KR100904727B1

KR100904727B1 - 글리세릴 포스포릴콜린의 합성 방법

Info

Publication number: KR100904727B1
Application number: KR1020070104591A
Authority: KR
Inventors: 이학준; 박종문; 이병훈
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2007-10-17
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2009-06-26
Also published as: KR20090039132A

Abstract

본 발명은 뇌기능 개선제 등으로 알려져 있는 글리세릴 포스포릴 콜린을 합성하는 새로운 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 입수가 용이한 글라이시돌을 출발물질로 하여 5단계의 온화한 조건에서 반응을 진행시켜 L-α-글리세릴 포스포릴 콜린을 합성하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 경제적이면서도 취급이 용이한 물질들을 사용하여 간편하게 L-α-글리세릴 포스포릴 콜린을 합성할 수 있어 의약학 분야를 비롯하여 지속적인 수요가 예측되는 L-α-글리세릴 포스포릴 콜린에 대한 수입의존도를 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

글리세릴 포스포릴 콜린, 콜린 알포세레이트, 글라이시돌, 벤질레이션

Description

글리세릴 포스포릴콜린의 합성 방법{SYNTHETIC METHOD FOR GLYCERYL PHOSPHORYLCHOLINE}

본 발명은 뇌기능 개선제 등으로 알려져 있는 L-α-글리세릴 포스포릴 콜린를 합성하는 새로운 방법에 관한 것이다.

콜린 알포세레이트(chloline alfoscerate)로 알려져 있는 L-α-글리세릴 포스포릴콜린(L-α-glyceryl phosphorylcholine; GPC)은 신체의 모든 세포에서 자연적으로 존재하며, 1990년대 후반부에 이 화합물은 콜린이 많이 필요한 신생아의 건강한 신체발달을 위해서, 특히 빠른 두뇌발달에 중요한 물질이라는 것이 처음으로 알려지게 되었다.

L-α-글리세릴 포스포릴콜린은 뇌에서 새로운 아세틸콜린의 생산을 위한 중요한 화합물이다. 아세틸 콜린은 근육조절, 수면, 그리고 지각력을 포함하는 중요한 신경전달물질로서 고령화가 진행됨에 따라 감소되며 이에 따라 지각력 감소, 혈관성 치매, 알츠하이머병에서 보여주는 신경퇴화 등을 유발한다. 이와 관련된 연구와 임상 실험에 의하여 과학자들은 아세틸콜린의 적합한 전구체가 L-α-글리세릴 포스포릴콜린이라는 것을 밝혀내게 되었다. 지금까지 인간의 신경학적 이상에 대 한 동물 모델과 인간에 대한 L-α-글리세릴 포스포릴콜린의 임상학적 효과와 안전성에 대한 수많은 임상시험이 수행되었으며, 이들 결과로부터 L-α-글리세릴 포스포릴콜린의 효과, 안전성, 지속성이 보편적으로 검증되었다. 2001년 초에 보고에 따르면, 4,054 명의 환자들에 대한 임상검사에서 L-α-글리세릴 포스포릴콜린은 전반적으로 환자의 임상질환들을 개선하였다고 한다. L-α-글리세릴 포스포릴콜린은 알츠하이머병과 혈관성 치매 환자의 아세틸콜린 저하에 사용되고 있는 donepezil(Aricept^®), rivastigmine(Exelon^®)과 같은 콜린 에스테라아제(cholin esterase) 억제제와 같은 효과를 갖는다는 것이 밝혀졌다.

현대화, 고령화 사회로 진입하면서 성인병, 특히 노인병에 대한 인식이 중요시 되고 있으며, 특히 인구학적으로 노인인구의 급속한 증가와 평균 수명의 연장으로 인한 고령화 현상이 진행되고 있다. 통계청 자료에 의하면 노인인구는 2000년 7.1%로 고령화 사회를 기점으로 2020년에는 13.2%로 예상되고 의학기술의 진보에 기인하여 평균수명은 2000년 74.9세, 2020년 78.1세로 추정된다. 이는 결과적으로 고령노인의 절대적 수의 팽창을 의미하며, 특히 후기 고령 노인, 와상 상태의 노인, 치매노인 등 신체적, 심리적, 경제적으로 의존적인 노인의 문제를 야기하게 될 것이다. 그 중에서 신경전달체계와 관련이 많은 노인성 치매, 알츠하이머병에 대한 사회인식은 실버산업의 중요성과 관심을 불러일으키고 있다. 2005년 우리나라 치매노인 수는 36만3천801명이며, 2020년에는 70만3천889명으로 증가할 것으로 예상되고 있다. 이러한 배경으로 치매의 병인을 규명하고 환자를 치료할 수 있는 약 물개발과 치매노인의 보건복지문제에 대한 종합적인 연구 및 조사가 이루어지고 있다.

