KR19990071182A

KR19990071182A - 고체상 반응을 이용한 다이케토피페라진 유도체의 제조방법

Info

Publication number: KR19990071182A
Application number: KR1019980006494A
Authority: KR
Inventors: 김상웅; 홍창용; 김영관; 김인철
Original assignee: 성재갑; 주식회사 엘지화학
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-15

Abstract

본 발명은 고체상(solid phase) 반응을 이용하여 화학식 1의 다이케토피페라진(diketopiperazine) 유도체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 메리필드 수지(Merrifield resin)에 보호기로 보호된 각종 아미노산 유도체를 결합시킨 후 보호기를 제거하고 여기에 다시 보호기로 보호된 다른 종류의 아미노산 유도체를 결합시킨 뒤 보호기를 제거하고 수지를 탈착시켜 본 발명의 다이케토피페라진 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 제조방법은 재결정화 등의 후처리 공정이 필요없이 고순도의 다이케토피페라진 유도체를 고수율로 제조할 수 있는 우수한 제조방법이다.

(상기 화학식에서 R₁, R₂, R₃및 R₄는 명세서에 정의된 바와 같다.)

Description

고체상 반응을 이용한 다이케토피페라진 유도체의 제조방법

본 발명은 고체상(solid phase) 반응을 이용하여 재결정 및 크로마토그래피 등의 후처리 공정이 필요없이 경제적이면서 효과적으로 다이케토피페라진 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

구아닌 뉴클레오타이드와 결합하여 GTPase 회로에 참여하여 세포 신호전달 경로에 관련되어 있다고 알려져 있는 Ras 단백질은 세포의 성장과 분화에 관련되어 있고, 21 kDa 크기의 거대한 단백질로서 H-Ras, K-Ras4A, K-Ras4B 및 N-Ras의 4가지 종류가 있다 (Bourne, H. R. et al., Nature, 1991 , 349, p.117).

Ras 단백질의 12, 13, 61번 위치에 있는 아미노산들은 GTP의 인산기 가까이에 위치하고 있어서, 이 아미노산의 잔기들은 GTP의 가수분해에 관여하는 물분자의 공간적 위치에 큰 영향을 미친다. 인체에서 발생하는 암의 경우, 이 위치의 아미노산들의 돌연변이가 일어나면서 암을 유발하는 형태(발암성 Ras)가 되는 것이 그 원인인데, 이러한 돌연변이 Ras 단백질은 고유의 GTPase 활성을 잃어 GTP가 결합되어 활성화된 상태로 계속 존재하게 된다. 따라서, 이러한 돌연변이 Ras 단백질은 계속적으로 세포 신호를 전달하게 되어 발암성이 유발되는 것으로 보고되었으며, 실제로 췌장암, 폐암 및 피부암 등이ras유전자와 밀접하게 관련이 있는 것으로 알려져 있다 (Bos, J. L.Cancer Res.,1989,49, 4682).

