Tetrahedron 59 (2003) 분자생명과학부 화학전공 학번 : 022LBG15 성명 : 민혜정

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1 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) 분자생명과학부 화학전공 학번 : 022LBG15 성명 : 민혜정

2 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.

3 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,

4 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.

5 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.

6 (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%)

7 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%)

8 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.

9 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%)

10 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.

11 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,

12 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

13 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.

14 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.

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

16 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.