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퀴논 화합물은 벤젠고리의 2개의 수소원자가 2개의 산소원자로 치환된 물질로서 공액상태의 방향족 고리화합물이다. 나프토퀴논은 항암, 항균, 항염증, 항구충, 세포독성 등 다양한 생리활성이 보고 되었다.
그 중에서 베타-라파촌 (β-LAPA)은 남미에서 재배되는 라파초 나무 (Lapacho tree)에서 부터 추출되며 항암, 항균 등 여러 생리활성을 나타낸다. 기존에 알려진 베타-라파촌의 합성법과는 다르게 allylic alcohol, Lewis acid와 산을 이용하여 새로운 반응 조건을 개발하였다.
또한 기존 라파촐 (lapachol)에서 액체 황산으로 베타-라파촌을 합성할 수 있지만 산 처리와 대량생산공정에 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 고체지지 시약을 이용하여 무 용매 조건으로 친환경적이며, 쉽고, 편리한 새로운 공정을 제시하였다.
마지막으로 다양한 생리활성을 가지는 베타-라파촌 유도체 중에서 기존의 dihydropyran 고리 대신 isoxazole 헤테로 고리로 치환된 새로운 Isoxazolo-1,2-naphthoquinones 유도체를 총 7종 전합성 하였으며 유도체들의 생리활성도를 KT&G LS 회사에 의뢰하여 테스트를 실시하였다.
그 중에서 베타-라파촌 (β-LAPA)은 남미에서 재배되는 라파초 나무 (Lapacho tree)에서 부터 추출되며 항암, 항균 등 여러 생리활성을 나타낸다. 기존에 알려진 베타-라파촌의 합성법과는 다르게 allylic alcohol, Lewis acid와 산을 이용하여 새로운 반응 조건을 개발하였다.
또한 기존 라파촐 (lapachol)에서 액체 황산으로 베타-라파촌을 합성할 수 있지만 산 처리와 대량생산공정에 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 고체지지 시약을 이용하여 무 용매 조건으로 친환경적이며, 쉽고, 편리한 새로운 공정을 제시하였다.
마지막으로 다양한 생리활성을 가지는 베타-라파촌 유도체 중에서 기존의 dihydropyran 고리 대신 isoxazole 헤테로 고리로 치환된 새로운 Isoxazolo-1,2-naphthoquinones 유도체를 총 7종 전합성 하였으며 유도체들의 생리활성도를 KT&G LS 회사에 의뢰하여 테스트를 실시하였다.
목차
- 목차Introduction1. 퀴논 화합물 12. 나프토퀴논 (Naphthoquinone)화합물 33. 참고문헌 5Part 1 : An improved regioselective, one-step synthesis of β-lapachone from 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone1. 서론 71-1. β-lapachone 71-2. 기존에 발표된 β-lapachone 합성법 91-3. TiCl4 (Titanium tetrachloride) 121-4. 연구 목적 132. 결과 및 고찰 142-1. βlapachone one-step 합성 최적화 연구 142-2. βlapachone one-step 반응 메커니즘 연구 182-3. 다른 기질을 이용한 β-lapachone 및 유도체 합성 213. 결론 234. 실험 245. 참고문헌 296. 스펙트럼 31Part 2 : Studies on the solvent-free synthesis of β-lapachone through the acid-mediated intramolecular cyclization of lapachol1. 서론 341-1. Solvent-free 반응 및 녹색화학 개요 341-2. 고체지지 시약 351-3. 연구 목적 372. 결과 및 고찰 382-1. Solid-supported mineral acid를 이용한 lapachol의 분자 내 고리화 반응 연구 402-2. Solid-supported Lewis acid를 이용한 lapachol의 분자 내 고리화 반응 연구 402-3. Solid-supported reagent를 이용한 용매 반응 및 recyclization 연구 413. 결론 444. 실험 455. 참고문헌 506. 스펙트럼 51Part 3 : Synthesis of Isoxazolo-1,2-naphthoquinone derivatives and their biological evaluation1. 서론 531-1. 연구 배경 531-2. Isoxazole 화합물 551-3. 연구 목적 562. 결과 및 고찰 582-1. Isoxazolo-1,2-naphthoquinone 유도체 전합성 582-2. Isoxazolo-1,2-naphthoquinone 유도체 생리활성 실험 622-2-1. NQO1 활성 측정 632-2-1. 세포 내의 Lactate 변화 량 측정 643. 결론 664. 실험 675. 참고문헌 926. 