Tetrahedron 59 (2003) 833-839 분자생명과학부 화학전공 학번 : 022LBG15 성명 : 민혜정 Synthesis of 5-(7-hydroxyhept-3-enyl)-1,2-dithiolan-3-one 1-oxide, a core functionality of antibiotic leinamycin Tetrahedron 59 (2003) 833-839 분자생명과학부 화학전공 학번 : 022LBG15 성명 : 민혜정

Introduction Antibiotic leinamycin 은 Kyowa Hakko Kogyo Ltd 가 streptomyces sp. 에서 추출되었다. 그 후에 streptroscopic analysis 와 X-ray crystallography 로 정확한 분자구조를 알아내게 되었다. (Figure 1.) 또한 bioassay는 이 natural product가 쥐에 대해 실험적으로 tumer leukemia P388 과 sarcoma 180에 대해 gram-positive bacteria 에서와 같이 강한 activity를 보이는 것을 증명하였다. 게다가 leinamycin은 activating agents로써 thiol을 가지고 상태에서 생체 밖에서의 single strand DNA cleavage를 하도록 만들 수 있다. (mechanism: cytotoxic properties of this antibiotic) 이러한 생물학적인 특성에 기초하여, 제약 회사들은 anticancer drug candidate로써 leinamycin 에 대한 관심을 갖고 있다. 화학적인 관점에서 볼 때, leinamycin의 구조에 있어서 두드러진 특성은 18-membered lactam ring 에 연결된 1,3-dioxo-1,2- dithiolane moiety 를 갖고 있는 점이다. 게다가, mechanistic 연구 보고들은 heterocycle의 gamma position에 있는 double bond가 leinamycin에 의해 유도된 DNA-cleavaging process에 중요한 역할을 한다는 것을 증명했다. Thiol-Triggered Oxidative DNA Damage by Leinamycin 에 대해 알아보면 다음과 같다. 우선 간단하게 합성된 leinamycin analogues 는 thiol-triggered DNA-cleaving agents 라고 볼 수 있다.

Leinamycin 도 유사하게 thiol-mediated 위의 agents에 의해 일어나는 strand cleavage는 molecular oxygen에서 DNA-cleaving oxygen 으로 바뀌는 과정을 포함하는 mechanism 을 보인다. Leinamycin 도 유사하게 thiol-mediated oxidative DNA damage를 일으키는 것을 보여 준다. leinamycin과 간단한 analogues에서의 thiol-dependent production of DNA-cleaving oxygen radicals는 불안정한 hydrosulfide intermediate (RSSH, 6) 의 O2-mediated oxidation 단계를 가지게 된다.(hydrosulfide intermediate 는 thiol과 1,2-dithiolane-3-one-1-oxide의 첫 단계에서 만들어진다.) 중요한 것은, resulting polysulfides (7) 는 과량의 thiol과의 반응을 통해 thiol-dependent oxidative DNA damage를 야기하는 것을 보여준다. 여기서 thiol은 쉽게 산화된 RSxSH intermediate를 재생산한다. Polysulfides에 의한 thiol-dependent DNA cleavage 의 mechanism와 효율성은 위의 heterocycle (leinamycin simple analogues) 와 비교해 볼 수 있다. Chem. Res. Toxicol. 2000, 13, 953-956

위의 1과2 를 합성하는 방법을 보기 전에 전체적인 맥락으로 leinamycin 의 합성부터 알아보기로 하겠다. Hydrosulfides의 oxidation은 물리학적 pH 에서 RSSH group (pKa ~ 6.2) 이 대부분 deprotected form (RSS-) 으로 존재하므로 손쉽게 되어진다. Thiol의 autooxidation이 된 analogues 인 음이온 (RSS-) 은 tracemetal과 oxygen-mediated oxidation의 active substrate 로 사용될 수 있다. 게다가 RSS- 의 one-electron oxidation은 열역학적으로 thiolate (RS-) 로의 oxidation이 잘 일어나게 된다. 여기서 poly sulfides 는 thiol 에서부터 molecular oxygen으로의 전자들의 net transfer catalysts로 작용하게 될 것이라는 점이 주목된다. 이러한 process 는 reactive oxygen species (O2.-, H2O2, HO.) 의 생성과 celluar thiols의 감소를 통해서 oxidative stress를 유도하게 될 수 있다. 또한 hydrodisulfide intermediate 6와 thiol과의 반응에서 만들어진 hydrogen sulfide는 oxygen radical을 만드는 데 기여한다. 이러한 화학.생물학적인 antibiotic properties를 알고자 하는 목적으로, 이 논문에서는 5-(7-hydroxyhept-3-enyl)-1,2-dithiolan- 3-one 1-oxide 1과, 1,3-dioxo-1,2-dithiolane heterocycle 과 heterocycle의 gamma 위치에 이중결합을 모두 갖는 ester 2 를 합성하 였다. 2는 antisense oligonucleotide 또는 peptide와 같은 DNA bonding reagent에 연결될 수 있다. Scheme & Machanism 위의 1과2 를 합성하는 방법을 보기 전에 전체적인 맥락으로 leinamycin 의 합성부터 알아보기로 하겠다.

