Synthetic studies toward the total synthesis of gelastatins A and B derivatives

Abstract

In the matrix metalloproteinase(MMP) family, gelatinase A is a principle structural component of basement membrane. This enzyme has thus been implicated in tumor cell invasion and metastasis, as well as angiogenesis and other disease states involving tissue remodeling. Y.-H. Kho s group has found Westerdykella multispora F50733 produced novel non-peptidic inhibitors of gelatinase A, designed gelastatins A and B. We carried out synthetic studies toward the total synthesis of gelastatins A and B derivatives, wherein a benzylidene unit replaces the conjugated triene chain of the parent gelastatins A/B. Because the benzylidene-substituted compound was easy to deal with, we could discover an optimal route of synthesis. We attempted the total synthesis of gelastatins A and B derivatives with several synthetic strategies. The key reactions of the best strategy were Baylis-Hillman reaction and Claisen rearrangement. In this method, the starting material was dimethyl malonate of which C-2 was substituted with benzylidene. After reduction of the methyl ester to diol, the alcohol of one side was oxidazed to aldehyde, which was subjected to Baylis-Hillman reaction to result in a C-C bond formation. The other alcohol, following a protection/deprotection was cyclized to 6-membered ring. Claisen rearrangement followed by the ester hydrolysis then completed synthesis of the target molecule. Galstatin A derivative was synthesized in overall 0.4 % yield in 8 steps, B derivative in overall 1.7 % yield in 8 steps. Gelastatin A derivative has inhibitory actibity against MMP-2 with IC_50 value of 21.5 μM and that against MMP-9 with 278.7 μM. Gelastatin B derivative exhibited the inhibitory activity against MMP-2 with an IC_50 value of 2.0 μM, and against MMP-9 with 17.6 μM. ; 본 논문에서는 gelastatins A/B의 유도체를 전합성하고자 여러 가지 경로를 모색하였다. gelastatins A와 B는 fungal metabolite broth의 스크리닝을 통하여 얻어졌으며, α,β-unsaturated γ-lactone의 구조를 포함하고 있다. Gelastatins A/B는 내피세포가 신생혈관형성을 위해 분비하는 단백질 분해 효소인 matrix metalloproteinase를 저해하는 활성이 있음이 보고된 바 있다. 본 연구에서 합성하고자 하는 유도체는 gelastatins A/B의 conjugated triene 부분이 benzylidene으로 치환된 구조의 물질이다. Benzylidene으로 치환된 구조는 다루기에 용이하기 때문에 이 유도체를 합성하는 것이 합성경로를 최적화 하는데 효율적이리라 생각되었다. 경로를 최적화한 후에 gelastatins의 구조 중 triene부분을 다른 그룹으로 치환하여 그 생리활성을 비교해 봄으로써 이상적인 구조를 모색할 수도 있을 것이다. 또한 합성을 통하여 gelastatins A/B 각각의 isomer를 합성함으로 그 각각의 생리활성을 비교해 볼 수 도 있을 것이다. 이에 본 연구에서는 gelastatins A/B의 유도체의 전합성을 네 가지 합성전략으로 시도해 보았다. Intramolecular ring-closing metathesis 방법으로 6-membered ring을 합성하는 반응에서는 여러 조건으로 반응하여 보았지만 원하지 않는 방향으로 반응이 진행되었다. 그리고 aldol condensation으로 gelastatins A/B 유도체의 benzylidene부분을 치환하려고 하였지만 반응이 진행되지 않았으며, Heck reaction으로도 반응시켜 보았지만 target molecule은 합성할 수 없었다. 가장 좋은 방법으로는 Baylis-Hillman reaction과 Claisen rearrangement를 key-reaction으로 시도한 합성경로 였다.- Baylis-Hillman reaction대신 Nozaki-Hiyama-Kishi reation을 시도해 보았지만 반응은 진행되지 않았다. - 이 합성방법은 dimethyl malonate를 출발물질로 하여 C-2위치에 benzylidene을 치환 시키는 것이었다. 그 후 reduction하여 얻어진 diol에서 한쪽은 aldehyde로 oxidation하고 여러 반응조건에서 Baylis-Hillman reaction을 시도함으로 C-C bond formation을 진행시켰고, 다른 한쪽의 alcohol은 6-membered ring으로의 고리화 반응이 일어나도록 하였다. 그리고 나서 Claisen rearrangement와 hydrolysis로 반응을 완결하고자 한 경로였다. Gelastatin A의 유도체와 B의 유도체는 각각 8단계를 거쳐 총 0.4 %와 1.7 %의 수득률로 얻을 수 있었다. 그리고 gelastatins A와 B 두 유도체의 생리-활성은 MMP-2의 inhibition assay에서 각각 IC_50이 21.5 μM과 2.0 μM로 측정되었고, MMP-9의 경우에는 A와 B의 유도체의 IC_50이 각각 278.7 μM과 17.6 μM로 측정되었다.