KR20190049980A - 중금속 주석을 사용하지 않는 라말린의 합성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 라말린의 합성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알킬클로로포르메이트를 이용하여 제조된 글루탐산 유도체와, 하이드록시기가 보호된 하이드록시 아닐린을 이용하여 제조된 하이드라진 염 화합물을 반응시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 라말린의 합성방법에 관한 것이다.

Description

중금속 주석을 사용하지 않는 라말린의 합성방법{Process for synthesizing ramalin not using Tin as a heavy metal}

본 출원은 중금속 주석(Sn)을 사용하지 않고 천연물 유래의 라말린과 같은 물성 및 효능을 나타내는 라말린을 합성하는 방법에 관한 것이다.

라말린(Ramalin)은 남극대륙 킹조지섬에 군락을 이루어 자생하는 라말리나 테레브라타(Ramalina terebrata)라는 지의류에서 추출한 물질이다. 한국해양과학기술원의 연구에 따르면, 라말리나 테레브레타는 사하라 사막보다 건조하며 시베리아보다 더 거센 강풍이 부는 거친 땅 남극의 해발 2,500m, -100℃에 이르는 불모지에서 100년에 1cm가 겨우 자라나는 지의류로 끈질긴 생명력을 지니고 있다. 라말리나는 해안가 바위에 붙어서 자외선을 직접 받기 때문에 스스로 산화물질을 제거하는 항산화 물질을 만들어 스스로를 보호한다. 이러한 라말리나가 강한 남극의 자외선을 이겨내며 스스로 만들어 낸 성분이 바로 라말린이다.

이러한 라말린은 우수한 항염 증 활성을 가진 것이 보고되면서, 한국해양과학기술원에서는 라말리나 테레브라타의 건조샘플로부터 라말린을 최초로 추출하여 특허를 받은 바 있다(대한민국 공개 특허공보 제 10-2010-0052130호).

지의류는 충분한 양의 천연샘플을 수집하기가 어렵고, 대량재배 기술이 알려져 있지 않기 때문에, 고등식물보다는 연구가 미진하였다. 하지만, 현재는, 지의류의 조직배양법, 대량생산 방법 및 생화학적 분석 방법 등이 개선됨에 따라, 이에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다(Behera, B. C. et al., Lebensm. Wiss. Technol. , 39:805, 2006). 세포독성, 살곰팡이, 항미생물, 항산화 등의 여러 생물학적 활성을 가지는 지방산, 뎁시드(depside) 및 뎁시돈(depsidones), 디벤조푸란(debenzofurans), 디테르펜(diterpenes), 안트라퀴논(anthraquinones), 나프토퀴논(naphtoqui nones), 우스닉산(usninic acid), 풀비닉산(pμlvinic acids), 잔톤(xanthones) 및 에피디티오피퍼라진이온(epidithiopiperazinediones) 을 포함하는 화합물들이 지의류로부터 분리된 바 있다(Muller, K. , Appl. Microbiol. Biotechnol. , 56: 9-16, 2001).

라말린은 우수한 항산화 활성 및 항염증 활성이 확인되어 대량생산의 필요성이 있으나, 천연 지의류인 라말리나 테레브라타에서 메탄올을 이용한 분리 방법에 의할 경우, 극지 지의류 특유의 느린 성장속도, 자연에서 대량채취가 어려운 점 및 라말리나 테레브라타에서 추출 되는 양이 매우 소량인 점 때문에, 그 생산에 비용과 시간이 많이 드는 문제가 있어 왔다.

이에 따라, 공정이 간단하고 가격면에서 경쟁력이 있는 라말린의 새로운 화학적 합성 방법에 대한 산업계의 요구가 있어왔고, 그 중에서 한 선행기술은 알킬클로로포름에이트를 이용하여 제조된 글루탐산 유도체와, 하이드록시아닐린(hydroxyaniline) 또는 하이드록시기가 보호된 하이드록시아닐린을 이용하여 제조된 하이드라진염 화합물을 반응시키는 합성 방법에 관한 것이다(대한민국 공개 특허공보 제 10-2013-0085306호).

그러나 상기 선행기술의 합성 방법에서는 라말린의 제조 시 중금속인 주석을 사용하는 공정이 포함되어 있어, 극소량이지만 최종 생성물에 주석이 그대로 포함된 상태로 라말린의 주용도인 화장품 및 의약품에 그대로 사용하게 되는 문제점이 있다. 특히, 라말린 중 주석의 잔류 문제는 주석이 생체내 잔류 함으로서 생체 내 유기주석 화합물이 생성되고 인체의 신경계통에 문제를 유발한다.

