KR101832396B1

KR101832396B1 - 에르고티오네인 및 이것의 유사체의 합성법

Info

Publication number: KR101832396B1
Application number: KR1020127011715A
Authority: KR
Inventors: 이레느 에르델메이에르
Original assignee: 테트라에드롱
Priority date: 2009-10-06
Filing date: 2010-10-06
Publication date: 2018-02-26
Also published as: FR2950889B1; AU2010305399B2; ES2646331T3; RU2012117978A; KR20120091187A; JP5813647B2; CA2776836C; EP2486020A1; WO2011042480A1; US8399500B2; CN102686568A; RU2550202C2; US20120136159A1; AU2010305399A1; BR112012007869A2; FR2950889A1; JP2013506706A; JP2016006099A; IN2012DN03818A; CA2776836A1

Abstract

본 발명은 티올 존재하에 60℃ 이상의 온도에서의 개열(開裂) 반응에 의하여 다음의 식 (II)의 베타인형 화합물, 또는 이것의 생리학적으로 허용 가능한 염, 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 이들의 모든 비율의 입체 이성질체 혼합물로부터 다음의 식 (I)의 에르고티오네인 또는 그 유도체 중 하나 또는 이것의 생리학적으로 허용 가능한 염, 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 이들의 모든 비율의 입체 이성질체 혼합물의 합성법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 식 (II)의 화합물 및 그의 합성법에 관한 것이다.

Description

에르고티오네인 및 이것의 유사체의 합성법{METHOD FOR THE SYNTHESIS OF ERGOTHIONEINE AND THE LIKE}

이 특허 출원은 에르고티오네인 및 관련 유도체의 신규 합성법에 관한 것이다.

1909년 탠릿 (Tanret)에 의하여 맥각에서 발견된 에르고티오네인은 다음의 식:

에 해당하고 항산화 성질을 보유한 자연 기원의 아미노산이다.

다수의 곰팡이 및 미코박테리아 뿐 아니라, 식물, 동물 및 인간에서도 그 존재가 입증되었다. 식물이 그 식물에 부착된 곰팡이에 의하여 생합성된 에르고티오네인을 흡수하는 것은 그 뿌리 수준에서이다. 고등 생물, 특히 인간이 이 화합물을 섭취하는 것은 오직 섭생을 통하여서 뿐이다.

따라서, 이 분자를 합성하는 몇 가지 합성법들이 문헌상 제안되었으나, 그들 중 2 가지만이 L-에르고티오네인 (천연의 거울상 이성질체)을 제조할 수 있다.

국제출원 WO 95/00494는 Nα,Nα-디메틸-히스티딘의 메틸 에스테르 (이것 자체는 2 단계로 L-히스티딘으로부터 얻음)를 페닐 클로로티오포르메이트와 반응시킨 후, 에틸 클로로포르메이트와 반응시켜 4차 암모늄을 형성하고 마지막으로 황과 메틸 에스테르를 탈보호화하는 반응에 의하여 5 단계로 L-에르고티오네인을 합성하는 합성법을 제안한다. 따라서, 이러한 합성법은 유리 상태로는 존재할 수 없는 황의 보호화를 필요로 하는데, 이것은 디메틸아민기를 메틸화하여 베타인 기능을 이끌어 내기 위함이다. 더욱이, 페닐 클로로티오포르메이트는 티오포스겐 (CSCl₂)으로부터 제조되어야 하는데, 이것은 유독성 시약이고 공업상 규모로 대량으로 사용하기에 어려움이 있다.

또한, 특허 출원 US 2009/093642는 이미다졸 고리를 열고 티오시안산칼륨과 같은 티오시아네이트와 반응시켜 2-티오히스티딘을 얻고 (문헌 [Heath, H. et al., 1951, J.Chem.Soc., 2215]에 기재된 방법에 따름), 이어서 터티오부틸 (tertiobutyl)로 황을 보호화하여 4차 암모늄을 형성하고 황을 탈보호화함으로써 히스티딘으로부터 L-에르고티오네인을 합성하는 9 단계 합성법을 기재하고 있다. 대량의 염산을 사용하는 것 외에도, 산 매질 중에 사용되는 KSCN은 매우 유독성인 시약이다.

이들 2 가지 방법에는 몇 가지 공통점이 있다. 다단계라는 것 외에도, 매우 유독성인 시약들을 사용하는 것 뿐 아니라 상당량의 유기 용매 및 농염산을 사용하여 환경 관점에서 위험을 초래한다는 단점이 있다.

합성법의 관점에서, 이들 2 가지 방법은 히스티딘 또는 N-디메틸화된 그의 유도체로부터 베타인기를 생성하기 전에 공통적으로 황을 도입하는데, 이는 보호화 및 탈보호화라는 추가 단계들을 거침으로써 합성법을 통제하기 어렵게 만드는 단점이 된다.

그러므로, 공업적 수준에서 응용 가능한, 달리 말하여 정제의 어려움이 없고, 인간 및 환경에 대하여 위험하거나 유독성인 생성물 또는 용매를 사용하지 않으며, 저비용 고수율로 생성물을 공업적 규모로 얻을 수 있게 하는, 에르고티오네인 및 그 유도체의 신규한 합성법을 진정으로 개발할 필요가 있다.

환경 친화적인 방법을 개발하기 위하여, 저독성 시약을 사용하고 단계의 수를 최소화하며 수용성 매질에서 반응을 수행함과 동시에, 본원인은 "역" 합성법을 택하기로 결정하였고, 이는 이미 베타인기를 갖고 있는 중간 물질에 황을 도입하는 것이다. 전적으로 독창적인 이러한 접근 방법은 곰팡이에서 L-에르고티오네인의 효소 경로에 의한 생합성이 동일한 방식으로 진행된다는 점에 있어서는 생체 모방 (bio-mimetic)으로 여겨질 수 있다 (Askari, A. and Melville, D.B., 1962, J. Biol. Chem., 237, 1615-1618).

