KR20190088224A

KR20190088224A - 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20190088224A
Application number: KR1020180006482A
Authority: KR
Inventors: 김태진; 김민정
Original assignee: 주식회사 라모수
Priority date: 2018-01-18
Filing date: 2018-01-18
Publication date: 2019-07-26
Also published as: KR102101329B1; WO2019142962A1

Abstract

본 발명은 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체 및 그 제조 방법에 관한 것으로써, 본 발명에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체는 하기 식의 구조를 가지며,

여기서 m 또는 n은 0 내지 5이며, m과 n은 서로 반비례하게 m이 커질수록 n은 작아진다.

Description

중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체 및 그 제조 방법{ASCORBIC ACID DERIVATIVES WITH ABILITY OF HEAVY METALS REMOVAL AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아스코르빈산의 안정성을 더욱 개선시키면서 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

아스코르빈산은 비타민C로 강력한 항산화 물질이며, 사람에게 필수 영양소이나 체내에서 합성될 수 없어 음식을 통해서만 섭취하여야 한다. 그러나 아스코르빈산은 열이나 공기, 수분에 불안정하여 산화되기 쉬운 특징을 가지고 있다.

최근 아스코르빈산의 연구에 따르면 중금속 농도의 감소에 효과가 있다는 연구 결과가 있다. (Korean J Fam Med., 2009, 30, 717-722 참조)

아스코르빈산은 2, 3번 위치의 하이드록시기(Hydroxyl Group)가 평면상으로 인접한 위치에 나란히 고정되어 있는 구조로 이들 하이드록시기가 전자가 부족한 금속이온과 정전기적으로 결합하기 쉽다.

한편, 폴리에틸렌글라이콜은 친수성 고분자이고 물 뿐만 아니라 많은 종류의 유기 용매에도 용해되는 특징과 화학적 안정성을 가지며, 분자 내에 비공유 전자쌍을 가진 산소를 많이 가지고 있어 금속 양이온과 착물(Complex) 형성이 가능하다.

크라운에테르(Crown Ether)는 폴리에틸렌글라이콜이 원형의 고리 구조로 된 것으로 호스트-게스트 화학(Host-Guest Chemistry) 분야에서 많이 사용되고 있고 반복되는(-OCH₂-CH₂-)n 단위를 가진 거대고리 리간드로서 킬레이션(Chelation)을 통해 고리의 크기와 양이온의 크기에 따라 선택적으로 안정한 착물을 형성할 수 있다. 크라운에테르의 내부 공동(空洞, Cavity)의 크기는 폴리에틸렌글라이콜의 길이에 따라 달라지며 이 공동의 크기에 맞는 금속 이온과 선택적으로 결합할 수 있다.

최근에는 황사나 미세 먼지 등 대기 오염이 빈번히 발생하고 있는데 이러한 대기 오염 물질 속에 중금속이 포함되어 있어 피부에 흡착되거나 호흡기를 통해 체내로 흡수되어 축적될 수 있는 문제점이 있다.

이를 해결하기 위한 방법으로 킬레이션은 체내의 중금속 중독으로 인한 치료 방법으로 이용되고 있다. 체내에 축적된 중금속은 인체의 생리 기능과 면역 기능을 방해하여 독성 반응을 일으키는데 이러한 중금속을 제거하기 위해서 EDTA(EthyleneDiamine Tetraacetic Acid)등과 같은 킬레이션 물질을 체내에 주입하면 축적된 불필요한 중금속과 결합하여 중금속 활성을 억제시켜 체내에서의 작용을 막고 소변으로 배출시켜 준다. 천연 킬레이션 물질로는 아스코르빈산과 글루타티온(Glutathione)이 있다. 아스코르빈산은 하이드록시기와 이중 결합을 가지고 있어 전자가 풍부한 구조를 가지고 있다. 폴리에틸렌글라이콜 또한 산소와 에틸기(Ethyl Group)의 연속적인 구조로 비공유 전자쌍을 가지는 산소를 가지고 있어 전자가 부족한 금속이온에 전자공여능이 크다.