Ras 단백질이 생물학적으로 활성화 상태에 있기 위해서는 플라즈마의 막에 부착되어야 하는데 이를 위해서는 파네실 전이효소, AAX 펩티드 절단 효소, 메틸 전이효소 및 팔미토일 전이효소 등에 의한 전이 후의 탄소 말단 변환이 필요하다. 이 단계중 첫 번째인 파네실화는 파네실 전이효소(FTase)라는 효소에 의하여 진행되는데 Ras 단백질의 탄소 말단에 있는 CA₁A₂X라는 네 개의 아미노산으로 구성된 펩티드가 기질로서 이용된다. 여기서 A₁, A₂는 전기적 부하를 띄지않는 지방족의 아미노산이고 X는 메티오닌, 알라닌, 세린 등이다. 이 파네실화는 C(시스테인)부위에 일어나 황에테르 결합을 형성하는데, 특히 H-Ras와 N-Ras 단백질의 경우는 그의 카복시 말단 근처에 존재하는 또 다른 시스테인에 팔미토일화가 일어난다. 이러한 파네실화의 결과로 Ras 단백질은 소수성(Hydrophobicity)이 증가하게 되어 파네실화된 Ras 단백질은 세포막에 용이하게 부착될 수 있게 된다. 파네실화된 Ras 단백질은 다시 그의 카복시 말단의 3개의 아미노산이 AAX 펩티드 절단효소에 의해 떨어져 나가서 메틸화되어 파네실기가 세포막 내의 지질 이중층(lipid bilayer) 또는 다른 수용체와 용이하게 결합할 수 있다. 이렇게 생성된 Ras 단백질은 메틸 전이효소에 의하여 메틸 에스테르화되는데, 그 결과 Ras 단백질의 전기적 부하상태나 공간적인 구조의 변화가 일어날 것으로 예상되며, 소수성도 증가하게 되므로 Ras 단백질이 세포막에 더욱 용이하게 부착될 수 있다. Ras 단백질이 플라즈마의 막에 달라붙는 최적의 조건을 만들려면 세 단계가 모두 필요하지만, Ras 단백질이 생물학적 활성을 갖는데에는 파네실화 자체만으로도 충분하다. 따라서, 상기 세 단계중 첫번째 단계인 파네실화 과정을 저해하면 돌연변이 Ras 단백질이 세포막에 부착되는 것을 막을 수 있어 돌연변이 Ras 단백질이 세포신호를 계속 전달하여 세포를 분열 및 증식시키는 것을 막을 수 있게 된다. 따라서 파네실화를 저해하는 물질을 개발하는 것이 곧 항암제를 개발하는 것이라고 인식되어 최근에 여러 기관에서 이에 대한 많은 연구가 활발히 진행되고 있다 (N. E. Kohlet al.,Science,1993,260, 1934; G. L. Jameset al.,Science,1993,260, 1937).

다이케토피페라진 유도체는 파네실 전이효소 억제활성을 갖는 물질이다. 이러한 다이케토피페라진 유도체에 각종 치환기 즉, R₁, R₂, R₃및 R₄기를 단순히 고전적인 방법으로 도입하는 데에는 많은 시간과 노동력이 요구된다는 단점이 있다.

한편, 다른 수지를 이용하여 고체상 반응을 통한 화학식 1과 같은 치환된 다이케토피페라진 화합물을 합성하는 방법은 제조방법이 복잡한 것으로 알려져 있으며(John Steel et al.,Bioorganic Medicinal Chem. Lett.,1995,vol. 5, 47-50), 메리필드 수지를 이용하여 고체상 반응을 통한 화학식 1과 같은 치환된 다이케토피페라진 화합물을 합성하는 방법은 지금까지 발표되지 않았다.

이에 본 발명자들은 고체상(solid phase)을 이용한 컴비나토리얼 합성화학(Combinatorial Chemistry)을 이용함으로써 합성이 용이하고 효과적인 신규 파네실 전이효소 억제활성을 나타낼 수 있는 신규한 구조의 다이케토피페라진 화합물을 개발하기 위하여 연구를 계속하여 오던 중, 수지에 각종 아미노산을 결합시킨 뒤 고체상에서 생성물을 분리시킨 후 재결정화 등의 후처리 공정이 필요없이 고순도의 다이케토피페라진 유도체를 고수율로 제조하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 고체상 반응을 통하여 고순도의 다이케토피페라진 유도체를 효과적으로 합성하는 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 메리필드 수지(Merrifield resin)에 보호기가 부착된 각종 아미노산을 결합시킨 뒤 고체상에서 보호기를 제거하고, 여기에 다시 보호기가 부착된 각종 아미노산을 결합시키고 보호기를 제거한 뒤 고체상으로부터 화학식 1의 화합물을 떼어내는 단계를 포함하는 하기 화학식 1의 다이케토피페라진 유도체의 제조방법을 제공한다.

화학식 1

상기 화학식 1에서,

R₁및 R₃ 는 각종 아미노산 화합물로부터 유도되는 것으로서, 아릴, 히드록시아릴, 히드록시알콜, 이미다졸, 황이 치환된 알킬 및 인돌이 치환된 알킬이며,

R₂및 R₄는 수소, 알킬 및 아릴 할로겐 화합물의 유도체 등을 나타낸다.