그러므로, 본 특허 출원이 목적으로 하는 바는,

(i) 60℃ 이상의 온도에서, 좋기로는 특히 물 등의 반응 용매에 용해성인 티올의 존재하에, 다음의 식 (II)의 화합물 또는 이것의 생리학적으로 허용 가능한 염, 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 모든 비율의 입체 이성질체의 혼합물, 특히 거울상 이성질체 혼합물 및 특히 이들의 라세미 혼합물의 개열(開裂) 반응에 의하여 식 (I)의 화합물을 얻는 단계와,

(ii) 상기 단계 (i)에서 얻은 상기 식 (I)의 화합물을 반응 매질로부터 단리하는 단계의 연속 단계를 포함하는, 하기의 식 (I)의 유도체 또는 이것의 생리학적으로 허용 가능한 염, 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 모든 비율의 입체 이성질체의 혼합물, 특히 거울상 이성질체의 혼합물 및 특히 이들의 라세미 혼합물의 합성법이다.

상기 식 중,

- R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 메틸 등의 (C₁-C₄)알킬기를 나타내는데, R₁ 및 R₂ 기들 중 적어도 하나는 수소 원자, 좋기로는 각각 수소 원자를 나타내고,

- R₃ , R₄ 및R₅는 각각 독립적으로 메틸 등의 (C₁-C₄)알킬기를 나타낸다.

상기 식 중,

-

는

또는

이고,

- R₁, R₂, R₃, R₄ 및 R₅는 앞에서 정의한 바와 같으며,

- R₆는 수소 원자 또는 (C₁-C₄)알킬 또는 -CO-((C₁-C₄)알킬)기, 특히 수소 원자 또는 -COCH₃기, 더욱 특히 수소 원자를 나타내며,

- R₇은 수소 원자 또는 (C₁-C₄)알킬기, 특히 수소 원자를 나타낸다.

본 발명에 따르면, "호변 이성질체"는 프로토트로피 (prototropy), 달리 말하면 수소 원자의 이동 및 이중 결합의 재배치에 의하여 얻게 되는 화합물의 구조 이성질체를 의미한다. 한 가지 화합물의 여러 가지 호변 이성질체들은 일반적으로 상호 변환성이고 사용된 용매, 온도 또는 심지어 pH에 따라 변화할 수 있는 비율로 용액 내에서 평형을 이루며 존재한다.

본 발명의 화합물에 있어서, 2-티오이미다졸 고리는 하기의 다양한 호변 이성질체형으로 존재할 수 있다.

본 발명에 있어서, "생리학적으로 허용 가능한"이라는 용어는 일반적으로 안전하고, 무독성이며, 생물학적으로 또는 달리 부적절한 것이 아니고, (인간 또는 동물에게) 제약용, 화장품 또는 음식 용도, 특히 음식 용도로 허용 가능한 것을 나타낸다.

화합물의 "생리학적으로 허용 가능한 염"은 앞에서 정의한 바와 같이 생리학적으로 허용 가능하고, 모(母) 화합물의 원하는 활성 (약리학적 활성, 화장품용 활성 또는 음식용 활성)을 가지는 염을 나타낸다. 이러한 염으로서는 다음과 같은 것들을 들 수 있다.

(1) 수화물 및 용매화물,

(2) 염산, 브롬화수소산, 황산, 질산, 인산 및 그 유사체 등의 무기산; 또는 아세트산, 벤젠술폰산, 안식향산, 캄포술폰산, 구연산, 에탄술폰산, 푸마르산, 글루코헵톤산, 글루콘산, 글루탐산, 글리콜산, 하이드록시나프토산, 2-하이드록시에탄술폰산, 젖산, 말레산, 말산, 만데르산, 메탄술폰산, 무콘산, 2-나프탈렌술폰산, 프로피온산, 살리실산, 숙신산, 디벤조일-L-타르타르산, 타르타르산, p-톨루엔술폰산, 피발산, 트리플루오로아세트산 및 이들의 동종류 등의 유기산으로 생성된 산부가염, 또는

(3) 모화합물에 존재하는 산 양성자가 금속 이온, 예컨대 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온 또는 알루미늄 이온에 의하여 교체되거나, 또는 유기 염기 또는 무기 염기와 배위 결합된 염. 허용 가능한 유기 염기들은 디에탄올아민, 에탄올아민, N-메틸글루카민, 트리에탄올아민, 트로메타민 및 그 유사체를 포함한다. 허용 가능한 무기 염기들은 수산화알루미늄, 수산화칼슘, 수산화칼륨, 탄산나트륨과 수산화나트륨을 들 수 있다..

본 발명에 따르면, "입체 이성질체"는 부분 입체 이성질체 및 거울상 이성질체를 의미한다. 그러므로, 이들은 광학 이성질체이다. 상호 거울상이 아닌 입체 이성질체들을 "부분 입체 이성질체"라고 표기하고, 상호 거울상이지만 포갤 수 없는 입체 이성질체들을 "거울상 이성질체"라고 표기한다.

분자 키랄성 (chirality)이 반대인 두 가지 거울상 이성질체를 동량으로 함유하는 혼합물을 "라세미 혼합물"이라고 표기한다.

본 발명에 따르면, "(C₁-C₄)알킬"기는 탄소 원자가 1개 내지 4개인 선형 또는 분지형 포화 탄화수소 사슬을 의미한다. 이들은 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 부틸, 이소부틸, sec-부틸 또는 tert-부틸기일 수 있다. 특히, 메틸기일 수 있다.

본 발명에 따르면, "티올"은 그 분자 구조 내에 SH기를 함유하고 있는 임의의 화합물을 의미한다. 이것은 특히 R은 C₁ 내지C₈, 더욱 특히 C₂ 내지C₆을 나타내고, 선형 또는 분지형 포화 탄화수소 사슬이며, 1개 이상의 극성 치환체로 치환된 식 R-SH의 화합물일 것이다.

