KR100412114B1 - 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체 및 이의 제조방법 - Google Patents

프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체 및 이의 제조방법 Download PDF

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    • C07F9/655Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom having oxygen atoms, with or without sulfur, selenium, or tellurium atoms, as the only ring hetero atoms
    • C07F9/65515Heterocyclic compounds, e.g. containing phosphorus as a ring hetero atom having oxygen atoms, with or without sulfur, selenium, or tellurium atoms, as the only ring hetero atoms the oxygen atom being part of a five-membered ring

Abstract

본 발명은 하기 일반식 (I)로 표시되는 프럭토스-1,6-디포스페이트 (D-fructose-1,6-diphosphate) 유도체 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프럭토스-1,6-디포스페이트에 지방산이 에스테르 결합으로 연결되어 있어 피부 흡수가 증진되고 생체내 효소에 의해 분해되어 프럭토스-1,6-디포스페이트의 생리활성을 나타낼 수 있는 프럭토스-1,6- 디포스페이트 (D-fructose-1,6-diphosphate) 유도체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
[식중, R1, R2및 R3중 적어도 하나는 -OCOR'이고,
(식중, R'는 수소, 탄소수 2~24개의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 알킬기 또는 불포화 알킬기, 또는 히드록시기로 치환된 탄소수 2~24개의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 알킬기 또는 불포화 알킬기이다.)
M은 수소, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이다.]

Description

프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체 및 이의 제조방법{D-fructose-1,6-diphosphate derivatives and method for preparing the same}
본 발명은 하기 일반식 (I)로 표시되는 프럭토스-1,6-디포스페이트 (D-fructose-1,6-diphosphate) 유도체 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 프럭토스-1,6-디포스페이트에 지방산이 에스테르 결합으로 연결되어 있어 피부 흡수가 증진되고 생체내 효소에 의해 분해되어 프럭토스-1,6-디포스페이트의 생리활성을 나타낼 수 있는 프럭토스-1,6- 디포스페이트 (D-fructose-1,6-diphosphate) 유도체 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
[화학식 1]
[식중, R1, R2및 R3중 적어도 하나는 -OCOR'이고,
(식중, R'는 수소, 탄소수 2~24개의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 알킬기 또는 불포화 알킬기, 또는 히드록시기로 치환된 탄소수 2~24개의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 알킬기 또는 불포화 알킬기이다.)
M은 수소, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이다.]
세포 외부로부터 가해진 자외선, 환경오염물질, 급격한 기온의 변화 등과 같은 세포손상자극들은 세포내의 다양한 생화학적 변화를 유도하여 세포 손상 반응을일으킨다. 이 중 피부의 노화는 부분적으로는 이런 외부적 스트레스들에 의해 유발되는 산화적 손상 반응의 결과 나타나는 피부의 생리학적 기능 변화에 기인하는 것으로 인정되고 있다. 즉, 피부 세포의 세포막이 활성산소나 다른 라디칼에 의해 지속적으로 손상을 입게 되면 단백질이나 지질단백질(lipoprotein)의 가교(cross-linkage)가 증가하거나 또는 분해가 되며, 과산화 지질의 양도 증가하게 된다. 이처럼 세포와 세포막이 손상되면, 세포막의 투과성이 변화하여 세포내의 이온 균형이 깨지게 되고, 이런 변화는 세포 내의 대사 찌꺼기의 배출을 막고, 이 대사 찌꺼기를 제독하는 세포의 기능을 감퇴시킨다. 그리고, 세포내의 칼륨 농도의 증가로 콜로이드 밀도가 증가하면, mRNA나 단백질의 합성이 방해를 받게 되는데, 그 결과 세포 손상을 치유할 수 있는 능력은 더욱 떨어지게 된다. 이처럼 세포 수준의 변화가 지속되면, 피부 조직의 구조(tissue structure)가 규칙성을 잃게 된다. 동시에 개별 세포들은 상대적으로 커지면서, 전체 세포 수는 감소하게 된다. 그리고, 진피(dermis)에 국소적인 상흔이 나타나고, 콜라겐 섬유(collagen fiber)나 탄력섬유(elastic fiber)의 감소로 진피 두께가 줄어든다. 콜라겐 섬유끼리의 가교도 증가하며 탄력섬유의 미세한 구조도 손상되어 전체적으로 피부의 탄력 저하가 나타난다. 다시 말해 외부 자극원에 의한 피부 세포의 산화적 손상은 궁극적으로 피부의 노화를 촉진시키게 된다.
이 산화적 세포 손상을 일으키는 물질들로는, 산화적 스트레스에 의해 발생하는 과산화수소(H2O2), 과산화물 음이온(superoxide anion), 수산화라디칼(hydroxy radical) 등이 있으며, 이런 유해 활성 산소종들의 세포내 독성을 제거하기 위해 라디칼 소거 효과가 탁월한 비타민 C, 비타민 E, 녹차카테킨 (green tea catechin) 등과 같은 항산화물질을 화장료에 보편적으로 사용하고 있다. 그러나 물리 화학적인 라디칼 소거에 의존하는 기존의 방법은 화학적 안정성에 있어서 문제점이 있기 때문에 제품에 적용했을 경우, 효력이 매우 빠르게 감소하는 등의 문제점이 있고, 세포 스스로의 능동적인 항산화 작용을 고려하지 않은 비특이적인 작용으로 고용량으로 사용할 경우 피부 세포에 자극을 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명자들은 물리화학적인 라디칼 소거에 의존하지 않는 항산화제를 찾기 위해 세포의 내인적인 산화/환원 조절 기전을 연구하여 세포내 산화적 스트레스를 조절할 수 있는 물질을 찾고자 연구하게 되었다.
