KR100217841B1 - 광학 이성질체 분리에 유용한 6-이소프로필디메틸실릴-2,3-디에틸 베타 시클로덱스트린 및 그 제조방법 - Google Patents

광학 이성질체 분리에 유용한 6-이소프로필디메틸실릴-2,3-디에틸 베타 시클로덱스트린 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 β-시클로 덱스트린 유도체에 관한 것이며, 보다 상세하게는 광학 이성질체 분리에 유용한 β-시클로 덱스트린 유도체에 관한 것으로써, 6번 위치의 탄소에 이소프로필디메틸실릴기가 그리고 2,3번 위치에 에틸기가 도입된 하기 식(I)을 갖는 새로운 β-CD 유도체가 제공되며 이는 라세미 광학활성 물질의 분리에서 CGC컬럼의 정지상으로 사용된다.
본 발명에는 상기와 같은 β-시클로덱스트린유도체를 제조하는 방법 및 이 같은 유도체를 이용하여 광학이성질체를 분리하는 방법이 또한 제공된다.

Description

광학 이성질체 분리에 유용한 6-이소프로필디메틸실릴-2,3-디에틸 베타 시클로덱스트린 및 그 제조방법
제1도는 본 발명에 의한 β-시클로덱스트린 유도체를 이용하여 알코올 광학 이성질체를 분리한 기체 크로마토그램.
본 발명은 β-시클로 덱스트린(이하, "β-CD"라 한다. ) 유도체에 관한 것이며, 보다 상세하게는 광학 이성질체 분리에 정지상으로 유용한, 이소프로필디메틸실란(isopropyldimethylsilane)기 및 에틸기를 갖는 β-CD 유도체, 이의 제조방법 및 그 이용에 관한 것이다.
Angewandte Chemie, 29,pp. 939-1076(1990)등에 의하면 모세관 기체 크로마토그래피(이하, "CGC"라고 한다. )에 정지상으로 β-CD 유도체를 사용하는 경우, 라세미 광학이성질체 뿐만 아니라 구조 이성질체를 용이하게 분리할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 이성질체 분리에 유용한 β-CD와 관련하여 종래 많은 연구가 행하여져 왔다. 그 예로는 미국특허 제 5,064,944; 5,154,738; 및 5,198,429등을 들 수 있으며, 이들 특허에는 β-CD를 구성하는 글루코스의 2번과 6번 탄소위치의 히드록시기를 알킬화하고 3번 위치의 히드록시기는 아실화한 β-CD및 글루코스의 2,3,6번 탄소에 있는 히드록시기를 전부 알킬화한 β-CD 등이 개시되어있다.
그러나, 최근에는 글루코스의 6번 탄소위치의 히드록시기를 t-부틸디메틸실릴화하고 2번 및 3번 탄소위치의 히드록시기를 메틸화 혹은 아세틸화한 CD 유도체가 t-부틸디메틸실릴기에 의한 소수성 증대로 인해 보다 우수한 광학선택성(enantioselectivity, α)을 나타내는 것으로 보고된 바 있다.
[HRC, 15(vol), p.590(1992): HRC, 15(vol), p. 176(1992); HRC, 16(vol), 693(1993)]
본 발명자는 우수한 광학 선택성을 나타내는 시클로덱스트린 화합물을 얻기 위하여 연구를 해온 결과 종래의 시클로덱스트린 유도체와는 화학적 구조가 상이하면서 그 광학선택성이 보다 우수한 새로운 β-CD유도체를 발견하였다.
이에 본 발명의 목적은 새로운 β-CD유도체, 그 제조방법 및 이를 이용한 광학 이성질체 분리방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제1견지에 의하면 하기식(I)의 β-CD유도체 화합물이 제공된다.
본 발명자는 우수한 광학 선택성을 갖는 시클로덱스트린을 얻기 위하여 글루코스의 히드록실기를 여러가지 치환체로 치환시켜 시험한 결과 상기 식( I )의 화합물을 CGC컬럼의 정지상으로 사용하는 경우 라세미(racemic)의 광학활성물질의 분리에 매우 유용하다는 것을 발견하였다.