본 발명에 따르면, "포화 탄화수소 사슬"은 좋기로는 탄소 원자가 1개 내지 8개인 선형 또는 분지형 포화 탄화수소 사슬을 의미한다. 더 상세하게 말하자면, 이것은 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸 또는 이를 대신하는 헥실기 등의 선형 포화 탄화수소 사슬일 수 있다.

본 발명에 따르면, 극성 치환체는 OH, SH, NH₂ 및 COOH기와 같은 친수성 기능기를 의미한다.

본 발명에 따르면, "개열 반응"은 이 반응에 속하는 화합물이 반응 도중 2개의 부분으로 나뉘어 본 발명에서 상기 식 (I)의 화합물의 티오카보닐 기능기를 형성할 수 있는 것을 의미한다.

식 (I)의 화합물은 특히 다음의 식 (Ia)의 화합물 또는 이것의 생리학적으로 허용 가능한 염, 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 모든 비율의 입체 이성질체의 혼합물, 특히 거울상 이성질체의 혼합물 및 특히 이들의 라세미 혼합물일 수 있다.

상기 식 중, R₁, R₂, R₃ ,R₄ 및 R₅는 앞에서 정의한 바와 같다.

상기 식 (I)의 화합물은 특히 에르고티오네인, 더욱 특히 L-에르고티오네인일 수 있다.

단계 (i):

티올의 존재하에 수행되는 이 개열 반응에 의하면, 식 (I)의 화합물 및 피루브산 (CH₃C(O)-CO₂H) 또는 이들의 유도체 중 하나, 특히 에스테르 (CH₃C(O)-CO₂R₇)나 티올과의 반응에 의하여 얻은 유도체, 예컨대 티오케탈 유도체 (2개의 티올 분자가 피루브산의 케톤 기능기와 반응할 수 있음)를 얻을 수 있게 된다.

또한, 티올은 물 등의 반응 용매 내에서 좋기로는 용해성이 있는데, 특히 이것은 더 친환경적이라는 추가적인 장점이다.

단계 (i)에서 사용되는 티올은 특히 식 R-SH (여기서, R은 직쇄 또는 분지쇄인, 좋기로는 직쇄인, 탄소 원자수가 1개 내지 8개, 더욱 좋기로는 2개 내지 6개, 더 더욱 좋기로는 2개 내지 4개이고, OH, SH, NH₂ 및 COOH로부터 선택되는 1종 이상의 작용기로 치환된 알킬 사슬을 나타낸다)에 해당하는 티올이어도 좋다.

친수성 작용기 (OH, SH, NH₂ 및 COOH)가 존재함으로써, 용매로 물이 사용되는 경우 티올은 물 중에서 특히 용해성으로 되게 된다.

더욱 특히, 티올은 시스테인, 디티오트레이톨, 2-메르캅토에탄올, 2-메르캅토프로피온산, 3-메르캅토프로피온산 및 티오글리콜산으로부터 선택될 수 있는데, 3-메르캅토프로피온산이 좋다.

또한, 티올은 메르캅토아세트산 및 메르캅토헥산산이어도 좋다.

좋기로는, 화합물 (II)에 대하여 2 몰당량 이상의 티올, 달리 말하면 화합물 (II) 1 몰에 대하여 2 몰 이상의 티올이 사용된다. 화합물 (II)에 대하여, 특히 5 몰당량 이상의 티올, 특히 5 내지 10 몰당량의 티올이 사용될 수 있다.

반응 혼합물은 60℃ 이상의 고온으로 가열되는데, 이것은 그 이하의 온도에서는 반응 속도가 지나치게 느릴 수 있기 때문이다. 상기 반응은 60℃ 내지 120℃, 좋기로는 80℃ 내지 100℃의 온도에서, 특히 티올을 첨가한 후에 수행될 수 있다.

특히, 상기 반응은 산 매질 중에서 수행될 수 있다.

단계 ( ii ):

생성된 최종 생성물 (식 (I)의 화합물)은 이 기술 분야의 숙련자에게 잘 알려지고 공업적 수준에서 응용 가능한 기법에 의하여 반응 매질로부터 단리될 수 있는데, 특히 용매를 증발시키거나, 필요에 따라 부분 증발시킨 다음, 좋기로는 재결정화하여 생성물을 정제함으로써 단리된다.

식 (I)의 화합물은 수용성이기 때문에, 에틸아세테이트 또는 tert-부틸-메틸에테르 등의 유기 용매로 1회 이상 예비 추출하면, 반응 중 생성된 유기 부생성물, 예컨대 피루브산 또는 그 유도체류와 과량의 티올을 제거할 수 있게 된다.

필요하다면, 상기 생성물은 이 기술 분야의 숙련자에게 잘 알려진 기법, 예컨대 필요하다면 이 기술 분야의 숙련자에게 잘 알려진 기법에 의하여 생성물을 함유하는 수성상의 담수화 (예컨대, 전기 투석, 적절한 수지의 부가 또는 역삼투에 의함)후의 재결정화에 의하여 정제될 수 있다.

이러한 단계 (ii)의 전후에, 필요하다면 특히 전술한 바와 같은 생리학적으로 허용 가능한 산 또는 염기를 첨가함으로써 상기 생성 화합물의 염을 제조할 수 있다.

식 (II)의 화합물은 다음의 식 (III)의 베타인형 화합물 또는 이것의 호변 이성질체 또는 입체 이성질체 또는 이들의 모든 비율의 입체 이성질체 혼합물, 특히 거울상 이성질체 혼합물, 특히 이들의 라세미 혼합물의 산부가염 (요오드화수소산 (HI)의 염은 제외)을 2브롬 (dibromine)과 반응시키고, 이어서 다음의 식 (IV)의 시스테인 유도체 또는 이것의 입체 이성질체 또는 이들의 모든 비율의 입체 이성질체 혼합물, 특히 거울상 이성질체 혼합물, 특히 이들의 라세미 혼합물과 연속적으로 반응시켜 그로부터 제조될 수 있다.

