Synthesis of a Bioactive Chromano-dihydrochalcone Derived from Metrodorea stipularis

ISSN 0377-9556 (PRINT) ISSN 2383-9457 (ONLINE) 약학회지 제 60 권 제 4 호 207~210 (2016)

Yakhak Hoeji Vol. 60, No. 4 DOI 10.17480/psk.2016.60.4.207

207

Metrodorea stipularis 유래 생리활성 크로마노-디히드로칼콘의 합성

한 영 택^# 단국대학교 약학대학

(Received June 28, 2016; Revised July 21, 2016; Accepted July 25, 2016)

Synthesis of a Bioactive Chromano-dihydrochalcone Derived from Metrodorea stipularis

Young Taek Han^#

College of Pharmacy, Dankook University, Cheonan 31116, Korea

Abstract — A concise synthesis of natural bioactive chromano-dihydrochalcone derived from Metrodorea stipularis has been accomplished. Claisen-Schmidt aldol reaction of chromano-acetophenone with benzaldehyde afforded a key benzyl protected chalcone interemediate, subject to one-pot hydrogenation/hydrogenolysis using palladium hydroxide. This synthetic pro- cedure would facilitate synthesis of the natural chromano-dihydrochalcones and their derivatives.

Keywords □ Synthesis, dihydrochalcone, chromane, Claisen-Schmidt aldol condensation, one-pot hydrogenation/hydrog- enolysis

2개의 방향족환 사이에 에논(enone) 구조를 갖는 칼콘골격 (chalcone scaffold)는 자연계에 널리 존재하는 화합물군으로서 항 염, 항균, 항암 등의 다양한 생리활성을 나타내어 생리활성 물질 도출 및 의약품 개발에 활용 되어왔다.^1-3)칼콘의 유도체 중의 하 나로서 에논 구조의 환원형인 디히드로칼콘(dihydrochalcone)은 상대적으로 자연계에 적은 수가 존재하고 있지만, 항산화 효과, 항혈전, 항암 등의 다양한 활성을 나타내어,^4-6)이들 역시 의약 품 개발에 활용이 가능한 구조(scaffold)로 여겨지고 있다.⁷⁾

최근에 Vieira와 그 동료 연구자들은 운향과(family Rutaceae) 에 속하는 Metrodorea stipularis로부터 몇몇의 신규 이소프렌화 디히드로칼콘 화합물을 분리하여 이들의 cuzain 및 cathepsin의 저해 활성을 보고하였다.⁸⁾이런 신규 디히드로칼콘 화합물 중에 서 크로마노-디히드로칼콘(chromano-dihydrochalcone) (1)은 다 양한 타겟에 결합하여 의약화학에서 신규 생리활성 화합물 설계 에 널리 활용되는 유용한 구조(privileged structure) 중의 하나

인 크로만 구조를 갖는 디히드로칼콘 천연물로서 보고된 생리활 성 이외에도 다양한 생리활성을 나타낼 수 있을 것으로 예상된 다. 이에 본 연구에서는 향후 신규 생리활성 탐색 및 이에 기반 한 신규 생리활성 물질 도출에 활용이 가능한 천연 크로마노-디 히드로칼콘(1)의 합성법을 확립하고자 하였다. 크로마노-디히드 로칼콘 골격은 크로메노-칼콘 화합물(2 또는 3)을 palladium 촉 매하에서 환원하여 얻을 수 있고, 필요에 따라 벤질 보호기를 도 입하면 환원반응과 동시에 제거할 수 있을 것이라 생각하였다 (one-pot hydrogenation/hydrogenolysis). 크로메노-칼콘 골격은 benzophenone(4 또는 5)과 benzaldehyde(6)을 이용하여 칼콘 골 격의 잘 알려진 합성법 중 하나인 Claisen-Schmidt 알돌 축합 반 응을 통하여 합성하기로 하였다(Fig. 1).

재료 및 실험 방법

1H-NMR 및 ¹³C-NMR spectra는 JEOL JNM-LA 300 MHz, Brucker ADVANCE III HD 800 또는 JEOL ECA-600 Spectro- meter로 측정하였으며 chemical shift는 ppm(parts per million) 으로, coupling constant는 Hz(hertz)로 나타내었다. Low resolu- tion mass spectra는 VG Trio-2 GC-MS를, High resolution mass spectra는 JEOL JMS-AX 505WA를 사용하여 m/z로 나타

#

Corresponding Author Young Taek, Han

College of Pharmacy, Dankook University, Cheonan 31116, Korea Tel.: 041-550-1431 Fax.: 041-559-7899

E-mail: [email protected]

Short Report

208 한 영 택

J. Pharm. Soc. Korea

Merk)를 사용하였고 TLC(Thin Layer Chromatography)는 Kieselgel 60 F₂₅₄ plate(Merk)를 사용하였다. 본 실험에서 사용한 용매 및 언급하지 않은 시약은 부차적인 정제과정 없이 시판품을 사용하였다.