현재 여러 가지 치매 관련 의약품들이 사용되고 있는데 그 중에서 뇌기능 개선제로 알려져 있는 L-α-글리세릴 포스포릴콜린은 현재 국내에서 생산하는 의약품 원료업체가 없으며, 외국으로부터의 수입량이 증가함에 따라 이를 용이하게 합성할 수 있는 기술이 절실하게 요구되고 있다.

L-α-글리세릴 포스포릴콜린(L-α-glyceryl phosphorylcholine; GPC)은 하기 화학식 1의 구조를 가지며, 특히 레시틴의 반합성 유도체이며 콜린신경계 전구체로서 지각력 개선과 뇌기능 개선에 효과적이라고 알려져 있다.

L-α-글리세릴 포스포릴콜린의 제조방법으로서는 J. Am. Chem Soc. 70, 1394-1399(1948)에 기재된 방법인, D-solketal로부터 합성하는 하기 반응식 1의 방법이 최초의 방법으로 추정되고 있다.

또한 DE3000246, EP0217765, EP0486100, WO9315088, 및 EP0575717 호 등에도 콜린 알포세레이트에 관련된 기재가 있으나, DE3000246, EP0217765 공보에는 레시틴을 처리하여 추출, 정제, 분리하는 내용이 기재되어 있을 뿐이며, EP0486100 에는 레시틴을 사용하지 않고 합성법이 기재되어 있으나 L-α-아이소프로필리덴 3-글리세릴포스포릴콜린(L-α-isopropylidene 3-glycerylphosphorylcholine)을 수득한 후 IRC 50 type 컬럼을 하여 에탄올로 결정화 하는 방법이 개시되어 있다. 또한 WO9315088 에는 L-α-글리세릴 포스포릴콜린을 결정화 시키는 제조방법에 관하여 기재되어 있고, EP0575717 에는 새로운 합성 방법이 아닌 포스포리피드를 이온교환 수지 처리한 후 추출, 분리 및 재결정하는 내용이 개시되어 있을 뿐, L-α-글리세릴 포스포릴콜린의 구체적 합성방법에 관해서는 언급이 없다.

이렇게 기존의 공지 문헌들에 기재되어 있는 내용은 주로 천연물을 출발물질 로 하여 이로부터 L-α-글리세릴 포스포릴콜린을 추출하는 방법에 관한 것이거나, 에스테라아제 효소를 사용하여 가수분해 하는 공정을 포함하고 있어 대량 공정상의 문제가 있어왔다.

이들 공지 문헌에 개시되어 있는 방법 중 가장 용이하며 편리한 방법으로서 유럽특허 EP0486100에 개시되어 있는 하기 반응식 2의 방법을 들 수 있다.

반응식 2의 방법은 비교적 편리한 방법이기는 하나 포스포릴(phosphoryl) 시약이 고가이기 때문에 이를 대체할 합성 방법에 대한 개발이 시급한 실정이다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 상업적으로 쉽게 구입할 수 있는 물질을 출발물질로 하여 간단하고 효율적인 방법으로 콜린 알포세레이트를 합성하는 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 글라이시돌을 출발물질로 하여 글리세릴 포스포릴콜린를 합성하는 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 글리세릴 포스포릴콜린의 합성 방법은 하기 반응식 3과 같이 글라이시돌을 출발물질로 하여 프로텍션(protection), 디프로텍션(deprotection)을 거쳐 이루어진다.

본 발명에 따른 글리세릴 포스포릴콜린의 합성방법은, 글라이시돌을 출발물질로 하여, 벤질레이션, 에폭사이드 고리열림, 아세틸기에 의한 프로텍션, 벤질기 제거 및 포스포릴레이션과 콜리네이션을 거쳐 이루어지며, 이 때, 출발물질로서 rac-글라이시돌을 사용하는 경우 D,L-α-글리세릴 포스포릴 콜린을 수득할 수 있으며, S-글라이시돌을 사용하는 경우 L-α-글리세릴 포스포릴 콜린을 수득할 수 있다.