한편, 후기된 선행기술 문헌인 특허문헌1의 특허등록번호 제10-1206288호 “아르코르빈산 유도체, 그 제조방법, 연관된 중간물 및 그 유도체의 화장품으로의 응용”은 화장품 원료로서의 중금속 제거 효과가 아닌 미백효과가 중점을 두어 멜라닌 색소 침착 방지 기능을 갖는 아스코르빈산 유도체와 이의 제조 방법에 관한 기술을 제안하고 있다.

따라서, 대기오염 등의 환경 오염에 따른 중금속 축적 문제가 심각해지고 있는 현시점에서 아스코르빈산의 안정성을 개선시키고 중금속 제거 효과가 뛰어난 새로운 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체 및 그 제조 방법에 관한 기술 개발이 매우 필요한 상황이라 할 수 있다.

KR

10-1206288

B1

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기의 문제점을 해결하여 아스코르빈산과 폴리에틸렌글라이콜을 축합 반응시켜 중금속과의 착물 형성 능력이 큰 크라운에테르의 구조를 형성케 하여 환경 오염으로 대두되고 있는 중금속이 피부에 부착된 상태에서 체내로 흡수되지 않고 세안이나 클렌징, 티슈 등을 이용하여 손쉽게 제거가 가능하여 화장품 원료 등에 사용 가능한 안정성이 있으면서도 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기의 과제 해결을 위한 본 발명에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 하기 식의 구조를 가지며,

한편, 본 발명에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 제조 방법은 하기 반응식을 통해 제조 되며,

여기서, (1)은 폴리에틸렌글라이콜이며, (2)는 양쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(Di substituted polyethylene glycol)이며, (2-1)은 한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜 (mono substituted polyethylene glycol)이며, (3)은 아스코르빈산이며, (4)는 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산이며, (5)는 2, 3-폴리에톡시알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(2,3-polyethoxyalcohol-5,6-O-isopropylidene-L-ascorbic acid)이며, 그리고, (6)은 2, 3-폴리에틸렌-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산이다.

상기 폴리에틸렌글라이콜(1)의 양쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2)과 한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2-1))이고, Y는 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜인 하기 [화학식1]로 정의된다.

[화학식1]

상기 [화학식1]에서 X는 1개 내지 전부가 산소(O), 황 (S) 또는 NH(아민)일 수 있으며, m과 n은 0 내지 5이며, m, n의 차수가 커질수록 크라운에테르 내부 공동의 크기는 증가하므로 금속이온의 크기에 비례하여 m이나 n의 차수를 늘려서 공동의 크기에 변화를 줄 수 있다.

상기, Y는 클로라이드(Cl, Chloride), 브로마이드(Br, Bromide), 아이오도(I, Iodo)와 같은 할라이드(Halide)나 토실기(Tosyl), 메실기(Mesyl) 중 어느 하나일 수 있다.

상기 2, 3-폴리에틸렌알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(5)의 제조 단계는 상기 아스코르빈산(3)의 5, 6번 위치 하이드록시기를 보호한 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(4)에 한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2-1)을 염기 조건하에서 축합 반응을 통해 제조될 수 있다.

상기 2, 3-폴리에톡시알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(6)의 제조 단계는 상기 2, 3-폴리에틸렌알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(5)과 양쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2)을 축합 반응을 통해 제조될 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체 및 그 제조 방법에 의하면, 중금속과 킬레이션이 가능하고 전자가 풍부한 아스코르빈산과 폴리에틸렌글라이콜을 이용하여 크라운에테르 구조를 갖는 새로운 아스코르빈산 유도체를 제공함으로써, 독성이 없어 안전하면서도 기존의 아스코르빈산 또는 폴리에틸렌글라이콜 단독 분자보다 중금속과의 결합력을 높여 환경오염으로 대두되고 있는 중금속이 피부에 부착된 상태에서 체내로 흡수되지 않고 세안이나 클렌징, 티슈 등을 이용하여 손쉽게 제거가 가능하여 화장품 원료 등에 폭넓게 사용 가능한 유리한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 중금속 제거 효능 실험 비교 그래프이며,
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 HaCaT 세포 및 RAW264.7 세포 독성 실험 비교 그래프이다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체 및 그 제조 방법에 대해 상세히 설명한다.