일반적으로 인체는 글루타치온(glutathione), 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(superoxide dismutase; SOD)와 같은 내인성 항산화 시스템을 갖추고 있다. 그러나, 세포내 대사활동이 지나치게 증가하거나, 신체가 감염, 과도한 운동, 방사선 또는 화합물과 같은 외인성 스트레스에 노출되면 이러한 내인성 항산화 능력을 초과하게 되는 경우가 있으며, 이때 자유라디칼에 의한 세포 손상이 나타나게 된다. 그러므로, 피부 세포 자체의 내인성 항산화력을 증가시키는, 즉 세포의 생리적인 환원력을 증가시키는 물질은 자외선과 같은 자극으로부터 세포 손상을 억제할 수 있다.
따라서, 이러한 목적으로 피부의 세포 손상을 억제하는 물질을 연구해 오던 중 프럭토스-1,6-디포스페이트가 피부의 세포 손상을 억제하는 데 탁월한 효능을가지고 있음을 발견하였다.
즉, 피부세포를 이용한 실험 결과 프럭토스-1,6-디포스페이트가 세포내의 환원력의 지표인 글루타치온(glutathione, GSH)의 양을 증가시켰고, 자외선에 의해 피부세포에서 증가하는 활성산소류의 양을 감소시켰으며, 동시에 자외선에 의한 세포 손상을 방지하였다. 또한, 세포 손상에 의해 세포막에 있는 아라키돈산을 프로스타글란딘으로 전환시키는 사이클로옥시게나제-2 효소의 활성을 억제하는 효능을 보였을 뿐만 아니라 지원자를 대상으로 수행한 실험에서 프럭토스-1,6-디포스페이트가 자외선에 의해 유도된 피부 홍반을 억제하였다.
따라서, 프럭토스-1,6-디포스페이트를 함유하는 조성물은 활성 산소류의 생성과 세포 손상을 줄이고, 피부 세포 손상으로 발생할 수 있는 염증이나 노화의 촉진을 차단할 수 있다.
그러나, 프럭토스-1,6-디포스페이트의 강한 친수성으로 인하여 피부 흡수가 어려워서 생체내 시험(in vivo test)에서의 효능이 잘 나타나지 않을 뿐만 아니라 용해도 문제로 인해 화장품 등의 피부 외용제로의 응용에 큰 어려움이 있다.
이에, 본 발명자들은 프럭토스-1,6-디포스페이트의 상기한 문제점을 해결할 목적으로, 프럭토스-1,6-디포스페이트의 유도체를 개발하고자 예의 연구한 결과, 프럭토스-1,6-디포스페이트에 지방산을 에스테르 결합으로 연결시키는 경우 상기한 목적을 달성할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 피부에 대한 투과성이 우수하고, 생체내에서 효소에 의해 분해되어 프럭토스-1,6-디포스페이트가 갖는 효능을 발휘할 수 있는 하기 일반식 (I)로 표시되는 프럭토스-1,6-디포스페이트의 유도체를 제공하는 것이다
[화학식 1]
[식중, R1, R2및 R3중 적어도 하나는 -OCOR'이고,
(식중, R'는 수소, 탄소수 2~24개의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 알킬기 또는 불포화 알킬기, 또는 히드록시기로 치환된 탄소수 2~24개의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 알킬기 또는 불포화 알킬기이다.)
M은 수소, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이다.]
본 발명의 다른 목적은 상기한 프럭토스-1,6-디포스페이트의 유도체 (I)의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체와 프럭토스-1,6-디포스페이트의 피부투과도를 비교한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체의 효소에 분해정도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 프럭토스-1,6-디포스페이트의 자외선에 의한 각질형성세포 손상 보호효과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 프럭토스-1,6-디포스페이트의 자외선에 의한 각질형성세포 활성산화물 생성 억제 효과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 프럭토스-1,6-디포스페이트의 자외선 조사 후 각질형성세포의 글루타치온양의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 프럭토스-1,6-디포스페이트의 자외선에 의한 각질형성세포의 프로스타글라딘 생합성 억제 효과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체는 프럭토스-1,6-디포스페이트에 지방산이 에스테르 결합되어 있어, 피부 흡수가 증진되고, 생체내 효소에 의해 분해되어 프럭토스-1,6-디포스페이트의 생리활성을 발휘할 수 있다.
이 유도체의 제조방법은 프럭토스-1,6-디포스페이트와 염화아실을 반응시켜 제조하는 화학적 방법과 프럭토스-1,6-디포스페이트와 지방산을 효소의 존재하에 반응시켜 제조하는 생화학적 방법이 있다.
이하 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체의 제조방법을 구체적으로 설명한다.
먼저, 화학적 제조방법은 (A) 유기용매에서 지방산과 염화티오닐을 1:1~1:1.3의 당량비로 0~10℃의 온도에서 1~2시간 동안 반응시켜서 지방산의 염화아실을 생성시키는 단계; 및 (B) 염기존재하에 상기 (A)단계에서 생성된 지방산의 염화아실과 프럭토스-1,6-디포스페이트를 1.1~3.3:1의 당량비로 물과 유기용매의 혼합용매 중에서 반응시켜 프럭토스-1,6-디포스페이트의 지방산 에스테르 화합물을 생성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체의 화학적 제조방법을 반응식으로 도식화하면 하기 반응식 1과 같다.
(식중, R1, R2, R3, R' 및 M은 상기 일반식 (I)에서 정의한 바와 동일하다.)
이를 좀더 구체적으로 설명한다.
(A) 유기용매에서 지방산과 염화티오닐을 1:1~1:1.3의 당량비로 0~10℃의 온도에서 1~2시간 동안 반응시켜서 지방산의 염화아실을 생성시키는 단계
상기한 단계에서 지방산과 염화티오닐은 1:1~1:1.3의 당량비로 반응시키는 것이 바람직하다. 이는 당량비가 1:1 미만이면 목적하는 생성물을 얻을 수 없고, 1:1.3 이상이면 목적하는 생성물 이외에 과량의 부산물이 생성되기 때문이다.