본 명세서에서 상기 화학식 1의 화합물의 치환기를 정의하는데 사용된 용어인 알킬은 메틸, 에틸, 이소프로필, 이소부틸, t-부틸 및 옥틸을 포함하는 C₁∼C₈의 직쇄 또는 측쇄 알킬을 의미한다.

또한, 본 명세서에서 상기 화학식 1의 화합물의 치환기를 정의하는데 사용된 용어인 아릴은 6-원 모노사이클릭 방향족 그룹(6-membered monocyclic aromatics) 또는 10-원 바이사이클릭 방향족 그룹(10-membered bicyclic aromatics)을 의미하며, 이들 그룹은 저급알킬, 저급알콕시 또는 할로겐에 의하여 임의로 치환될 수 있다.

본 발명의 제조방법에 따라 제조될 수 있는 화학식 1의 화합물 중 대표적인 화합물에는 다음과 같은 물질이 있다.

1) 2-[5-(4-시아노-벤질)-3,6-디옥소-피페라진-2-일] 아세트아미드

2) 4-[5-(1-히드록시-에틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴

3) 4-(5-히드록시메틸-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸) 벤조니트릴

4) 4-[5-(2-메틸설파닐-에틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴

5) 4-[5-(4-히드록시-벤질)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴

6) 4-[5-(4-메톡시-벤질설파닐-메틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴

7) 4-[5-(1H-이미다졸-4-일메틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴

8) 4-[5-(1H-인돌-3-일메틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴

본 발명에서는 다이케토피페라진 유도체의 제조 방법이 제공되는데, 본 발명의 화합물의 제조 방법은 다음과 같이 요약될 수 있다.

반응식 1의 구조식 2로 표시되는 메리필드 수지에 구조식 3의 보호기가 부착된 각종 아미노산을 결합시킨 뒤 고체상에서 보호기를 제거하여 구조식 5의 화합물을 얻고, 구조식 5의 화합물과 구조식 6의 보호기가 부착된 다른 종류의 아미노산을 반응시켜 구조식 7의 화합물을 얻은 뒤 구조식 7의 화합물에서 보호기를 제거하여 구조식 8의 화합물을 얻은 다음 구조식 8의 화합물을 고리화 시키면서 고체상으로부터 떼어내어 화학식 1의 화합물을 얻는다.

본 발명에 따른 고체상 반응을 이용한 상기 화학식 1의 화합물을 제조하는 반응식 1의 반응은 우선 탄산세슘(Cs₂CO₃)을 에탄올과 물의 혼합용매에 녹인 후 용매는 감압증류하여 제거하고 부톡시카르보닐(Boc)기로 보호된 구조식 3의 아미노산 유도체와 구조식 2의 메리필드 수지를 혼합한 뒤 용매하에서 반응시킨다. 이때 사용되는 용매로는 디메틸포름아미드(이하, DMF이라 약칭한다) 등이 바람직하다. 또한, 반응조건은 80℃ 이내와 24시간 이내인 것이 바람직하다. 반응이 끝나면 과량의 용매는 필터하고, 메탄올과 메틸렌 클로라이드(이하, DCM이라 약칭한다) 등을 이용하여 여러번 필터하여 구조식 4의 화합물을 얻은 뒤 트리플루오르 아세트 산(이하, TFA이라 약칭한다)와 DCM 등으로 필터하면 구조식 4의 부착된 보호기가 제거된다. 보호기가 제거된 구조식 5의 화합물을 부톡시카르보닐기로 보호된 구조식 6의 다른 아미노산 유도체와 반응시켜 구조식 7의 화합물을 얻는다. 이때 사용되는 용매로는 DMF 등이 바람직하다. 구조식 7의 화합물은 다시 보호기를 제거하여 구조식 8의 화합물을 얻고, 이렇게 얻어진 구조식 8의 화합물을 고리화 반응을 시켜 화학식 1의 화합물을 얻는다. 이때 고리화 반응에 사용될 수 있는 용매로는 톨루엔 등이 있으며, 촉매로는 아세트산 등이 사용될 수 있다.