본 발명의 실시예에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체는 아스코르빈산과 폴리에틸렌글라이콜을 축합 반응시켜 제조되는 것으로 아스코르빈산이 산화되지 않도록 아스코르빈산의 2번 및 3번 하이드록시기에 이탈기(Leaving Group)가 치환(Substituent)된 폴리에틸렌글라이콜을 치환하여 크라운에테르가 형성되는 구조를 가진다.

이렇게 제조된 아스코르빈산 유도체는 킬레이션에 의해 중금속과 착물을 형성하여 피부 등을 통해 체내로 축적이 되는 것을 방지하여 중금속을 제거하는 기능을 가지게 되는 것이다.

본 발명에 따른 아스코르빈산 유도체는 하기 [반응식 1] 에 따라 제조될 수 있다.

하기 [반응식1]은 대표 예시이며, 반응 조건은 변경될 수 있다.

[반응식1] 아스코르빈산 유도체 제조 방법

(1) 폴리에틸렌글라이콜

(2) 양쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(Di substitutedpolyethylene glycol)

(2-1) 한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜 (mono substituted polyethylene glycol)

(3) 아스코르빈산

(4) 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산

(5) 2, 3-폴리에톡시알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(2,3-polyethoxyalcohol-5,6-O-isopropylidene-L-ascorbic acid)

(6) 2, 3-폴리에틸렌-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산

(7) 아스코르빈산 유도체

상기 [반응식1]는 먼저, 폴리에틸렌글라이콜(1)의 양쪽 말단과 한쪽 말단에 이탈기를 각각 치환(양쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2)과 한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2-1))시키는데, Y는 하기 [화학식1]에서 정의한 것과 같다.

[화학식1]은 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜이다.

[화학식1]

상기 [화학식1]에서 X는 1개 내지 전부가 산소(O), 황 (S) 또는 NH(아민)가 될 수 있으며 바람직하게는 산소(O)이다.

m 또는 n은 0 내지 5인 것이 바람직하다. 5를 초과하게 되면 반응자리가 입체적으로 멀어지므로 반응 진행이 어려울 수 있기 때문이다. 또한, m과 n은 서로 반비례하게 m이 커질수록 n은 작아지는 것이 바람직하다. 그 이유는 [화학식1]의 분자는 고정된 구조가 아닌 유연한 구조이므로 m과 n이 비례하여 커지게 되면 이탈기와 하이드록시기가 두 분자가 만나서 입체적으로 반응하기 어려워 질 수 있기 때문이다. 한편, m, n의 차수가 커질수록 크라운에테르 내부 공동의 크기는 증가하므로 금속이온의 크기에 비례하여 m이나 n의 차수를 늘려서 공동의 크기에 변화를 줄 수 있다.

여기서, Y는 클로라이드(Cl, Chloride), 브로마이드(Br, Bromide), 아이오도(I, Iodo)와 같은 할라이드(Halide)나 토실기(Tosyl), 메실기(Mesyl) 등이 될 수 있으며 이에 한정된 것은 아니다.

아스코르빈산(3)의 5,6번 위치 하이드록시기를 보호한 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(4)에 한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2-1)를 염기 조건하에서 축합 반응을 시켜 2, 3-폴리에틸렌알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(5)을 얻는다. 그런 다음 상기 2, 3-폴리에틸렌알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(5)과 양쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2)을 축합 반응시켜 2, 3-폴리에톡시알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(6)의 화합물을 수득한 다음, 작용기가 반응에 참여하지 않게 보호화한 후 다시 원상태로 돌려놓는 탈보호화(Deprotection)반응을 시키면 [반응식1]에 따른 제조 방법에 의한 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산유도체(7)가 얻어진다.