한편, 반응온도는 10℃ 이상에서는 부산물의 생성이 증가하고, 반응액의 색이 나빠지는 문제점이 있으며, 0℃ 미만에서는 반응물의 용해도가 감소하고, 미반응물의 함량이 증가되어 반응 수율이 낮아지므로, 0~10℃ 범위의 온도가 바람직하다.
유기 용매의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 디클로로메탄, 테트라히드로퓨란, 초산에틸, 아세토니트릴, 클로로포름, 에틸에테르, 트리클로로에틸렌, 벤젠, 톨루엔, 디메틸포름아미드 등을 사용할 수 있고, 특히 디메틸포름아미드를 사용하는 것이 바람직하다.
이 단계에서 지방산은 탄소수 2~24개의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 지방산 또는 불포화 지방산, 또는 수산기로 치환된 탄소수 2~24개의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 지방산 또는 불포화 지방산을 사용할 수 있다. 그 대표적인 예로는 프로판산, 이소프로판산, 부탄산, 이소부탄산, 펜탄산, 이소펜탄산, 헥산산, 2-에틸헥산산, 헵판산, 옥탄산, 노난산, 데칸산, 도데칸산, 테트라데칸산, 팔미틴산, 스테아린산, 올레인산, 리놀레인산, 히드록시 카프린산, 히드록시 부탄산 등을 들 수 있다. 그러나 이들예로만 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(B) 염기존재하에 상기 (A)단계에서 생성된 지방산의 염화아실과 프럭토스-1,6-디포스페이트를 1.1~3.3:1의 당량비로 물과 유기용매의 혼합용매 중에서 반응시켜 프럭토스-1,6-디포스페이트의 지방산 에스테르 화합물을 생성시키는 단계
상기한 단계에서 지방산의 염화아실과 프럭토스-1,6-디포스페이트는 1.1~3.3: 1의 당량비로 반응시키는 것이 바람직하다. 이는 지방산의 염화아실을 1.0~1.3 당량비를 사용하면 지방산이 단일치환된 화합물을 얻을 수 있고, 2.0~2.3 당량비를 사용하면 이중치환된 화합물을 3.0~3.3 당량비를 사용하면 삼중치환된 화합물을 주화합물로 얻을 수 있기 때문이다.
이 단계에서 사용되는 염기의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화마그네슘, 수산화칼슘, 산화마그네슘, 산화칼슘 등의 무기 염기와 트리에틸아민, 피리딘 등의 유기 염기를 사용할 수 있으며, 특히 산화마그네슘을 사용하는 것이 바람직하다.
용매로는 테트라히드로퓨란, 다이옥산, 아세토니트릴 등과 같이 물과 섞일 수 있는 유기 용매와 물의 1:1~5:1의 혼합용매를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 1:1 미만의 혼합용매에서는 염화아실이 가수분해되어 미반응물의 함량이 증가되어 반응 수율이 낮아지는 문제점이 있고, 5:1 이상에서는 프럭토스-1,6-디포스페이트의 용해도가 감소하여 반응의 진행이 어려우며, 부산물의 생성이 증가하기 때문이다.
한편, 반응온도는 20℃ 이상에서는 부산물의 생성이 증가하고, 반응액의 색이 나빠지는 문제점이 있으며, 10℃ 미만에서는 반응물의 용해도가 감소하고, 반응의 진행이 어려우며, 미반응물의 함량이 증가되어 반응 수율이 낮아지는 문제점이 있으므로, 10~20℃ 범위의 온도가 바람직하다.
본 발명의 프럭토스-1,6-디포스페이트의 유도체의 또 다른 제조 방법인 생화학적 방법은 (A) 프럭토스-1,6-디포스페이트와 효소를 극성 용매와 다가알코올 용매와의 혼합용액에 분산시키고 지방산을 첨가하여 반응을 진행시키는 단계; 및 (B) 반응액을 농축한 후 물과 유기용매로 세척한 후 재결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
(A) 프럭토스-1,6-디포스페이트와 효소를 극성 용매와 다가알코올 용매를 1:3~1:7의 비율로 혼합한 혼합용액에 분산시키고, 지방산을 첨가하여 반응을 진행시키는 단계
상기한 단계에서 효소로는 리조푸스 텔레마, 페니실륨 시클로피움, 디조푸스속, 아스퍼질거스 나이저, 캔디다 실린드라세아, 캔디다 로구사, 알칼리게네스속, 뮤코르 마이헤이, 캔디다 앤트아크티카, 아스퍼질거스 오리자, 슈도모나스 멘토시나에서 유래한 리파아제 등을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 뮤코르 마이헤이와 캔디다 로구사, 캔디다 앤트아크티카를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 리파아제 이외에 에스터라제와 단백질 분해 효소가 사용될 수도 있다.
극성 용매로는 물, 인산 완충용액, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드, 메탄올, 에탄올 등과 같은 용매를 사용할 수 있으나, 디메틸술폭사이드를 사용하는것이 바람직하다.
다가알코올 용매로는 tert-부탄올, sec-부탄올, 2-메틸 2-부탄올 등과 같은 용매를 사용할 수 있으나, 2-메틸 2-부탄올을 사용하는 것이 바람직하다.
극성 용매와 다가알코올 용매의 비율은 1:3~1:7이 바람직하다. 이는 1:3 이하에서는 효소의 비활성화가 크게 일어나 반응 수율이 낮아지고, 1:7 이상에서는 반응물의 용해도가 감소하고 반응속도가 느려져 반응의 진행이 어려우며, 미반응물의 함량이 증가되어 반응 수율이 낮아지기 때문이다.