스펙트럼 93Figure ListIntroduction[Figure 1] 다양한 퀴논 계열 화합물 1[Figure 2] 퀴논 화합물의 생리학적 반응 3[Figure 3] 다양한 naphthoquinone 유도체 4Part 1 : An improved regioselective, one-step synthesis of β-lapachone from 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone[Figure 1] β-lapachone (β-Lap)이 관여하는 cell death의 메커니즘 8[Figure 2] 세포 내 NQO1에 의한 산화환원 반응 및 NAD+의 기능 8[Figure 3] 기존의 보고된 다양한 β-lapachone의 합성법 9[Figure 4] Mukaiyama aldol reaction 및 McMurry reaction 반응의 메커니즘에서 TiCl4의 역할 13[Figure 5] βlapachone 합성 조건에서 1H NMR Data 비교 19[Figure 6] βlapachone 합성 조건의 HPLC Data 20[Figure 7] D2SO4를 이용한 반응 중 황산의 역할 증명 20[Figure 8] 1H NMR of 2,2-Dimethyl-3,4-dihydro-2H-benzo[h]chromene-5,6-dione 31[Figure 9] 13C NMR of 2,2-Dimethyl-3,4-dihydro-2H-benzo[h]chromene5,6-dione 31[Figure 10] 1H NMR of 2-Methyl-3,4-dihydro-2H-benzo[h]chromene-5,6-dione 32[Figure 11] 13C NMR of 2-Methyl-3,4-dihydro-2H-benzo[h]chromene-5,6-dione 32Part 2 : Studies on the solvent-free synthesis ofβ-lapachone through the acid-mediated intramolecular cyclization of lapachol[Figure 1] 1H NMR of 2-Hydroxy-3-(3-methylbut-2-enyl)naphthalene-1,4-dione 51[Figure 2] 1H NMR of 2,2-dimethyl-3,4-dihydro-2H-benzo[g]chromene-5,10-dione -5,6-dione 51Part 3 : Synthesis of Isoxazolo-1,2-naphthoquinonederivatives and their biological evaluation[Figure 1] β-lapachone 및 tanshinone ⅡA (TSA) 구조 53[Figure 2] 기존에 합성된 βlapachone 유도체 54[Figure 3] Isoxazole 고리를 포함하는 류마티스염 관절염 치료제valdecoxib (Bextra) 및 정신분열증 치료제 Paliperidone (Invega)의 구조 56[Figure 4] molecule optimization을 위한 isoxazole 고리 도입 56[Figure 5] 목표 화합물 Isoxazolo-1,2-naphthoquinone 유도체 57[Figure 6] 3 4번 화합물 반응 메커니즘 (Fries-rearrangement) 59[Figure 7] 7 8번 화합물 반응 메커니즘 59[Figure 8] 1H NMR of 4-Methoxy-1-naphthol 93[Figure 9] 13C NMR of 4-Methoxy-1-naphthol 93[Figure 10] 1H NMR of 4-Methoxynaphthalen-1-yl acetate 94[Figure 11] 13C NMR of 4-Methoxynaphthalen-1-yl acetate 94[Figure 12] 1H NMR of 1-(1-Hydroxy-4-methoxynaphthalen-2-yl)ethanone 95[Figure 13] 13C NMR of 1-(1-Hydroxy-4-methoxynaphthalen-2-yl)ethanone 95[Figure 14] 1H NMR of 5-Methoxy-3-methylnaphtho[2,1-d]isoxazole 96[Figure 15] 13C NMR of 5-Methoxy-3-methylnaphtho[2,1-d]isoxazole 96[Figure 16] 1H NMR of 3-Methylnaphtho[2,1-d]isoxazol-5-ol 97[Figure 17] 13C NMR of 3-Methylnaphtho[2,1-d]isoxazol-5-ol 97[Figure 18] 1H NMR of 3-Methylnaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 98[Figure 19] 13C NMR of 3-Methylnaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 98[Figure 20] 1H NMR of 4-Methoxynaphthalen-1-yl isobutyrate 99[Figure 21] 13C NMR of 