのカルボニル官能基を含む２つの種の間の、炭素－炭素結合を形成する二分子化学反応を意味し、共役エノンを有する単一の生成物を生成する。

本明細書で使用される際に、用語「酸化的脱炭酸」は、α－ケト酸（－Ｃ（Ｏ）ＣＯ₂ ^-）をカルボン酸（－ＣＯ₂ ^-）および１分子のＣＯ₂（二酸化炭素）に変換する、化学的プロセスを意味する。通常、これは、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）または分子状酸素（Ｏ₂）のいずれかを酸化剤として使用して行われるが、必ずしもそうではない。

本明細書で使用される際に、用語「脱水」は、Ｈ₂Ｏ（水）またはＯＨ^-（水酸化物）を除去することを意味し、脱水が発生した場所に二重結合を残す。

「アルドール求核剤」とは、エノール化可能なプロトンを含み、アルドール反応において求核剤として機能することができる任意の化合物を指す。いくつかの実施形態では、アルドール求核剤は、本明細書に記載のα－ケト酸である。

「アルドール付加化合物」とは、求電子剤とアルドール求核剤の反応から得られるβ－ヒドロキシ化合物を指す。いくつかの実施形態では、求電子剤は、本明細書に記載のアルデヒド求電子剤（アルデヒド反応剤とも呼ばれる）である。「アルドールエノン化合物」とは、アルドール付加化合物の脱水によって形成されるα，β－不飽和化合物を指す。アルドールエノン化合物は、「アルドール縮合生成物」とも呼ばれる。

「酸化する」または「酸化」という用語は、結合または原子から１つまたは複数の電子を奪うこと、好ましくは結合または原子から２つの電子を奪うことを意味する。酸化の非限定的な例は、アルコールのアルデヒドへの変換を含む。

「還元する」または「還元」という用語は、結合または原子に１つまたは複数の電子を付加すること、好ましくは結合または原子に２つの電子を付加することを指す。還元の非限定的な例は、カルボン酸またはそのエステルのアルコールへの変換を含む。

本明細書で使用される用語「加水分解」は、水が出発化合物と反応して１つまたは複数の結果化合物を生成する化学反応を含む。典型的には、それは、出発化合物の結合の切断と、出発化合物の構造への水素カチオンおよび／または水酸化物アニオンの付加とを含み、結果化合物（複数可）が得られる。前記加水分解反応は、酸性条件（ｐＨ＜７）、塩基性条件（ｐＨ＞７）、あるいは、中性条件（ｐＨ＝７）においてさえ実施することができる。

本明細書で使用される「同位体」、「同位体の」、または「同位体標識」という用語は、元素の最も豊富な形態と比較して、同数の陽子を有するが異なる数の中性子を有する原子を指す。本明細書に記載する式および構造は、同位体標識された化合物だけでなく、非標識の化合物も表すことを意図する。同位体標識化合物は、１つまたは複数の原子が選択された原子質量または質量数を有する原子で置換されていることを除いて、本明細書に記載されている式で描写される構造を有する。本開示の化合物に組み込むことができる同位体の例は、²Ｈ（重水素、Ｄ）、³Ｈ（トリチウム）、¹¹Ｃ、¹³Ｃ、¹⁴Ｃ、¹⁵Ｎ、¹⁸Ｆ、³¹Ｐ、³²Ｐ、³⁵Ｓ、³⁶Ｃｌおよび¹²⁵Ｉを含むが、それらに限定されないもののような、水素、炭素、窒素、酸素、リン、フッ素および塩素の同位体を含む。本開示の種々の同位体標識化合物は、たとえば、²Ｈ、³Ｈ、¹³Ｃ、¹⁴Ｃおよび¹⁵Ｎなどの放射性同位体が組み込まれた化合物を含む。このような同位体標識化合物は、代謝研究、反応速度論研究、検出またはイメージング技術（薬物または基質の組織分布アッセイを含む、ポジトロン放射断層撮影法（ＰＥＴ）または単一光子放射型コンピュータ断層撮影法（ＳＰＥＣＴ）など）において有用であり、または患者の放射性治療に有用である。同位体の濃度は、同位体濃縮係数によって定義することができる。

「同位体置換体」または「安定同位体」という用語は、本明細書に開示された特定の化合物とその同位体組成のみが異なる種を指す。「天然に存在する」という用語は、指定された同位体または化合物中のすべての同位体を天然の存在量で有する化合物を指す。対照的に、本明細書に記載されている同位体置換体は、天然には存在しない。好ましくは、化合物は、核（²Ｈ、³Ｈ、¹³Ｃ、¹⁴Ｃ、¹⁶Ｏ、¹⁸Ｏおよび／または¹⁵Ｎなど）を豊富化されている。「同位体濃縮」とは、化合物中の核の濃度が、当該核の典型的な天然存在量の値より多いことを意味し、好ましくは天然存在量の少なくとも１０％より多く、より好ましくは少なくとも２５％より多く、さらに好ましくは天然存在量の少なくとも７５％より多く、最も好ましくは天然存在量の少なくとも９０％より多い。慣例により図示されていないが、記載または開示されている任意の化学構造または反応における水素原子は、重水素または三重水素であってもよい。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のプロセスによって調製された化合物は、²Ｈ（重水素、Ｄ）、³Ｈ（トリチウム）、¹¹Ｃ、¹³Ｃ、¹⁴Ｃ、および／または¹⁵Ｎのうちの１つまたは複数について同位体濃縮されていてもよい。特定の実施形態では、本明細書に記載のプロセスによって調製された化合物は、１つまたは複数（たとえば、具体的化合物中の１、２、３、４、５、または６個の原子）について同位体濃縮されるように、²Ｈ（重水素、Ｄ）、³Ｈ（トリチウム）、¹¹Ｃ、¹³Ｃ、¹⁴Ｃ、および／または¹⁵Ｎの１つまたは複数について同位体濃縮されていてもよい。特定の実施形態では、本明細書に記載のプロセスによって調製された化合物を含む組成物が提供され、ここでは、指定位置の少なくとも１つの原子の少なくとも約９０％、少なくとも約９２％、少なくとも約９４％、少なくとも約９５％、少なくとも約９６％、少なくとも約９７％、少なくとも約９８％、または少なくとも約９９％が、（たとえば、²Ｈ（重水素、Ｄ）、³Ｈ（トリチウム）、¹¹Ｃ、¹³Ｃ、¹⁴Ｃ、および／または¹⁵Ｎから選択される同位体で）同位体標識されている。

自然界における様々な同位体の天然存在量は、たとえば、CRC Press, Inc.発行の「CRC Handbook of Chemistry and Physics」で推定されている。最も豊富に存在する炭素の形態である炭素１２（¹²Ｃ）同位体は、自然界に約９８．９０％存在する。一方、安定同位体である炭素１３（¹³Ｃ）は、自然界に約１．１０％しか存在しない。最も多く存在する水素（Ｈ）の同位体は、自然界に約９９．９８５％存在する。一方、重水素は自然界では約０．０１５％しか存在しない同位体である。また、窒素および酸素にもさまざまな同位体が存在している。たとえば、¹⁴Ｎと¹⁵Ｎはそれぞれ９９．６３％と０．３７％の量で自然界に存在し、¹⁶Ｏ、¹⁷Ｏ、¹⁸Ｏはそれぞれ９９．７６％、０．０４％、０．２０％の量で自然界に存在している。

本明細書に記載の化合物は、たとえば、炭素原子に結合した４つの異なる置換基、重水素置換、または他の方法の結果として、不斉炭素原子を含んでもよい。このように、本明細書に記載の化合物は、別個の鏡像体、または２つの鏡像体の混合物のいずれかとして存在することができる。２つ以上の不斉炭素を含む化合物は、各々に関する鏡像体を有する複数のジアステレオマーとして存在することができる。したがって、明示的に特段の記載がない限り、本明細書に記載された化合物は、ラセミ混合物、ジアステレオマーのラセミ混合物、さらには、別の可能な立体異性体を実質的に含まない個々のそれぞれの立体異性体を含むであろう。

精製または合成によってジアステレオマーの混合物から個々のジアステレオマーを得る方法は、当技術分野で理解されており、最終化合物、または本明細書に記載される出発材料もしくは中間体に実施可能に適用することができる。ラセミ混合物から個々のエナンチオマーを精製または合成によって得る方法は、当技術分野で理解されており、最終化合物、または出発材料もしくは中間体に実施可能に適用することができる。

（合成方法）
本明細書は、有機酸と呼ばれる重要なクラスの生物学的化合物を、酵素を用いずに水中で合成する方法を提供する。特定の実施形態において、本開示は、現在採用されている酵素的手法を回避する新規反応経路による、¹³Ｃ標識代謝産物の合成に関する。１つの態様において、本明細書に記載の合成方法は、ピルビン酸およびグリオキシレートならびにそれらの誘導体から、フマロイルホルメート、α－ケトグルタレート、イソシトロイルホルメートおよびアコニトイルホルメートの生成を可能にする。引き続く酸化的脱炭酸反応により、代謝産物であるフマレート、イソシトレート、アコニテートおよび関連する誘導体が生成される。この反応は、これまで入手不可能または法外に高価だった位置への希少な同位体の配置を可能にする。非限定的な一例として、１０ミリグラムあたりの定価が１２，０００ドル（Medical Isotopes Inc.、２０１８年７月２７日現在）である¹³Ｃ１－α－ケトグルタレートは、本方法を用いて１００ドル未満の標識化出発物質で合成することができる。本開示の方法は、製薬化学および材料化学において高い潜在的有用性を有する。

１つの態様において、本明細書は、アルドール縮合化合物を還元する方法を提供し、当該方法は、
（１） アルデヒド求電子剤とアルドール求核剤を接触させて、アルドール付加化合物を提供する工程と、
（２） アルドール付加化合物を脱水して、α，β－不飽和結合を有するアルドール縮合化合物を提供する工程と、
（３） アルドール縮合化合物をアルデヒド求電子剤と接触させることにより、アルドール縮合化合物中のα，β－不飽和結合を還元する工程と
を含み、アルデヒド求電子剤は、工程（１）における反応剤であり、工程（３）における還元剤である工程。

１つの群の実施形態において、本方法は、以下の構造を有する求核剤およびアルデヒド求電子剤との間の反応を含む。

いくつかの実施形態において、アルデヒド求電子剤は、式（Ｂ）を有し、式中、Ｘは、Ｈ、ＣＯＯＨ、およびＣ（＝Ｏ）ＯＣ_1-12アルキルからなる群から選択され；Ｙは、Ｈである。いくつかの実施形態において、求核剤は、本明細書に記載される式（Ａ）のα－ケト酸である。

さらなる態様において、本明細書は、有機酸を調製するための方法を提供し、当該方法は：
（１） アルデヒド求電子剤とα－ケト酸を接触させて、アルドール付加化合物を提供する工程；
（２） アルドール付加化合物を脱水して、α，β－不飽和結合を有するアルドール縮合化合物を提供する工程；
（３） アルドール縮合化合物をアルデヒド求電子剤と接触させることにより、アルドール縮合化合物中のα，β－不飽和結合を還元する工程；および
（４） 還元されたアルドール縮合化合物を酸化的脱炭酸して、有機酸を提供する工程、または
（５） 還元されたアルドール縮合化合物のケト基を還元して、有機酸を提供する工程、または
（６） 還元されたアルドール縮合化合物を還元的アミノ化またはトランスアミノ化して、有機酸を提供する工程
を含む。

