Synthesis of Gelastatin Analogues and Their MMP Inhibitory Activities

Abstract

In Part Ⅰ, Gelastatin A and 8, isolated from culture broth of Westerdykella multispora F50733, have been reported to exhibit MMP inhibitory activities at sub-micromolar level. In an effort to exploit this lead, we synthesized gelastatin analogues in which the conjugated triene unit of natural gelastatins was replaced by benzylidene group. The Z-isomeric synthetic benzylidene-gelastatin exhibited MMP inhibitory activities comparable to those reported with the natural products than E isomer. So we established divergent synthetic scheme for substituted benzylidene-gelastatin analogues considering substitution patterns of various steric and electronic effects. Of various substituted benzylidene-gelastatin, Z-isomer is more bioactive than E and endo isomers. And the Z-isomer coupled with phenyl ring substituted by 4-methoxy group is most bioactive. Therefore, this compound appears to be a viable lead in searching for therapeutically useful MMP inhibitors. In Part Ⅱ, The Baylis-Hillman reaction is accelerated in the presence of ionic liquids. Of various [bmim]-based ionic liquids tested, [bmim][PF(6)] has been found to result in the highest rate increase. In the company of Lewis acid and H-bond donor additives, the DABCO-catalyzed reaction rates further improve, albeit only modestly. A preparatively useful Baylis-Hillman procedure prescribes a use of [bmim][PF(6)] with La(OTf)(3) and triethanolamine, in which the net effect of the ionic liquid is to bring about more than two-fold rate increase over the otherwise same reaction in acetonitrile. But the effects of La(OTf(3), N(CH(2)CH(2)0H)(3) diminished in ionic liquids. The DBU-catalyzed Baylis-Hillman reaction is also accelerated by ionic liquids about two-fold rate and more effective than the DABCO-catalyzed reaction containing other two additives.;Part Ⅰ의 연구에서는 Gelastatin A와 B의 유도체를 합성하여 이들의 생리활성을 측정하고자 하였다. α,β-unsaturated δ-lactone의 구조를 가지고 있는 natural gelastatins은 내피 세포가 신생혈관형성(angiogenesis)을 위해 분비하는 단백질 분해효소인 MMP(matrix metalloproteinase)를 저해하는 활성이 있음이 보고되었다. 합성된 Gelastatin 유도체는 conjugated triene 부분이 benzylidene으로 치환된 구조로써, 합성하기에 수월하며 합성 경로를 최적화한 후에 다수의 치환된 benzylidene으로 바꿀 수 있다는 이점이 있다. 합성 경로의 주요 반응으로 Baylis-Hillman reaction에 의해 C-C bond를 형성한 후, Claisen-rearrangement과 Heck reaction을 하여 E, Z, endo의 3 isomers를 가진 phenyl-gelastatins을 합성할 수 있었다. 치환된 여러 종류의 gelastatin 유도체들은 methylene 중간체와 다수의 치환된 iodobenzene으로 Heck reaction-Hydrolysis를 거쳐 효과적으로 합성하였다. 그러나 치환된 benzylidene-gelastatins의 세 isomer들은 모두 pure하게 분리할 수 없었기 때문에, IC(50)값으로 측정된 세 compounds의 비율로부터 에너지를 계산한 후 각각의 MMP-2 값을 예측하였다. 이렇게 예측한 MMP-2 inhibition과 pure하게 분리한 E isomer의 측정값을 비교한 결과 큰 차이가 없어 예측한 값의 타당성을 입증하였다. 이 결과로부터 치환된 모든 Gelastatin 유도체들은 E, Z, endo compound 중 Z isomer가 다른 두 compound 보다 더 졸은 생리 활성을 가지며, 4-0Me group을 가지는 benzylidene-gelastatin 이 MMP-2의 억제제로서 가장 좋은 효능을 보여주었다. Part Ⅱ의 연구에서는 "green solvent"로 분류되어 최근 여러 화학 반응에서 많이 사용되고 있는 ionic liquid가 Baylis-Hillman reaction의 속도를 증가시킨다는 사실을 입증하였다. 상대적으로 큰 양이온과 음이온으로 이루어진 organic salt인 ionic liquid는 매우 강한 극성 용매로서 최근 여러 화학 반응에 많이 사용되고 있다. 특히 biphasic system을 이루고 있어 homogeneous 촉매 반응을 위한 용매로 사용되는데 두 층으로 나뉘어 촉매를 반응 생성물로부터 쉽게 분리할 수 있기 때문이다. 또한 회수가 가능하여 촉매와 용매의 낭비를 막을 수 있다는 이점도 가진다. Benzaldehyde와 methyl acrylate이 C-C 결합을 이루는 Baylis-Hillman reaction에서 [bmim] 양이온을 가지는 6종류의 ionic liquids 중 실험 결과 [bmim][PF(6)]이 acetonitrile과 비교하였을 때 반응 속도를 가장 많이 증가시켰으며 두 번째는 [bmim][OTf]순이었다. 유기 용매 acetonitrile 하에서 다른 촉매 없이 DABCO만 존재한 반응에서의 속도를 기준으로 하였을 때 용매가 [bmim][PF(6)]로 바뀌면 속도가 증가하였으며, Lewis acid 인 La(OTf)(3)와 H-donor 요소인 triethanolamine이 첨가되었을 때 최대로 속도가 증가하였다. 3개의 촉매의 첨가 대신에 DBU로 반응시킨 Baylis-Hillman reaction은 반응이 더 빠르게 진행되었다. 그러나 acetonitrile 하에서 La(OTf)(3)와 triethanolamine의 침가시, 그리고 DBU의 첨가시 계산된 반응 속도의 증가율만큼 ionic liquid에서도 같은 비율로 속도가 증가하지는 않았다.