이하 실시예에 의하여 본 발명의 다이케토피페라진 유도체의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

〈실시예 1〉 2-[5-(4-시아노벤질)-3,6-디옥소-피페라진-2-일] 아세트아미드

(단계 1) 구조식 5의 화합물의 제조

1.5 당량의 탄산세슘(Cs₂CO₃)을 에탄올과 물의 혼합용매(1:1, 부피/부피)에 녹인 뒤 감압 증류하여 용매를 제거한 후 여기에 2 당량의 2-(N-부톡시카르보닐)아미노-3-(4-시아노페닐)프로피온 산(2g) 및 1 당량의 메리필드 수지를 넣은 후 디메틸포름아미드(이하, DMF라 약칭한다) 용매를 이용하여 80℃의 온도에서 하루동안 교반하였다. 과량으로 사용한 DMF를 필터하고 메탄올과 메틸렌 클로라이드(이하, DCM이라 약칭한다)으로 여러번 깨끗이 필터한 뒤 50%의 트리플루오르아세트 산(이하, TFA라 약칭한다)를 DCM 용매하에서 교반하여 보호기(Boc)를 제거한 다음 다시 필터하여 구조식 5의 화합물을 얻었다.

(단계 2) 2-[5-(4-시아노벤질)-3,6-디옥소-피페라진-2-일] 아세트아미드의

제조

상기 단계 1에서 얻은 구조식 5의 유도체 50㎎에 2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐아스파라진, 3.5 당량의 1-에틸-3-(3-디메틸 아미노프로필)카보디이미드(이하, EDC라 약칭한다), 3.5 당량의 1-히드록시벤조티아졸(이하, HOBt라 약칭한다) 및 3.5 당량의 트리에틸아민(이하, TEA라 약칭한다)를 DMF 용매하에서 혼합한 뒤 하루동안 실온에서 교반하였다. 과량으로 사용한 용매와 용질은 메탄올과 메틸렌 클로라이드 용매로 깨끗이 필터한 후 다시 메틸렌 클로라이드를 넣고 50%의 TFA를 첨가하여 30분 동안 교반하였다. 교반이 완료된 반응 혼합물은 상기 방법과 같이 깨끗이 필터한 뒤 1%의 아세트산과 톨루엔 용매하에서 하루동안 환류시켜서 목적 화합물(수득률: 76%)을 얻었다.

MS(FAB): 287(M+H⁺)

〈실시예 2〉 4-[5-(1-히드록시에틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조 니트릴

2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐아스파라진 대신 2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐쓰레오닌을 사용하고, 상기 실시예 1과 같은 방법을 통하여 목적화합물(수득률: 67%)을 얻었다.

MS(FAB): 274(M+H⁺)

〈실시예 3〉 4-(5-히드록시메틸-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸) 벤조니트릴

2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐아스파라진 대신 2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐세린을 사용하고, 상기 실시예 1과 같은 방법을 통하여 목적화합물(수득률: 71%)을 얻었다.

MS(FAB): 260(M+H⁺)

〈실시예 4〉 4-[5-(2-메틸설파닐-에틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조 니트릴

2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐아스파라진 대신 2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐메티오닌을 사용하고, 상기 실시예 1과 같은 방법을 통하여 목적화합물(수득률: 60%)을 얻었다.

MS(FAB): 304(M+H⁺)

〈실시예 5〉 4-[5-(4-히드록시-벤질)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조 니트릴

2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐아스파라진 대신 2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐티로신을 사용하고, 상기 실시예 1과 같은 방법을 통하여 목적화합물(수득률: 60%)을 얻었다.

MS(FAB): 336(M+H⁺)

〈실시예 6〉 4-[5-(4-메톡시-벤질설파닐-메틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일 메틸] 벤조니트릴

2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐아스파라진 대신 2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐-s-p-메톡시벤질시스테인을 사용하고, 상기 실시예 1과 같은 방법을 통하여 목적화합물(수득률: 50%)을 얻었다.

MS(FAB): 396(M+H⁺)

〈실시예 7〉 4-[5-(1H-이미다졸-4-일메틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴

2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐아스파라진 대신 2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐-N-이미다졸-토실-히스티딘을 사용하고, 상기 실시예 1과 같은 방법을 통하여 목적화합물(수득률: 50%)을 얻었다.