이에 따라, 본 출원의 목적은 중금속 주석을 사용하지 않고 신규의 공정으로 천연물 유래의 라말린과 같은 효능을 나타내는 라말린을 화학적으로 합성하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은 기존의 라말린의 합성 과정에서 하기의 화학식3의 하이드록실기가 벤질기로 보호된 하이드라진 합성과정에서 중간체인 디아조화합물을 염화주석 환원제로 환원이 원활히 진행되었다는 것을 확인하였다. 그러나 중금속인 주석을 배제하기 위해서 여러가지 환원제를 검토하였으나, 하이드록실기에 벤질기로 보호된 벤질 그룹이 분해되어서 원하는 목적물을 합성하기가 힘들었다. 따라서 본 발명자들은 예의 검토한 결과 하이드록실기의 보호기를 벤질기를 제외한 여러가지 보호기를 검토하였고, 그 중에서 알릴(allyl) 그룹으로 변경하였다. 알릴기로 보호된 디아조화합물을 다음의 여러가지 환원제를 다양하게 연구검토하여 실시예와 같이 알릴하이드라진 중간체를 고효율로 합성할 수 있었다.

기존의 가장 대표적인 환원방법은 염화주석(SnCl2)을 이용한 환원방법이 가장 대표적이지만, 염화주석을 사용하지 않는 여러 방법을 검토하였다. 당사는 알릴하이드라진 유도체를 합성하기 위해 최근 보고된 방법 중 아스코빅산을 이용한 방법(Tetrahedron, 67, (2011), 10296~10303), 트리페닐포스핀(triphenylphosphine)을 이용한 방법(EP 1981860B1), 벤젠세레놀(benzeneselenol)을 이용한 방법(J. Chem. Soc. Chem. Commun., 1977, 131~132) 등 다양한 방법을 사용하였다. 가장 선택성이 높고, 반응 전환율이 높은 방법은 아황산나트륨(Sodium sulfite)를 이용한 방법이었다. 다양한 실험을 통하여 얻은 결과, 아황산나트륨을 이용한 방법을 적용하기 위해서는 오르쏘(ortho) 위치에 있는 페놀의 보호기가 벤질과 같은 입체 장애성 보호기로 이루어질 경우 반응 전환율이 높지 않은 결과를 얻었다. 그 이유는 디아조늄의 환원과정에서 술폰산 기가 도입되면서 분자내 공간이 협소해 지고, 결국 벤질그룹의 입체장애 효과가 나타나 반응 전환이 원활하게 이루어지지 않기 때문이다.

따라서 이러한 입체장애 효과를 억제하면서, 나중에 쉽게 탈 보호반응을 유도하기 위해 알릴 그룹을 선정하게 되었다. 오르쏘-알릴옥시 그룹으로 보호된 아릴디아조늄염은 쉽게 아황산나트륨으로 환원되어 알릴하이드라진 중간체를 용이하게 확보할 수 있었다.

본 출원의 목적은 하기 화학식 1의 라말린을 합성하는 방법으로서,

하기 화학식 2의 글루탐산 유도체와 하기 화학식 3의 하이드라진 염 화합물을 커플링 반응시켜 화학식 4의 라말린 전구체를 생성시키는 단계;

상기에서 생성된 화학식 4의 화합물에 탈알릴 반응을 수행하여 화학식 5의 글루탐산 유도체를 생성시키는 단계; 및

상기에서 생성된 화학식 5의 화합물에 수소화 반응을 수행하여 보호기를 제거하는 단계를 포함하는, 방법에 의하여 달성될 수 있다:

+

→

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상기 화학식에서,

R¹은 저급 알킬이고;

R²는 하이드록시 보호기이며;

X는 산(Acid)이다.

상기 화학식에서 '저급 알킬기'인 R ¹은 탄소 원자수가 1∼8개, 바람직하게는 1∼6개, 특히 바람직하게는 1∼4개인 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기를 나타낸다. 구체예로서, R ¹은 메틸, 에틸, n-프로필, n-부틸, n-펜틸, n-헥실, n-헵틸, n-옥틸, 이소프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 이소펜틸기 등을 들 수 있고, 바람직하게는 에틸이다.