dioxolane 2를 LDA 와 반응시키고 3-ethoxy-2-cyclohexen-1one 을 넣고, acidic work-up을 하면 single isomer 인 3이 된다. ketone 3 을 α-ketol 4의 epimeric mixture 로 변하고, periodic acid 와 함께 분해된다. 이 resultant acid 와 methyl-3-hydroxy propionate 의 Esterification 과 Jones oxidation 은 acid 5를 만든다. 그리고, acid 5는 Ph3P=CHCOSEt 와 acid chloride 의 Wittig reaction 에 의해 allenic thiol ester 6의 1:1 diastereomeric mixture 로 된다. 6에 Me2CuLi 를 첨가하면 원하지 않은 product 인 7 이 생기는데, 이 side-reaction은phenol 의 존재 하에 첨가하면 억제되고, 원하는 생성물 인 8을 얻게 된다. 이것을 10%Pd/C 와 반응하면 thiol ester 8은 reduction 되어 서 aldehyde 를 만들고, 이것은 DABCO 의 존재 하에 conjugated (E)-enal 9로 isomerize 된다.

(d) (COCl)2, CH2Cl2, 23℃, 1h Ph3P=CHCOSEt, Et3N, CH2Cl2, 23℃, 20min (73%) (e) Me2CuLi, Et2O, -78℃ (f) Me2CuLi (4 equiv), PhOH (6equiv), Et2O, -78℃, 20min (87%) (g) Et3SiH, 10% Pd/C, acetone, 23℃, 1h DABCO, CH2Cl2, 23℃, 2h (92%) (h) Sn(OTf)2, 11, n-Bu2Sn(OAc)2, CH2Cl2, 23℃, 30min, then 10, 9, -78℃, 18h (92%) 이 asymmetric aldol reaction 은 C-8 위치의 stereochemistry 를 조절하여, 원하는 anti-aldol product 12 를 얻게 해준다. hydroxy group 의 protection 후, 이 thiol ester는 reduction condition 으로 해주면 aldehyde 로 되고, 이것은 바로 Takai’s procedure에 의해 (E)-vinyl iodide 13 으로 된다. (i) MeOCH2Cl, I-Pr2Net, CH2Cl2, reflux, 5h (91%) : Et2SiH, 10% Pd/C, acetone, 23℃, 1h (99%) : CHI3, CrCl2, THF, 23℃, 40min (66%)

Reagent and conditions: (a) TBSCl, imidazole, DMF, 23℃, 24h : LiAlH4, THF, 0℃, 10min : DMSO, (COCl)2 CH2Cl2, -78℃, 15min, then Et3N, -78 to 23℃, 15min : CBr4, PPh, CH2Cl2, 0℃, 10min (86%) (b) n-BuLi, THF, -78℃, 20min : n-Bu4NF, THF, 0℃, 2h (86%) (c) HN3, PPh3, DEAD, toluene, 0℃, 20min (99%)

L-lactic acid 로부터 만들어진 hydroxy thiazole 14는 다음과 같은 단계를 거쳐서dibromo olefin 으로 변환된다. LiAlH4 reduction Swern oxidation Dibromomethylenation 15는 HN3를 사용하여 Mitsunobu reaction 통해 acetylene azide 16을 만든다.

13과 16의 palladium-mediated coupling reaction 으로 ene-yne product 17을 얻는다. 이것은 azide에서 amine 으로 환원되고, Lindler catalyst (Pd on CaCO3 / Pb(OAc)2) 에 의해 hydrogenate 되어 (E,Z)-diene 18 이 된다. DBU (1,8-diazabicyclo [5,4,0]undec-7-ene) 에 노출되면, ester 18은 amino acid를 만들고, BOP-Cl (bis(2-oxo-3-oxazolidinyl)phosphinic chloride) 와 i-Pr2Net 에 의해서 18-membered lactam 19 가 형성된다. Reagent and conditions: (a ) PdCl2(PPh3)2, CuBr, Et3N, THF, 23℃, 30min (88%) (b ) Zn, AcOH, EtOH, 23℃, 30min (99%) : H2, Lindler catalyst, quinoline, MeOH, 23℃, 2h (74%) (c ) DBU, CH3CN, 23℃, 1.5h (99%) BOP-Cl, i-Pr2Net, toluene, 60℃, 20min (91%)

dioxalanone 19 는 4-step을 거쳐 α-bromo ketone 21이 된다. 21의 C-3 위치로 sulfur atom의 분자내 운반은 Et3N 의 존재아래 stereoslective 하게 얻어져, spiro sulfide 22 를 만든다. α-thioketone 22는 DDQ에 인한 oxidation으로 dienone 23 이 된다.

