Part A. Solid-supported Fluorogenic Chemical Assay System for the Identification and Isolation of Terminal Alkyne Natural Products

Abstract

Part A. Chemodosimetric fluorescent probe를 이용한 chemical assay 기법의 개발과 천연물 분리에의 응용

많은 신약 개발 기술들이 발전하고 있는 가운데, 천연물은 아직도 신약개발의 기본 tool 혹은 source로서 중요한 역할을 하고 있으며 천연물을 분리 혹은 동정하는 기술들도 많은 발전을 거듭하고 있다. 그 중 chemical assay 기법은 특정한 작용기를 가지는 천연물 군을 검출해 내는 분리 및 동정 기법이지만, 여러 한계점 때문에 널리 응용되고 있지 않다. 본 연구자는 fluorescent chemodosimetric probe를 응용하여 천연물 분리 모델로서의 chemical assay 시스템을 새로이 고안하였다. 고체 지지체 (solid support)에 형광을 발현할 수 있는 chemodosimeter를 부착하여 특정 작용기를 가지는 천연물을 검출할 수 있다. 특정 작용기와 chemodosimeter 간의 화학적 반응으로 click reaction을 선택하였다. 그 중, 말단 삼중 결합 (terminal alkyne)과 azide 그룹이 구리 촉매 하에 반응하여 triazole 구조를 형성하는 copper(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC)을 본 연구에 응용하였다. CuAAC를 이용하여 천연 추출물 내에 있는 terminal alkyne 구조를 가지는 특정 천연물만 선택적으로 형광 신호를 통해 검출해 낼 수 있다. 이후 solid support로부터의 linker cleavage로 얻어낸 천연물 유도체를 이용해 분석 기기를 통한 천연물의 동정 과정을 진행할 수 있다. 본 연구자는 실제로 Chrysanthemum morifolium (국화)의 메탄올 추출물에서 현재까지 해당 식물에서는 발견되지 않았던 terminal alkyne을 가지는 천연물을 새로이 발굴해 낼 수 있었다. Click reaction/fluorescent chemodosimetric probe/solid support의 조합으로 개발한 해당 chemical assay 기법은 천연물뿐만 아니라 다른 특정 화합물도 검출해 낼 가능성을 가지고 있다. 이는 해당 기법이 천연물 화학뿐만 아니라 식품 과학 혹은 대사체학에도 응용이 가능함을 시사한다.

Part B. Chirality transfer 및 [2,3]-rearrangement를 이용한 천연물 cephalotaxine의 전합성

천연물 cephalotaxine은 Cephalotaxus harringtonii로부터 분리/보고된 pentacyclic alkaloid로서 benzazepine구조를 특징으로 하는 천연물이다. Cephalotaxine의 ester analogues인 homoharringtonine이 chronic myeloid leukemia에 대한 신약으로서 2012년 FDA의 승인받은 바가 있을 정도로 cephalotaxine은 연구 가치가 높은 천연물이라 할 수 있다. 이와 더불어 cephalotaxine의 흥미로운 구조적 특징으로 이제까지 많은 합성적 노력이 이어져 왔다. Cephalotaxine의 합성에 있어 가장 주목해야 할 점은 quaternary carbon center가 높은 chirality를 가지도록 구축하는 방법이라 할 수 있다. 본 논문은 C to N to C chirality transfer를 통해 높은 chirality를 도모하며 [2,3]-Stevens rearrangement를 이용해 효율적으로 quaternary carbon center를 구축하는 것을 골자로 하고 있다. 합성 방법이 알려진 cinnamyl bromide와 benzyl proline ester 간의 chirality transfer를 이용한 N-quaternization을 통해 chiral ammonium salt를 합성한 뒤, 염기 조건에서 [2.3]-Stevens rearrangement를 진행하여 chiral quaternary carbon center를 가지는 핵심 중간체를 효율적으로 합성하였다. 이후, aziridinium salt formation과 vinyl group addition, ring closing metathesis를 통해 B ring의 골격을 형성하였다. Substrate-controlled facial selective dihydroxylation을 통해 diol을 합성한 후, two carbon insertion과 acid-catalyzed Friedel-Crafts 반응을 통해 A ring을 구축하여 cephalotaxine의 formal synthesis를 완료하였다.