(B) 반응액을 농축한 후 물과 유기용매로 세척한 후 재결정하는 단계
재결정은 반응물을 클로로포름-메탄올 혼합 용액으로 녹인 후, 무극성 용매를 첨가하여 수행한다. 무극성 용매로는 펜탄, 헥산, 에테르, 초산에틸 등을 사용할 수 있으나, 헥산을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 프럭토스-1,6-디포스페이트의 유도체를 제조하는 또 다른 생화학적 방법은 (A) 프럭토스-1,6-디포스페이트와 효소를 극성 용매와 비극성 용매의 혼합용액에 분산시킨 다음, 지방산 또는 지방산 에스테르 화합물을 첨가하여 에스테르화 반응 또는 에스테르 변환 반응을 진행시키는 단계; 및 (B) 반응액을 농축한 후 물과 유기용매로 세척한 후, 재결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 단계에서 극성용매로는 물, 인산완충용액, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭사이드, 메탄올, 에탄올, tert-부탄올, sec-부탄올, 2-메틸 2-부탄올을 사용할 수 있으나, 인산 완충용액을 사용하는 것이 바람직하고, 비극성용매로는 n-펜탄, n-헥산, n-옥탄, 에테르, 초산에틸, 테트라히드로퓨란, 디클로로메탄, 클로로포름을 사용할 수 있으나, 클로로포름을 사용하는 것이 바람직하다.
지방산 에스테르 화합물로는 상기한 지방산과 탄소수 1~10개의 직쇄, 분지쇄를 포함한 알코올과의 에스테르 화합물을 사용할 수 있으나, 지방산의 메틸 에스테르와 에틸 에스테르 화합물이 바람직하다.
상기한 방법들로 제조된 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체는 이를 중화하여 염의 형태로도 사용할 수 있는데, 구체적인 예로는 나트륨, 칼륨, 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속이나 칼슘 등의 알칼리 토금속류염의 형태로 사용될 수 있다.
이하, 실시예 및 시험예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들예로만 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1] 프럭토스-1,6-디포스페이트-2-팔미테이트
디메틸포름아미드 8.6g과 티오닐클로라이드 14.4g을 섞어 30분 동안 잘 교반하였다. 여기에, 팔미틴산 25.6g을 테트라히드로퓨란 90㎖에 용해시킨 액을 서서히 적가하고, 5℃에서 2시간 동안 교반하여 염화팔미토일을 제조하였다. 다른 500㎖의 둥근 플라스크에 산화마그네슘 10.7g을 물 35g에 가한 후, 교반하여 혼합하였다. 여기에, 프럭토스 1,6 디포스페이트 34.0g과 테트라히드로퓨란 140㎖를 가하였다. 15℃에서 격렬히 교반하면서 상기에서 제조한 염화팔미토일 28.7g을 1시간에 걸쳐 적가하였다. 2시간 더 교반한 후, 여과하고, 여과기상의 고체는 클로로포름 400㎖로 세척하였다. 여액과 세액을 합한 후 물층을 분리하여 버리고, 유기층은 건조하고 농축한 후, 컬럼 크로마토그래피의 방법으로 정제하여 프럭토스-1,6-디포스페이트-2-팔미테이트 31.7g을 백색의 고체로 얻었다.
1H-NMR(DMSO): δ(ppm) = 0.88(3H, t), 1.26(24H, m), 1.64(2H,m), 2.35(2H, t), 3.73(1H, m), 3.81(1H, dd), 3.86(2H, d), 3.97(1H,d), 4.26(2H,s)
[실시예 2] 프럭토스-1,6-디포스페이트-2,3-디팔미테이트
디메틸포름아미드 17.2g과 티오닐클로라이드 28.8g을 섞어 30분 동안 잘 교반하였다. 여기에 팔미틴산 53.2g을 테트라히드로퓨란 180㎖에 용해시킨 액을 서서히 적가하고, 5℃에서 2시간 동안 교반하여 염화 팔미토일을 제조하였다. 다른 1ℓ의 둥근 플라스크에 산화마그네슘 21.4g을 물 70g에 가한 후, 교반하여 혼합하였다. 여기에, 프럭토스-1,6-디포스페이트 34.0g과 테트라히드로퓨란 280㎖를 가하였다. 15℃에서 격렬히 교반하면서 상기에서 제조한 염화팔미토일 57.6g을 1시간에 걸쳐 적가하였다. 2시간 더 교반한 후, 여과하고, 여과기상의 고체는 클로로포름 400㎖로 세척하였다. 여액과 세액을 합한 후 물층을 분리하여 버리고, 유기층은 건조하고 농축한 후, 컬럼 크로마토그래피의 방법으로 정제하여 프럭토스- 1,6-디포스페이트-2,3-디팔미테이트 46.9g을 백색의 고체로 얻었다.
1H-NMR(DMSO): δ(ppm) = 0.87(6H, t), 1.28(48H, m), 1.66(4H,m), 2.35(4H, t), 3.75(1H, m), 3.80(1H, dd), 3.86(2H, d), 4.13(1H,d), 4.24(2H,s)
[실시예 3] 프럭토스-1,6-디포스페이트-2,3,4-트리팔미테이트
디메틸포름아미드 25.8g과 티오닐클로라이드 43.2g을 섞어 1시간 동안 잘 교반하였다. 여기에 팔미틴산 76.8g을 테트라히드로퓨란 270㎖에 용해시킨 액을 서서히 적가하고, 5℃에서 2시간 동안 교반하여 염화팔미토일을 제조하였다. 다른 1ℓ의 둥근 플라스크에 산화마그네슘 32.1g을 물 105g에 가한 후 교반하여 혼합하였다. 여기에, 프럭토스-1,6-디포스페이트 34.0g과 테트라히드로퓨란 420㎖를 가하였다. 15℃에서 격렬히 교반하면서 상기에서 제조한 염화팔미토일 86.5g을 1시간에 걸쳐 적가하였다. 60℃에서 5시간 더 교반한 후, 여과하고, 여과기상의 고체는 클로로포름 1ℓ로 세척하였다. 여액과 세액을 합한 후 물층을 분리하여 버리고, 유기층은 건조하고 농축한 후 컬럼 크로마토그래피의 방법으로 정제하여 프럭토스-1,6-디포스페이트-2,3,4-트리팔미테이트 31.7g을 백색의 고체로 얻었다.