4-Methoxynaphthalen-1-yl isobutyrate 99[Figure 22] 1H NMR of 1-(1-Hydroxy-4-methoxynaphthalen-2-yl)-2-methylpropan-1-one 100[Figure 23] 13C NMR of 1-(1-Hydroxy-4-methoxynaphthalen-2-yl)-2-methylpropan-1-one 100[Figure 24] 1H NMR of 3-Isopropyl-5-methoxynaphtho[2,1-d]isoxazole 101[Figure 25] 13C NMR of 3-Isopropyl-5-methoxynaphtho[2,1-d]isoxazole 101[Figure 26] 1H NMR of 3-Isopropylnaphtho[2,1-d]isoxazol-5-ol 102[Figure 27] 13C NMR of 3-Isopropylnaphtho[2,1-d]isoxazol-5-ol 102[Figure 28] 1H NMR of 3-Isopropylnaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 103[Figure 29] 13C NMR of 3-Isopropylnaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 103[Figure 30] 1H NMR of 3-Isopropyl-7-nitronaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 104[Figure 31] 13C NMR of 3-Isopropyl-7-nitronaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 104[Figure 32] 1H NMR of 7-Amino-3-isopropylnaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 105[Figure 33] 13C NMR of 7-Amino-3-isopropylnaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 105[Figure 34] 1H NMR of 7-Chloro-3-isopropylnaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 106[Figure 35] 13C NMR of 7-Chloro-3-isopropylnaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 106[Figure 36] 1H NMR of 4-Methoxynaphthalen-1-yl benzoate 107[Figure 37] 13C NMR of 4-Methoxynaphthalen-1-yl benzoate 107[Figure 38] 1H NMR of (1-Hydroxy-4-methoxynaphthalen-2yl)(phenyl)methanone 108[Figure 39] 13C NMR of (1-Hydroxy-4-methoxynaphthalen-2yl)(phenyl)methanone 108[Figure 40] 1H NMR of 3-Phenyl-5-phenylnaphtho[2,1-d]isoxazole 109[Figure 41] 13C NMR of 3-Phenyl-5-phenylnaphtho[2,1-d]isoxazole 109[Figure 42] 1H NMR of 3-Isopropylnaphtho[2,1-d]isoxazol-5-ol 110[Figure 43] 13C NMR of 3-Isopropylnaphtho[2,1-d]isoxazol-5-ol 110[Figure 44] 1H NMR of 3-Phenylnaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 111[Figure 45] 13C NMR of 3-Phenylnaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 111[Figure 46] 1H NMR of 4-Methoxynaphthalen-1-yl pivalate 112[Figure 47] 13C NMR of 4-Methoxynaphthalen-1-yl pivalate 112[Figure 48] 1H NMR of 1-(1-Hydroxy-4-methoxynaphthalen-2-yl)-2,2-dimethylpropan-1-one 113[Figure 49] 13C NMR of 1-(1-Hydroxy-4-methoxynaphthalen-2-yl)-2,2-dimethylpropan-1-one 113[Figure 50] 1H NMR of 3-(tert-Butyl)-5-methoxynaphtho[2,1-d]isoxazole 114[Figure 51] 13C NMR of 3-(tert-Butyl)-5-methoxynaphtho[2,1-d]isoxazole 114[Figure 52] 1H NMR of 3-(tert-Butyl)naphtho[2,1-d]isoxazol-5-ol 