여기서,

, R₃, R₄ 및R₄는 앞에서 정의한 바와 같다.

여기서, R₆ 및 R₇은 앞에서 정의한 바와 같다.

본 발명에 따르면, "식 (III)의 베타인형 화합물의 산부가염"은 요오드화수소산 HI 이외의 산을 부가하여 얻은 식 (III)의 베타인형 화합물의 염을 의미한다. 산은 특히 염산 또는 황산이어도 좋다.

이 반응에 있어서, 2브롬은 식 (III)의 베타인형 화합물에 대하여 1 내지 1.5 몰당량의 비율로 사용될 수 있다.

좋기로는, 2브롬은 10℃ 미만의 온도, 좋기로는 5℃ 미만의 온도에서 냉각 상태로 첨가된다 (좋기로는, 매우 신속하게 첨가). 따라서, 2브롬의 첨가는 -10℃ 내지 10℃의 범위, 좋기로는 -5℃ 내지 5℃의 범위의 온도에서 수행될 수 있다.

시스테인 유도체는 특히 N-아세틸시스테인 또는 시스테인 (특히, D, L 또는 라세미형), 특히 시스테인과 특히 L-시스테인이어도 좋다.

시스테인 유도체는 좋기로는 과량으로 사용되고, 특히 식 (III)의 베타인형 화합물에 대하여 2 내지 10 몰당량, 좋기로는 3 내지 7 몰당량의 비, 달리 말하면 식 (III)의 화합물 1 몰당 2 내지 10 몰, 좋기로는 3 내지 7 몰의 시스테인 유도체가 사용된다.

이 반응은 물 등의 용매 중에서 수행될 수 있다.

이 단계의 수율은 45% 이상, 심지어 60% 이상일 수 있다.

좋기로는, 식 (II)의 화합물은 반응 매질로부터 단리되지 않고, 직접 다음 단계인 단계 (i)을 거친다. 그러므로, 화합물 (III)으로부터 화합물 (I)의 제조는 중간 화합물 (II)를 단리하지 않은 채로 단일 반응기에서 수행될 수 있다 (단일 용기 반응).

그러므로, 본 발명에 따른 식 (I)의 화합물의 제법은 다음의 연속적인 단계들, 즉

(a1) 전술한 식 (III)의 베타인형 화합물 또는 이것의 호변 이성질체 또는 입체 이성질체 또는 이들의 모든 비율의 입체 이성질체 혼합물, 특히 거울상 이성질체 혼합물, 특히 이들의 라세미 혼합물의 산부가염 (요오드화수소산염은 제외)을, 2브롬 및 이어서 전술한 식 (IV)의 시스테인 유도체 또는 이것의 입체 이성질체 또는 이들의 모든 비율의 입체 이성질체 혼합물, 특히 거울상 이성질체 혼합물, 특히 이들의 라세미 혼합물 및 특히 시스테인, 특히 L-시스테인과 반응시켜 전술한 식 (II)의 화합물을 얻는 단계와,

( b1 ) 60℃ 이상의 온도에서, 상기 단계 (a1)에서 얻은 식 (II)의 화합물을 좋기로는 물 등의 반응성 용매 중에 용해성인 전술한 티올의 존재하에 개열 반응시켜 식 (I)의 화합물을 얻는 단계와,

( c1 ) 상기 반응 매질로부터 상기 단계 (b1)에서 얻은 식 (I)의 화합물을 단리하는 단계를 포함한다.

상기 단계 (b1) 및 (c1)은 각각 전술한 단계 (i) 및 (ii)에 해당한다. 단계 (a1) 자체는 전술한 식 (II)의 베타인형 화합물의 제조 단계에 해당한다.

좋기로는, 단계 (a1) 및 (b1)은 물 등의 동일한 용매 중에서, 좋기로는 동일한 반응기 내에서, 달리 말하면 중간 생성물 (특히, 상기 식 (II)의 화합물)을 단리함이 없이 수행되게 된다.

이들 조건하에서, 상기 반응 매질은, 좋기로는 단계 (a1)에서 과량으로 사용된 시스테인 유도체를 함유할 수 있다. 따라서, 반응 매질로부터 식 (I)의 화합물을 단리하기 전에 (단계 (c1)), 식 (I)의 화합물의 단리 및 정제를 용이하게 하기 위하여 과량의 시스테인 유도체를 제거할 필요가 있을 수 있다. 특히, R₇=H 또는 (C₁-C₄)알킬인 시스테인 유도체, 특히 시스테인의 경우에는, 예를 들어 벤즈알데히드가 첨가되면 과량의 시스테인 유도체와 함께 2-페닐티아졸리딘-4-카복시산 유도체를 형성하게 되는데, 이것은 물 등의 용매 중에서 침전되는 화합물이다. 이러한 방식으로, 과량의 시스테인 유도체를 재순환시킬 수 있다.

식 (III)의 베타인형 화합물로부터 제조되는 식 (I)의 화합물의 총수율은 40% 이상일 수 있다.