여기서, 아스코르빈산(3)에 길이가 짧은(n=1 또는 2) 에틸렌글라이콜(Ethylene glycol)을 치환하면서 m의 차수를 늘려서 크라운에테르의 내부 공동 크기를 증가시킬 수 있다. 이를 통해 중금속의 크기에 따라 내부 공동 크기를 조절하여 원하는 중금속과의 결합력을 증대시킬 수 있게 된다.

상기 [반응식1]의 각 단계에서 대해서는 좀더 상세히 설명하겠다.

<1> 폴리에틸렌글라이콜의 말단 이탈기 ((2)와 (2-1)) 치환 단계

1) 치환 방법

이분자성 친핵성 치환반응으로 할라이드(Halide) 치환과 메실레이션(Mesylation) 및 토실레이션(Tosylation) 치환 방법이 있다.

할라이드 치환방법으로 클로리네이션(Chlorination), 브로미네이션(Bromination), 아이오디네이션(Iodination) 등이 있으며, 이탈기로 작용할 할로젠(Halogen)으로 HX, SOX₂, CX₄, PX₃ (X= Cl, Br, I 등)중 1종을 선택할 수 있으며 이에 국한 된 것은 아니다. 반응 용매로는 디클로로메탄(Dichloromethane), 사염화탄소(Carbon tetrachloride), 에테르(Ether), 클로로포름(Chloroform), 클로로벤젠(Chlorobenzene), 테트라클로로에틸렌(Tetrachloroethylene) 중 1종 이상을 사용할 수 있으며 이에 국한 된 것은 아니다.

메실레이션 및 토실레이션은 염기 조건하에서 반응이 진행되며 염기로는 무기와 유기염기 모두 사용될 수 있다.

염기로는 탄산나트륨(Na₂CO₃), 탄산칼륨(K₂CO₃), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼륨(KOH), 탄산수소나트륨(NaHCO₃), 탄산수소칼륨(KHCO₃) 등의 무기염기와 피리딘(Pyridine), 트리에탄올아민(Triethanolamine) 등의 유기염기 중에서 선택된 1종을 사용할 수 있으나 이에 국한된 것은 아니다.

반응 용매로는 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), 디클로로메탄(Dichloromethane), 에테르(Ether), 물 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나 이에 국한 된 것은 아니다.

2) 반응물 당량

양쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2)의 제조를 위한 이탈기(Y)는 하이드록시기 2개를 치환해야 하므로 폴리에틸렌글라이콜 대비 2 내지 10 당량으로 한다. 2당량 미만이면 폴리에틸렌글라이콜의 양쪽 말단의 하이드록시기의 완벽한 치환이 어려우며, 반대로 10당량을 초과하여 사용하게 되면 반응하고 남은 과량의 반응물 제거가 어렵기 때문에 2 내지 10 당량을 사용한다.

한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2-1)의 제조를 위한 이탈기(Y)는 1개의 하이드록시기만 치환되도록 폴리에틸렌글라이콜 대비 0.5 내지 1당량으로 한다. 0.5 당량 미만은 한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2-1)의 제조가 어려우며 1 당량을 초과하는 경우 폴리에틸렌글라이콜의 한쪽 말단의 하이드록시기만 치환이 되는 것이 아니라 양쪽 말단이 모두 치환이 발생할 가능성이 크기 때문에 0.5 내지 1 당량을 사용한다.

<2> 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(4) 제조 단계

아스코르빈산(3)의 5, 6번 위치의 하이드록시기가 반응에 참여하는 것을 막기 위해 5, 6번 위치의 하이드록시기를 아세탈(Acetal) 또는 케탈(Ketal) 보호기로 만들어 준다.