前述および後述の方法の一部または任意の実施形態において、有機酸生成物は、α－ケト酸から誘導される有機酸である。アルデヒド当量（たとえば、グリオキシル酸当量）、ならびに温度、時間およびｐＨの制御によって、反応経路に沿った特定の工程、たとえば、アルドール付加に引き続く共役還元（アルドール付加を不可逆的にする）および他の工程を部分的に示す図１に示されるように、反応進行を最適化して、反応経路に沿った特定の工程を有利にすることができる。典型的には、反応温度は０℃～２００℃の範囲内で変動し、時間は５分～１ヶ月の範囲内で変動し、ｐＨは一般的に約１～約１３の範囲内で変動する。任意の理論に拘束されることなしに、反応および生産される生成物の制御は、主として、時間および温度の関数である化学反応速度論によって調節されると考えられる。

前述および後述の方法の実施形態のサブグループにおいて、本明細書は、α－ケト酸をその有機酸（その二酸）に変換するための方法であって、有機酸が以下の式（Ｆ）の構造で表される方法を提供し、当該方法は、
（１） 式（Ａ）のα－ケト酸を、式（Ｂ）のアルデヒド求電子剤と接触させて、式（Ｃ）のアルドール付加化合物を提供する工程と；

（２） 式（Ｃ）の化合物を脱水して、式（Ｄ）のアルドール縮合化合物を提供する工程と；

（３） 式（Ｄ）の化合物をアルデヒド求電子剤と接触させることにより、式（Ｄ）の化合物を還元して、式（Ｅ）の化合物を提供する工程と；

（４） 式（Ｅ）の化合物を酸化的脱炭酸して、式（Ｆ）の有機酸を提供する工程と、

を含み、式中、
Ｒは、Ｃ_1-12アルキル、Ｃ_2-10ヘテロアルキル、Ｃ_6-20アリール、Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_3-10シクロアルキル、Ｃ_2-10ヘテロシクリル、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_6-20アリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-10シクロアルキル、またはＣ_1-12アルキル－Ｃ_2-10ヘテロシクリルであって、アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキル、およびヘテロシクリルは、独立的に、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、アシル、アミノ、アミド、アミジノ、アリール、アジド、カルバモイル、カルボキシル、カルボキシルエステル、シアノ、グアニジノ、ハロ、ハロアルキル、ハロアルコキシ、ヘテロアルキル、ヘテロアリール、ヘテロシクリル、ヒドロキシ、ヒドラジノ、イミノ、オキソ、ニトロ、アルキルスルフィニル、スルホン酸、アルキルスルホニル、チオシアネート、チオール、チオン、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたは複数の置換基で任意選択的に置換されていてもよく；
Ｘは、Ｈ、ＣＯＯＨ、およびＣ（＝Ｏ）ＯＣ_1-12アルキルからなる群から選択され；
ＹはＨである。

前述および後述の方法の実施形態のサブグループにおいて、本明細書は、α－ケト酸をその有機酸（そのアミノ酸）に変換する方法であって、有機酸が以下の式（Ｇ）の構造で表される方法を提供し、当該方法は、
（１） 式（Ａ）のα－ケト酸を、式（Ｂ）のアルデヒド求電子剤と接触させて、式（Ｃ）のアルドール付加化合物を提供する工程と；

（２） 式（Ｃ）の化合物を脱水して、式（Ｄ）のアルドール縮合化合物を提供する工程と；

（３） 式（Ｄ）の化合物をアルデヒド求電子剤と接触させることにより、式（Ｄ）の化合物を還元して、式（Ｅ）の化合物を提供する工程と；

（６） 式（Ｅ）の化合物を還元的アミノ化またはトランスアミノ化して、式（Ｇ）の有機酸を提供する工程と、

を含み、式中、
Ｒは、Ｃ_1-12アルキル、Ｃ_2-10ヘテロアルキル、Ｃ_6-20アリール、Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_3-10シクロアルキル、Ｃ_2-10ヘテロシクリル、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_6-20アリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-10シクロアルキル、またはＣ_1-12アルキル－Ｃ_2-10ヘテロシクリルであって、アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキル、およびヘテロシクリルは、独立的に、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、アシル、アミノ、アミド、アミジノ、アリール、アジド、カルバモイル、カルボキシル、カルボキシルエステル、シアノ、グアニジノ、ハロ、ハロアルキル、ハロアルコキシ、ヘテロアルキル、ヘテロアリール、ヘテロシクリル、ヒドロキシ、ヒドラジノ、イミノ、オキソ、ニトロ、アルキルスルフィニル、スルホン酸、アルキルスルホニル、チオシアネート、チオール、チオン、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたは複数の置換基で任意選択的に置換されていてもよく；
Ｘは、Ｈ、ＣＯＯＨ、およびＣ（＝Ｏ）ＯＣ_1-12アルキルからなる群から選択され；
ＹはＨである。

上記工程（６）の式（Ｅ）の化合物の還元的アミノ化は、任意の適切な還元的アミノ化反応剤の存在下で実施される。具体的な実施形態では、還元的アミノ化は、水素化ホウ素ナトリウムまたはシアノ水素化ホウ素ナトリウムの存在下で行われる。さらなる実施形態では、還元的アミノ化は、酵素を含まない条件下かつ水中で実施される。いくつかの実施形態では、還元的アミノ化は、窒素の放射性同位体を含むアミン（たとえば、窒素の放射性同位体を含むアンモニア）の存在下で実施される。

上記工程（６）の式（Ｅ）の化合物のトランスアミノ化は、窒素供与体およびルイス酸の存在下で実施される。具体的な実施形態では、グリシンを窒素供与体として使用し、硫酸アルミニウムカリウム（たとえば、ＡｌＫ（ＳＯ₄）₂）すなわちカリウムミョウバンをルイス酸触媒として使用する。カリウムミョウバンは、通常、１２水和物の形態（たとえば、ＡｌＫ（ＳＯ₄）₂・１２Ｈ₂Ｏ）で入手可能である。いくつかの実施形態では、トランスアミノ化は、窒素の放射性同位体を含むアミン（たとえば、窒素の放射性同位体を含むグリシン）の存在下で行われる。さらなる実施形態では、トランスアミノ化は、酵素を含まない条件下かつ水中で実施される。

前述および後述の方法の実施形態のサブグループにおいて、本明細書は、α－ケト酸をその有機酸（そのα－ヒドロキシ二酸）に変換する方法であって、有機酸が以下の式（Ｈ）の構造で表される方法を提供し、当該方法は、
（１） 式（Ａ）のα－ケト酸を、式（Ｂ）のアルデヒド求電子剤と接触させて、式（Ｃ）のアルドール付加化合物を提供する工程と；

（２） 式（Ｃ）の化合物を脱水して、式（Ｄ）のアルドール縮合化合物を提供する工程と；

（３） 式（Ｄ）の化合物をアルデヒド求電子剤と接触させることにより、式（Ｄ）の化合物を還元して、式（Ｅ）の化合物を提供する工程と；

（５） 式（Ｅ）の化合物をさらに還元して、式（Ｈ）の有機酸を提供する工程と、

を含み、式中、
Ｒは、Ｃ_1-12アルキル、Ｃ_2-10ヘテロアルキル、Ｃ_6-20アリール、Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_3-10シクロアルキル、Ｃ_2-10ヘテロシクリル、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_6-20アリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-10シクロアルキル、またはＣ_1-12アルキル－Ｃ_2-10ヘテロシクリルであって、アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキル、およびヘテロシクリルは、独立的に、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、アシル、アミノ、アミド、アミジノ、アリール、アジド、カルバモイル、カルボキシル、カルボキシルエステル、シアノ、グアニジノ、ハロ、ハロアルキル、ハロアルコキシ、ヘテロアルキル、ヘテロアリール、ヘテロシクリル、ヒドロキシ、ヒドラジノ、イミノ、オキソ、ニトロ、アルキルスルフィニル、スルホン酸、アルキルスルホニル、チオシアネート、チオール、チオン、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたは複数の置換基で任意選択的に置換されていてもよく；
Ｘは、Ｈ、ＣＯＯＨ、およびＣ（＝Ｏ）ＯＣ_1-12アルキルからなる群から選択され；
ＹはＨである。

前述の方法の１つの実施形態において、工程（５）の式（Ｅ）の化合物の還元は、金属水素化物の存在下で行われる。このような金属水素化物の例は、水素化ホウ素ナトリウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化ジイソブチルアルミニウム、Ｌ－セレクトリド、ジボラン、またはその他の適切な金属水素化物を含むが、それらに限定されない。特定の実施形態では、金属水素化物は水素化ホウ素ナトリウムである。

前述および後述の方法の実施形態のサブグループにおいて、本明細書は、α－ケト酸をその有機酸へと変換するための方法であって、有機酸が以下の式（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｎ）、または（Ｏ）の構造で表される方法を提供し、当該方法は、
（１） 式（Ａ）のα－ケト酸を、式（Ｂ）のアルデヒド求電子剤と接触させて、式（Ｃ）のアルドール付加化合物を提供する工程と；

（１－１） 化合物（Ｂ）と化合物（Ｃ）を接触させて、式（Ｊ）の化合物を提供する工程と；

（２） 式（Ｊ）の化合物を脱水して、式（Ｋ）の化合物を提供する工程と；

（３） 式（Ｋ）の化合物をアルデヒド求電子剤と接触させることにより、式（Ｋ）の化合物を還元して、式（Ｌ）の化合物を提供する工程と；

（２－１） 式（Ｌ）の化合物を脱水して、式（Ｍ）の化合物を提供する工程と；

（３－１） 式（Ｍ）の化合物をアルデヒド求電子剤と接触させることにより、式（Ｍ）の化合物を還元して、式（Ｎ）の化合物を得る工程と；

（４） 式（Ｎ）の化合物を酸化的脱炭酸して、式（Ｏ）の有機酸を提供する工程と、

を含み、式中、
Ｒは、Ｃ_1-12アルキル、Ｃ_2-10ヘテロアルキル、Ｃ_6-20アリール、Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_3-10シクロアルキル、Ｃ_2-10ヘテロシクリル、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_6-20アリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-10シクロアルキル、またはＣ_1-12アルキル－Ｃ_2-10ヘテロシクリルであって、アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキル、およびヘテロシクリルは、独立的に、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、アシル、アミノ、アミド、アミジノ、アリール、アジド、カルバモイル、カルボキシル、カルボキシルエステル、シアノ、グアニジノ、ハロ、ハロアルキル、ハロアルコキシ、ヘテロアルキル、ヘテロアリール、ヘテロシクリル、ヒドロキシ、ヒドラジノ、イミノ、オキソ、ニトロ、アルキルスルフィニル、スルホン酸、アルキルスルホニル、チオシアネート、チオール、チオン、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたは複数の置換基で任意選択的に置換されていてもよく；
Ｘは、Ｈ、ＣＯＯＨ、およびＣ（＝Ｏ）ＯＣ_1-12アルキルからなる群から選択され；
ＹはＨである。