상기 식( I )의 화합물은 글루코스의 2번과 3번 탄소위치의 히드록실기를 에틸화하고 6번 탄소위치의 히드록실기로 이소프로필디메틸실란(isopropyldimethylsilane)화 시킨 6-이소프로필디메틸실릴-2,3-디에틸 베타 시클로덱스트린으로써, 이를 CGC컬럼에 정지상으로 사용시 라세미의 광학 활성물질. 특히 광학활성인 알콜 화합물의 광학분리에 매우 효과적인 것이다.
상기 식( I )의 시클로덱스트린을 CGC의 정지상으로 사용한 컬럼제조시 분리모세관 컬럼을 본 발명의 화합물로 코팅하는 것은 이 분야에서 알려진 어떠한 방법도 사용가능하나 본 발명의 실시예에서는 J.Bouche와 M. Verzele가 "J.Gas Chromatogr. 6 (1968)501"에 발포한 코팅방법에 따랐다.
코팅시 본 발명의 화합물은 매트릭스로 사용되는 폴리실록산(polysiloxane)에 용해시켜 액체 상태에서 모세관 컬럼에 적용하게된다.
이때 매트릭스로 사용되는 폴리 실록산은 극성에 따라 OV-1(100% 메틸 폴리실록산), PS-086(12-15% 페닐, 7% 시아노프로필, 86% 메틸 폴리실록산), SE-54(3-5% 페닐, 1% 비닐, 94-96% 메틸 폴리실록산) 및 OV-1701(7% 페닐, 7% 시아노프로필, 86% 메틸 폴리실록산)등을 포함한다.
상기 폴리실록산 중에서 본 발명의 화합물에 대한 용해도가 크고, 모세관내벽에 부착되는 능력(wettability)가 매우 커서 안정되고, 이론단수(theoretical plate nu mber)가 높은 컬럼제조가 가능하다는 측면에서 OV-1701을 사용하는 것이 바람직하며, 이에 따라 광학 선택성도 우수한 것이다.
본 발명의 화합물을 CGC 컬럼의 정지상으로 사용시 3-펜텐-2-올, 리모넨, (sec)-펜에틸 알코올, 페닐 에틸 프로피오네이트와 같은 알코올류의 분리효과가 큰 것으로 나타났다.
또한, 구조가 비슷한 6-이소프로필디메틸실릴 베타 시클로 덱스트린(IPDM-β-CD)를 사용하여 얻은 광학선택성 α값(enantioselectivity)과 본 발명의 화합물( I )을 사용하여 얻은 α값을 대비해보면 브로모 알칸 및 상기 알코올에 대한 본 발명의 화합물의 결과가 아주 우수한 것이다.
덧붙여서 종래의 CD유도체를 이용하여 제조된 대부분의 CGC컬럼은 알콜 화합물 분리시 알콜의 히드록시기를 아실화(acylation)한후에 그 분리가 가능하였으나, 본 발명의 화합물을 이용하는 경우는 시료를 별도로 아실화할 필요가 없이 직접 분리가 가능한 것이다.
이 같은 점은 라세미의 유기물질 분리에 있어서 유도체화 과정에서 생기는 문제점(예를 들어 수율 변화에 따른 정량오차, 반응시의 라세미화등)의 발생을 근본적으로 배제할 수 있다는 측면에서 아주 중요한 것이다.
한편, 본 발명의 제2 견지에 의하면 상기식( I )의 화합물 제조방법이 제공되며, 그 방법은, 하기식(II) 의 β-시클로덱스트린 화합물을 tert-부틸디메틸실릴 클로라이드와 반응시켜 하기식(III)의 β-CD실란 유도체를 형성하는 제1단계:
상기 β-CD 실란유도체와 요오드화 에탄을 알킬화반응시켜 하기 식(IV)의 디알킬 실란화 된 β-CD유도체를 형성하는 제2단계:
하기 식(IV)의 유도체와 테트라부틸 암모늄 플로라이드를 반응시켜 시클로덱스트린의 6번 탄소위치의 t-부틸디메틸실란기를 제거하는 제3단계: 및
하기 식(V)의 t-부틸디메틸실란기가 제거된 β-CD를 이소프로필디메틸실릴클로라이드와 반응시키는 제4단계: 를 포함한다.
상기 방법을 도식화하면 다음과 같다.