1-(5,7-Dihydroxy-2,2-dimethylchroman-6-yl)ethanone (4) 2,4,6-Trihydroxyacetophenone monohydrate(7, 1.00 g, 5.37 mmol)의 xylene 용액(1 mL)에 H₃PO₄(1 mL)를 가한 후 30~35 도 사이에서 isoprene(0.8 mL)의 xylene(2 mL) 용액을 적가하였 다. 2시간 후 NaHCO₃수용액으로 반응을 종결하고 Et₂O로 추 출하였다. 유기층을 MgSO₄를 이용하여 건조 및 감압 농축하였 다. 농축한 잔사를 컬럼 크로마토그래피(EtOAc : n-hexane=1 : 40) 로 정제하여 흰색 고체의 1-(5,7-dihydroxy-2,2-dimethylchroman- 6-yl)ethanone(4, 558 mg, 44%)을 문헌에 보고된 방법을 이용하 여 얻었다.⁹

1H NMR(DMSO-d₆, 600 MHz) δ 14.08(s, 1H), 10.60(s, 1H), 5.79(s, 1H), 2.57(s, 3H), 2.44(t, 2H, J=6.6 Hz), 1.72(t, 2H, J=

6.6 Hz), 1.26(s, 6H); LRMS(FAB) m/z 237(M+H⁺).

1-(5,7-Bis(benzyloxy)-2,2-dimethylchroman-6-yl) ethanone (5)

Dihydroxyacetophenone(4, 300 mg, 1.27 mmol)의 DMF(10 mL) 용액에 K₂CO₃(527 mg, 3.81 mmol) 및 benzyl bromide(0.36 mL, 3.05 mmol)을 상온에서 가하였다. 60도로 가열하여 12시간 교반 한 후 물과 EtOAc를 가하였다. 유기층을 MgSO₄를 이용하여 건 조 및 감압 농축하였다. 농축한 잔사를 컬럼 크로마토그래피 (EtOAc:n-hexane=1:40)로 정제하여 흰색 고체의 1-(5,7-Bis (benzyloxy)-2,2-dimethylchroman-6-yl)ethanone(5, 381 mg, 72%)를 얻었다.

1H NMR(CDCl₃, 300 MHz) δ 7.41-7.30(m, 10H), 6.26(s,

1H), 5.01(s, 2H), 4.88(s, 2H), 2.62(t, 2H, J=6.7 Hz), 2.47(s, 3H), 1.71(t, 2H, J=6.8 Hz), 1.30(s, 6H); LRMS(FAB) m/z 417 (M+H⁺).

2,2-Dimethyl-2H-chromene-6-carbaldehyde (6) 4-Hydroxybenzaldehyde(660 mg, 5.40 mmol)의 pyridine(5 mL) 용액에 3-methyl-2-butenal(0.78 mL, 8.10 mmol)을 상온에서 가 한 후, microwave 반응기를 이용하여 140도에서 2시간 동안 교 반하였다. 반응액을 상온으로 냉각한 후, EtOAc와 2N HCl을 가 하였다. 유기층을 MgSO₄를 이용하여 건조 및 감압 농축한 후, 농축한 잔사를 컬럼 크로마토그래피(EtOAc : n-hexane=1 : 40)로 정제하여 노란색 액체의 2,2-dimethyl-2H-chromene-6-carbaldehyde (6, 792 mg, 78%)을 문헌에 보고된 방법을 이용하여 얻었다.¹⁰

1H NMR(CDCl₃, 300 MHz) δ 9.80(s, 1H), 7.61(dd, 1H, J

=2.0, 8.3 Hz), 7.49(d, 1H, J=2.0 Hz), 6.84(d, 1H, J=8.2 Hz), 6.35(d, 1H, J=9.9 Hz), 5.67(d, 1H, J=9.9 Hz), 1.45(s, 6H);

LRMS(FAB) m/z 189(M+H⁺).

1-(5,7-Bis(benzyloxy)-2,2-dimethylchroman-6-yl)-3- (2,2-dimethyl-2H-chromen-6-yl)prop-2-en-1-one (3)

Dibenzyloxyacetophenone(5, 100 mg, 0.24 mmol)과 bezaldehyde (6, 56 mg, 0.30 mmol)의 EtOH(10 mL) 용액에 상온에서 30%

KOH 수용액(0.5 mL)를 가한 후, 가열환류 하였다. 48시간 후 상 온으로 냉각하여 농축하여 EtOH을 제거한 후, 잔사에 EtOAc와 물을 가하였다. 유기층을 MgSO₄를 이용하여 건조 및 감압 농축한 후, 농축한 잔사를 컬럼 크로마토그래피(EtOAc : n-hexane = 1 : 12) 로 정제하여 노란색 액체의 chalcone(3, 109 mg, 78%)을 얻었다.