1H-NMR(DMSO): δ(ppm) = 0.88(9H, t), 1.27(72H, m), 1.66(6H,m), 2.34(6H, t), 3.74(1H, m), 3.85(2H, d), 3.92(1H, dd), 4.11(1H,d), 4.25(2H,s)
[실시예 4] 프럭토스-1,6-디포스페이트-2-헥사노에이트
디메틸포름아미드 8.6g과 티오닐클로라이드 14.4g을 섞어 30분 동안 잘 교반하였다. 여기에 헥산산 11.6g을 테트라히드로퓨란 90㎖에 용해시킨 액을 서서히 적가하고, 5℃에서 2시간 동안 교반하여 염화헥사노일을 제조하였다. 다른 500㎖의 둥근 플라스크에 산화마그네슘 10.7g을 물 35g에 가한 후 교반하여 혼합하였다. 여기에, 프럭토스-1,6-디포스페이트 34.0g과 테트라히드로퓨란 140㎖를 가하였다. 15℃에서 격렬히 교반하면서 상기에서 제조한 염화헥사노일 14.3g을 1시간에 걸쳐 적가하였다. 2시간 더 교반한 후, 여과하고, 여과기상의 고체는 클로로포름 400㎖로 세척하였다. 여액과 세액을 합한 후, 물층을 분리하여 버리고, 유기층은 건조하고 농축한 후, 컬럼 크로마토그래피의 방법으로 정제하여 프럭토스- 1,6-디포스페이트-2-헥사노에이트 21.7g을 백색의 고체로 얻었다.
1H-NMR(DMSO): δ(ppm) = 0.89(3H, t), 1.26(4H, m), 1.63(2H,m), 2.35(2H, t), 3.75(1H, m), 3.80(1H, dd), 3.87(2H, d), 3.95(1H,d), 4.24(2H,s)
[실시예 5] 프럭토스-1,6-디포스페이트-2,3-디헥사노에이트
디메틸포름아미드 17.2g과 티오닐클로라이드 28.8g을 섞어 30분 동안 잘 교반하였다. 여기에, 헥산산 23.2g을 테트라히드로퓨란 180㎖에 용해시킨 액을 서서히 적가하고, 5℃에서 2시간 동안 교반하여 염화헥사노일을 제조하였다. 다른 1ℓ의 둥근 플라스크에 산화마그네슘 21.4g을 물 70g에 가한 후 교반하여 혼합하였다. 여기에, 프럭토스-1,6 디포스페이트 34.0g과 테트라히드로퓨란 280㎖를 가하였다. 15℃에서 격렬히 교반하면서, 상기에서 제조한 염화헥사노일 28.7g을 1시간에 걸쳐 적가하였다. 2시간 더 교반한 후, 여과하고, 여과기상의 고체는 클로로포름 400㎖로 세척하였다. 여액과 세액을 합한 후, 물층을 분리하여 버리고, 유기층은 건조하고, 농축한 후 컬럼 크로마토그래피의 방법으로 정제하여 프럭토스- 1,6-디포스페이트-2,3-디헥사노에이트 35.7g을 백색의 고체로 얻었다.
1H-NMR(DMSO): δ(ppm) = 0.88(6H, t), 1.27(8H, m), 1.65(4H,m), 2.36(4H, t), 3.77(1H, m), 3.82(1H, dd), 3.85(2H, d), 4.12(1H,d), 4.22(2H,s)
[실시예 6] 프럭토스-1,6-디포스페이트-2,3,4-트리헥사노에이트
디메틸포름아미드 25.8g과 티오닐클로라이드 43.2g을 섞어 1시간 동안 잘 교반하였다. 여기에, 헥산산 34.8g을 테트라히드로퓨란 270㎖에 용해시킨 액을 서서히 적가하고, 5℃에서 2시간 동안 교반하여 염화 헥사노일을 제조하였다. 다른 1ℓ의 둥근 플라스크에 산화마그네슘 32.1g을 물 105g에 가한 후 교반하여 혼합하였다. 여기에, 프럭토스-1,6-디포스페이트 34.0g과 테트라히드로퓨란 420㎖를 가하였다. 15℃에서 격렬히 교반하면서 상기에서 제조한 염화헥사노일 42.5g을 1시간에 걸쳐 적가하였다. 50℃에서 6시간 더 교반한 후, 여과하고, 여과기상의 고체는 클로로포름 1ℓ로 세척하였다. 여액과 세액을 합한 후, 물층을 분리하여 버리고, 유기층은 건조하고 농축한 후 컬럼 크로마토그래피의 방법으로 정제하여 프럭토스-1,6-디포스페이트-2,3,4-트리헥사노에이트 41.7g을 백색의 고체로 얻었다.
1H-NMR(DMSO): δ(ppm) = 0.88(9H, t), 1.26(12H, m), 1.65(6H,m), 2.36(6H, t), 3.75(1H, m), 3.88(2H, d), 3.91(1H, dd), 4.12(1H,d), 4.23(2H,s)
[실시예 7] 프럭토스-1,6-디포스페이트-2-팔미테이트
프럭토스-1,6-디포스페이트 3.4g과 뮤코르 마이헤이 0.1g을 디메틸술폭사이드 10㎖와 2-메틸-2-부탄올 50㎖에 잘 분산시키고, 팔미틴산 2.5g을 첨가한 다음, 48시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면, 감압증류하여 용매를 제거하고 클로로포름 30㎖로 세척하였다. 이것을 클로로포름과 메탄올 2:1 혼합용액 30㎖에 녹이고 여과하였다. 여과액에 헥산 20㎖를 첨가하여 재결정하여 프럭토스 1,6-디포스페이트-2-팔미테이트 3.1g을 얻었다.