前述および後述の一部または任意の実施形態において、式（Ａ）の求核剤において、Ｒは任意選択的に置換されたＣ_1-12アルキルである。その実施形態の一部において、ＲはＣ_1-12アルキルである。その実施形態の一部において、ＲはＣ_1-6アルキルである。その実施形態の一部において、ＲはＣ_1-5アルキルである。その実施形態の一部において、ＲはＣ_1-4アルキルである。その実施形態の一部において、ＲはＣ_1-2アルキルである。その実施形態の一部において、Ｒは直鎖アルキルである。その実施形態の一部において、Ｒは、分枝アルキルである。その実施形態の一部において、Ｒはメチルであり、式（Ａ）の求核剤はピルベートである。

前述および後述の一部または任意の実施形態における式（Ａ）の求核剤において、Ｒは任意選択的に置換されたＣ_2-10ヘテロアルキルである。前述および後述の一部または任意の実施形態における式（Ａ）の求核剤において、Ｒは任意選択的に置換されたＣ_6-20アリールである。前述および後述の一部または任意の実施形態における式（Ａ）の求核剤において、Ｒは任意選択的に置換されたＣ_3-12ヘテロアリールである。前述および後述の一部または任意の実施形態における式（Ａ）の求核剤において、Ｒは任意選択的に置換されたＣ_3-10シクロアルキルである。前述および後述の一部または任意の実施形態における式（Ａ）の求核剤において、Ｒは任意選択的に置換されたＣ_2-10ヘテロシクリルである。前述および後述の一部または任意の実施形態における式（Ａ）の求核剤において、Ｒは任意選択的に置換されたＣ_1-12アルキル－Ｃ_6-20アリールである。前述および後述の一部または任意の実施形態における式（Ａ）の求核剤において、Ｒは任意選択的に置換されたＣ_1-12アルキル－Ｃ_3-12ヘテロアリールである。前述および後述の一部または任意の実施形態における式（Ａ）の求核剤において、Ｒは任意選択的に置換されたＣ_1-12アルキル－Ｃ_3-10シクロアルキルである。前述および後述の一部または任意の実施形態における式（Ａ）の求核剤において、Ｒは任意選択的に置換されたＣ_1-12アルキル－Ｃ_2-10ヘテロシクリルである。本項の実施形態のいずれについても、アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキル、およびヘテロシクリルは、独立的に、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、アシル、アミノ、アミド、アミジノ、アリール、アジド、カルバモイル、カルボキシル、カルボキシルエステル、シアノ、グアニジノ、ハロ、ハロアルキル、ハロアルコキシ、ヘテロアルキル、ヘテロアリール、ヘテロシクリル、ヒドロキシ、ヒドラジノ、イミノ、オキソ、ニトロ、アルキルスルフィニル、スルホン酸、アルキルスルホニル、チオシアネート、チオール、チオン、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたは複数の置換基で任意選択的に置換される。本段落の実施形態のいずれにおいても、アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキル、およびヘテロシクリルは、独立的に、アルキル、アルコキシ、ハロ、シアノ、ハロアルキル、ハロアルコキシ、アミノ、またはヒドロキシからなる群から選択される１つまたは複数の置換基で任意選択的に置換される。

前述および後述の一部または任意の実施形態において、アルデヒド求電子剤は、以下のものである。

前述および後述の一部または任意の実施形態において、アルデヒド求電子剤はホルムアルデヒドである。前述および後述の一部または任意の実施形態では、アルデヒド求電子剤はグリオキシル酸である。これらの実施形態の任意のものにおいて、アルデヒド求電子剤は、反応剤および還元剤の両方である。

前述および後述の一部または任意の実施形態において、酸化的脱炭酸は、過酸の存在下で実施される。過酸の例は、過酢酸、メタクロロ過安息香酸、ペルオキシモノ硫酸、ペルオキシリン酸、過炭酸ナトリウム、過ホウ酸ナトリウム、および過酸化水素を含むが、それらに限定されない。前述および後述の一部または任意の実施形態では、酸化的脱炭酸は過酸化水素の存在下で実施される。

前述および後述の一部または任意の実施形態において、α－ケト酸から本明細書に記載された有機酸（たとえば、式（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｏ）の酸）を合成する方法は、酵素を使用しない方法である。前述および後述の一部または任意の実施形態において、α－ケト酸から本明細書に記載の有機酸（たとえば、式（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｏ）の酸）を合成する方法は、ワンポット法である。前述および後述の一部または任意の実施形態において、α－ケト酸から本明細書に記載の有機酸（たとえば、式（Ｆ）、（Ｇ）、（Ｌ）、（Ｍ）、（Ｎ）、（Ｏ）の酸）を合成する方法は、鉄を使用しない方法である。

本明細書に記載の任意の方法について、それら方法は反応溶媒の使用を含む。本明細書に記載の任意の方法について、それら方法は、水、または極性有機溶媒、あるいは、それらの組み合わせから選択される溶媒の使用を含む。本明細書に記載の方法に適した極性有機溶媒は、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、メタノール、エタノール、およびジオキサンを含むが、それらに限定されない。
特定の実施形態では、本明細書に記載された任意の方法について、溶媒は水である。

本明細書に記載の任意の方法について、いくつかの実施形態では、方法の工程は、ほぼ室温の反応温度で実施される。他の実施形態では、方法の工程は、約－１０℃から約４０℃の範囲の反応温度で実施される。さらなる実施形態では、方法の工程は、約－２０℃から約２００℃まで、約－２０℃から約１５０℃まで、約－２０℃から約１００℃まで、または約－２０℃から約５０℃までの範囲の反応温度で実施される。

本明細書に記載の任意の方法について、いくつかの実施形態では、溶媒は水であり、さらに、方法の工程は、実質的に中性のｐＨであるｐＨで実施される。他の実施形態では、方法の工程は、約５から約９、または約６から約８の範囲のｐＨで実施される。反応のｐＨは、反応剤および／または生成物の安定性に基づいて変化してもよく、約１から約１３の範囲であってもよいことが理解されるであろう。いくつかの実施形態では、溶媒は重水素化された水である。

本明細書に記載の任意の方法について、いくつかの実施形態では、アルデヒド求電子剤は、１つまたは２つの炭素の放射性同位元素を含む。
本明細書に記載の任意の方法について、いくつかの実施形態では、アルデヒド求電子剤は、¹³Ｃ２標識グリオキシル酸である。

本明細書に記載の任意の方法について、いくつかの実施形態では、有機酸生成物は、炭素、窒素、水素または酸素、あるいはそれらの組み合わせの１つまたは複数の放射性同位元素で標識される。

特定の実施形態では、本明細書は、α－ケト酸およびそのカルボン酸の製造方法、特に²Ｈ濃縮および／または¹³Ｃ濃縮α－ケト酸およびそのカルボン酸の製造方法を提供する。より具体的には、本方法は、たとえば、１当量または多当量のグリオキシル酸またはグリオキシル酸誘導体（たとえば式（Ｂ））と、ピルビン酸またはピルビン酸誘導体のアルドール付加／縮合による、α－ケト酸（式（Ａ））の製造に関する。引き続くグリオキシレートによる共役エノンの還元は、アルドール反応を不可逆にする。たとえば過酸化水素やＯ₂によるα－ケト酸生成物の酸化は、二酸化炭素の喪失により、カルボン酸誘導体を生成させる。有利なことには、安価な同位体濃縮ピルビン酸および同位体濃縮グリオキシル酸の誘導体から、有機酸、特に代謝性有機酸の¹³Ｃおよび²Ｈ同位体置換体を生成させることができる。¹³Ｃ濃縮および²Ｈ濃縮されたピルビン酸およびグリオキシル酸などの出発材料の製造方法は、文献的に十分に確立されており、および／または出発材料は商業的に入手可能である。

具体的な例では、本明細書に記載のプロセスは、還元剤としてグリオキシル酸を用いて、共役エノンからケト基への選択的還元を可能にする。特定の実施形態において、このプロセスは、得られる化合物の選択性の向上、得られる化合物の同位体パターンの制御の向上、収率の向上、ならびに、たとえばほぼ中性ｐＨの水のような、比較的安全でより一般的な溶媒および反応条件の適合性を可能にする。

本明細書に記載の任意の方法について、出発試薬の初期標識の制御を通じて、たとえば第Ａ表に示すように、生成物であるα－ケト酸およびその生成物である有機酸について、同位体濃縮の任意のパターンを達成することができる。

α－ケトグルタル酸、イソクエン酸、トリカルバリル酸などの生成物については、可能性がある¹³Ｃ－同位体パターンのごく一部のみがこれまでに報告されていた。また、４－ヒドロキシケトグルタル酸およびシス－アコニット酸などの生成物については、¹³Ｃ同位体のパターンは報告されていない。いくつかの中間体、たとえばイソシトロイルギ酸は、天然化合物ではなく、¹³Ｃ標識または非標識の形態で報告されていない。

本明細書に記載の実施形態の範囲内において、より穏やかな条件下で高収率の合成を可能にするために、α－ケト酸から出発してカルボン酸を含む任意の合成目標物を合成することを企図している。加えて、α－ケト酸を、酸化剤、たとえば希過酸化水素水（または他の酸化剤）で処理することにより、合成の終点において目標とするカルボン酸を生成させることができる。

例示的開示に記載しているように、本明細書は、²Ｈ濃縮および／または¹³Ｃ濃縮－α－ケト酸およびその有機酸の製造方法を記載している。

本明細書は、²Ｈおよび／または¹³Ｃ濃縮－α－ケト酸およびその有機酸の製造方法を記載し、当該方法は、
１つまたは複数のカルボキシレート基（－ＣＯ₂ ^-）をα－ケト酸（－Ｃ（Ｏ）ＣＯ₂ ^-）に交換することによって、代謝産物を合成する工程であって、酵素触媒を用いずに中性ｐＨの水中で進行し、従来利用できなかった同位体標識のパターンを生成する、これらの代謝産物の合成を可能にする工程
を含む。

本明細書は、²Ｈおよび／または¹³Ｃ濃縮α－ケト酸およびその有機酸の製造方法を記載し、当該方法は、
適切な反応条件下で求核剤を求電子剤と結合させる工程であって、求電子剤は還元剤としても機能する工程と、
反応のタイミングに基づいて、得られた化合物を過酸化水素（または他の酸化剤）で処理して、代謝の生理学的検査に有用な特定の化合物を選択的に得る工程と
を含む。

そのような実施形態において、求核剤はピルビン酸であり、求電子剤はグリオキシル酸であってもよく、および／または、ピルビン酸およびグリオキシル酸の原子は、得られる化合物に望ましい同位体パターンをもたらすために、特定の組み合わせで炭素原子、酸素原子および水素原子の同位体で置換されてもよく、および／または、特定の得られる化合物は、α－ケトグルタル酸および／またはイソシトロイルギ酸、あるいはリンゴ酸、コハク酸、フマル酸、イソクエン酸、シス／トランス－アコニット酸、および／またはトリカルバリル酸の同位体置換体を含んでもよい。

本明細書は、代謝の生理学的試験に有用な化合物の特定の同位体パターンを製造する方法を記載し、当該方法は、
少なくとも１つの反応容器内で、０℃から２００℃の間で、主に水を溶媒として用いて、実質的に中性のｐＨで、ピルビン酸およびグリオキシル酸の同位体置換体を組み合わせる工程と、
化学組成および／または時間によって、反応の進行を監視する工程と、
少なくとも１つの反応容器から特定の望ましい化合物を抽出する工程と、
抽出された化合物を過酸化水素（または他の酸化剤）と組み合わせて、望ましい同位体置換体代謝産物を得る工程と、
同位体置換体代謝産物を精製および包装する工程と
を含む。