23은 nitrosanation 반응을 하고 oxime 24가 된다. Reagent and conditions: (a) p-TolSO2Me, n-BuLi, -78 to 0℃, 30min (94%) : Al(Hg), THF/H2O, 23℃, 40min (90%) (b) TMSCl, DBU, CH2Cl2, reflux, 11h : NBS, CH3CN,.H2O, 0℃, 5min : 10% HClO4, THF, 23℃, 8h (77%) (c) H2S, Et3N, THF, 23℃, 2h (80%) (d) DDQ, CH2Cl2/H2O, 23℃, 45min (95%) (e) i-AmONO, NaOMe, 23℃, 1.5h (74%) (f) MeONH2.HCl, pyridine, MeOH, 23℃, 30min (94%) : 2,6-dimethylbenzoyl chloride, pyridine, CH2Cl2, 23℃, 10min : EtSH, KH, THF, 23℃, 30min (52%) (g) NaSH, THF, 23℃, 20min, then I2, 23℃ (82%) : 35% HCHO, 3N HCl, acetone, 23℃, 77h (64%) (h) 3N HCl, AcOH, 0℃, 45min (61%) : m-CPBA, THF, 0℃, 45min (84%) 23은 nitrosanation 반응을 하고 oxime 24가 된다. 24를 Beckmann fragment reaction시키고, ketone 을 methoxime 으로 protection 한 후, KSEt 를 첨가하면 thiol ester 25가 만들어진다.. methoxime을 deprotection 시키고 25와 NaSH, I2 가 반응하면 1,2-dithiolanone 26을 얻을 수 있다. 이것을 산촉매로 가수분해하면 (S)-deoxyleinamycin 이고, 이것은 m-CPBA 로 산화되어 (+)-leinamycin 이 된다. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 8451-8452

Compound 1 은 1,4-butanediol을 출발물질로 monosilylation 을 거친 후 PDC 를 사용한 oxidation 반응으로 aldehyde 5 가 된다. 5는 CH2=CHMgBr 과 반응하여 allylic alchol 6이 된다. Ethyl ester 7은 propanoic acid 가 소량 있을 때 triethyl orthoacetate와 6이 반응하면 생긴다. Compound 1

8은 7이 LiAlH4과의 reduction 반응에서 얻어지고, 이것이 다시 oxidation하면 aldehyde 9 를 얻을 수 있다. 10은 9와 phosphonate carbanion의 Horner-Emmon reaction으로 만들어진다. 10을 hydrolysis 하면 prop-2-enoic acid 11 이 만들어지고, 11과 toluene- α-thiol과 반응하면 benzyl thioester 12가 만들어진다. 이것을 debenzylaion 시키면 mercapto acid 13 이 만들어진다.

13을 cyclization 하면 thiolactone 14가 만들어지고, 이것이 다시 ring-opening 하면 mercapto thiolic acid 인 15가 생긴다. 이것이 oxidative ring closure를 하면 ditholane 16 이 생긴다. 16이 desilylation 되면 alcohol 17을 만든다. 마지막으로 m-CPBA 를 써서 1,2-dithiolan-3-one moiety에 S-oxidation 을 시켜서 1,2-dithiolan-3-one 1-oxide 1을 만든다.

또한 다음과 같이 DCC를 사용하여 ester 2 를 만들 수 있다.

Conclusion 5-(7-hydroxyhept-3-enyl)-1,2-dithiolan-3-one 1-oxide 1 과, 1,3-dioxo-1,2-dithiolane heterocycle 과 heterocycle의 gamma 위치에 이중결합을 모두 갖는 ester 2 를 합성하였다. 2는 antisense oligonucleotide 또는 peptide와 같은 DNA binding reagent에 연결될 수 있다. 이것은 antibiotic leinamycin 의 특징이고, leinamycin analogues 는 tiol-triggered DNA-cleaving agents 라고 볼 수 있다. 이 논문에서는 Leinamycin 의 전체적인 합성방법과 화학적 생물학적으로의 antibiotic 특성을 알아보기 위해, 위의 1과 2 화합물을 만들게 되었다.