본 발명의 특정의 실시 상태에 따르면, 식 (I)의 화합물은 식 (Ia)의 화합물인데, 이것의 제법은 다음의 연속적인 단계, 즉

( a2 ) 다음의 식 (IIIa)

의 베타인형 화합물 (여기서,

, R_3,R₄ 및 R₅는 앞에서 정의한 바와 같다) 또는 이것의 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 이들의 모든 비율의 입체 이성질체 혼합물, 특히 거울상 이성질체 혼합물, 특히 이들의 라세미 혼합물의 산부가염 (요오드화수소산 (HI)의 염은 제외)을 2브롬과 반응시키고, 이어서 전술한 식 (IV)의 시스테인 유도체 또는 입체 이성질체 또는 이들의 모든 비율의 입체 이성질체 혼합물, 특히 거울상 이성질체 혼합물, 특히 이들의 라세미 혼합물 및 특히 시스테인, 특히 L-시스테인과 연속적으로 반응시켜 다음의 식 (IIa)

의 베타인형 화합물 (여기서,

, R₃, R₄, R₅, R₆ 및 R₇은 앞에서 정의한 바와 같다) 또는 이것의 생리학적으로 허용 가능한 염, 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 이들의 모든 비율의 입체 이성질체 혼합물, 특히 거울상 이성질체 혼합물, 특히 이들의 라세미 혼합물을 얻는 단계와,

( b2 ) 60℃ 이상의 온도에서, 상기 단계 (a2)에서 얻은 식 (IIa)의 베타인형 화합물을 물 등의 반응성 용매 중에 용해성인 전술한 티올, 특히 시스테인, 디티오트레이톨, 2-메르캅토에탄올, 2-메르캅토프로피온산, 3-메르캅토프로피온산 또는 티오글리콜산, 좋기로는 3-메르캅토프로피온산으로 개열 반응시켜 식 (Ia)의 화합물을 얻는 단계와,

( c2 ) 반응 매질로부터 상기 단계 (b2)에서 얻은 식 (Ia)의 화합물을 단리하는 단계를 포함한다.

상기 단계 (a2), (b2) 및 (c2)는 각각 전술한 단계 (a1), (b1) 및 (c1)에 해당한다.

상기 식 (IIa)의 화합물들은 식 (II)의 화합물의 특정의 형태를 나타낸다. 이와 유사하게, 식 (IIIa)의 베타인형 화합물들은 식 (III)의 베타인형 화합물의 특정의 형태를 나타낸다.

또한, 본 발명이 목적으로 하는 또 다른 바는, 다음 식 (II)의 화합물 또는 이것의 생리학적으로 허용 가능한 염, 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 이들의 모든 비율의 입체 이성질체 혼합물, 특히 거울상 이성질체 혼합물, 특히 이들의 라세미 혼합물을 제공하는 것이다.

상기 식 중,

-

는

또는

이고,

- R₁, R₂, R₃, R₄, R₅, R₆ 및 R₇은 앞에서 정의한 바와 같다.

단,

가

또는

이면서, R₃, R₄ 및 R₅가 각각 메틸기이고 R₆ 및 R₇이 각각 수소인 화합물은 제외한다.

상기 제외된 화합물은 이시카와 등의 문헌 [J. Biol . Chem . 1974, 249(14), 4420]에 기재되어 있다.

특히, 이것은

가

또는

이면서, R₃, R₄ 및 R₅가 각각 메틸기인 식 (II)의 화합물은 아니다.

이것은 특히 전술한 식 (IIa)의 화합물일 수 있다. 특히, 이 화합물은 2-{2-[(2-암모니오-2-카복시에틸)티오]-1H-이미다졸-4-일}-1-카복시-N,N,N-트리메틸에탄아미늄 2 염산염 (Herc-Cys, 2HCl)일 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은,

전술한 식 (III)의 베타인형 화합물 (여기서,

, R₃, R₄ 및 R₅ 는 앞에서 정의한 바와 같다) 또는 이것의 호변 이성질체 또는 입체 이성질체 또는 이들의 모든 비율의 입체 이성질체 혼합물, 특히 거울상 이성질체 혼합물, 특히 이들의 라세미 혼합물의 산부가염 (요오드화수소산염은 제외)을 2브롬과 반응시키고, 이어서 전술한 식 (IV)의 시스테인 유도체와 반응시켜서 다음의 식 (II)의 화합물 또는 이것의 생리학적으로 허용 가능한 염, 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 이들의 모든 비율의 입체 이성질체 혼합물, 특히 거울상 이성질체 혼합물, 특히 이들의 라세미 혼합물의 제법을 제공하는 것이다.

상기 식 중,

-

는

또는

이고,

좋기로는, 2브롬은 10℃ 미만의 온도, 좋기로는 5℃ 미만의 온도에서 냉각 상태로 첨가 (좋기로는, 매우 신속하게 첨가)된다. 따라서, 2브롬의 첨가는 -10℃ 내지 10℃의 범위, 좋기로는 -5℃ 내지 5℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.

시스테인 유도체는 특히 N-아세틸시스테인 또는 시스테인 (특히, D, L 또는 라세미형), 특히 시스테인 및 더욱 특히 L-시스테인이어도 좋다.

시스테인 유도체는 좋기로는 과량, 특히 식 (III)의 베타인형 화합물에 대하여 좋기로는 2 내지 10 몰당량, 더욱 좋기로는 3 내지 7 몰당량의 비율로 사용될 수 있는데, 달리 말하면 식 (III) 화합물 1 몰당 시스테인 유도체 2 내지 10 몰, 좋기로는 3 내지 7몰이 사용된다.

이 반응은 물 등의 용매 중에서 수행될 수 있다.

본 발명은 이하의 실시예의 관점에서 더 양호하게 이해될 것이나, 이들 실시예는 설명의 방식일 뿐, 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

실시예

달리 표시하지 않은 한, 모든 반응은 외기(外氣) 중에서 수행되었다.

1- 본 발명의 식 ( II )의 화합물의 제조

실시예 1: 2-{2-[(2- 암모니오 -2- 카복시에틸 ) 티오 ]-1 H - 이미다졸 -4-일}-1- 카복시 - N,N,N - 트리메틸에탄아미늄 2 염산염 ( Herc - Cys , 2 HCl )의 제조

헤르시닌 (Hercynine) (V. N. Reinhold et al ., J. Med . Chem . 11, 258 (1968)) 986 mg (5 mmoles)을 물 10 ml에 용해시킨다. 농염산 417 μl (5 mmoles)를 첨가한 후 용액을 0℃로 냉각시킨다. 매우 강력하게 교반하면서, 2브롬 308 μl (959 mg, 6 mmoles, 1.3 당량)를 적가(滴加)한다 (적가 시간 : 1분 20초). 반응 혼합물은 황색으로 변하고 적색 고체가 형성된다. 2브롬 첨가 종료 5분 후, L-시스테인 1.87 g (15 mmoles, 3 당량)을 첨가한다. 반응 혼합물은 즉시 그의 색상을 잃으며, 적색 침전은 수 분 내에 용해된다. 0℃에서 1 시간 교반 후에, 반응 혼합물을 여과하고 침전을 물 2×0.5 ml로 세척한다.