本明細書は、生理学的検査に有用な²Ｈおよび／または¹³Ｃ濃縮α－ケト酸およびそのカルボン酸を製造する方法を記載し、当該方法は、
１当量または多当量のグリオキシル酸またはグリオキシル酸誘導体と、ピルビン酸またはピルビン酸誘導体のアルドール付加および／または縮合を実施し、第１の化合物を得る工程と、
前記第１の化合物において、グリオキシレートによる共役エノンの還元を行い、当該アルドール反応が熱力学的に不可逆であり、第２の化合物を与える工程と、
前記第２の化合物を過酸化水素または二原子酸素で酸化して、¹³Ｃおよび²Ｈの同位体パターンを有するカルボン酸誘導体を含む第３の化合物を得る工程と、
前記第３の化合物を精製および包装する工程と
を含む。

（化合物）
いくつかの実施形態では、本明細書は、細胞内の異常な経路（たとえば、癌細胞における異常トリカルボン酸（ＴＣＡ）サイクル）で観察される代謝産物である化合物を提供する。いくつかの実施形態では、化合物は放射性同位体標識されており、異常な細胞経路の監視（たとえば、癌診断アッセイにおいて）および／または細胞経路の擾乱（たとえば、癌細胞における異常な細胞経路の治療的調節、あるいは、マラリアまたは細菌感染のような病原性活動から生じる異常な細胞経路の治療的調節）に有用である。したがって、細胞の発現変化または病原性活動に起因する代謝異常に関連する疾患または状態の治療のための本明細書に記載される任意の化合物の使用は、本明細書に提示される実施形態の範囲内である。

別の態様において、本明細書に記載の任意の方法またはプロセスによって調製された有機酸を提供する。そのような実施形態の一部において、有機酸は、²Ｈ同位体濃縮、¹³Ｃ同位体濃縮、または¹⁴Ｃ同位体濃縮されている。さらなる実施形態では、有機酸は、²Ｈ同位体濃縮、³Ｈ同位体濃縮、¹³Ｃ同位体濃縮、¹⁴Ｃ同位体濃縮、または¹⁵Ｎ同位体濃縮されている。

本明細書は、本明細書に記載された任意の方法またはプロセスによって調製された同位体置換体代謝産物を提供する。また、代謝フラックス分析のマーカーとしての同位体置換体代謝産物の使用も提供する。

（α－ケトグルタル酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、以下の化学式１ａ－１および付随する記載の構造を有する、少なくとも１つの化合物またはその塩もしくは誘導体を提供する。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、およびＣ^eの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^c、およびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、または³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、およびＯ^eの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然同位体比（非標識）のα－ケトグルタル酸、１，２－¹³Ｃ₂－α－ケトグルタル酸、２，３－¹³Ｃ₂－α－ケトグルタル酸、３，４－¹³Ｃ₂－α－ケトグルタル酸、４，５－¹³Ｃ₂－α－ケトグルタル酸、１，３，４－¹³Ｃ₃－α－ケトグルタル酸、３，４，５－¹³Ｃ₃－α－ケトグルタル酸、１，２，３，４－¹³Ｃ₄－α－ケトグルタル酸、および１，２，３，４，５－¹³Ｃ₅－α－ケトグルタル酸。

特定の実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。

（２－ヒドロキシグルタル酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－２および／または式１ｂ－２、ならびに付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、およびＣ^eの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^c、Ｈ^d、およびＨ^eの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、およびＯ^eの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして選択されてもよい。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然同位体比を有するヒドロキシグルタル酸（非標識）、（ＲＳ）－１－¹³Ｃ１－２－ヒドロキシグルタル酸、（ＲＳ）－１，２，３，４－¹³Ｃ４－２－ヒドロキシグルタル酸、（Ｒ）－１，２，３，４－¹³Ｃ４－２－ヒドロキシグルタル酸、および（Ｒ）－１，２，３，４，５－¹³Ｃ５－２－ヒドロキシグルタル酸。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。上記で除外されると記載された異性体を除いて、各化合物のリストは、全ての鏡像体およびジアステレオマーを、独立および組み合わせて含む。１つの実施形態において、第２表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第２表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（オキソペンテン二酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－３および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、およびＣ^eの各々は、¹²Ｃ、^13C、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^aおよびＨ^bの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、およびＯ^eの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然の同位体比を有するオキソペンテン二酸（非標識）。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。１つの実施形態において、第３表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第３表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（ＤＬ－４－ヒドロキシケトグルタル酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－４および／または１ｂ－４、ならびに付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、およびＣ^eの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、およびＨ^cの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、およびＯ^fの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択される。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然の同位体比を有するヒドロキシケトグルタル酸（非標識）。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。上記で除外されると記載された異性体を除いて、各化合物のリストは、全ての鏡像体およびジアステレオマーを、独立および組み合わせて含む。１つの実施形態において、第４表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第４表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（２，４－ジヒドロキシグルタル酸（３－デオキシペンタル酸としても知られている）同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－５および／または１ｂ－５および／または１ｃ－５および／または１ｄ－５、ならびに付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、およびＣ^eの各々は、¹²Ｃ、^13C、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^c、およびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、およびＯ^fの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然の同位体比を有するジヒドロキシケトグルタル酸（非標識）。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。上記で除外されると記載された異性体を除いて、各化合物のリストは、全ての鏡像体およびジアステレオマーを、独立および組み合わせて含む。１つの実施形態において、第５表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第５表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（γ－ヒドロキシグルタミン酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－６および／または１ｂ－６および／または１ｃ－６および／または１ｄ－６、ならびに付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、およびＣ^eの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^c、およびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、およびＯ^eの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
Ｎ^aは、独立的に¹⁴Ｎまたは¹⁵Ｎである。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然の同位体比を有するγ－ヒドロキシグルタミン酸；１－¹⁴Ｃ１－γ－ヒドロキシグルタミン酸。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。上記で除外されると記載された異性体を除いて、各化合物のリストは、全ての鏡像体およびジアステレオマーを、独立および組み合わせて含む。１つの実施形態において、第６表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第６表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（フマル酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－７および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、およびＣ^dの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、およびＨ^bの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、およびＯ^dの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然同位体比（非標識）のフマル酸、１－¹³Ｃ１－フマル酸、１，４－¹³Ｃ２－フマル酸、２，３－¹³Ｃ２－フマル酸、および１，２，３，４－¹³Ｃ４－フマル酸。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。１つの実施形態において、第７表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第７表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（コハク酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－８および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、およびＣ^dの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^c、およびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、およびＯ^dの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然同位体比（非標識）のコハク酸、１－¹³Ｃ１－コハク酸、２－¹³Ｃ１－コハク酸、１，４－¹³Ｃ２－コハク酸、１，２－¹³Ｃ２－コハク酸、２，３－¹³Ｃ２－コハク酸。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。１つの実施形態において、第８表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第８表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（リンゴ酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－９および／または１ｂ－９、ならびに付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、およびＣ^dの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、およびＨ^cの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、およびＯ^eの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然同位体比（非標識）のリンゴ酸、１－¹³Ｃ１－リンゴ酸、２－¹³Ｃ１－リンゴ酸、３－¹³Ｃ１－リンゴ酸、４－¹³Ｃ１－リンゴ酸、１，２－¹³Ｃ２－（Ｓ）－リンゴ酸、１，４－¹³Ｃ２－リンゴ酸、２，４－¹³Ｃ２－リンゴ酸、および１，２，３，４－¹³Ｃ４－リンゴ酸。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。上記で除外されると記載された異性体を除いて、各化合物のリストは、全ての鏡像体およびジアステレオマーを、独立および組み合わせて含む。１つの実施形態において、第９表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第９表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（イソシトロイルギ酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－１０および／または１ｂ－１０および／または１ｃ－１０および／または１ｄ－１０、ならびに付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^cおよびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、Ｏ^f、Ｏ^gおよびＯ^hの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。上記で除外されると記載された異性体を除いて、各化合物のリストは、全ての鏡像体およびジアステレオマーを、独立および組み合わせて含む。１つの実施形態において、第１０表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第１０表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（イソクエン酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－１１および／または１ｂ－１１および／または１ｃ－１１および／または１ｄ－１１、ならびに付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、およびＣ^fの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^cおよびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈもしくは³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、Ｏ^f、およびＯ^gの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然同位体比（非標識）のイソクエン酸、１－¹³Ｃ１－イソクエン酸、４－¹³Ｃ１－イソクエン酸、５－¹³Ｃ１－イソクエン酸、６－¹³Ｃ１－イソクエン酸、１，４，５－¹³Ｃ３－イソクエン酸。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。上記で除外されると記載された異性体を除いて、各化合物のリストは、全ての鏡像体およびジアステレオマーを、独立および組み合わせて含む。１つの実施形態において、第１１表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第１１表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（トリカルバリル酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－１２および／または１ｂ－１２および／または１ｃ－１１および／または１ｄ－１１、ならびに付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、およびＣ^fの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^c、Ｈ^dおよびＨ^eの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、およびＯ^eの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然同位体比を有するトリカルバリル酸、１－¹⁴Ｃ１－トリカルバリル酸、２－¹⁴Ｃ１－トリカルバリル酸。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。各化合物のリストは、両鏡像体を、独立および組み合わせて含む。１つの実施形態において、第１２表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第１２表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（トランス－アコニトイルギ酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－１３および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^cおよびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈもしくは³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、Ｏ^f、およびＯ^gの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。１つの実施形態において、第１３表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第１３表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（シス－アコニトイルギ酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－１４および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^cおよびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、Ｏ^f、Ｏ^gおよびＯ^hの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。１つの実施形態において、第１４表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第１４表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（シス－アコニット酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－１５および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、およびＣ^fの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、およびＨ^cの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、およびＯ^fの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然の同位体比を有するシス－アコニット酸、１，５－¹⁴Ｃ２－シス－アコニット酸。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。上記で除外されると記載された異性体を除いて、各化合物のリストは、全ての鏡像体およびジアステレオマーを、独立および組み合わせて含む。１つの実施形態において、第１５表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第１５表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（トランス－アコニット酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－１６および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、およびＣ^fの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、およびＨ^cの各々は、独立的に、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、およびＯ^fの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然同位体比を有するトランス－アコニット酸、１－¹⁴Ｃ１－トランス－アコニット酸、１，５－¹⁴Ｃ２－トランス－アコニット酸。

１つの実施形態では、本明細書に記載の方法で調製された化合物の¹³Ｃ同位体標識は、以下のパターンを有する。上記で除外されると記載された異性体を除いて、各化合物のリストは、全ての鏡像体およびジアステレオマーを、独立および組み合わせて含む。１つの実施形態において、第１６表に列挙されている化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、第１６表の化合物、またはその塩、立体異性体、もしくは立体異性体の混合物は、本明細書で開示される方法によって提供される。

（（Ｅ）－３－（カルボキシラトメチル）－２－ヒドロキシペント－３－エン二酸同位体置換体（第１７表））
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－１７および／または１ｂ－１７、ならびに付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^cおよびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、Ｏ^f、およびＯ^gの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

１つの実施形態では、式１ａ－１７もしくは１ｂ－１７の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、式１ａ－１７もしくは１ｂ－１７の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物は、本明細書に開示される方法によって提供される。