또한, R²는 알릴이며, X는 염산, 브롬산, 요오드산 또는 p-톨루엔설포닉산(p-Toluenesulfonic Acid) 등이 있으며, 그 중에서도 염산인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 양태로서, 상기 화학식 3의 하이드라진 염 화합물은 2-니트로페놀에서 하이드록시기를 알릴로 보호하고, 니트로기를 아민으로 환원시킨 후, 하이드록시가 보호된 하이드록시 아닐린의 산염을 아조화 시킨 후 중아황산나트륨(Sodium bisulfite)를 이용하여 환원시켜 제조될 수 있다.

특히 디아조늄염으로부터 화학식 3의 화합물인 알릴하이드라진을 합성하는 방법에서 중아황산나트륨을 이용한 환원반응은 중아황산나트륨 2당량 내지 10당량 범위, 바람직하게는 2당량 내지 2.5당량 범위로 사용된다. 반응 조건으로 암모니아수를 투입하여 pH 5.5 내지 pH 6.5로, 바람직하게는 pH 6.0에서 반응용액의 pH를 조절하며, 반응온도를 50℃ 내지 70℃, 바람직하게는 60℃로 조절하며, 이때도 pH를 6.0으로 조절하는 것이 중요하다. 이때 디아조늄 염(diazonium salt) 수용액을 40분간 투입하고, 60℃ 내지 90℃에서, 바람직하게는 75℃에서 약 30분~2시간, 바람직하게는 약 1시간 교반한다.

또한, 본 발명의 다른 양태로서, 상기 화학식 2의 글루탐산 유도체는, 하기 화학식 6의 글루탐산 유도체를 하기의 알킬클로로포름에이트(R¹-O-CO-Cl)과 반응시켜 제조될 수 있다:

+

→

또한, 상기 화학식 2의 글루탐산 유도체 합성에 사용된 알킬클로로포름은 반응물로서, 에틸클로로포름에이트(ECF), 메틸클로로포름에이트(MCF)가 사용될 수 있으며 바람직하게는 에틸클로로포름에이트(ECF)가 사용에 적합하다. 구입은 TCI 또는 Aldrich에서 구입하여 사용하였다.

추가로, 본 발명의 다른 양태로서, 탈 알릴반응을 통한 화학식 5의 화합물을 얻기 위하여, 포름산암모늄을 4~8 당량 범위로, 바람직하게는 6당량으로 사용할 수 있다. 더 나아가, Pd/C 촉매는 반응물에 대하여 5~20% 범위로, 바람직하게는 10%으로 사용될 수 있고, 반응용매인 MeOH은 반응물에 비하여 100 배의 부피비로, 바람직하게는 50 배의 부피비로 사용한다. 반응온도는 0~ 50℃ 범위, 바람직하게는 20~30℃ 범위이다.

또한, 알릴 그룹의 제거를 위한 탈보호 반응은 Pd(PPh3)4, Pd, Pd/C 등과 같은 다양한 환원 촉매를 스크린한 결과 10% Pd/C, 포름산암모늄의 조건이 가장 좋은 결과를 도출 할 수 있었다.

본 출원의 발명을 통하여 중금속 주석을 하용하지 않고 신규한 합성 방법으로 천연물 유래의 라말린과 같은 물성을 갖는 라말린을 화학적으로 합성할 수 있었다. 더 나아가, 본 발명에 따른 라말린의 합성방법은 중금속인 주석을 사용하지 않으면서도, 안정적인 수율로 항산화 및 항염증 효과가 뛰어난 라말린을 합성 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 합성된 라말린은 대량생산으로 가격 경쟁력이 있으며 고수율로 라말린을 제공할 수 있어, 화장품과 의약품에 널리 사용할 수 있다.

도 1은 본 출원에 의하여 합성한 라말린의 ¹H-NMR 분석 데이터이고;
도 2는 천연 지의류에서 추출된 라말린의 ¹H-NMR 분석 데이터이다.

본 출원을 하기 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하나, 하기 실시예는 예시적으로 제공되는 것으로서, 본 출원이 이에 한정되는 것이 아님을 당업자는 충분하게 이해할 것이다.