상기 식(III)의 실란유도체를 형성하는 반응은 O℃-실온의 온도범위에서 피리딘과 같은 염기존재 하에서 반응을 수행하며, 이때 피리딘은 용매로서의 역할도 수행한다.
상기 알킬화반응은 수소화나트륨(NaH)염기하의 상온에서 수행되며, N,N-디메틸 포름아미드(N,N-dimethylformamide, DMF)흑은 테트라하이드로푸란(THF)와 같은 용매 존재 하에서 그리고 제3단계 역시 테트라하이드로 푸란 용매 존재 하에서 행한다. 또한 제4단계는 상온에서 수행되며, 용매겸 염기로 피리딘이 사용된다.
본 발명의 제3견지에 의하면 상기 방법에 따라 제조된 식( I )의 β-CD유도체를 이용한 광학 이성질체 분리방법이 제공되며, 이 방법은, 정지상(stationary phase)과 혼합물을 접촉시켜 혼합물로부터 광학이성질체를 분리하는 가스크로마토그래피분리방법에 있어서 정지상으로서 상기 식( I )의 화합물을 사용함을 특징으로 한다.
이 방법은 브로모알칸 및 페닐기를 포함하는 알코올 광학 이성질체의 분리에 유용하며, 그 구체적인 예로서는 앞서 기술한 바와 같이 3-펜텐-2-올, 리모넨, (sec)-펜에틸 알코올, 페닐 에틸 프로피오네이트등을 들 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
[실시예 1]
6-이소프로필디메틸실릴-2,3-디에틸-β-CD(식(1)의 화합물)의 제조]
(1) 6-tert-부틸디메틸실릴-β-CD(식III)의 합성
상기 식(II)의 β-CD 2.31gr을 녹인 피리딘 용액 30ml에 tert-부틸디메틸실릴클로라이드 2.27gr 를 녹인 피리딘 20ml을 0℃ 에서 천천히 가한 후 실온에서 8시간 동안 교반한 다음, 0℃ 에서 물 50ml을 첨가하였다. 이때 생성된 고체를 여과, 건조시키고 남은 고체 혼합물을 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(용출용매, 메탄올 : 염화메틸렌 = 1:10)로 분리 정제하여 순수한 식 III의 화합물 1.2gr을 흰색 고체로 얻었다.
1H-NMR(300MHz, CDCl3) ; δ 0.03(s, 42H), 0.87(s, 63H), 3.50-4.04(m, 42H), 4.86(d, 7H, J = 3.3Hz), 5.23(s, 7H), 6.67(s, 7H)
l3C-NMR(75MHz, CDCl3) : -5.2, -5.1, 18.3, 25.9, 61.7, 72.6, 73.4, 73.7, 81.8, 102.1ppm
(2) 6-tert-부틸디메틸실릴-2,3-디에틸-β-CD(식IV)의 합성
수소화나트륨 120mg을 디메틸 포름아마이드 5ml에 녹인 용액에 6-tert-부틸디메틸실릴-β-CD 200mg을 0℃ 에서 첨가하고 상온에서 30분 동안 수소 발생이 종결될 때까지 교반하였다. 여기에 요오드화 에탄 1ml을 주사기로 천천히 주입하고 4시간 동안 교반 하였다. 반응 혼합물에 소량의 메탄올을 가해 반응을 종결시키고 물 20ml와 에틸아세테이트로(20ml씩 3번)로 추출하고 감압 하에서 농축하였다. 그후 실리카켈 컬럼 크로마토그래피(용출 용매, 에틸아세테이트 : 헥산 = 1 : 10)로 분리 정제하여 식IV의 화합물 120mg을 무색 고체로 얻었다.