[실시예 8] 프럭토스-1,6-디포스페이트-2-헥사노에이트
프럭토스-1,6-디포스페이트 3.4g과 캔디다 앤트아크티카 0.1g을 디메틸술폭사이드 10㎖와 2-메틸-2-부탄올 50㎖에 잘 분산시키고, 헥산산 1.3g을 첨가한 후, 48시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 감압증류하여 용매를 제거하고 클로로포름 30㎖로 세척하였다. 이것을 클로로포름과 메탄올 2:1 혼합용액 30㎖에 녹이고 여과하였다. 여과액에 헥산 15㎖를 첨가하여 재결정하여 프럭토스 1,6-디포스페이트-2-헥사노에이트 2.4g을 얻었다
[실시예 9] 프럭토스-1,6-디포스페이트-2,3-디팔미테이트
프럭토스-1,6-디포스페이트 3.4g과 뮤코르 마이헤이 0.1g을 0.01M 인산 완충용액(pH 6.5) 50㎖에 넣고 잘 흔들어 준 다음, 클로로포름 50㎖에 팔미틴산 5.0g을 녹인 용액을 첨가하여 120시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 감압증류하여 용매를 제거하고 클로로포름 30㎖로 세척하였다. 이것을 클로로포름과 메탄올 2:1 혼합용액 30㎖에 녹이고 여과하였다. 여과액에 헥산 20㎖를 첨가하여 재결정하여 프럭토스-1,6-디포스페이트-2,3-디팔미테이트 4.2g을 얻었다.
[실시예 10] 프럭토스-1,6-디포스페이트-2,3,4,-트리팔미테이트
프럭토스-1,6-디포스페이트 3.4g과 뮤코르 마이헤이 0.1g을 0.01M 인산 완충용액(pH 7.0) 50㎖에 넣고 잘 흔든 다음, n-헥산 50㎖에 메틸 팔미테이트 8.1g을 녹인 용액을 첨가하여 120시간동안 교반하였다. 반응이 끝나면 감압증류하여 용매를 제거하고, 클로로포름 30㎖로 세척하였다. 이것을 클로로포름과 메탄올 2:1 혼합용액 30㎖에 녹이고 여과하였다. 여과액에 헥산 20㎖를 첨가하여 재결정하여 프럭토스-1,6-디포스페이트-2,3,4-트리팔미테이트 5.1g을 얻었다.
[실시예 11] 프럭토스-1,6-디포스페이트-2,3,4-트리팔미테이트
프럭토스-1,6-디포스페이트 3.4g과 뮤코르 마이헤이 0.1g을 디메틸술폭사이드 20㎖와 2-메틸-2-부탄올 100㎖에 잘 분산시키고, 팔미틴산 7.5g을 첨가한 후, 48시간 동안 교반하였다. 반응이 끝나면 감압증류하여 용매를 제거하고, 클로로포름 30㎖로 세척하였다. 이것을 클로로포름과 메탄올 2:1 혼합용액 30㎖에 녹이고 여과하였다. 여과액에 헥산 20㎖를 첨가하여 재결정하여 프럭토스 1,6-디포스페이트-2,3,4-트리팔미테이트 3.1g을 얻었다.
<시험예 1> 피부 투과 시험
기니아 피그(Guinea Pig)로부터 피부를 취해서 지방과 다른 세포들을 제거하고 두 개의 체임버로 구성된 확산 셀에 설치하였다. 확산 셀은 물 자켓을 이용하여 37도로 일정하게 유지하였다. donor 셀에는 측정하고자는 시료를 넣고 receiver 셀에는 인산완충염액(PBS, pH 7.4)을 넣어 주고 시간에 따라 receiver 셀의 용액을 HPLC로 분석하여 피부 투과 정도를 측정하였다.
그 결과를 도 1에 나타내었다.
도 5로부터, 프럭토스-1,6-디포스페이트는 피부 투과가 잘 안 되는 반면에 프럭토스-1,6-디포스페이트의 유도체의 경우 피부 투과시간이 유도체에 따라 프럭토스- 1,6-디포스페이트에 비해 4~7배 정도 증진된다는 것을 알 수 있다.
<시험예 2> 효소에 의한 분해 실험
피부 내에 존재하는 효소에 의해 프럭토스-1,6-디포스페이트의 유도체들이프럭토스-1,6-디포스페이트로 가수분해되는지 살펴보기 위하여 아래와 같이 실험하였다. 효소로는 리파아제를 이용하였으며 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체들을 디메틸술폭사이드와 물 혼합용액에 2% 녹여 샘플을 준비하였다.
각각의 농도의 리파아제와 샘플을 37℃에서 24시간 동안 교반하여 준 후, HPLC를 이용하여 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체의 가수분해 정도를 측정하여, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2로부터, 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체들이 효소에 의해 가수분해되어 활성 물질인 프럭토스- 1,6-디포스페이트로 전환됨을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명의 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체는 피부 투과력이 증진되고 피부내에 존재하는 효소에 의해 활성물질인 프럭토스- 1,6-디포스페이트로 전환되어 프럭토스- 1,6-디포스페이트가 갖는 효능을 효과적으로 발휘할 수 있다,
이하에서는 프럭토스- 1,6-디포스페이트가 갖는 효능에 대한 시험예를 제시한다. 한편, 하기 시험예들에서 사용된 프럭토스-1,6-디포스페이트(D-Fructose-1,6- diphosphate)는 미국 시그마사(St. Louis, MO, USA)에서 구입한 것이다.