실시예 1

라말린의 합성예

1-1. 알릴 하이드라진 염의 제조

[반응식1-1]

3-구 둥근바닥 플라스크에 상기 화학식 9의 화합물 72g, 알릴 브로마이드 68.8g, K₂CO₃ 214.6g, 아세톤 720ml를 실온(rt)에서 투입한다. 56~57℃ 온도로 승온 후 환류를 4시간 진행 후 반응을 종결한다. rt로 온도를 냉각하여 셀라이트 여과 후 용액을 농축한다. 메틸렌클로라이드(MC) 용해 후, H₂O을 사용하여 세척을 진행한다. Na₂SO₄로 수분을 제거한 뒤 감압 농축하여 화학식 10의 화합물 92.3g(수율:99.5%)을 얻었다.

[반응식1-2]

3-구 둥근바닥 플라스크에 화학식 10의 화합물 9 1.02g, EtOH 455ml, Sat. NH₄Cl 455ml를 상온에서 순서대로 투입한다. 철 분말(Iron powder) 149.5g 투입 후 교반속도를 빠르게 한다. 35% HCl 2방울 투입한 뒤 환류를 진행한다. 셀라이트 여과 진행 후 EtOH 제거를 위해 감압농축을 한 뒤 에틸아세테이트(EA)를 사용하여 추출한다. 유기층은 H₂O을 사용하여 세척을 진행한 후 유기층을 감압 농축하여 화학식 11의 화합물 74.65g(수율:98.5%)을 얻었다.

[반응식 1-3]

3-구 둥근바닥 플라스크에 화학식 11의 화합물 71.74g, H₂O 8 6.54g 투입 후 rt에서 교반한다. 35% HCl 100g과 H₂O 76g을 사용하여 희석한 HCl를 상온에서 반응기에 15분간 투입하여준 뒤 0℃로 냉각한다. NaNO₂를 H₂O 57.53g을 사용하여 녹여준 뒤 5℃ 이하를 유지하면서 1시간 동안 투입하여 화학식 12의 화합물을 얻었다.

TLC로 화합물 11이 사라진 것을 확인한 후 화합물 12을 분리하지 않고, 연속적으로, 반응기에 NaHSO₃ 112.53g, H₂O 217g, NaCl 105.4g, H₂O 252g를 rt에서 투입하고 용해한다. 암모니아수를 투입하여 pH 6.0을 만들어준 뒤 60℃로 승온 후 다시 pH 6.0으로 맞춰준다. 온도를 60℃ 유지하고, 위에서 만든 디아조늄 염(diazonium salt) 수용액을 40분간 투입한다. 75℃로 승온하여 1시간 교반 후 10℃ 로 냉각, 10℃를 유지한 상태에서 50% NaOH 수용액을 사용하여 pH 10~11 으로 조절하였다. 톨루엔을 사용하여 추출하고, 황산나트륨으로 건조 후, 톨루엔을 감압 농축하여 제거하여 화학식 13의 화합물 67.3g(수율:87.8%), 99.2% 순도로 얻었다.

1-2. 글루탐산 유도체의 제조 및 라말린의 합성

[반응식1-4]

3-구 둥근바닥 플라스크에 화학식 6의 화합물 75.39g, MC 754ml를 투입한 뒤 0℃로 냉각 후 트리에틸아민(TEA) 24.65g 30분 동안 투입한다. 반응 용액을 15℃로 냉각하여 에틸클로로포메이트(ECF) 26.44g를 40분간 투입하여 활성화시키고, 0℃ 이하를 유지한 상태에서 1시간 교반하여 TLC를 사용하여 화학식 6의 화합물이 사라진 것을 확인한다.

이어서, 상기에서 얻어진 알릴하이드라진 염인 화학식 13의 화합물 40g을 MC 360ml에 용해한 용액을 0℃ 이하를 유지하여 1시간 40분간 투입하고, rt로 승온 후 10시간 교반한다. 반응이 완료되면, H₂O 200ml를 투입하고 세척한 뒤 1N HCl 200ml 1회, Sat.NaHCO₃ 200ml 1회 유기층을 세척한다. 유기층은 Na₂SO₄ 로 건조 후 감압농축을 진행하여 용매를 제거한 뒤 MeOH에 녹여 활성탄 처리를 한다. 셀라이트 여과 후 다시 메탄올 용매를 감압증류로 제거하였고, MC/Hex(메틸렌클로라이드/헥산)을 사용하여 결정화하여 라말린 전구체인 화학식 8의 화합물 93.61g(수율:89.09%)을 얻었다.