MS(FAB): 310(M+H⁺)

〈실시예 8〉 4-[5-(1H-인돌-3-일메틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조 니트릴

2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐아스파라진 대신 2 당량의 N-α-t-부톡시카르보닐-N-in-t-부톡시카르보닐트리보판을 사용하고, 상기 실시예 1`과 같은 방법을 통하여 목적화합물(수득률: 43%)을 얻었다.

MS(FAB): 359(M+H⁺)

이상에서 살펴본 바와 같이, 메리필드 수지에 보호기가 부착된 아미노산 화합물을 부착시킨 뒤 보호기를 제거하고 여기에 다시 보호기가 도입된 다른 아미노산을 부착하고 보호기를 제거하고 고리화시키면서 고체상을 떼어내는 본 발명의 제조방법은 다이케토피페라진 유도체를 고체상에서 제조하기 때문에 빠른 시간내에 크로마토그래피 또는 재결정화 등의 후처리 공정이 필요없이 고순도의 다이케토피페라진 유도체를 고수율로 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명의 다이케토피페라진 유도체의 제조방법은 매우 경제적이고 효과적으로 다이케토피페라진 유도체를 제조할 수 있는 방법이다.

Claims

반응식 1의 구조식 2로 표시되는 메리필드 수지에 보호기가 부착된 구조식 3의 아미노산을 결합시킨 뒤 보호기를 제거하여 구조식 5의 화합물을 얻고, 구조식 5의 화합물과 보호기가 부착된 구조식 6의 아미노산을 반응시켜 구조식 7의 화합물을 얻은 뒤 구조식 7의 화합물에서 보호기를 제거하여 구조식 8의 화합물을 얻은 뒤 수지를 떼어내는 과정을 포함하는 메리필드 수지를 이용한 고체상 반응으로 화학식 1의 다이케토피페라진 유도체를 제조하는 방법.

반응식 1

화학식 1

상기 화학식 1에서,

R₁및 R₃ 는 각종 아미노산 화합물로부터 유도되는 것으로서, 아릴, 히드록시아릴, 히드록시알콜, 이미다졸, 황이 치환된 알킬 및 인돌이 치환된 알킬이며,

R₂및 R₄는 수소, 알킬 및 아릴 할로겐 화합물의 유도체 등을 나타낸다.
제 1항에 있어서, 구조식 8의 화합물을 얻은 뒤 수지를 떼어내는 과정은 구조식 8의 화합물을 고리화시키면서 수지를 떼어것을 특징으로 하는 메리필드 수지를 이용한 고체상 반응으로 화학식 1의 다이케토피페라진 유도체를 제조하는 방법.
제 1항에 있어서, 반응용매로 디메틸포름아미드(DMF)를 사용하는 것을 특징으로 하는 메리필드 수지를 이용한 고체상 반응으로 화학식 1의 다이케토피페라진 유도체를 제조하는 방법.
제 1항에 있어서, 반응은 80℃ 범위내에서 24시간 이내에 수행되는 것을 특징으로 하는 메리필드 수지를 이용한 고체상 반응으로 화학식 1의 다이케토피페라진 유도체를 제조하는 방법.
제 1항에 있어서, 고리화 반응의 용매로 톨루엔을 사용하며, 고리화 반응의 촉매로 아세트산을 사용하는 것을 특징으로 하는 메리필드 수지를 이용한 고체상 반응으로 화학식 1의 다이케토피페라진 유도체를 제조하는 방법.
제 1항에 있어서, 제조되는 다이케토피페라진 유도체는

2-[5-(4-시아노-벤질)-3,6-디옥소-피페라진-2-일] 아세트아미드,

4-[5-(1-히드록시-에틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴,

4-(5-히드록시메틸-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸) 벤조니트릴,

4-[5-(2-메틸설파닐-에틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴,

4-[5-(4-히드록시-벤질)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴,

4-[5-(4-메톡시-벤질설파닐-메틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴,

4-[5-(1H-이미다졸-4-일메틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴 및

4-[5-(1H-인돌-3-일메틸)-3,6-디옥소-피페라진-2-일메틸] 벤조니트릴인 것을 특징으로 하는 메리필드 수지를 이용한 고체상 반응으로 화학식 1의 다이케토피페라진 유도체를 제조하는 방법.