<시험예 3> 프럭토스-1,6-디포스페이트의 자외선에 의한 세포 손상 보호 효과
사람의 표피 조직에서 분리한 각질형성세포(keratinocyte)를 96웰형 세포배양 플레이트의 각 웰에 1×104개를 넣고, 24시간 동안 부착시켰다. 18시간 후, 배양액을 제거한 후 각 웰에 50㎕의 인산완충염액(PBS)을 넣었다. 이 각질형성세포에자외선 B (UV B)램프(Model: F15T8, UV B 15W, Sankyo Dennki사, Japan)를 이용하여 자외선 30mJ/㎠를 조사한 후, PBS를 덜어내고 각 웰에 각질형성세포 배양액 (keratinocyte growth media, Clonetics, BioWhittacker사, MD, USA) 200㎕를 첨가하였다. 여기에 프럭토스-1,6-디포스페이트를 1mM, 5mM, 10mM 및 20mM의 농도로 처리한 후, 16~20시간 동안 배양하였다. 일정 시간 경과 후, 배양 상층액을 적당량 취하여 16~20시간 동안 세포 손상에 지표 효소인 젖산탈수소화효소(lactate dehydrogenase, LDH)의 양를 정량하였다.
배양 상층액 중의 LDH 양은 프로메가사(Madison, WI, USA)의 Cytotox 96 non-radioactive cytotoxicity assay 키트를 이용하여 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 프럭토스-1,6-디포스페이트는 자외선에 의한 사람의 각질세포 손상에 따른 LDH의 증가를 20mM의 농도에서는 약 86.3%, 10mM에서는 약 64.7% 억제한다. 그러므로, 프럭토스-1,6-디포스페이트는 자외선과 같은 외부 자극에 대해 피부 세포를 보호하는 효과가 있다.
한편, 세포보호효능은 하기 식에 따라 계산한 값이다.
세포보호효능(%) = 100 X (1-(시료처리군의 OD490-Sham OD490/ UVB irradiated control OD490- Sham OD490))
<시험예 4> 프럭토스-1,6-디포스페이트의 반응성활성산화물(reactive oxygen species) 생성 억제 효과
사람의 표피 조직에서 분리한 각질형성세포(keratinocyte)를 24웰 형 세포배양 플레이트의 각웰에 5×104개를 넣고 24시간 동안 부착시켰다. 16시간 후, 프럭토스-1,6-디포스페이트를 10mM 처리하였다. 2시간 뒤에 배양액을 제거한 후 각 웰에 100㎕의 인산완충염액(PBS)을 넣었다. 이 각질형성세포에 자외선 B (UV B) 램프(Model: F15T8, UV B 15W, Sankyo Dennki社, Japan)를 이용하여 자외선 30 mJ/㎠를 조사한 후, PBS를 덜어내고 각웰에 각질형성세포 배양액 200㎕를 첨가하였다. 여기에 프럭토스-1,6-디포스페이트를 다시 처리하고 일정 시간대별로 자외선 자극에 의해 증가한 반응성활성산화물(reactive oxygen species, ROS)의 양을 정량하였다.
ROS의 양은 ROS에 의해 산화되는 dichlorofluorescin diacetate(DCF-DA)의 형광을 측정하는 Tan의 방법을 참고하여 정량하였으며 (Tan et al., 1998, J. Cell Biol. Vol. 141, pp1423-1432), 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4로부터, 프럭토스-1,6-디포스페이트는 자외선에 의해 피부 세포 손상을 일으키는 것으로 알려진 ROS의 생성을 억제한다는 것을 알 수 있다.
<시험예 5> 프럭토스-1,6-디포스페이트의 글루타치온(glutathione, GSH) 생성 촉진 효과
사람의 각질형성세포(keratinocyte)를 직경 10㎝형의 원형 세포배양 플레이트에 5×105개를 넣고 24시간 동안 부착시켰다. 18시간 후, 배양액을 제거한 후 각웰에 2㎖의 인산완충염액(PBS)을 넣었다. 이 각질형성세포에 자외선 B(UV B) 램프(Model: F15T8, UV B 15W, Sankyo Dennki社, Japan)를 이용하여 자외선 30 mJ/㎠를 조사한 후, PBS를 덜어내고 각 웰에 각질형성세포 배양액을 5㎖를 첨가하였다. 여기에 프럭토스-1,6-디포스페이트를 다시 처리하고 일정 시간대별로 자외선 자극에 의해 변화하는 GSH의 양을 정량하였다.
GSH 정량은 GSH가 5,5'-디티오비스-2-니트로벤조산(5,5'-dithiobis-2-ntirobenzoic acid)에 의해 환원되면서 생성되는 5-티오-2-니트로벤조에이트의 흡광도를 측정하는 것을 원리로 하는 Akerboom과 Sies의 방법에 따라 수행하였다(Akerboom Sies, 1981, Methods Enzymol. Vol 77, pp373-382). 그 결과는 도 5에 나타내었다.
도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, 프럭토스-1,6-디포스페이트에 의해 피부의 각질세포의 GSH 양이 증가하였음을 보여준다. 피부 세포에서 GSH는 높은 환원력을 보유하고 있으므로 자외선에 의한 세포 손상이 유발되었을 때 발생하는 ROS 양을 줄일 수 있다.
그러므로, 도 4 및 도 5의 결과로부터 프럭토스-1,6-디포스페이트가 피부 세포의 산화적 손상을 억제하는 물질임을 알 수 있다.