1H-NMR(300MHz, CDCl3) : δ -0.01(2 x s, 42H), 0.84(s, 63H), 1.16-1.25(m, 42H), 3.11(dd, 7H, J = 3.4Hz, 9.8Hz), 3.48-3.60(m, 49H), 4.00(m, 7H), 4.10(m, 7H), 5.18(d, 7H, J = 5.6Hz)
l3C-NMR(75MHz, CDCl3) : -5.16, -4.77, 15.74, 18.28, 25.94, 62.34, 66.44, 68.67, 72.33, 77.60, 80.16, 80,26, 98.10ppm
(3) 2,3-디에틸-β-CD(식V)의 합성
상기 식(IV)의 6-tert-부틸디멜틸실릴-2,3-디에틸-β-CD 1.0gr을 THF 10ml에 녹이고 1몰(Mol) 테트라부틸암모늄플로라이드(tetrabutylammonium fluoridre)의 THF 용액 5ml을 상온에서 첨가하고 80℃ 에서 2시간 동안 교반하였다. 반응이 종결됨을 TLC(thin layer chromatography, 전개용매 = 10% 의 메탄올을 메틸렌크로라이드에 녹인 용액)로 확인하고 THF 용매를 감압하에서 증발시킨 후, 남은 잔류물을 컬럼크로마토그래피(용리용매 = 10%의 메탄올을 메틸렌클로라이드에 녹인 용액)로 분리, 정제하여 300mg의 순수한 상기 식(V)의 화합물을 얻었다.
1N-NMR(300MHz, CDCl3) : δ1.24(m, 42H), 3.30(dd, 7H, J=3.4, 9.8Hz), 3.56-4.22(m,63H), 5.15(d, 7H, J=3.6Hz)
13C-NMR(75MHz, CDCl3) : 16.1, 62.0, 67.1, 69.2, 72.9, 79.2, 80.1, 80.6, 98.5ppm
(4) 6-이소프로필디메틸실릴-2,3-디에틸-β-CD(식(I)의 화합물)의 합성
상기 식(V)의 2,3-디에틸-β-CD100mg을 녹인 피리딘 용액 2ml에 이소프로필디메틸실릴클로라이드 500ul를 O℃ 에서 천천히 가한 후 실온에서 4시간 동안 교반한 다음, 0℃ 에서 물 1ml로 반응을 종결시키고 에틸 아세테이트로 10ml씩 2번 추출하였다. 유기층은 물 5ml로 씻어낸 후, MgSO4로 수분을 제거한 뒤 여과하고 감압 하에서 용매를 제거하였다. 남은 잔류물은 실리카겔 컬럼 크로마토그래피(용출 용매, 메탄올 : 메틸렌 클로라이드 = 1 : 10)로 분리정제 하여 순수한 식( I )의 화합물 90mg을 흰색 고체로서 얻었다.
1H-NMR(300MHz, CDCl3) : δ -0.01(s, 42H), 0.80(m, 7H), 0.90(s, 42H), 1.19(m, 42H), 3.13(dd, 7H, J=9.63, 3.4Hz), 3.49-4.15(m, 63H), 5.17(d, 7H, J=3.3Hz)
13C-NMR(75MHz, CDCl3) : -3.9, -3.5, 15.1, 16.1, 17.3, 62.4, 66.9, 69.3, 72.5, 77.8, 80.6, 98,4ppm
[실시예 2]
β-CD 유도체를 이용한 광학이성질체의 분리]
(1) 모세관 기체 크로마토그래피의 정지상 준비
코팅되지 않은 용융 실리카 모세관 컬럼(fused silica capillary column, 30m x 0.25mm)을 사용하였으며 Alltech사 (미국)에서 구입하였다. 본 발명에 의한 식(I)의 β-CD 유도체와 시판되고 있는 폴리 실록산 OV-1701(Alltech사 제품)을 1:3 중량비로 혼합한 후, 이를 염화 메틸렌(CH2Cl2)과 노르말 펜탄(n-pentane)이 1:1부피비로 혼합된 용액에 0.33%가 되도록 용해시켰다. 그 후 J.Bouche와 M.Verzele가 J.Gas Chromatogr. 6(1968) 501에 발표한 정적(static) 코팅방법에 따라 상기 용액으로 모세관 컬럼을 코팅하여 정지상을 준비하였다.
(2)라세미 광학이성질체의 분리
기체 크로마토그래피의 검출기는 불꽃이온화 검출기(flame ionization detector, FID)를, 그리고 상기 제조된 컬럼을 정지상으로 사용하고 시료주입기의 온도는 250℃ 검출기의 온도는 300℃로 하여 이성질체를 분리하였다. GC 오븐의 온도는 70℃ 에서 3분간 유지한 후 120℃ 까지 분당 10℃ 씩 승온하고 20분간 유지하여 페닐기를 갖는 알코올 광학이성질체를 분리하였다. 분리하려는 시료 10mg을 염화메틸렌 1m에 녹여서 주입하였으며, 시료주입시 시료주입비율은 1:30으로 하였다.