（（Ｚ）－３－（カルボキシラトメチル）－２－ヒドロキシペント－３－二酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－１８および／または１ｂ－１８および／または１ｃ－１１および／または１ｄ－１１、ならびに付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^cおよびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、Ｏ^f、およびＯ^gの各々は、¹⁶Ｏもしくは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

１つの実施形態では、式１ａ－１８もしくは１ｂ－１８の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、式１ａ－１８もしくは１ｂ－１８の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物は、本明細書に開示される方法によって提供される。

（３－（カルボキシラトメチル）－２，４－ジヒドロキシペンタン二酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－１９および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体（独立的および組み合わせにおいて、全ての立体異性体を含む）を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^c、Ｈ^dおよびＨ^eの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、Ｏ^f、Ｏ^gおよびＯ^hの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

１つの実施形態では、式１ａ－１９の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、式１ａ－１９の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物は、本明細書に開示される方法によって提供される。

（３－（カルボキシラトメチル）－２－ヒドロキシ－４－アミノペンタン二酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－２０および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体（独立的および組み合わせにおいて、全ての立体異性体を含む）を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^c、Ｈ^dおよびＨ^eの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、Ｏ^f、およびＯ^gの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
Ｎ^aは、独立的に、¹⁴Ｎまたは¹⁵Ｎである。

１つの実施形態では、式１ａ－２０の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、式１ａ－２０の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物は、本明細書に開示される方法によって提供される。

（（Ｅ）－３－（カルボキシラトメチル）－４－アミノペント－３－エン二酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－２１および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体（独立的および組み合わせにおいて、全ての立体異性体を含む）を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^cおよびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、およびＯ^fの各々は、独立して、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
Ｎ^aは、独立的に、¹⁴Ｎまたは¹⁵Ｎである。

１つの実施形態では、式１ａ－２１の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、式１ａ－２１の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物は、本明細書に開示される方法によって提供される。

（（Ｚ）－３－（カルボキシラトメチル）－４－アミノペント－３－エン二酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－２２および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体（独立的および組み合わせにおいて、全ての立体異性体を含む）を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^cおよびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、およびＯ^fの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
Ｎ^aは、独立的に、¹⁴Ｎまたは¹⁵Ｎである。

１つの実施形態では、式１ａ－２２の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、式１ａ－２２の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物は、本明細書に開示される方法によって提供される。

（トリカルバリレートギ酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－２３および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体（独立的および組み合わせにおいて、全ての立体異性体を含む）を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^c、Ｈ^d、およびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、Ｏ^f、およびＯ^gの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

１つの実施形態では、式１ａ－２３の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、式１ａ－２３の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物は、本明細書に開示される方法によって提供される。

（３－（カルボキシラトメチル）－２－ヒドロキシペンタン二酸同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－２４および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体（独立的および組み合わせにおいて、全ての立体異性体を含む）を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^c、Ｈ^d、Ｈ^eおよびＨ^fの各々は、¹Ｈ、²Ｈもしくは³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、Ｏ^f、およびＯ^gの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

１つの実施形態では、式１ａ－２４の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、式１ａ－２４の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物は、本明細書に開示される方法によって提供される。

（３－（カルボキシラトメチル）－２－アミノペンタン二酸（３－（カルボキシメチル）－グルタミン酸としても知られている）同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－２５および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体（独立的および組み合わせにおいて、全ての立体異性体を含む）を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^c、Ｈ^d、Ｈ^eおよびＨ^fの各々は、¹Ｈ、²Ｈもしくは³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、およびＯ^fの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
Ｎ^aは、独立的に、¹⁴Ｎまたは¹⁵Ｎである。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然同位体比の３－（カルボキシメチル）－グルタミン酸。

１つの実施形態では、式１ａ－２５の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、式１ａ－２５の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物は、本明細書に開示される方法によって提供される。

（４－（カルボキシラトメチル）ザイモン酸（２－カルボキシ－２，５－ジヒドロ－４－ヒドロキシ－５－オキソ－２－フラナ酢酸としても知られている）同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－２６および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体（独立的および組み合わせにおいて、全ての立体異性体を含む）を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、Ｃ^f、およびＣ^gの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、およびＨ^cの各々は、¹Ｈ、²Ｈ、または³Ｈ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、Ｏ^e、Ｏ^f、およびＯ^gの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

以下の化合物は、以前に報告されているか、または自然界に単離可能な量で存在することが理解される。天然同位体比の４－（カルボキシラトメチル）－ザイモン酸。

１つの実施形態では、式１ａ－２６の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、式１ａ－２６の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物は、本明細書に開示される方法によって提供される。

（４－（カルボキシラトメチル）－２－エノール－γ－ブチロラクトン同位体置換体）
特定の実施形態において、本明細書は、本明細書に記載の方法によって調製された、化学式１ａ－２７および付随する記載の構造を有する少なくとも１つの化合物、またはその塩もしくは誘導体（独立的および組み合わせにおいて、全ての立体異性体を含む）を含む。

上記化学式で記述される合成化合物の原子は、独立的または他の任意の原子との組み合わせのいずれかにおいて、以下のように選択され得る。
原子Ｃ^a、Ｃ^b、Ｃ^c、Ｃ^d、Ｃ^e、およびＣ^fの各々は、¹²Ｃ、¹³Ｃ、または¹⁴Ｃ、あるいはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｈ^a、Ｈ^b、Ｈ^c、およびＨ^dの各々は、¹Ｈ、²Ｈもしくは³Ｈ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。
原子Ｏ^a、Ｏ^b、Ｏ^c、Ｏ^d、およびＯ^eの各々は、¹⁶Ｏまたは¹⁸Ｏ、またはそれらの組み合わせとして独立的に選択されてもよい。

１つの実施形態では、式１ａ－２７の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物を提供する。いくつかの実施形態では、式１ａ－２７の化合物、またはその塩、立体異性体、あるいは立体異性体の混合物は、本明細書に開示される方法によって提供される。

（組成物）
本明細書は、本明細書に記載される任意の方法またはプロセスによって調製される有機酸を含む組成物を提供する。そのような実施形態のいくつかにおいて、有機酸は、²Ｈ同位体濃縮または¹³Ｃ同位体濃縮されている。本明細書は、本明細書に記載された同位体濃縮された代謝産物および代謝誘導体を含む組成物を提供する。また、以下も提供する。
第１表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、α－ケトグルタル酸同位体置換体組成物。
第２表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、２－ヒドロキシグルタル酸同位体置換体組成物。
第３表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、オキソペンテン二酸同位体置換体組成物。
第４表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、ＤＬ－４－ヒドロキシケトグルタル同位体置換体組成物。
第５表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、２，４－ジヒドロキシグルタル酸同位体置換体組成物。
第６表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、γ－ヒドロキシグルタミン酸同位体置換体組成物。
第７表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、フマル酸同位体置換体組成物。
第８表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、コハク酸同位体置換体組成物。
第９表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、リンゴ酸同位体置換体組成物。
第１０表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、イソシトロイルギ酸同位体置換体組成物。
第１１表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、イソクエン酸同位体置換体組成物。
第１２表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、トリカルバリル酸同位体置換体組成物。
第１３表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、トランス－アコニトイルギ酸同位体置換体組成物。
第１４表に記載の、シス－アコニトイルギ酸同位体置換体組成物。
第１５表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、シス－アコニット酸同位体置換体組成物。
第１６表に記載の１つまたは複数の化合物を含む、トランス－アコニット酸同位体置換体組成物。
式１ａ－１７または１ｂ－１７の１つまたは複数の化合物を含む、（Ｅ）－３－（カルボキシラトメチル）－２－ヒドロキシペント－３－エン二酸同位体置換体組成物。
式１ａ－１８または１ｂ－１８の１つまたは複数の化合物を含む、（Ｚ）－３－（カルボキシラトメチル）－２－ヒドロキシペント－３－エン二酸同位体置換体組成物。
式１ａ－１９の１つまたは複数の化合物を含む、３－（カルボキシラトメチル）－２，４－ジヒドロキシペンタン二酸同位体置換体組成物。
式１ａ－２０の１つまたは複数の化合物を含む、３－（カルボキシラトメチル）－２－ヒドロキシ－４－アミノペンタン二酸同位体置換体組成物。
式１ａ－２１の１つまたは複数の化合物を含む、（Ｅ）－３－（カルボキシラトメチル）－４－アミノペント－３－二酸同位体置換体組成物。
式１ａ－２２の１つまたは複数の化合物を含む、（Ｚ）－３－（カルボキシラトメチル）－４－アミノペント－３－エン二酸同位体置換体組成物。
式１ａ－２３の１つまたは複数の化合物を含む、トリカルバリレートギ酸同位体置換体組成物。
式１ａ－２４の１つまたは複数の化合物を含む、３－（カルボキシラトメチル）－２－ヒドロキシペンタン二酸同位体置換体組成物。
式１ａ－２５の１つまたは複数の化合物を含む、３－（カルボキシラトメチル）－２－アミノペンタン二酸同位体置換体組成物。
式１ａ－２６の１つまたは複数の化合物を含む、４－（カルボキシラトメチル）－ザイモン酸同位体置換体組成物。
式１ａ－２７の１つまたは複数の化合物を含む、４－（カルボキシラトメチル）－２－エノール－γ－ブチロラクトン同位体置換体組成物。

１つの実施形態では、本明細書は、以下からなる群から選択される化合物を提供する。

別の実施形態では、本明細書は、以下からなる群から選択される化合物を提供する。

さらなる実施形態において、本明細書は、上記の第Ｂ表および第Ｃ表の化合物からなる群から選択される化合物を提供する。

（キット）
本明細書は、本開示の化合物、あるいは、その薬学的に許容される塩、互変異性体、立体異性体、立体異性体の混合物、プロドラッグ、または重水素化類似体と、適切な包装とを含むキットを提供する。１つの実施形態では、キットは、使用説明書をさらに含む。１つの態様では、キットは、本開示の化合物、あるいは、その薬学的に許容される塩、互変異性体、立体異性体の混合物、プロドラッグ、または重水素化類似体と、ラベルおよび／または本明細書に記載の診断アッセイにおける化合物の使用説明書とを含む。

本明細書は、本明細書に記載された任意の方法またはプロセスによって調製された１つまたは複数の有機酸を含む、代謝フラックス分析のための診断キットを提供する。また、本明細書に記載された任意の方法またはプロセスによって調製された１つまたは複数の有機酸、あるいは本明細書に記載された任意の組成物の、代謝フラックス分析のための診断キットの調製のための使用を提供する。

本明細書は、本明細書に記載された化合物、あるいは、その薬学的に許容される塩、互変異性体、立体異性体の混合物、プロドラッグ、または重水素化類似体を適切な容器に収容した製品も提供する。容器は、バイアル、ジャー、アンプル、予充填シリンジ、および／またはパウチであってもよい。

（化合物の合成）
本明細書に開示された方法、ならびに、その定例的な変更を用いて、化合物を調製することができる。それら方法は、本明細書の開示および当技術分野でよく知られた方法を考慮すれば明らかであろう。本明細書の教示に加えて、慣用のよく知られた合成方法を用いてもよい。本明細書に記載されている典型的な化合物の合成は、以下の例に記載するように達成し得る。利用可能な場合、試薬は、Sigma Aldrichまたは他の化学業者から商業的に購入することができる。