<시험예 6> 프럭토스-1,6-디포스페이트의 사이클로옥시게나제-2 발현 억제를 통한 프로스타글란딘 E2 생합성 억제 효과
각질형성세포(keratinocyte)를 96웰형 세포배양 플레이트의 각웰에 1×104개를 넣고 24시간 동안 부착시켰다. 상기의 각질형성세포에 최종 농도가 500mM이되도록 아스피린을 처리하여, 각질형성세포에 존재하는 프로스타글란딘 생합성 효소(prostaglandin H2 synthetase, 또는 다른 이름으로 cyclooxygenase, 이하 COX)의 활성을 제거하였다. 아스피린 처리 2시간 후에 각질 형성 세포가 들어있는 각웰을 인산 완충 용액(phosphate buffered saline, PBS)으로 2회 세척하고, 각웰에 50 ㎕의 인산완충염액(PBS)을 넣었다. 이 각질형성세포에 자외선 B(UV B) 램프(Model: F15T8, UV B 15W, Sankyo Dennki사, Japan)를 이용하여 자외선 30 mJ/㎠를 조사한 후, PBS를 덜어내고 각웰에 각질형성세포 배양액 200㎕를 첨가하였다. 여기에 프럭토즈-1,6-디포스페이트를 정해진 농도 만큼씩 처리한 후, 16~20시간 동안 배양하였다. 배양 상층액에 16~20시간 동안 생합성되어 축적된 프로스타글란딘 E2(PGE2)를 정량함으로써, 프럭토스-1,6-디포스페이트의 PGE2 억제 효과를 판단하였다. PGE2의 양은 효소면역분석법(enzyme immunoassay)을 이용하여 정량화하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
피부세포는 자외선과 같은 외부의 자극에 의해 COX-2 효소가 대량으로 발현된다는 사실이 보고된 바 있다(Wilgus et al., 2000. Prostaglandins other Lipid Mediators, Vol.62, pp367-384). 그러므로, 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 프럭토스-1,6-디포스페이트는 자외선에 의해 유도되는 COX-2 효소로부터 생합성되는 PGE2의 양을 감소시켰다. 이는 프럭토스-1,6-디포스페이트가 자외선에 의한 염증 매개 인자의 증가를 감소시키는 항염증 효과가 있음을 증명하는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 프럭토스-1,6-디포스페이트의유도체는 프럭토스-1,6-디포스페이트에 비해 피부 투과력이 증진되고 피부 내에 존재하는 효소에 의하여 활성 성분인 프럭토스-1,6-디포스페이트로 전환되어 자외선과 같은 외부 자극에 의한 피부 세포 손상을 감소시키는 효과가 우수하다. 그러므로, 프럭토스-1,6-디포스페이트의 유도체는 반응성 산화물에 의한 피부 세포 손상과 관련된 피부 기능의 퇴행을 늦추고, 반응성활성산화물(ROS)에 의한 염증을 방지하는데 유효한 피부 외용제 조성물로 사용될 수 있다. 또한, 비타민 C, 비타민 E, 또는 녹차 추출물들처럼 기존에 고용량으로 사용했을 때 피부 부작용을 일으킬 수 있는 항산화 원료들의 단점을 극복할 수 있다는 점에서 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체는 피부 세포의 자체 환원력을 높이는 내인성 항산화 물질 역할을 수행하는 화장품 등의 피부 외용제 원료로 사용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 하기 일반식 (I)로 표시되는 프럭토스-1,6- 디포스페이트 (D-fructose-1,6-diphosphate) 유도체 및 그의 염.
    [화학식 1]
    [식중, R1, R2및 R3중 적어도 하나는 -OCOR'이고,
    (식중, R'는 수소, 탄소수 2~24개의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 알킬기 또는 불포화 알킬기, 또는 히드록시기로 치환된 탄소수 2~24개의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 알킬기 또는 불포화 알킬기이다.)
    M은 수소, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이다.]
  2. 하기 (A) 및 (B) 단계를 포함함을 특징으로 하는 제 1항의 프럭토스-1,6- 디포스페이트 유도체의 제조방법.
    (A) 유기용매에서 지방산과 염화티오닐을 1:1~1:1.3의 당량비로 0~10℃의 온도에서 1~2시간 동안 반응시켜서 지방산의 염화아실을 생성시키는 단계; 및
    (B) 염기존재하에 상기 (A)단계에서 생성된 지방산의 염화아실과 프럭토스-1,6-디포스페이트를 1.1~3.3:1의 당량비로 물과 유기용매의 혼합용매 중에서 반응시켜 프럭토스-1,6-디포스페이트의 지방산 에스테르 화합물을 생성시키는 단계.
  3. 하기 (A) 및 (B) 단계를 포함함을 특징으로 하는 제 1항의 프럭토스-1,6- 디포스페이트 유도체의 제조방법.
    (A) 프럭토스-1,6-디포스페이트와 효소를 극성 용매와 다가 알코올 용매를 1:3~1:7의 비율로 혼합한 혼합용액에 분산시키고, 지방산을 첨가하여 반응을 진행시키는 단계: 및
    (B) 상기 (A)단계의 반응액을 농축한 후 물과 유기용매로 세척한 후 재결정하는 단계.
  4. 하기 (A) 및 (B) 단계를 포함함을 특징으로 하는 제 1항의 프럭토스-1,6- 디포스페이트 유도체의 제조방법.
    (A) 프럭토스-1,6-디포스페이트와 효소를 극성 용매와 비극성용매와의 혼합용액에 분산시키고, 지방산 또는 지방산 에스테르 화합물을 첨가하여 에스테르화 반응 또는 에스테르 변환 반응(trans-esterification)을 진행시키는 단계: 및
    (B) 상기 (A)단계의 반응액을 농축한 후 물과 유기용매로 세척한 후 재결정하는 단계.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 효소는 리조푸스 텔레마, 페니실륨 시클로피움, 디조푸스속, 아스퍼질거스 나이저, 캔디다 실린드라세아, 캔디다 로구사, 알칼리게네스속, 뮤코르 마이헤이, 캔디다 앤트아크티카, 아스퍼질거스 오리자 및 슈도모나스 멘토시나에서 유래한 리파아제로 이루어진 군에서 선택된 1종 임을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지방산은 탄소수 2~24개의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 지방산 또는 불포화 지방산, 또는 수산기로 치환된 탄소수 2~24개의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 지방산 또는 불포화 지방산임을 특징으로 하는 제조방법.
KR10-2001-0040856A 2001-07-09 2001-07-09 프럭토스-1,6-디포스페이트 유도체 및 이의 제조방법 KR100412114B1 (ko)

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