여과액을 75 g의 Dowex® 50WX2-400을 채워넣어 1N 염산 (HCl)으로 미리 조절한 컬럼에 침적시킨다. 1N 염산 400 ml 및 이어서 2N 염산 500 ml로 용리시킨 후, 목적 생성물을 함유하고 있는 분획을 혼합한다. 증발 및 톨루엔 2×20 ml을 사용하여 2회의 공증발 후, 건조하여 황색 결정형의 목적 생성물 894 mg (46%)을 얻는다. (이 생성물은 문헌 [ Ishikawa et al ., J. Biol . Chem . 249 (14), 4420 (1974)]에 의하여 에르고티오네인 및 클로로알라닌으로부터 저수율로 합성되었으나 유리 상태의 아미노산의 형태였다.)

¹H-NMR (D₂O/DCl, 400 MHz): δ(ppm) = 3.14 (s, 9H); 3.37 (m, 2H); 3.56 (m, 2H); 4.20 (m, 1H); 4.28 (m, 1H); 7.31 (s, 1H).

UPLC-MS (ES+): 317.4 (MH+)

실시예 2: 2-{2-[(2-암모니오-2-카복시에틸)티오]-1H-이미다졸-4-일}-1-카복시-N,N,N-트리메틸에탄아미늄 2 염화 2 염산염 (Herc-Cys, 2HCl) - L-시스테인량의 가변성

2브롬 첨가 종료 7분 후에 L-시스테인 3.12 g (25 mmoles, 5 당량)을 첨가한다는 점을 제외하고는 실시예 1에서 설명한 방법과 같다.

Dowex® 컬럼에서 처리 및 정제 후, 건조하여 황색 결정형의 목적 생성물 1.13 g (58%)을 얻는다.

¹H-NMR (D2O/DCl)에 의한 분석 결과는 실시예 1에 기재된 것과 동일하다.

2- 식 ( II )의 중간체로부터 본 발명의 식 (I) 화합물의 제조

실시예 3: Herc - Cys , 2 HCL 의 개열 반응에 의한 L- 에르고티오네인의 제조

1.67 g (4.4 mmoles)의 Herc-Cys, 2HCl을 물 16.7 ml에 용해시키고, 3-메르캅토프로피온산 1.895 mL (2.29 g, 21.39 mmoles, 5 당량)을 첨가한다. 약간 황색의 맑은 상기 혼합물을 교반하 85℃에서 24 시간 가열한다. 이어서 3-메르캅토프로피온산 1.895 mL (2.29 g, 21.39 mmoles, 5 당량)을 재첨가하고 계속하여 48 시간 가열한다.

상기 반응 혼합물을 0℃로 냉각하면 백색 침전이 형성된다. 여과 후, 침전을 냉수 2x2 mL로 씻어내고, 여과물을 디클로로메탄 5x20 mL 및 에틸아세테이트 5x20 mL로 씻어낸다.

액체상을 진공하 증발시키고, 잔류물을 물 33 mL에 용해시킨다. 20% 암모니아 수용액을 첨가하여 pH를 6으로 조절한다. 동결 건조 후, 얻은 분말을 에탄올/물 (7/1) 혼합물에 고온 용해시킨다. 활성탄 (100 mg) 첨가하고 클라셀 (Clarcel)에서 고온 여과 후, 얻은 용액을 14 시간 냉각 상태로 유지한다. 여과 및 건조 후, 백색 분말형의 L-에르고티오네인 676 mg (69%)을 얻는다. 분석 데이터 결과는 문헌상의 결과와 동일하다 (J. Xu , J. C. Yadan , J. Org . Chem . 60, 6296 -6301 (1995)).

¹H-NMR (D₂O, 400 MHz): δ(ppm) = 3.20 (m, 2H); 3.29 (s, 9H); 3.90 (dd, J = 11 Hz, J = 5 Hz, 1H); 6.81 (s, 1H).

UPLC-MS (ES+): 230.6 (MH+)

3- 본 발명의 식 (I)의 화합물의 제조 (식( II )의 중간체의 단리없음 )

실시예 4: 단일 용기 반응에 의한 헤르시닌으로부터 L- 에르고티오네인의 제조 - 수지를 이용한 액체상의 담수화 이후 정제

a) Herc - Cys 부가물 (식 ( II )의 화합물)의 생성

헤르시닌 19.72 g (0.1 mole) (V. N. Reinhold et al., J. Med. Chem. 11, 258 (1968))을 물 200 mL에 용해시킨다. 농염산 8.35 mL (0.1 mmole)을 첨가한 후 용액을 2℃로 냉각시킨다. 매우 강력하게 교반하면서, 3℃를 넘지 않도록 하여 2브롬 6.68 mL (20.77 g, 130 mmoles, 1.3 당량)을 적가(滴加)한다 (적가 시간 : 10분). 반응 혼합물은 황색으로 변하고 적색 고체가 형성된다. 2브롬 첨가 종료 7분 후, L-시스테인 62.4 g (0.5 moles, 5 당량)을 첨가하면, 내부 온도가 3℃로 상승한다. 반응 혼합물은 즉시 그의 색상을 잃으며, 적색 침전은 수 분 내에 용해된다. 0℃에서 1 시간 교반 후에, ¹H-NMR (D₂O)에 의하여 시료를 분석한 결과는 55%의 반응 수율로 Herc-Cys 부가물이 형성되었음을 보여준다.