（一般的な合成）
本明細書に記載の典型的な実施形態の化合物は、以下に記載の一般的反応スキームを用いて合成することができる。本明細書の説明から、出発物質を類似の構造を有する他の物質で置換することにより一般的スキームを変更して、対応する異種の生成物を得ることができることが明らかになるであろう。以下の合成方法の説明において、出発材料を変化させることで対応する製品が得られることを示す多くの例を示す。置換基が画定された所望の製品を想定すれば、調査により必要な出発材料を一般的に決定することができる。出発物質は、典型的には、商業的な供給源から入手するか、公開されている方法で合成する。本開示に記載されている実施形態である化合物を合成する場合、合成される化合物の構造を調査することで、各置換基の同一性が得られる。本明細書の例によれば、最終生成物の同一性は、一般に、単純な検査プロセスによる必要な出発材料の同一性を明らかにする。一般的に、本明細書に記載された化合物は、典型的には、室温および圧力において安定かつ単離可能である。

図１は、生物代謝産物（たとえば、ＴＣＡサイクルに見出される代謝産物）を合成するためのいくつかの可能な経路を示す。ピルビン酸から出発し、グリオキシル酸との反応により４－ヒドロキシケトグルタル酸が得られ、これを過酸化水素または他の適切な酸化剤で処理して脱炭酸することにより、α－ヒドロキシリンゴ酸を得ることができる。４－ヒドロキシケトグルタル酸を脱水し、さらに還元して、酸化剤の存在下でα－ケトグルタル酸を得ることができ、α－ケトグルタル酸は、コハク酸に変換することができる。脱水された４－ヒドロキシケトグルタル酸、すなわちオキソペンテン二酸は、酸化剤の存在下で脱炭酸して、フマル酸を与えることができる。α－ケトグルタル酸を、図１に示す追加の反応に供することで、図１に示す追加の代謝産物を得ることができる。図１の反応は、典型的には、生物系における酵素触媒反応であり、それは種々の有機酸（生物代謝産物）の形成をもたらすであろう。対照的に、本明細書に記載の方法は、図１の有機酸（生物代謝産物）を得るための非酵素的手順である。

典型的な手順においては、所望の生成物に依存して、緩衝剤の存在下でピルビン酸を約１～５当量のグリオキシル酸と接触させる。反応ｐＨは、約４～約１３、約５～約１２、または約６～約１１の範囲のｐＨに調整される。反応は、－１０℃～ほぼ室温（約２０℃～約２５℃）の範囲の温度で撹拌するか、約２５℃～約２００℃、約２５℃～約１００℃、約３５℃～約９０℃、約４５℃～約８０℃の範囲の適切な温度で加熱する。反応混合物は、数分、数時間、数日、数週間、数ヶ月の範囲の時間にわたって維持され、反応の進行は、当業者に知られている任意の適切な技術を用いて（たとえば、ＮＭＲ分光法によって）監視される。この反応は、アルドール付加化合物（たとえば、図１の４－ヒドロキシケトグルタル酸）、またはアルドール縮合化合物（すなわち、エノン化合物、たとえば、図１のオキソペンテン二酸）を与える。使用するグリオキシル酸の当量に依存して、過剰量のグリオキシル酸が還元剤として作用する際に、アルドール縮合化合物中のα，β－不飽和結合を還元して、飽和二酸（たとえば、図１のα－ケトグルタル酸）を得ることができる。

次に、同じ反応器中で、アルドール付加化合物、またはアルドール縮合化合物、または還元されたアルドール縮合化合物からなる反応混合物を、酸化剤（たとえば、過酸化水素）で処理して、酸化的脱炭酸された化合物を得る。

代替の実施形態では、アルドール付加化合物、アルドール縮合化合物、または還元されたアルドール縮合化合物を、還元的アミノ化またはトランスアミノ化に供して、アミノ酸生成物を得る。より多くの実施形態では、任意のα－ケト酸生成物のケト基を還元に付して、α－ヒドロキシ酸を得る。したがって、異なる反応シーケンスによりα－ケト酸から出発して異種の酸生成物を生成させることができ、そのような全ての反応シーケンスが本明細書に提示された実施形態の範囲内であると企図されることが、当業者には明らかであろう。特定の実施形態では、本明細書に記載の方法は、鉄の非存在下で実施される（たとえば、本明細書に記載の反応は、Ｆｅ²⁺イオン、または他の形態の鉄を含まない）。

（実施形態１）
スキーム１は、プロセスの１つの実施形態を記載しており、当該実施形態では、α－ケト酸求核剤（たとえばピルビン酸）との組み合わせを介して、α－ケト酸（たとえばグリオキシレート）またはアルデヒド（たとえばホルムアルデヒド）の非酵素的アルドール付加が起こり、続いて脱水（２）、エノン還元（３）、および酸化的脱炭酸（４）を行って有機酸を生成する。

（実施形態２）
スキーム２は、スキーム１と類似のプロセスを含むさらなる実施形態を記載しており、当該実施形態では、工程（３）を省略して不飽和有機酸の収集を可能にする。

（実施形態３）
スキーム３は、スキーム１と類似のプロセスを含むさらなる実施形態を記載しており、当該実施形態では、工程（２）および（３）を省略してβ－ヒドロキシ有機酸の収集を可能にする。

（実施形態４）
スキーム４は、スキーム１と類似のプロセスを含むさらなる実施形態を記載しており、当該実施形態では、一連の反応中に工程を繰り返すことができる。

（実施形態５）
スキーム５は、スキーム１、スキーム２、スキーム３、およびスキーム４と類似のプロセスを含むさらなる実施形態を記載しており、当該実施形態では、酸化的脱炭酸工程（４）を省略してα－ケト酸の収集を可能にする。

さらなる実施形態においては、本明細書に記載の反応シーケンスは、以下の生成物を生成する。非限定的な工程シーケンスの番号付けは、上記スキーム１～５における番号付けを参照する。

（実施形態６）
スキーム６は、スキーム１と類似のプロセスを含むさらなる実施形態を記載しており、当該実施形態では、酸化的脱炭酸（４）に代えて、ケト基のヒドリド還元（¹Ｈ、²Ｈまたは³Ｈ）（５）を実施して、α－ヒドロキシ有機酸、α－ヒドロキシ不飽和有機酸、およびα，γ－ジヒドロキシ有機酸を生成させることができる。

（実施形態７）
さらなる実施形態では、本明細書に記載の反応シーケンスは、一連の生成物を生成する。非限定的な工程シーケンスの番号付けは、前述のスキーム１～６における番号付けを参照する。以下の実施形態７は、前述の例示的なプロセスのうちのいくつかと類似のプロセスを記載しており、当該プロセスでは、以下の工程順序でケト還元を実施して、α－ヒドロキシ有機酸を生成することができる。以下の工程シーケンスの番号付けは、前述のスキーム１～６における番号付けを参照する。

下位実施形態では、反応シーケンスは、以下の例示的生成物を生成してもよい。非限定的な工程シーケンスの番号付けは、前述のスキーム１～６における番号付けを参照する。

（実施形態８）
スキーム８は、スキーム１と類似のプロセスを含むさらなる実施形態を記載しており、当該実施形態では、酸化的脱炭酸（４）に代えて、ケト基の還元的アミノ化またはトランスアミノ化（６）を実施することができる。

（実施形態９）
実施形態９は、さらなる実施形態を記載しており、当該実施形態は、以下の工程順序にしたがって還元的アミノ化を実施しアミノ酸誘導体を生成させる、実施形態７と類似のプロセスを含む。以下の工程シーケンスの番号付けは、前述のスキーム１～５およびスキーム８における番号付けを参照する。

下位実施形態では、本明細書に記載の反応シーケンスは、以下の例示的生成物を生成してもよい。非限定的な工程シーケンスの番号付けは、前述のスキーム１～５およびスキーム８における番号付けを参照する。

（実施形態１０）
スキーム１０は、スキーム１と類似のプロセスを含むさらなる実施形態を記載しており、当該実施形態では、酸化的脱炭酸（４）の後に、引き続いて二重結合を含む化合物の水和（７）を実施してもよい。

実施形態１１は、前述のスキーム１～６、スキーム８およびスキーム１０のいくつか、ならびに実施形態７および実施形態９と同様のプロセスを含む追加の実施形態であり、当該実施形態においては、Ｄ₂Ｏ（重水素化された水）に溶解した場合、すなわち、反応溶媒が重水素化された水を含む場合に、ケト酸官能基（－Ｃ（Ｏ）ＣＯ₂ ^-）に対してα位の炭素上のプロトンが重水素と容易に交換する。

実施形態１２は、本明細書に記載のプロセスが、グリオキシル酸を還元剤として用いるケト基と共役したエノンの選択的還元を可能にする追加の実施形態である。

（実施形態１３）
スキーム１３は、以下に示すアコニトイルギ酸分子がカルボニルのβ位の炭素に対する求電子剤の付加を可能にする、追加の実施形態を記載する。式中、「ｘ」は、以下に記載される種のいずれかから選択することができ、Ｒは、化学式（Ａ）について本明細書で定義したとおりである。

実施形態１４は、より穏やかな条件で高収率の反応を可能にするための追加の実施形態であり、当該実施形態のプロセスは、任意の合成ターゲットのカルボン酸をα－ケト酸で置換することに適合している。さらに、α－ケト酸を酸化剤、たとえば希過酸化水素水（または他の酸化剤）で処理することにより、合成の終点において目的のカルボン酸を生成することができる。

実施形態１５は、前述のスキーム１～６、スキーム８、スキーム１０、実施形態７および実施形態９と類似のプロセスを含む追加の実施形態であり、当該実施形態では、従来技術の方法では現在入手できないか、または自然界で単離可能ではない化合物を生成することができ、代謝フラックス分析における新規の方法および結果を可能にすることができる。

以下の例を、本開示の具体的実施形態を示すために含む。以下の例に開示されている技術は、本開示の実施において良好に機能するための技術を代表し、したがって、その実施のための具体的な態様を構成するとみなし得ることを、当業者は理解すべきである。しかしながら、当業者は、本開示に照らして、本開示の精神および範囲から逸脱することなしに、開示されている特定の実施形態に多くの変更を加えても、同様または類似の結果を得ることができることを理解すべきである。

（材料）
特段の記載のない限り、全ての反応をＮ₂雰囲気下で行った。全ての試薬は、化学品製造業者から購入したままで使用した。
ピルビン酸ナトリウム（≧９９％、ReagentPlus、Sigma-Aldrich）
α－ケトグルタル酸二ナトリウム塩２水和物（≧９８％、Aldrich Chemistry）
オキサロ酢酸（≧９７％、Sigma-Aldrich）、
５０重量％グリオキシル酸水溶液（Sigma-Aldrich）、
硫酸アルミニウムカリウム１２水和物（BioReagent、Sigma Life Science）、
ＤＬ－４－ヒドロキシ－２－ケトグルタル酸リチウム塩（≧９０％、Sigma Life Science）、
３０重量％過酸化水素水（阻害剤含有、アッセイ済み２９．０％～３２．０％、Sigma-Aldrich 216763）。