본 발명에 따른 글라이시돌을 출발물질로 하여 글리세릴 포스포릴콜린를 합성하는 방법은, 글라이시돌을 벤질레이션 하는 제1 단계, 글라이시돌의 에폭사이드 고리를 열어 다이올을 제조하는 제2 단계, 다이올의 하이드록시기를 프로텍션하는 제3 단계, 벤질기를 제거하는 제4 단계, 포스포릴레이션, 콜린네이션 하는 제5 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 합성 방법을 좀 더 상세하게 설명한다.

제1 단계: 글라이시돌과 벤질 할라이드를 반응시켜 글라이시돌의 하이드록시기를 벤질레이션(benzylation)하는 단계이다. 이로써 벤질 글라이시딜 에테르(benzyl glycidyl ether)를 수득한다.

제2 단계: 제1 단계에서 수득한 벤질글라이시딜 에테르의 에폭사이드 고리를 여는 단계로서 벤질옥시프로페인다이올(benzyloxypropanediol)을 수득한다.

제3 단계: 제2 단계에서 수득한 벤질옥시프로페인다이올의 알코올기를 아세틸기로 프로텍션하여 다이아세톡시벤질옥시프로페인(diacetoxybenzyloxypropane)을 수득한다.

제4 단계: 다이아세톡시벤질옥시프로페인으로부터 벤질기를 제거하여 다이아세틸글리세롤(diacetyl grycerol)을 수득한다.

제5 단계: 다이아세틸 글리세롤을 쉽게 구입할 수 있는 포스포러스 옥시클로라이드(phosphorus oxychloride) 등을 사용하여 포스포릴레이션(phosphorylation)시킨 후, 연속적으로 콜리네이션(cholination)시키고 아세틸기를 제거함으로써 원하는 글리세릴 포스포릴콜린(glyceryl phosphorylcholine)을 수득한다.

즉, 본 발명에 따른 합성 방법은 우선 글라이시돌을 출발물질로 하여 벤질레이션과 에폭사이드 고리열림을 통해 다이올을 만들고, 다이아세틸레이션으로 프로텍션을 하고 팔라듐/탄소로 벤질그룹을 제거한 후, 연속적으로 포스포릴레이션과 콜린네이션을 진행한다. 마지막으로 포타슘카보네이트로 처리하여 아세틸그룹을 제거해 우리가 원하는 글리세릴 포스포릴콜린을 합성하는 것으로 요약할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 합성방법에서는 고가의 물질이 사용되지 않고, 상업적으로 쉽게 구입할 수 있는 시약 등을 사용하고 비교적 온화한 조건에서 비교적 짧은 공정을 통하여 원하는 글리세릴 포스포릴콜린을 합성할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상업적으로 구입할 수 있는 글라이시돌(Glycidol) 및 포스포릴 시약인 포스포러스 옥시클로라이드(phosphorous oxychloride)를 이용하여 온화한 조건에서 5 단계로 글리세릴 포스포릴콜린을 비교적 수월하게 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 합성 방법은 기존의 다단계의 반응과 비싼 시약을 사용해야 하는 어려움을 해결하여 경제적이면서도 취급이 용이한 물질들을 사용하여 간편하게 글리세릴 포스포릴콜린을 제조할 수 있으므로 의약, 약학 분야를 비롯하여 다양한 분야에서 지속적인 수요가 예측되는 L-α-글리세릴 포스포릴콜린에 대한 수입의존도를 현저히 낮출 수 있을 것으로 기대한다.

본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 상세히 살펴본다. 그러나, 본 발명이 후술하는 실시예에 의하여 제한되는 것은 아님은 명백하다.

<실시예>

하기 반응식 4의 방법에 따라 글라이시돌을 출발물질로 하여 글리세릴 포스포릴콜린을 합성하였다.