얼음 수조를 제거하고 반응 혼합물을 1 시간 교반한다. 내부 온도는 10℃로 상승한다. 얻은 생성물을 반응 매질로부터 단리하지 않고 직접 다음 단계에서 사용한다.

b) L- 에르고티오네인의 생성

이어서, 3-메르캅토프로피온산 87.7　ml (106　g, 10　당량)을 상기 반응 혼합물에 첨가하고, 강력하게 교반하면서 80℃에서 22 시간 가열한다.

¹H-NMR (D₂O)에 의하여 시료를 분석한 결과는 Herc-Cys 부가물이 전부 에르고티오네인으로 개열되었음을 나타낸다.

c) L- 에르고티오네인의 단리

실온에서 냉각한 후, 주황-갈색 혼합물을 에틸아세테이트 4×400 mL로 추출한다.

액체상을 유지하고, 20% 암모니아 수용액 (약 21 mL)으로 pH를 4.5~5로 조절한다. 매질 중에 존재하는 과량의 L-시스테인을 포집하기 위하여 벤즈알데히드 30.5 ml (31.8 g, 3 당량)을 첨가한다 (M.P. Schubert, J. Biol . Chem . 114, 341-350 (1936) 또는 M. Seki et al ., J. Org . Chem . 67 (16), 5532 (2002)에 따름). 상기 혼합물을 실온에서 15 시간 교반하면 연황색 고체형의 2-페닐티아졸리딘-4-카복시산이 침전된다. 고체를 여과하고 물 4×50 ml로 씻어 에틸아세테이트 2×200 ml으로 추출한다.

d) 수지를 이용한 액체상의 담수화 이후 정제

최종 생성물의 결정화에 도움이 되도록, 유지된 액체상을 담수화한다. 담수화를 위하여, 예컨대 중탄산염형의 Amberlite IRA 410 수지로 처리한다 (문헌 [K. A. Piez et al ., J. Biol . Chem . 194, 669-672 (1952)]에 따름). 수지 120 g을 상기 반응 혼합물에 첨가하여 실온에서 2 시간 교반한다. 강력한 기체 방출 및 매질 탈색의 진행이 관찰된다. 더욱이, 상기 반응 혼합물의 pH는 pH=8로 내려간다. 접촉시간 2 시간 후, 수지를 여과한다. 물 5x20 mL로 세척 후, 상기 단계를 2회 반복한다. 이어서, 여과물을 증발시켜 건조하고, 얻은 고체를 에탄올 수용액으로 재결정화한다. 백색 분말형의 L-에르고티오네인 8.21 g (34.9%)을 얻는다.

UPLC-MS (ES+): 230.6 (MH+)

[α]_D = +124.6°(c=1, H₂O)

실시예 5: 헤르시닌으로부터 L- 에르고티오네인의 "단일 용기" 제조 - 전기 투석에 의한 액체상의 담수화 이후 정제

a) Herc - Cys 부가물 (식 ( II )의 화합물)의 생성

헤르시닌 98.6 g (0.5 mole)을 물 1.5 L에 용해시킨다. 기계 교반하 상기 용액을 이중벽형 유리 반응기에 옮긴다. 농염산 41.75 mL (0.5 mmole)을 첨가한 후 용액을 0℃로 냉각시킨다. 매우 강력하게 교반하면서, 2℃를 넘지 않도록 하여 2브롬 34 mL (106 g, 0.66 mmoles, 1.3 당량)을 적가(滴加)한다 (적가 시간 : 6.5분). 반응 혼합물은 황색으로 변하고 적색 플레이크가 형성된다. 2브롬 첨가 종료 7분 후, L-시스테인 432 g (3.5 moles, 7 당량)을 첨가하면, 내부 온도가 4℃로 상승한다. 반응 혼합물은 즉시 그의 색상을 잃으며, 적색 침전은 수 분 내에 용해된다. 백색 현탁액을 얻는다.

0℃에서 1 시간 교반 후에, ¹H-NMR (D₂O)에 의하여 시료를 분석한 결과는 56%의 반응 수율로 Herc-Cys 부가물이 형성되었음을 보여준다.

냉각 시스템을 끄고, 반응 혼합물을 1 시간 교반한다. 내부 온도는 10℃로 상승한다.

b) L- 에르고티오네인의 생성

이어서, 3-메르캅토프로피온산 441　ml (533　g, 5 moles, 10　당량)을 상기 반응 혼합물에 첨가하고, 강력하게 교반하면서 80℃에서 24 시간 가열한다.

c) L- 에르고티오네인의 단리

실온에서 냉각한 후, 주황-갈색 혼합물을 에틸아세테이트 4×2 L로 추출한다.

액체상을 유지하고, 20% 암모니아 수용액 (약 110 mL)으로 pH를 4.5~5로 조절한다. 매질 중에 존재하는 과량의 시스테인을 포집하기 위하여 벤즈알데히드 359 ml (375 g, 3.5 moles, 7 당량)을 첨가한다 (M.P. Schubert, J. Biol . Chem . 114, 341-350 (1936) 또는 M. Seki et al ., J. Org . Chem . 67 (16), 5532 (2002)에 따름).

상기 혼합물을 실온에서 15 시간 교반하면 연황색 고체형의 2-페닐티아졸리딘-4-카복시산이 침전된다. 고체를 여과하고 물 4×500 ml로 씻어 에틸아세테이트 4×1.5 L로 추출한다.

d) 전기투석을 이용한 액체상의 담수화 이후 정제

최종 생성물의 결정화에 도움이 되도록, 유지된 액체상을 담수화한다. 담수화를 위하여, 예컨대 전기투석에 의하여 담수화한다 (PCCell의 실험실 규모의 전기 투석 펌프 시스템 BED 1~3 (독일), 셀 ED-200-020, 멤브레인 20쌍 (양이온 교환 PC-SK, 음이온 교환 PC-SA), 10V).

이어서, 담수화 용액을 증발시켜 건조하고, 얻은 고체를 에탄올 수용액으로 재결정화한다. 백색 분말형의 L-에르고티오네인 47.68 g (41%)을 얻는다.