¹Ｈ－ＮＭＲスペクトルは、Varian 400-MR ４００ＭＨｚ強磁場超伝導ＮＭＲスペクトロメーターを用いて収集し、化学シフト（δ）をｐｐｍ単位で報告した。¹³Ｃ－ＮＭＲスペクトルは、５ｍｍ ＤＣＨクライオプローブを装備したBruker AV-600（¹³Ｃは１５１ＭＨｚ）を用いて２９８Ｋで記録した。ＮＭＲサンプルは、ｔ－ブタノール内部標準物質を含む６００μＬのＤ₂Ｏに１００μＬの粗反応混合物を加えて調製した。ＨＰＬＣのクロマトグラムは、Waters 2998光ダイオードアレイ検出器を取り付けたWaters Alliance e2695分離モジュールを用いて収集した。ＨＰＬＣサンプルは、３００ｐＬの粗反応混合物を１．５５ｍＬの０．１％ギ酸水溶液に加えて調製した。サンプルは、Synergi 4u Polar-RP 80A（２５０×４．６ｍｍ）カラムを用いて、０．７５ｍＬ／ｍｉｎで２０分間、０．１％ギ酸水溶液のイソクラティック移動相で溶離させ、２１０ｎｍのＵＶ吸収で可視化した。

（実施例１）
（２－¹³Ｃ－α－ケトグルタル酸の調製）
撹拌バーを伴う１００ｍＬフラスコ中で、８９１ｍｇの２－¹³Ｃ－ピルビン酸（１０．０ミリモル、２００ｍＭ）を、０．５０ＭのｐＨ７リン酸ナトリウム緩衝水溶液４６．０ｍＬに溶解した。次に、３．３１ｍＬ（２．２２ｇ）の５０重量％グリオキシル酸水溶液（３当量）を添加した。４．０ＭのＮａＯＨ水溶液を滴下して、反応ｐＨを６．７に調整し、２１時間にわたって６０℃で混合物を撹拌した。生成物を、逆相（Ｃ₁₈）フラッシュクロマトグラフィーで精製することができる。

（実施例２）
（１－¹³Ｃ－コハク酸塩の調製）
バイアル中で、１０．０ｍＬの脱イオン水に、４８６ｍｇの２－¹³Ｃ－α－ケトグルタレート（２ナトリウム塩、１．１４ミリモル、２００ｍＭ）を懸濁させた。次に、６５６ｕＬの３０重量％過酸化水素水（３当量）を加え、０．５時間にわたって室温で反応混合物を撹拌した。水および過剰な過酸化水素を減圧留去した。生成物を、逆相（Ｃ₁₈）フラッシュクロマトグラフィーで精製することができる。

（実施例３）
（１－¹³Ｃ－トランス－アコニット酸の調製）
１０ｍＬバイアル中で、３．００ｍＬの脱イオン水に、６８１ｍｇの２－¹³Ｃ－α－ケトグルタル酸（２ナトリウム塩、３．００ｍｍｏｌ、１０００ｍＭ）を懸濁させた。次に、５１３ｍｇのグリオキシル酸ナトリウム・１水和物（１．５当量）を添加した。４．０ＭのＮａＯＨ水溶液を滴下して反応ｐＨを１２．７に調整し、次いで１時間にわたって４０℃で撹拌し、０．９１９ｍＬ（３当量）の３０重量％過酸化水素を添加し、３０分間にわたって室温で撹拌した。濃硫酸によるｐＨ１．５への酸性化の後、水、アセトニトリルおよび０．１％トリフルオロ酢酸を含む移動相を用いる逆相（Ｃ₁₈）フラッシュクロマトグラフィーで生成物を精製した。

（実施例４）
（¹⁵Ｎ－グルタミン酸塩の調製）
撹拌バーを備えた２０ｍＬバイアル中で、５．０ｍＬの脱イオン水に、１３９ｍｇの¹⁵Ｎ－グリシン（１．８３ｍｍｏｌ、３６５ｍＭ）を溶解させた。４９５ｍｇのα－ケトグルタル酸２ナトリウム（１．２当量）および８７ｍｇの硫酸アルミニウムカリウム１２水和物（０．１当量）を添加した。１０％ＨＣｌ水溶液を滴下して反応ｐＨを５．０に調整し、次いで４時間にわたって８０℃で混合物を撹拌した。生成物を逆相（Ｃ₁₈）フラッシュクロマトグラフィーで精製することができる。

（実施例５）
（１－¹³Ｃ－トリカルバリル酸の調製）
１０ｍＬバイアル中で、３．００ｍＬの脱イオン水に、６８１ｍｇの２－¹³Ｃ－α－ケトグルタル酸（２ナトリウム塩、３．００ミリモル、１０００ｍＭ）を懸濁させた。次に、１３６８ｍｇのグリオキシル酸ナトリウム・１水和物（４当量）を添加した。４．０ＭのＮａＯＨ水溶液を滴下して反応ｐＨを１２．７に調整し、次いで１２時間にわたって６０℃で混合物を撹拌した。０．９１９ｍＬ（３当量）の３０重量％過酸化水素を添加し、０．５時間にわたって室温で撹拌した。濃硫酸によるｐＨ１．５への酸性化の後、水、アセトニトリルおよび０．１％トリフルオロ酢酸を含む移動相を用いる逆相（Ｃ₁₈）フラッシュクロマトグラフィーで生成物を精製した。

図２は、本明細書に記載の手順を用いた反応のシーケンスに関するＮＭＲデータを示す。（ａ）ｐＨ７のリン酸緩衝液中で、２００ｍＭのピルビン酸と３当量のグリオキシレートとを２１時間にわたって５０℃で反応させた後、５．０当量のＨ₂Ｏ₂を添加し、０．５時間にわたって室温で撹拌した反応からの１００μｌのアリコートの¹Ｈ－ＮＭＲ（Ｄ₂Ｏ中）。（ｂ）ｐＨ７のリン酸緩衝液中で、２００ｍＭのα－ケトグルタレートと１当量のグリオキシレートとを２１時間にわたって５０℃で反応させた後，５．０当量のＨ₂Ｏ₂を加え、０．５時間にわたって室温で撹拌して得られた１００μｌのアリコートの¹Ｈ－ＮＭＲ（Ｄ₂Ｏ中）。この¹Ｈ－ＮＭＲデータは，ピルビン酸とグリオキシレートとの反応から種々の有機酸が生成していることを示す。生成物を逆相（Ｃ₁₈）フラッシュクロマトグラフィーで精製することができる。

（生物学的アッセイ）
この例は、代謝フラックス分析の試験を記載する。この分析は、生物学的中間体（本明細書に記載されるように調製される）の安定非天然同位体がインビボおよび／またはインビトロで処理される際に、それら安定非天然同位体を追跡することを含む。組織試料または流体試料を、質量分析および／または核磁気共鳴分光法によって分析し、同位体標識された原子（たとえば、¹³Ｃ、¹⁵Ｎ）の数および／または位置が決定する。代謝フラックス分析の技術は、当技術分野で知られている。たとえば、本明細書に記載の化合物を、Klein, S.およびHeinzle, E., WIREs Syst Biol Med (2012) 4:261-272、Langzielら, BMC Biology, (2019) 17:51、および／またはFaubert, B.ら, Cell, (2017) 171:358-371に記載されている代謝フラックス分析に用いてもよい。本明細書に記載の方法によって提供される化合物は、代謝フラックス分析のための標準／マーカーとして機能する。

組織試料または流体試料中の同位体分布パターンは、生物学的経路の相対的な活性、特にトリカルボン酸（ＴＣＡ）サイクルおよび解糖の相対的な活性を決定するために使用される。対照標準試料と比較して非典型的な同位体分布パターンは、非典型的な代謝を示し、それによって特定の病理（たとえば、癌を示す病理など）を示す。

特段の定義がない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。
本明細書に例示的に記載される発明は、本明細書に具体的に開示されていない要素（単数または複数）、限定（単数または複数）の不存在下でも、好適に実施することができる。したがって、たとえば、「含む（comprising）」、「含む（including）」、「含有する（containing）」などの用語は、拡張可能かつ非限定的と解釈されるできである。加えて、本明細書で採用されている用語および表現は、説明のための用語として使用されており、制限のための用語ではない。そのような用語および表現の使用には、例示および説明された特徴（または当該特徴の一部分）の等価物を除外する意図はなく、特許請求の範囲に記載の発明の範囲内で種々の変更が可能であることが認識されるものである。
このように、本発明は、好ましい実施形態および任意選択的特徴によって具体的に開示されているが、本明細書で開示され、それによって具体化された発明の修正、改良および変形は、当業者が通常行うことができ、そのような修正、改良および変形は、本発明の範囲内であるとみなされることを理解すべきである。本明細書で提供される材料、方法、および例は、好ましい実施形態を代表するものであり、例示的なものであり、本発明の範囲の制限を意図するものではない。
本発明は、本明細書において、広範かつ包括的に説明されている。包括的開示の範囲内に属するより狭義の種および亜属群のそれぞれも本発明の一部を形成する。これは、排除される材料が本明細書に具体的に記載されているか否かに関わらず、属から何らかの対象を除外する但し書きまたは否定的な限定を伴う本発明の包括的記述が含まれる。
さらに、本発明の特徴または態様がマーカッシュ形式を用いて記載される場合、本発明は、マーカッシュ形式の選択肢の任意の個別選択肢またはサブグループによっても記載されることを、当業者は認識するであろう。
本明細書で言及されている全ての刊行物、特許出願、特許、およびその他の参考文献は、それぞれが個別に参照により組み込まれている場合と同じ程度に、その全体が参照により明らかに組み込まれている。矛盾する場合には、定義を含む本明細書の記載に従う。
本開示を上記の実施形態と組み合わせて説明してきたが、前述の説明および例は、本開示の範囲を例示することを意図しており、限定するものではないことを理解されたい。本開示の範囲内の他の態様、利点、および変更は、本開示の属する技術分野の当業者にとって明らかであろう。

Claims (33)

1. アルドール縮合化合物のα，β－不飽和結合を還元する方法であって、前記方法は、
   （１） アルドール求核剤をアルデヒド求電子剤と接触させて、アルドール付加化合物を提供する工程と、
   （２） アルドール付加化合物を脱水して、α，β－不飽和結合を有するアルドール縮合化合物を提供する工程と、
   （３） アルドール縮合化合物を前記アルデヒド求電子剤と接触させることにより、アルドール縮合化合物のα，β－不飽和結合を還元する工程と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記アルデヒド求電子剤は、工程(１)における反応剤であり、かつ工程（３）における還元剤であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記アルデヒド求電子剤は、式（Ｂ）
   

   

   （式中、Ｘは、Ｈ、ＣＯＯＨ、およびＣ（＝Ｏ）ＯＣ_1-12アルキルからなる群から選択され、Ｙは、Ｈである）
   であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 有機酸を調製するための方法であって、前記方法は：
   （１） α－ケト酸をアルデヒド求電子剤と接触させて、アルドール付加化合物を提供する工程；
   （２） アルドール付加化合物を脱水して、α，β－不飽和結合を有するアルドール縮合化合物を提供する工程；
   （３） アルドール縮合化合物を前記アルデヒド求電子剤と接触させることにより、アルドール縮合化合物のα，β－不飽和結合を還元する工程；ならびに
   （４） 還元されたアルドール縮合化合物を酸化的脱炭酸して、有機酸を提供する工程、または
   （５） 還元されたアルドール縮合化合物のケト基を還元して、有機酸を提供する工程、または
   （６） 還元されたアルドール縮合化合物を還元的アミノ化またはトランスアミノ化して、有機酸を提供する工程
   を含むことを特徴とする方法。
5. 前記アルデヒド求電子剤は、工程（１）における反応剤であり、工程（３）における還元剤であることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. α－ケト酸をその有機酸に変換するための、請求項４または５に記載の方法であって、前記方法は：
   （１） 式（Ａ）のα－ケト酸を、式（Ｂ）のアルデヒド求電子剤と接触させて、式（Ｃ）のアルドール付加化合物を提供する工程と；
   