실시예 1: rac -글라이시돌을 출발물질로 한 L,D-α-글리세릴 포스포릴콜린의 합성

제1 단계: 벤질글라이시딜 에테르의 제조

둥근플라스크에 아르곤 대기를 만들어 준 후 NaH(0.35 g, 14.8 mmol)와 무수 THF/DMF(10:1) 55 mL의 용액, rac-글라이시돌(1.0 g, 13.5 mmole)을 혼합하여 5분 동안 교반하여 준다. 벤질브로마이드(1.76 mL, 16.2 mmole)를 혼합하고 반응온도를 0 ℃에서 실온으로 올렸다. 6시간 후 반응을 종료하고 반응 중에 생긴 고체를 제거하기 위해 필터 후 물을 첨가하여 유기층을 분리하였다. 유기층을 무수 나트륨 설페이트로 건조하고 컬럼크로마토그래피 방법으로 벤질글라이시딜 에테르(benzyl glycidyl ether)를 1.57 g 얻었다.

수율=74%

¹H NMR (CDCl₃): δ 7.36-7.28(m, 5H, H at ArH), 4.16, 4.55(d, J=12.0 Hz, 2H, CH₂Ar), 3.76(dd, J=11.4, 2.9 Hz, 1H, one of side chain-OCH₂), 3.43(dd, J= 11.4, 5.8 Hz, 1H, one of side chain-OCH₂), 3.18(m, 1H, ring-OCH), 2.78(dd, J=4.6, 4.2 Hz 1H, one of ring-OCH₂), 2.60(dd, J=4.6, 2.5 Hz, 1H, one of ring-OCH₂).

제2 단계: 3-벤질옥시-1,2-프로페인다이올의 제조

둥근 플라스크에 벤질글라이시딜 에테르(benzyl glycidyl ether, 1 g, 6 mmol)와 1% H₂SO₄ 수용액 30 mL을 상온에서 4시간 30분 동안 교반시켰다. 수용액에 있는 화합물을 에틸아세테이트로 여러 번 추출하고 포화된 소금물로 씻어준 후 소듐설페이트(Na₂SO₄)로 처리하여 3-벤질옥시-1,2-프로페인다이올(3-benzyloxy-1,2- propanediol) 1.056 g을 얻었다.

수율=96%

¹H NMR (CDCl₃): δ 7.27 (m, 5H, H at Ar), 4.49(s, 2H, ArCH₂), 3.83(m, 1H, OCH), 3.59(m, 4H, OCH₂).

제3 단계: 1,2-다이아세톡시-3-벤질옥시프로페인의 제조

다이클로로메탄(dichloromethane) 50 mL과 3-벤질옥시-1,2-프로페인다이올(3 g, 16.46 mmol)을 교반시켜준다. 여기에 트리에틸아민(triethylamine, 5.5 mL, 39.5 mmol)과 4-다이메틸아미노피리딘(4-dimethylamino pyridine(DMAP), 0.58 g, 4.77 mmol)을 가한다. 플라스크를 셉텀(septum)으로 막은 후 0 ℃하에서 아세틸클로라이드(acetyl chloride, 2.6 mL, 36.21 mmol)을 천천히 넣어준다. 2시간 30분 후 반응을 종료시킨 다음 5% HCl 용액(2ㅧ 12 mL)으로 씻어준다. 여액을 10% 탄산나트륨(Na₂CO₃, 12mL)으로 다시 씻어주고 다시 포화된 탄산수소나트륨(NaHCO₃,12 mL)으로 씻은 후, 컬럼크로마토그래피(hexane:acetone=5:1, v/v, R_f=0.35)로 분리하여 1,2-다이아세톡시-3-벤질옥시프로페인(1,2-diacetoxy-3-benzyloxypropane)을 수득하였다.

수율=92%

¹H NMR (CDCl₃): δ 7.31(m, 5H, H at Ar), 5.21(m, 1H, CH-O), 4.53(m, 2H, O-CH₂Ar), 4.14-4.36(m, 2H, CH₂-OAc), 3.58(m, 2H, CH₂-OBn), 2.07(s, 3H, CH₃-CO), 2.02(s, 3H, CH₃-CO).

제4 단계: 1,2-다이아세틸글리세롤의 제조

곁가지 달린 플라스크에 고순도 아이소프로필알코올(IPA, 20 mL)과 촉매로서 10% 팔라듐/탄소(Pd/charcoal, 0.3 g)을 넣고 감압과 아르곤 충진으로 3회 반복한 후 감압하여 수소기체를 여러 번 채웠다. 40℃조건에서 교반하고 9시간 후 반응을 종료시킨 후 감압 증류하였다. 마지막으로 컬럼크로마토그래피(hexane:ethyl acetate=3:2, v/v, R_f=0.25) 방법을 통하여 깨끗하게 분리하여 1,2-다이아세틸글리세롤(1,2-diacetyl glycerol)을 수득하였다.