그리고 아스코르빈산(3)을 아세틸클로라이드(Acetyl Chloride)와 같은 아실할라이드(Acyl Halide)와 아세톤(Acetone) 등의 에테르, 케톤(Ketone)류의 용매에 첨가하여 반응 시키면 산이 생성되어 촉매 역할을 하게 된다.

반응온도는 용매 선택에 따라 20℃ 내지 50℃, 반응시간은 1 내지 5시간으로 한다.

<3> 2, 3-폴리에톡시알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(5) 제조 단계

1) 치환 방법

염기 조건하에서 일어나며 염기로는 탄산나트륨, 탄산칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 탄산수소나트륨, 탄산수소칼륨 등의 무기염기와 피리딘, 트리에탄올아민 등의 유기염기 중에서 선택된 1종을 사용할 수 있으나 이에 국한된 것은 아니다.

반응 용매로는 아세톤, 테트라하이드로퓨란(THF), 아세토나이트릴(Acetonitrile), 다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸설폭사이드(DMSO)중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으나 이에 국한된 것은 아니다.

2) 반응물 당량

한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2-1)은 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(4) 대비 2당량 내지 5 당량을 사용하는데 그 이유는 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(4)의 2개의 하이드록시기가 한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2-1) 이탈기와 치환이 되어야 하기 때문이며, 5 당량을 초과하게 되면 차후 공정에서 제거가 어려울 수 있는 문제점이 있다.

3) 반응 온도와 시간 조건

선택되는 용매에 따라 반응 온도는 20 내지 200℃, 반응 시간은 30분 내지 48시간으로 달라질 수 있다.

반응을 진행하기 위해서는 용매의 끓는점 이상으로 가열하여 용매를 순환시켜 주어야 하며 가열할 때는 용매의 끓는점 보다 10 ℃ 이상 높여 반응을 해야 한다.

용매 중 가장 끓는점이 높은 DMSO의 경우 189 ℃ 이므로 여기서 10 ℃를 더 높이면 약 200℃가 되며, 아세톤의 경우에는 대략 실온에서도 반응이 진행되기 때문에 반응 온도는 20 내지 200℃ 이다.

<4> 2, 3-폴리에틸렌-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(6) 제조 단계

1) 치환 방법

상기 2, 3-폴리에톡시알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(5)의 치환 방법과 동일하다.

2) 반응물 당량

[반응식1]에서의 반응물 당량은 양쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2)은 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(4) 대비 0.5 내지 1당량으로 한다. 그 이유는 2, 3-폴리에틸렌-5, 6-O-이소프로필리딘-L-아스코르빈산(6)의 제조를 위해 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2)의 양쪽 말단 이탈기(Y)와 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(4)의 2개의 하이드록시기만 치환되도록 하기 위함이다.

3) 반응 온도와 시간 조건

상기 2, 3-폴리에톡시알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(5)의 반응 온도, 시간 조건과 동일하다.

<5> 아스코르빈산 유도체(7)의 최종 제조 단계

2, 3-폴리에틸렌-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(5)의 탈보호화 반응은 염산, 황산, 인산, 포름산 및 아세트산과 같은 산 조건하에서 진행되며, 용매로는 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란 등을 사용할 수 있으나 이에 국한된 것은 아니며 용매에 따라 20 내지 85℃에서 반응이 진행된다.

이하에서는[반응식1]인 본 발명에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 제조 방법에 따라 실제 제조되는 아스코르빈산 유도체의 [실시예 1]에 대해 상세히 설명한다.

[실시예 1]은 [반응식1]에 따른 아스코르빈산 유도체 제조 방법 중 이탈기가치환된 폴리에틸렌글라이콜[화학식1]에서, (2)의 X는 O(산소), n은 1이며, Y는 토실기(Tosyl)이며 (2-1)의 X는 O(산소), m은 1이며, Y는 클로라이드(Chloride)이다.