운반 기체로는 헬륨을 사용하였으며, 입구의 압력은 14psi였다.
본 발명의 β-CD 유도체를 정지상으로 사용하여 만든 모세관 컬럼으로 페닐기를 갖는 알코올 광학이성질체를 분리한 결과를 제1도에 나타냈다. 시료 A는 3-펜텐-2-올, 시료 B는 리모넨, 시료 C는 (sec)-펜에틸 알코올, 시료D는 페닐 에틸 프로피오네이트이다.
또한, 유사한 구조의 선행 연구결과에 의한 6-이소프로필디에틸실릴-2,3-디메틸 -β-시클로덱스트린(IPDM-β-CD)과 본 발명의 화합물( I )을 사용하여 얻은 광학선택성 값(α Values)의 비교치를 하기 표 1에 나타냈다.
상기 시험 결과로부터 본 발명에 의한 β-CD 유도체를 사용하여 광학 이성질체를 분리하는 경우, 상기 표 1에 나타낸 바와 같이 페닐기를 갖는 알코올 및 브로모부탄에 대하여 우수한 분리 선택성을 나타냄을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 β-CD 유도체는 모세관 컬럼에 코팅하는 경우 매트릭스로 사용되는 폴리실록산 OV-1701에 대한 용해도가 큼으로 모세관 내벽에 부착되는 능력이 커서 매우 안정하고 이론단수가 큰 컬럼을 제조할 수 있으며, 그 결과 제1도에 나타낸 바와 같이 피크의 모양이 대칭적이고 피크의 너비가 좁은 크로마토그램을 얻을 수 있다.
더욱이, 종래의 β-CD 유도체로 제조된 대부분의 CGC 컬럼으로 알코올 화합물을 분리하는 경우에는 히드록시기를 아실화한 후에야 비로소 분리가 가능하지만, 본 발명의 β-CD 유도체 화합물을 사용하는 경우에는 시료를 별도로 유도체화하는 과정 없이 바로 분리할 수 있다. 즉, 시료를 유도체화 하는 과정에서 발생되는 문제 즉, 수율에 의한 정량오차 및 반응시의 라세미화 문제없이 시료를 분리할 수 있다.

Claims (5)

  1. 하기 구조식 (I)을 갖는 광학이성질체분리에 정지상으로 유용한 6-이소프로필 디메틸실릴-2,3-디에틸-시클로 덱스트린 화합물.
  2. 하기 식(II)의 β-시클로덱스트린 화합물을 tert-부틸디메틸실릴 클로라이드와 반응시켜 하기 식(III)의 β-CD 실란 유도체를 형성하는단계 ; 상기 β-CD 실란 유도체와 요오드화 에탄을 알킬화 반응시켜 하기 식(IV)의 디알킬실란화된 β-CD 유도체를 형성하는단계 ; 하기 식(IV)의 유도체와 테트라부틸암모늄 플로라이드를 반응시켜 시클로덱스트린의 6번 탄소위치의 t-부틸디메틸실란기를 제거하는단계 ; 및 하기 식(V)의 t-부틸디메틸 실란기가 제거된 β-CD를 이소프로필디메틸실릴클로라이드와 반응시키는단계 ; 를 포함하는 상기 식(I)의 6-이소프로필디메틸실릴-2,3-디에틸-β-시클로덱스트린 제조 방법.
    (단, 식중에서 R은 CH2CH3이다. )
  3. 정지상과 혼합물을 접촉시켜 광학이성질체를 분리하는 기체크로마토그피 분리방법에 있어서, 상기 정지상으로 청구범위 제1항 시클로덱스트린 유도체(식(I))를 사용함을 특징으로 하는 분리방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 광학이성질체는 알코올임을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 알코올은 3-펜텐-2-올, 리모넨 및 페닐 에틸 프로피오네이트로 구성되는 그룹에서 선택됨을 특징으로 하는 방법.
KR1019950056714A 1995-12-26 1995-12-26 광학 이성질체 분리에 유용한 6-이소프로필디메틸실릴-2,3-디에틸 베타 시클로덱스트린 및 그 제조방법 Expired - Fee Related KR100217841B1 (ko)

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