115[Figure 53] 13C NMR of 3-(tert-Butyl)naphtho[2,1-d]isoxazol-5-ol 115[Figure 54] 1H NMR of 3-tert-Butylnaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 116[Figure 55] 13C NMR of 3-tert-Butylnaphtho[2,1-d]isoxazole-4,5-dione 116Table ListPart 1 : An improved regioselective, one-step synthesis of β-lapachone from 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone[Table 1] Lawsone 으로부터 βlapachone one-step 합성에 대한 최적화 반응조건 연구 14[Table 2] βlapachone one-step 합성에 대한 TiCl4의 효과 15[Table 3] βlapachone one-step 합성에 대한 acid의 효과 16[Table 4] βlapachone one-step 합성에 대한 용매 효과 17[Table 5] 다양한 기질을 사용한 βlapachone 및 유도체 합성 22Part 2 : Studies on the solvent-free synthesis of β-lapachone through the acid-mediated intramolecular cyclization of lapachol[Table 1] SSA를 이용한 α- 및 β-lapachone의 무 용매 합성 실험 38[Table 2] 다양한 고체 지지 시약을 이용한 α- 및 β-lapachone 무 용매 합성 실험 40[Table 3] 다양한 solid-supported Lewis acid를 이용한 α- 및 β-lapachone 무 용매 합성 실험 41[Table 4] 용매 하에 다양한 solid-supported acid를 이용한 α- 및 β-lapachone 합성 실험 42Part 3 : Synthesis of Isoxazolo-1,2-naphthoquinone derivatives and their biological evaluation[Table 1] 생리활성 실험을 수행한 Isoxazolo-1,2-naphthoquinone 유도체 7종 list 62[Table 2] Isoxazolo-1,2-naphthoquinone 유도체 7종의 NQO1 활성도 63[Table 3] Isoxazolo-1,2-naphthoquinone 유도체 7종의 세포 내 Lactate 변화 량 65Scheme ListIntroduction[Scheme 1] Dihydroanthraquinone으로부터 과산화수소 합성 반응식 2Part 1 : An improved regioselective, one-step synthesis of β-lapachone from 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone[Scheme 1] β-lapachone의 기존 합성 연구 (Route A) 10[Scheme 2] β-lapachone의 기존 합성 연구 (Route B) 10[Scheme 3] β-lapachone의 기존 합성 연구 (Route C) 11[Scheme 4] β-lapachone의 기존 합성 연구 (Route D) 11[Scheme 5] β-lapachone의 기존 합성 연구 (Route E) 12[Scheme 6] TiCl4을 이용한 1,4-benzoquinone의 위치 선택적 Arylation 반응 13[Scheme 7] 2-hydroxy-1,4-naphthoquinone으로부터 β-lapachone one-step 합성의 제안 메커니즘 18Part 2 : Studies on the solvent-free synthesis ofβ-lapachone through the acid-mediated intramolecular cyclization of lapachol[Scheme 1] silica-sulfuric acid (SSA) 합성 반응식 37[Scheme 2] 기존에 알려진 β-lapachone의 합성법 37[Scheme 3] TiCl4를 이용한 β-lapachone의 분자 내 recyclization 반응 43Part 3 : Synthesis of Isoxazolo-1,2-naphthoquinone derivatives and their biological evaluation[Scheme 1] methyl기를 가진 Isoxazolo-1,2-naphthoquinone 유도체 합성 59[Scheme 2] iso-propyl기를 가진 Isoxazolo-1,2-naphthoquinone 유도체 합성 61[Scheme 3] phenyl기를 가진 Isoxazolo-1,2-naphthoquinone 유도체 합성 62[Scheme 4] tert-butyl기를 가진 Isoxazolo-1,2-naphthoquinone 유도체 합성 62