[실시예1]

<1> 다이에틸렌글라이콜다이토실레이트(2)의 제조(S1)

다이에틸렌글라이콜(1) 양쪽 말단의 하이드록시기를 토실기로 치환하기 위해서, 다이에틸렌글라이콜(15g)을 테트라하이드로퓨란(80ml)에 용해한 후 물(160ml)에 녹인 수산화나트륨(17g)을 넣어준다. 0 내지 5℃에서 교반하면서 테트라하이드로퓨란(80ml)에 녹인 p-톨루엔설포닐클로라이드(53.9g)을 천천히 가해준다. 온도를 유지하면서 5시간 동안 교반해 준 후 테트라하이드로퓨란층을 분리한다. 물층을 에틸아세테이트로 씻어준 후 테트라하이드로퓨란과 에틸아세테이트층을 무수황산나트륨으로 처리하고 여과한 후 감압 농축하여 흰색 고체의 생성물 다이에틸렌글라이콜다이토실레이트(2) 42.4g을 얻었다.

다이에틸렌글라이콜다이토실레이트(2)의 생성 여부는 부산대학교 공동실험실습관의 핵자기 공명 장치(NMR)를 통해 확인하였으며, 생성 데이터는 아래와 같다.

1H NMR(CDCl₃) δ 7.79(dd, 2H), 7.36(d, 2H), 4.10(t, 2H), 3.62(d, 2H), 2.46 (s, 3H)

<2> 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(4)의 제조(S2)

L-아스코르빈산(100g)과 아세톤(600ml)을 교반하면서 아세틸클로라이드(12.1ml)를 부가한다.

20℃에서 5시간 동안 반응시키고 여과한 후 걸러진 고체를 아세톤으로 세척하고 여액은 감압 농축하여 용매를 제거한 후 아세톤으로 재결정하여 흰색 고체 생성물 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(4) 102.7g을 얻었다.

5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(4)의 생성 여부는 부산대학교 공동실험실습관의 핵자기 공명 장치(NMR)를 통해 확인하였으며, 생성 데이터는 아래와 같다.

1H NMR(DMSO-d ₆) δ 11.28(s, 1H, OH), 8.46(s, 1H, OH), 4.70(d, 1H), 4.26(m, 1H), 4.09(dd, 1H), 3.88 (dd, 1H), 1.25 (s, 6H)

<3> 2, 3-에톡시에탄올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(5)의 제조(S3)

5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(0.77g)을 용매인 다이메틸포름아마이드(10ml)에 녹이고 탄산칼륨(1.3g)을 가한 후 다이메틸포름아마이드(20ml)에 녹인 2-(2-클로로에톡시)에탄올(2.1g)을 첨가 해주고 용매인 다이메틸포름아마이드를 환류하면서 24시간 동안 교반한다.

반응 종결 후 여과하여 탄산 칼륨을 제거하고 감압 농축 후 오일상을 정제없이 다음 반응을 진행하였다.

<4> 2, 3-폴리에틸렌-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(6)의 제조(S4)

정제되지 않은 오일상의 2, 3-에톡시에탄올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(4-1)(5.6g)을 용매인 다이메틸포름아마이드(50ml)에 녹이고 탄산칼륨(5.3g)을 가한 후 다이메틸포름아마이드(70ml)에 녹인 다이에틸렌글라이콜다이-p-톨루엔설포네이트(2)(5.92g)을 첨가하여 용매인 다이메틸포름아마이드를 환류하면서 24시간 동안 교반한다.

반응 종결 후 여과하여 탄산 칼륨을 제거하고 감압농축 후 디클로로메탄과 물로 세척한 다음 유기층을 무수황산나트륨으로 수분을 제거하고 여과한다. 감압 농축 후 메탄올과 디클로로메탄(1:20)으로 실리카겔컬럼크로마토그래피하여 연노랑의 점액상 생성물 2, 3-폴리에틸렌-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(6) 3g을 얻었다.

