Synthesis of Monoacetyldiglycerides synthetic studies toward the total synthesis of Epi-Mauritine D

Abstract

본 논문은 part A와 part B 두 부분으로 구성되어져 있는데 part A는 녹용으로부터 추출된 활성성분의 구조분석 및 전합성에 관한 내용이고, part B 는 시클로펩티드 알칼로이드인 epi-mauritine D 의 전합성에 관한 내용이다. 녹용은 동양 권에서 예로부터 전통 약제로서 널리 사용되어 왔으나 녹용의 활성성분에 관한 연구는 추출액의 구성성분을 분석하거나 경험적인 효능을 바탕으로 정제된 분획들의 활성을 확인하는 정도에 지나지 않았다. 이에 본 연구에서는 더 나아가 조혈모세포 촉진 작용을 보이는 활성성분으로 밝혀진 물질을 정밀하게 구조 분석하고 전합성하고자 하였다. 먼저 IR, GC-MS, NMR 등 기본적인 분광학적 방법으로 이 물질이 monoacetyldigIycerides (MADG)계열임을 알았고, 이에 정확한 구조 분석을 위해 몇 가지 표준 물질이 되는 유도체들을 합성하였고, 이를 바탕으로 NMR과 FAB-MS, tandem MS 등을 이용한 분석법을 연구하게 되었다. 그 결과 활성성분이 (sn-1 위치의 지방산/ sn-2 위치의 지방산); C18:1/C16:0, C16:0/C18:1, C16:0/C18:2, C18:2/C16:0, C18:0/C18:2, C18:1/C18:1, C18:0/C20:4 의 지방산 구성을 가지며 sn-3 위치에 acetyl 기를 가지는 MADG의 혼합물임을 밝혔다. 이 물질은 녹용으로부터 약 0.1-0.5% 정도로 아주 적은 양만이 얻어지므로 다양한 생리 활성 연구를 위해 전합성이 불가피 하였다. 따라서 여러 가지 합성법을 연구한 결과 글리세롤로 부터 지방산 및 acetic anhydride 를 이용하여 일반적인 에스터 형성반응과 acetylation 등의 간단한 방법으로 다량 합성할 수 있었고, 또한 구조-활성 상관관계 연구를 위해 지방산 구성을 달리하거나 acetyl group 을 butyryl 및 oleoyl 등으로 바꾼 여러 가지 유도체들을 합성 하였다. Part B 에서는 시클로펩티드 알칼로이드의 일종인 mauritine D의 epimer 를 전합성하고자 여러 가지 경로를 모색하였다. Mauritine D는 Zizyphus nummularia에서 추출된 시클로펩티드 알칼로이드의 일종으로 14-membered ring 과 dipeptide 및 2,3-trans pyrrolidine 으로 구성되어 있는 천연물이다. 이에 반해 epi-mauritine D는 pyrrolidine 의 C3 위치의 stereochemistry가 반전된 2,3-cis pyrrolidine 을 가지는 시클로펩티드 알칼로이드이다. 따라서 천연물의 epimerization 과 관련된 생리활성 연구 및 합성적 성향 비교에도 쓰일 수 있으므로 epi-mauritine D의 전합성 연구는 여러 가지 측면에서 매우 가치 있는 일이다. 이에 본 연구에서는 epi-mauritine D의 전합성에서 가장 중요한 단계인 거대고리화 반응을 여러 가지 경로로 연구하였다. D-Serine을 출발물질로 하여 pyrrolidine ring을 합성하고 이를 Ipso attack에 의한 치환반응으로 stereochemistry를 보존하면서 alkyl-aryl ether를 형성하였다. 이를 두 가지 경로로 나누어 path A에서는 14-membered ring에 속해있는 두 가지 펩티드 결합 중 N6과 C7를 연결하며 고리화 반응을 하고자 하였고, path B에서는 N3과 C4에서 고리화 반응을 하고자 하였다. path A는 다시 두 가지 경로로 나눠지는데 path-A-a 는 pyrrolidine C2 위치의 carboxylic acid를 methyl ester로 protection 한 후 고리화 반응 직전에 deprotection 하는 경로이고, path-A-b는 path-A-a에서 methyl ester의 hydrolysis가 용이치 않아 모색된 경로로 pyrrolidine C2 위치의 methyl alcohol을 silyl group으로 protection 된 형태로 계속 진행시키다가 고리화 반응 직전에 desilylation 후 oxidation으로 carboxylic acid 를 도입하고자 한 경로이다. Path B에서는 pyrrolidine C2 위치의 carboxylic acid에 isoleucine을 먼저 펩티드 결합시키고, isoleucine의 carboxylic acid group 과 p-oxyphenylethylamino group을 펩티드 결합 시키면서 고리화 반응을 진행시키고자 한 경로이다. 각각의 경로로부터 고리화 반응을 위해 합성된 linear precursors는 path A-a에서는 17단계를 거쳐 총 3%의 수득률로 얻어졌고, path A-b에서는 15 단계를 거쳐 4%의 수득률로, path B에서는 14 단계를 거쳐 15%의 수득률로 얻어졌다. ; In Part I, structures of several biologically active components on hematopoietic stem cells and pancreatic acinar cells from deer antler were by intense spectroscopic studies using IR, GC-MS, FAB-MS and NMR. Especially NMR and FAB-MS spectroscopy was very informative on characterization of the components. By these methods the components were identified as monoacetyldiglycerides containing (sn-1/sn-2) C18:1/C16:0, C16:0/C18:1, C16:0/C18:2, C18:2/C16:0, C18:0/C18:2, C18:1/C18:1 and C18:0/C20:4. Monoacetyldiglycerides are known to exist in Celastracae seed oil and bovine milk fat and their phosphatidylcholine derivatives alse exist in egg yolk. The presence of monoacetyldiglycerides. Synthesis began with glycerol and fatty acids. Glycerol was treated with fatty acid in the presence of DCC and DMAP to afford monoacylated glycerol. Monoacylated glycerol was converted to their monoacetates by treatment with acetic anhyeride in the presence of DMAP at -78℃. Diacylated product was then reacted with corresponding fatty acids to produce monoacetyldiglycerides 1-9 in overall 10-24% yield. Compound 10 were synthesized by same method but using butyric anhydride instead of acetic anhydride. Compound 11 was synthesized by esterification of glycerol and oleic acid and compound 28 was synthesized by same method but using trans-phenylcyclopropane carboxylic acid. In Part II, we carried out synthetic studies toward the total synthesis of epi-mauritine D. Epi-Mauritine D is pyrrolidine C3 stereochemistry converted epimer of mauritine D which is one of naturally occurring 14-membered cyclopeptide alkaloids isolated from Zizyphus nummularia by Tschesche in 1974. Because of their biological activity relationship with natural products and synthetic challenge, the total synthesis of epi-mauritine D is very attractive. During the synthesis, the key steps were the formation of C2,C3-cis pyrrolidine aryl ether and macrocyclization. The alkyl-aryl ether linkage was successfully formed by ipso attack using nitrobenzonitrile and sodiumhydride. For macrocyclization, linear precursors were synthesized by two route, path A and B. Path A was designed in attempts to macrolactam formation at N6 and C7 and path B at N3 and C4. As linear precursors, compound 14 was synthesized from D-serine overall 3% yield in 17 steps, compound 21 4% yield in 15 steps and compound 26 15% yield in 14 steps, respectively. The studies on the formation of 14-membered macrolactam and the completion of the total synthesis are currently under investigation.