UPLC-MS (ES+: 230.6 (MH+)

[α]_D = +125.2°(c=1, H₂O)

Claims

(i) 60℃ 내지 120℃의 온도에서 티올의 존재하에, 다음의 식 (II)의 베타인형 화합물 또는 생리학적으로 허용 가능한 염, 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 입체 이성질체의 혼합물의 개열 반응(cleavage reaction)에 의하여 식 (I)의 화합물을 얻는 단계와,
(ii) 상기 단계 (i)에서 얻은 상기 식 (I)의 화합물을 반응 매질로부터 단리하는 단계를 포함하는,
하기의 식 (I)의 유도체 또는 이것의 생리학적으로 허용 가능한 염, 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 입체 이성질체의 혼합물의 합성 방법:

상기 식 중,
- R₁ 및 R₂는 각각 독립적으로 수소 원자 또는 (C₁-C₄)알킬기를 나타내는데, R₁ 및 R₂기들 중 적어도 하나는 수소 원자를 나타내고,
- R₃, R₄및R₅는 각각 독립적으로 (C₁-C₄)알킬기를 나타낸다,

상기 식 중,
-
는
또는
이고,
- R₁, R₂, R₃, R₄ 및 R₅는 앞에서 정의한 바와 같으며,
- R₆는 수소 원자 또는 (C₁-C₄)알킬 또는 -CO-((C₁-C₄)알킬)기를 나타내고,
- R₇은 수소 원자 또는 (C₁-C₄)알킬기를 나타낸다.
제1항에 있어서, 상기 티올은 식 R-SH인 티올에 해당하고, 여기서 R은 OH, SH, NH₂ 및 COOH로부터 선택되는 1종 이상의 작용기로 치환된, 1개 내지 8개의 탄소 원자를 포함하는 직쇄 또는 분지쇄 알킬 사슬인 것을 특징으로 하는 것인 방법.
제2항에 있어서, 상기 티올은 시스테인, 디티오트레이톨, 2-메르캅토에탄올, 2-메르캅토프로피온산, 3-메르캅토프로피온산, 메르캅토아세트산, 메르캅토헥산산 및 티오글리콜산으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
제3항에 있어서, 상기 티올은 3-메르캅토프로피온산인 것을 특징으로 하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 (i)은 80℃ 내지 100℃ 범위의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 식 (I)의 화합물은 다음의 식 (Ia)의 화합물 또는 이것의 생리학적으로 허용 가능한 염, 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 입체 이성질체의 혼합물에 해당하는 것을 특징으로 하는 것인 방법:

상기 식 중, R₁, R₂, R₃, R₄ 및 R₅는 제1항에서 정의한 바와 같다.
제1항에 있어서, 상기 식 (I)의 화합물은 에르고티오네인인 것을 특징으로 하는 것인 방법.
제7항에 있어서, 상기 식 (I)의 화합물은 L-에르고티오네인인 것을 특징으로 하는 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 식 (II)의 베타인형 화합물은 다음의 식 (III)의 베타인형 화합물 또는 이것의 호변 이성질체 또는 입체 이성질체 또는 입체 이성질체 혼합물의 산부가염 (요오드화수소산염은 제외)을 디브로민(dibromine)과 연속적으로 반응시키고, 이어서 다음의 식 (IV)의 시스테인 유도체 또는 이것의 입체 이성질체 또는 입체 이성질체 혼합물과 반응시켜 그로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 것인 방법:

여기서,
, R₃, R₄및R₅는 제1항에서 정의한 바와 같다,

여기서, R₆ 및 R₇은 제1항에서 정의한 바와 같다.
제9항에 있어서, 상기 식 (I)의 화합물은 제6항에서 정의한 바와 같은 식 (Ia)의 화합물에 해당하고, 상기 방법은 다음의 연속적인 단계, 즉
(a2) 다음의 식 (IIIa)

의 베타인형 화합물 (여기서,
, R_3,R₄ 및 R₅는 제1항에서 정의한 바와 같다) 또는 이것의 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 입체 이성질체 혼합물의 산부가염 (요오드화수소산 (HI)의 염은 제외)을 디브로민과 연속적으로 반응시키고, 이어서 제9항에서 정의한 바와 같은 식 (IV)의 시스테인 유도체 또는 입체 이성질체 또는 입체 이성질체 혼합물과 반응시켜 다음의 식 (IIa)

의 베타인형 화합물 (여기서,
, R₃, R₄, R₅, R₆및 R₇은 제1항에서 정의한 바와 같다) 또는 이것의 생리학적으로 허용 가능한 염, 호변 이성질체, 입체 이성질체 또는 입체 이성질체 혼합물을 얻는 단계와,
(b2) 상기 단계 (a2)에서 얻은 식 (IIa)의 베타인형 화합물을 60℃ 내지 120℃의 온도에서 티올의 존재하에서 개열 반응시켜 식 (Ia)의 화합물을 얻는 단계와,
(c2) 반응 매질로부터 상기 단계 (b2)에서 얻은 식 (Ia)의 화합물을 단리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
제10항에 있어서, 상기 식 (IV)의 시스테인 유도체는 시스테인인 것을 특징으로 하는 것인 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 시스테인 유도체는 식 (III)의 베타인형 화합물에 대하여 2 내지 10 몰당량의 비율로 과량 사용되는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
제12항에 있어서, 상기 시스테인 유도체는 식 (III)의 베타인형 화합물에 대하여 3 내지 7 몰당량의 비율로 과량 사용되는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 디브로민은 식 (III)의 베타인형 화합물에 대하여 1 내지 1.5 몰당량의 비율로 사용되는 것을 특징으로 하는 것인 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 화합물 (III)으로부터 화합물 (I)의 제조는 중간 화합물 (II)를 단리하지 않은 채로 하나의 반응기에서 수행되는 것을 특징으로 하는 것인 방법.