2, 3-폴리에틸렌-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(6)의 생성 여부는 부산대학교 공동실험실습관의 핵자기 공명 장치(NMR)를 통해 확인하였으며, 생성 데이터는 아래와 같다.

1H NMR(CDCl₃) δ 4.72(t, 1H), 4.42(d, 1H), 4.31(m, 1H), 3.98(t, 1H), 3.91 (m, 3H), 3.8-3.5(-OCH₂CH₂-), 1.4 (s, 6H)

<5> 아스코르빈산유도체(7)의 제조(S5)

2, 3-폴리에틸렌-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(0.47g)를 메탄올(70ml)에 녹이고 50%아세트산(7ml)을 첨가한 후 80 내지 85℃에서 5시간동안 교반한다.

반응 종결 후 감압하여 디클로로메탄과 물로 세척한 다음 유기층을 무수황산나트륨으로 수분을 제거하고 여과한 후 감압 농축하여 최종적으로 아스코르빈산 유도체(7) 0.32g을 얻었다.

아스코르빈산 유도체(7)의 생성 여부는 부산대학교 공동실험실습관의 핵자기 공명 장치(NMR)를 통해 확인하였으며, 생성 데이터는 아래와 같다.

1H NMR(CDCl₃) δ 4.67(t, 1H), 4.17(m, 1H), 4.13(d, 1H), 4.09(t, 1H), 3.8-3.5(-OCH₂CH₂-)

이하에서는 도 2 내지 도 3을 참조하여 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 실험을 통해 확인된 실제 효능에 관해 설명한다.

<실험예1> 제1 실시예에 따른 아스코르빈산 유도체의 중금속 제거 효능 시험

아스코르빈산 유도체에 의한 중금속 제거 효과를 확인하기 위해 각각 40ppm의 납, 카드뮴, 비소, 수은과 1000ppm의 제1 실시예에 따른 아스코르빈산유도체를 혼합하여 실온(20℃)에서 반응 시켰다. 각 120분 동안 반응시킨 후 필터링하여 남은 필터 여액에 잔존하는 중금속의 함량을 부산대학교 공동실험실습관의 유도결합플라즈마(ICP-MS)를 통해 측정하였다.

제거율은 (1-잔존농도/초기농도)×100으로 계산하였으며 잔존농도가 적을수록 중금속의 흡착율이 높으며 흡착율이 높으면 제거율 또한 높은 것을 의미한다. 도 1은 발명의 제1 실시예에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 중금속 제거 효능 실험 비교 그래프로써, 중금속 제거율은 [표 1]과 같이 확인이 된다.

중금속	비소	납	카드뮴	수은
잔존농도(ppm)	18	15	20	22.7
제거율(%)	55	62	50	43

분석 결과, 상기 [표 1]의 결과에서 확인되는 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 의한 아스코르빈산 유도체에 의하여 납이 62%로 제거되어 가장 많이 제거 되었으며 그 외의 중금속 비소, 카드뮴 수은 또한 각각 55, 50, 43%가 제거되는 효과가 있음을 확인하였다. 따라서 본 발명의 제1 실시예에 따라 제조된 아스코르빈산 유도체는 중금속 중 특히 납과의 선택성이 크다는 것을 알 수 있었다.

<실험예2> 제1 실시예에 따른 아스코르빈산 유도체의 HaCaT세포 독성 실험

동의대학교 블루바이오 소재 개발 및 실용화 지원센터에서 실험이 진행되었으며 실험방법은 WST 실험을 통해 사람성인 피부 각화 세포주인 HaCaT(Human adult skin Keratinocyte cell line)의 세포 생존율을 확인하였다. HaCaT 세포를 조직배양플레이트(Tissue culture plate)에 분주하여 24시간 동안 부착 및 배양한 후 시료를 농도 별로 처리한다. 24시간 경과 후 배지를 완전히 제거하고 WST 시약을 넣은 새 배지를 분주하여 1시간 동안 37℃에서 반응시킨 후 450nm에서 흡광도를 측정 분석하였다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 HaCaT 세포 독성 실험 비교 그래프이다. 도 2에서 확인 되는 바와 같이 분석결과 500 내지 2000㎍/ml의 처리 고농도 범위에서 독성을 유발하지 않음을 확인할 수 있었다.