반응기에 화학식 8의 화합물, 포름산암모늄 6eq, Pd/C 10%, MeOH 50v 투입하여 교반하여준다. TLC, HPLC를 사용하여 화학식 8의 화합물이 사라짐을 확인한 뒤 반응을 종결한다. 셀라이트 여과를 이용하여 Pd 촉매를 제거하고, 용매를 감압농축하고, EA를 투입 후 물로 세척하여 잔류 포름산암모늄(ammonium formate)를 제거하였다. 이로써 또 다른 라말린 전구체인 화학식 5의 화합물 8.18g(수율:90.05%)을 얻었다.

그 다음, 화학식 5의 화합물, Pd/C 10%, MeOH 50v을 rt에서 투입 교반한다. H₂를 반응기에 주입하여 10시간을 교반한다. 셀라이트 여과를 하여 촉매를 제거한다. 유기층을 농축하고 고체가 생성되면 농축을 멈추고, 미리 교반하여 준비된 EA에 농축된 메탄올 용액을 투입하여 고체를 석출시켜 흰색 고체의 라말린(화학식1)을 얻었다.(수율:92%)

1-3. 라말린의 HPLC, ¹ H-NMR 비교분석

상기에서 얻어진 라말린(화학식1)은 HPLC 분석 결과 98 area% 이상의 순도를 보였으며, ¹H-NMR 결과는 도 1에 나타냈으며, 비교를 위하여, 천연 지의류에서 추출된 라말린의 ¹H-NMR 분석 결과를 도 2에 표시하였다.

도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 합성 라말린의 ¹H-NMR(D₂O, 400MHz, δ/ppm)은 6.86-6.92(m, 4H), 3.81(t, 1H), 2.55(m, 2H), 2.21(m, 2H)이고, 천연물 라말린의 ¹H-NMR(D₂O, 400MHz, δ/ppm)은 6.77-6.80(m, 4H), 3.73(t, 1H), 2.45(m, 2H), 2.11(m, 2H)이다. 이들 피크로부터 본 발명의 합성 라말린은 천연물의 라말린과 일치함을 알 수 있었다.

본 발명은, 당업자에게 명료하게 이해시키기 위하여 설명 및 실시예로써 일부 상세히 기재되었지만, 수많은 그리고 다양한 변형이 본 개시내용의 정신의 이탈 없이 실시될 수 있다는 것이 당해 분야의 숙련가에 의해 이해될 것이다. 따라서, 본 명세서에서 개시된 형태가 단지 설명적이고 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도하지 않으며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위에 의하여 정해져야 하며, 또한 본 발명의 진정한 범위 및 정신과 함께 하는 모든 변형 및 대안을 포함하도록 의도하는 것으로 명확히 이해되어야 한다.

Claims (6)

1. 하기 화학식 1의 라말린을 합성하는 방법으로서,
   하기 화학식 2의 글루탐산 유도체와 하기 화학식 3의 하이드라진 염 화합물을 커플링 반응시켜 화학식 4의 라말린 전구체를 생성시키는 단계;
   상기에서 생성된 화학식 4의 화합물에 탈알릴 반응을 수행하여 화학식 5의 글루탐산 유도체를 생성시키는 단계; 및
   상기에서 생성된 화학식 5의 화합물에 수소화 반응을 수행하여 보호기를 제거하여 단계를 포함하는, 방법:
   

   

   +

   

   
   →

   

   →

   

   
   →

   

   
   상기 화학식에서,
   R¹은 저급 알킬이고;
   R²는 하이드록시 보호기이며;
   X는 산(Acid)이다.
2. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 3의 하이드라진 염 화합물은 2-니트로페놀에서 하이드록시기를 알릴로 보호하고, 니트로기를 아민으로 환원시킨 후, 하이드록시가 보호된 하이드록시 아닐린의 산염을 아조화시킨 후 중아황산나트륨 (Sodium bisulfite)를 이용하여 환원시켜 제조된 것인, 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 화학식 2의 글루탐산 유도체는, 하기 화학식 6의 글루탐산 유도체를 하기의 알킬클로로포름에이트(R¹-O-CO-Cl)과 반응시켜 제조된 것인, 방법:
   

   

   +

   

   →

   
4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, R¹ 은 에틸이고, R²는 알릴이고, X는 염산인 방법.
5. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매로서, Pd 또는 Pd/C를 사용하는, 방법.
6. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 화학식 5의 화합물을 얻기 위하여, 포름산암모늄을 4~8당량 범위로 사용하는, 방법.
   
   

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