수율=91%

¹H NMR (CDCl₃): δ 5.08(m, 1H, O-CH₂), 4.12-4.38(m, 2H, CH₂-OAc), 3.71-3.77(m, 2H, CH₂-O), 2.14(s, 3H, CH₃-CO), 2.11(s, 3H, CH₃-CO).

제5 단계: 글리세릴 포스포릴콜린의 제조

둥근 플라스크에 아르곤을 충진 후 포스포러스 옥시클로라이드 (phosphorous oxychloride, 0.41 mL,4.4 mmol)와 트리에틸아민(triethylamine, 0.65 mL, 4.7 mmol)과 1,2-다이아세틸글리세롤(1,2-diacetyl glycerol, 0.61 g, 3.5 mmol)을 가한 후 50분간 교반해 준다. 여기에 콜린토실레이트(choline tosylate, 1.93 g, 7 mmol)와 피리딘(pyridine, 2.25 mL, 2.8 mmol)을 넣어 반응시킨다. 12시간 후에 증류수 2 mL을 가해 1시간 동안 가수분해 시켰으며 감압증류를 한 후 컬럼크로마토그래피(methylene chloride:MeOH:H₂O=7:6:1 → 2:3:1. v/v/v)로 깨끗한 D,L-α-글리세릴 포스포릴콜린(D,L-α-glyceryl phosphorylcholine) 0.52 g를 얻었다.

수율=58%

¹H NMR (CD₃OD): δ 4.30(m, 2H, CH₂OPO₃), 3.83-3.97(m, 2H, CH₂-OH), 3.77(m, 1H, CH-OH), 3.64(m , 2H, CH₂OPO₃), 3.58(m, 2H, CH₂NMe₃), 3.22(s, 9H, NMe₃)

총 합성 수율은 34% 였다.

실시예2: S -글라이시돌을 출발물질로 한 L-α-글리세릴 포스포릴콜린의 합성

출발물질을 S-글라이시돌을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 따라 L-α-글리세릴 포스포릴콜린을 수득하였다.

총 합성 수율은 33% 였다.

Claims

삭제
글라이시돌을 출발물질로 하여 글리세릴 포스포콜린을 합성하는 방법으로서,

글라이시돌을 벤질레이션 하는 제1 단계;

글라이시돌의 에폭사이드 고리를 열어 다이올을 제조하는 제2 단계;

다이올의 하이드록시기를 프로텍션하는 제3 단계;

벤질기를 제거하는 제4 단계;

포스포릴레이션, 콜리네이션하는 제5 단계;

를 포함하여 이루어진 글리세릴 포스포릴콜린의 합성 방법.
제2항에 있어서,

상기 글라이시돌의 벤질레이션은 글라이시돌을 벤질브로마이드로 반응시켜 행하는 것을 특징으로 하는

글리세릴 포스포릴콜린의 합성 방법.
제2항에 있어서,

제3 단계에서의 프로텍션은 아세틸기를 사용하여 행하는 것을 특징으로 하는

글리세릴 포스포릴콜린의 합성 방법.
제2항에 있어서,

글라이시돌을 벤질레이션하여 벤질글라이시딜 에테르를 수득하는 제1 단계;

수득한 벤질글라이시딜 에테르를 에폭사이드 고리를 열어 벤질옥시프로페인 다이올을 수득하는 제2 단계;

수득한 벤질옥시프로페인다이올을 아세틸레이션하여 다이아세톡시 벤질옥시프로페인을 수득하는 제3 단계;

수득한 다이아세톡시 벤질옥시프로페인으로부터 벤질기를 제거하여 다이아세틸 글리세롤을 수득하는 제4 단계; 및

수득한 다이아세틸 글리세롤을 포스포릴레이션 및 콜리네이션하여 글리세릴 포스포릴콜린을 수득하는 제5 단계; 를 포함하여 이루어진 글리세릴 포스포릴콜린의 합성방법.
제2항에 있어서,

상기 글라이시돌은 S-글라이시돌이며, 상기 글리세릴 포스포릴콜린은 L-α-글리세릴 포스포릴콜린인,

글리세릴 포스포릴콜린의 합성 방법.