   

   （２） 式（Ｃ）の化合物を脱水して、式（Ｄ）のアルドール縮合化合物を提供する工程と；
   

   

   （３） 式（Ｄ）の化合物を前記アルデヒド求電子剤と接触させることにより、式（Ｄ）の化合物を還元して、式（Ｅ）の化合物を提供する工程と；
   

   

   （４） 式（Ｅ）の化合物を酸化的脱炭酸して、式（Ｆ）の有機酸を提供する工程と、
   

   

   を含み、式中、
   Ｒは、Ｃ_1-12アルキル、Ｃ_2-10ヘテロアルキル、Ｃ_6-20アリール、Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_3-10シクロアルキル、Ｃ_2-10ヘテロシクリル、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_6-20アリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-10シクロアルキル、またはＣ_1-12アルキル－Ｃ_2-10ヘテロシクリルであって、アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキル、およびヘテロシクリルは、独立的に、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、アシル、アミノ、アミド、アミジノ、アリール、アジド、カルバモイル、カルボキシル、カルボキシルエステル、シアノ、グアニジノ、ハロ、ハロアルキル、ハロアルコキシ、ヘテロアルキル、ヘテロアリール、ヘテロシクリル、ヒドロキシ、ヒドラジノ、イミノ、オキソ、ニトロ、アルキルスルフィニル、スルホン酸、アルキルスルホニル、チオシアネート、チオール、チオン、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたは複数の置換基で任意選択的に置換されていてもよく；
   Ｘは、Ｈ、ＣＯＯＨ、およびＣ（＝Ｏ）ＯＣ_1-12アルキルからなる群から選択され；
   ＹはＨである
   ことを特徴とする方法。
7. α－ケト酸をその有機酸に変換するための、請求項４または５に記載の方法であって、前記方法は：
   （１） 式（Ａ）のα－ケト酸を、式（Ｂ）のアルデヒド求電子剤と接触させて、式（Ｃ）のアルドール付加化合物を提供する工程と；
   

   

   （２） 式（Ｃ）の化合物を脱水して、式（Ｄ）のアルドール縮合化合物を提供する工程と；
   

   

   （３） 式（Ｄ）の化合物を前記アルデヒド求電子剤と接触させることにより、式（Ｄ）の化合物を還元して、式（Ｅ）の化合物を提供する工程と；
   

   

   （６） 式（Ｅ）の化合物を還元的アミノ化またはトランスアミノ化して、式（Ｇ）の有機酸を提供する工程と、
   

   

   を含み、式中、
   Ｒは、Ｃ_1-12アルキル、Ｃ_2-10ヘテロアルキル、Ｃ_6-20アリール、Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_3-10シクロアルキル、Ｃ_2-10ヘテロシクリル、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_6-20アリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-10シクロアルキル、またはＣ_1-12アルキル－Ｃ_2-10ヘテロシクリルであって、アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキル、およびヘテロシクリルは、独立的に、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、アシル、アミノ、アミド、アミジノ、アリール、アジド、カルバモイル、カルボキシル、カルボキシルエステル、シアノ、グアニジノ、ハロ、ハロアルキル、ハロアルコキシ、ヘテロアルキル、ヘテロアリール、ヘテロシクリル、ヒドロキシ、ヒドラジノ、イミノ、オキソ、ニトロ、アルキルスルフィニル、スルホン酸、アルキルスルホニル、チオシアネート、チオール、チオン、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたは複数の置換基で任意選択的に置換されていてもよく；
   Ｘは、Ｈ、ＣＯＯＨ、およびＣ（＝Ｏ）ＯＣ_1-12アルキルからなる群から選択され；
   ＹはＨである
   ことを特徴とする方法。
8. α－ケト酸をその有機酸に変換するための、請求項４または５に記載の方法であって、前記方法は：
   （１） 式（Ａ）のα－ケト酸を、式（Ｂ）のアルデヒド求電子剤と接触させて、式（Ｃ）のアルドール付加化合物を提供する工程と；
   

   

   （２） 式（Ｃ）の化合物を脱水して、式（Ｄ）のアルドール縮合化合物を提供する工程と；
   

   

   （３） 式（Ｄ）の化合物を前記アルデヒド求電子剤と接触させることにより、式（Ｄ）の化合物を還元して、式（Ｅ）の化合物を提供する工程と；
   

   

   （５） 式（Ｅ）の化合物をさらに還元して、式（Ｈ）の有機酸を提供する工程と、
   

   

   を含み、式中、
   Ｒは、Ｃ_1-12アルキル、Ｃ_2-10ヘテロアルキル、Ｃ_6-20アリール、Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_3-10シクロアルキル、Ｃ_2-10ヘテロシクリル、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_6-20アリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-10シクロアルキル、またはＣ_1-12アルキル－Ｃ_2-10ヘテロシクリルであって、アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキル、およびヘテロシクリルは、独立的に、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、アシル、アミノ、アミド、アミジノ、アリール、アジド、カルバモイル、カルボキシル、カルボキシルエステル、シアノ、グアニジノ、ハロ、ハロアルキル、ハロアルコキシ、ヘテロアルキル、ヘテロアリール、ヘテロシクリル、ヒドロキシ、ヒドラジノ、イミノ、オキソ、ニトロ、アルキルスルフィニル、スルホン酸、アルキルスルホニル、チオシアネート、チオール、チオン、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたは複数の置換基で任意選択的に置換されていてもよく；
   Ｘは、Ｈ、ＣＯＯＨ、およびＣ（＝Ｏ）ＯＣ_1-12アルキルからなる群から選択され；
   ＹはＨである
   ことを特徴とする方法。
9. 工程（５）を、金属水素化物の存在下で実施することを特徴とする請求項８に記載の方法。
10. α－ケト酸をその有機酸に変換するための、請求項４または５に記載の方法であって、前記方法は：
    （１） 式（Ａ）のα－ケト酸を、式（Ｂ）のアルデヒド求電子剤と接触させて、式（Ｃ）のアルドール付加化合物を提供する工程と；
    

    

    （１－１） 化合物（Ｂ）と化合物（Ｃ）を接触させて、式（Ｊ）の化合物を提供する工程と；
    

    

    （２） 式（Ｊ）の化合物を脱水して、式（Ｋ）の化合物を提供する工程と；
    

    

    （３） 式（Ｋ）の化合物を前記アルデヒド求電子剤と接触させることにより、式（Ｋ）の化合物を還元して、式（Ｌ）の化合物を提供する工程と；
    

    

    （２－１） 式（Ｌ）の化合物を脱水して、式（Ｍ）の化合物を提供する工程と；
    

    

    （３－１） 式（Ｍ）の化合物を前記アルデヒド求電子剤と接触させることにより、式（Ｍ）の化合物を還元して、式（Ｎ）の化合物を得る工程と；
    

    

    （４） 式（Ｎ）の化合物を酸化的脱炭酸して、式（Ｏ）の有機酸を提供する工程と、
    

    

    を含み、式中、
    Ｒは、Ｃ_1-12アルキル、Ｃ_2-10ヘテロアルキル、Ｃ_6-20アリール、Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_3-10シクロアルキル、Ｃ_2-10ヘテロシクリル、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_6-20アリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-12ヘテロアリール、Ｃ_1-12アルキル－Ｃ_3-10シクロアルキル、またはＣ_1-12アルキル－Ｃ_2-10ヘテロシクリルであって、アルキル、ヘテロアルキル、アリール、ヘテロアリール、シクロアルキル、およびヘテロシクリルは、独立的に、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルキニル、ヘテロアリール、シクロアルキル、およびヘテロシクリルは、アルキル、アルケニル、アルキニル、アルコキシ、アシル、アミノ、アミド、アミジノ、アリール、アジド、カルバモイル、カルボキシル、カルボキシルエステル、シアノ、グアニジノ、ハロ、ハロアルキル、ハロアルコキシ、ヘテロアルキル、ヘテロアリール、ヘテロシクリル、ヒドロキシ、ヒドラジノ、イミノ、オキソ、ニトロ、アルキルスルフィニル、スルホン酸、アルキルスルホニル、チオシアネート、チオール、チオン、またはそれらの組み合わせからなる群から選択される１つまたは複数の置換基で任意選択的に置換されていてもよく；
    Ｘは、Ｈ、ＣＯＯＨ、およびＣ（＝Ｏ）ＯＣ_1-12アルキルからなる群から選択され；
    ＹはＨである
    ことを特徴とする方法。
11. 前記アルデヒド求電子剤が、
    

    

    であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
12. 前記アルデヒド求電子剤が、ホルムアルデヒドであることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
13. 前記酸化的脱炭酸が、過酸の存在下で実施されることを特徴とする請求項１から６および請求項８から１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記酸化的脱炭酸が、過酸化水素の存在下で実施されることを特徴とする請求項１から６および請求項８から１２のいずれかに記載の方法。
15. 前記還元的アミノ化が、硫酸アルミニウムの存在下で実施されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
16. 前記還元的アミノ化が、窒素の放射性同位体を含むアミンの存在下で実施されることを特徴とする請求項７または１５に記載の方法。
17. 前記方法が、酵素を使用しない方法であることを特徴とする請求項１から１６のいずれかに記載の方法。
18. 前記方法が、水、極性有機溶媒、またはそれらの組み合わせから選択される反応溶媒を含むことを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の方法。
19. 前記溶媒が水であることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記溶媒が水であり、さらに前記方法が実質的に中性のｐＨであるｐＨで実施されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記溶媒が重水素化された水であることを特徴とする請求項１６から２０のいずれかに記載の方法。
22. 前記アルデヒド求電子剤が、１つまたは２つの炭素の放射性同位体を含むことを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
23. 前記アルデヒド求電子剤が、¹³Ｃ２標識グリオキシル酸であることを特徴とする請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
24. 前記有機酸が、１つまたは複数の、炭素、窒素、水素、または酸素、あるいはそれらの組み合わせの放射性同位体で標識されていることを特徴とする請求項１から２３のいずれかに記載の方法。
25. ＲがＣ_1-12アルキルであることを特徴とする請求項６から２４のいずれかに記載の方法。
26. 請求項１から２５のいずれかに記載の方法により調製されることを特徴とする有機酸。
27. 前記有機酸が、²Ｈ同位体濃縮、¹³Ｃ同位体濃縮、または¹⁴Ｃ同位体濃縮されていることを特徴とする請求項２６に記載の有機酸。
28. 請求項１から２５のいずれかに記載の方法により調製される有機酸を含むことを特徴とする組成物。
29. 前記有機酸が、²Ｈ同位体濃縮または¹³Ｃ同位体濃縮されていることを特徴とする請求項２８に記載の組成物。
30. 代謝フラックス分析のための診断キットの調製のための、請求項１から２５のいずれかに記載の方法により調製される有機酸、または請求項２８に記載の組成物の使用。
31. 請求項１から２５のいずれかに記載の方法により調製されることを特徴とする同位体置換体代謝産物。
32. 請求項３１に記載の同位体置換体代謝産物の、代謝フラックス分析のためのマーカーとしての使用。
33. 以下の化合物からなる群から選択される化合物。
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

    
    

    

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