<실험예3> 제1 실시예에 따른 아스코르빈산 유도체의 RAW264.7 세포 독성 실험

동의대학교 블루바이오 소재 개발 및 실용화 지원센터에서 실험이 진행되었으며 실험 방법은 쥐 대식세포주인 RAW 264.7 세포를 조직배양 플레이트에 분주하여 24시간 동안 부착 및 배양 후 시료를 농도 별로 처리한다. 24시간 경과 후 배지를 완전히 제거하고 WST 시약을 넣은 새 배지를 분주하여 1시간 동안 37℃에서 반응시킨 후 450nm에서 흡광도를 측정 분석하였다. 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 RAW264.7 세포 독성 실험 비교 그래프이다.

도 3에서 확인되는 바와 같이 분석결과 1,500㎍/ml 이상에서 세포 증식이 약하게 저해될 수 있으나 고농도에서의 세포 독성 유무를 2,000㎍/ml까지 처리 농도 범위에서 분석한 결과 세포 독성은 유발되지 않음을 확인할 수 있었다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태의 공정 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims

하기 식의 구조를 가지며,

여기서 m 또는 n은 0 내지 5이며, m과 n은 서로 반비례하게 m이 커질수록 n은 작아지는
중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체.
제1항에 따른 중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체는 하기 반응식을 통해 제조 되며,

여기서,
(1)은 폴리에틸렌글라이콜이며,
(2)는 양쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(Di substituted polyethylene glycol)이며,
(2-1)은 한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜 (mono substituted polyethylene glycol)이며,
(3)은 아스코르빈산이며,
(4)는 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산이며,
(5)는 2, 3-폴리에톡시알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(2,3-polyethoxyalcohol-5,6-O-isopropylidene-L-ascorbic acid)이며, 그리고,
(6)은 2, 3-폴리에틸렌-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산인
중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 제조 방법.
제2항에서,
상기 폴리에틸렌글라이콜(1)의 양쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2)과 한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2-1))시키며,
Y는 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜인 하기 [화학식1]로 정의된다.

[화학식1]

상기 [화학식1]에서 X는 1개 내지 전부가 산소(O), 황 (S) 또는 NH(아민)일 수 있으며,
m과 n은 0 내지 5이며, m, n의 차수가 커질수록 크라운에테르 내부 공동의 크기는 증가하므로 금속이온의 크기에 비례하여 m이나 n의 차수를 늘려서 공동의 크기에 변화를 줄 수 있는
중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 제조 방법.
제3 항에서,
상기 Y는 클로라이드(Cl, Chloride), 브로마이드(Br, Bromide), 아이오도(I, Iodo)와 같은 할라이드(Halide)나 토실기(Tosyl), 메실기(Mesyl) 중 어느 하나일 수 있는
중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 제조 방법.
제4항에서,
상기 2, 3-폴리에틸렌알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(5)의 제조 단계는
상기 아스코르빈산(3)의 5, 6번 위치 하이드록시기를 보호한 5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(4)에 한쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2-1)를 염기 조건하에서 축합 반응을 통해 제조되는
중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 제조 방법.
제5항에서,
상기 2, 3-폴리에톡시알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(6)의 제조 단계는
상기 2, 3-폴리에틸렌알코올-5, 6-O-이소프로필리덴-L-아스코르빈산(5)과 양쪽 말단에 이탈기가 치환된 폴리에틸렌글라이콜(2)을 축합 반응을 통해 제조되는
중금속 제거능을 갖는 아스코르빈산 유도체의 제조 방법.