1H NMR(CDCl₃, 800 MHz) δ 7.36-7.33(m, 3H), 7.32-7.27 (m, 5H), 7.26-7.22(m, 2H), 7.21-7.19(m, 2H), 7.10(d, 1H, J

=2.1 Hz), 6.90(d, 1H, J=15.9 Hz), 6.72(d, 1H, J=8.4 Hz), 6.27-6.26(m, 2H), 5.62(dd, 1H, J=2.9, 9.8 Hz), 5.00(s, 2H), 4.88(s, 2H), 2.61(t, 2H, J=6.7 Hz), 1.72(t, 2H, J=6.7 Hz), 1.42(s, 6H), 1.30(s, 6H); ¹³C NMR(CDCl₃, 200 MHz) δ 194.2, 156.4, 155.8, 155.7, 155.2, 144.4, 137.2, 136.7, 131.2, 129.9, 128.4, 128.4 128.3, 128.3, 128.1, 128.1, 127.9, 127.7, 127.6, 127.0, 127.0, 126.9, 126.5, 121.8, 121.2, 116.7, 116.67, 108.0, 97.7, 77.1, 76.3, 74.9, 70.2, 32.3, 28.2, 28.2, 26.7, 26.7, 17.2; LRMS(FAB) m/z 587(M+H⁺); HRMS(FAB) calcd for C₃₉H₃₉O₅⁺ (M+H⁺): 587.2792; found 587.2797.

1-(5,7-Dihydroxy-2,2-dimethylchroman-6-yl)-3-(2,2- dimethylchroman-6-yl)propan-1-one (1)

Chalcone(3, 50 mg, 0.085 mmol)의 MeOH(5 mL)의 용액에 20% Pd(OH)₂ on carbon(10 mg)을 넣고 H₂대기하에서 24시간

Fig. 1 − Structure of chromano-dihydrochalcone(1) and its retrosynthetic

analysis.

Metrodorea stipularis 유래 생리활성 크로마노-디히드로칼콘의 합성 209

Vol. 60, No. 4, 2016

교반하였다. Celite pad에 여과하여 palladium을 제거한 후 농축 한 잔사를 컬럼 크로마토그래피(EtOAc : n-hexane=1 : 12~1 : 8) 로 정제하여 미황색 고체의 dihydrochalcone(1, 27 mg, 77%)을 얻었다.

1H NMR(Acetone-d₆, 800 MHz) δ 6.95-6.94(m, 2H), 6.59 (d, 1H, J=8.7 Hz), 5.88(s, 1H), 3.33(t, 2H, J=7.8 Hz), 2.86- 2.85(m, 2H), 2.71(t, 2H, J=6.8 Hz), 2.53(t, 2H, J=6.9 Hz), 1.79-1.76(m, 4H), 1.30(s, 6H), 1.27(s, 6H); ¹³C NMR (Acetone-d₆, 200 MHz) δ 204.9, 165.1, 164.2, 161.5, 153.1, 133.6, 130.1, 128.0, 121.4, 117.7, 104.9, 101.4, 95.9, 76.4, 74.4, 46.9, 33.4, 32.6, 30.8, 27.1, 27.1, 26.9, 26.9, 23.0, 16.7;

LRMS(FAB) m/z 411(M+H⁺); HRMS(FAB) calcd for C₂₅H₃₁O₅⁺(M+H⁺): 411.2166; found 411.2178.

실험 결과 및 고찰

크로마노-디히드로칼콘(1)을 Claisen-Schmidt 알돌 축합반응을 통해 합성하기 위해, 문헌에 보고되어 있는 방법을 이용하여 2,4,6- trihydroxyacetophenone(7)으로부터 인산을 이용한 isopenylation/

annulation 반응을 통해 크로마노-아세토페논(4)를 적절한 수율 (44%)로 얻었다. 같은 방식으로 알돌반응의 대응물인 chromano- benzaldehyde를 합성하려 하였으나, 매우 낮은 수율(<10%)로만 원하는 화합물을 얻을 수 있었다. 이에 알려진 microwave-assisted chromene 합성법을 이용하여 적절한 수율로 목적하는 chromane 구조로 전환이 가능한 chromeno-benzaldehyde(6)를 얻었다. 우선 보호기 없이 짧은 합성단계를 통해 칼콘(2)을 얻기 위하여 2,5- dihydroxyacetophenone(4)와 benzaldehyde(6)의 알돌 반응을 시

도하여 보았다. 알돌 반응의 일반적인 조건인 산성 촉매 조건 (SOCl₂ in EtOH)¹¹⁾ 및 염기성 조건(KOH in EtOH)¹²⁾은 물론이 고, 피페리딘 촉매를 이용한 Knoevenagel 축합반응¹³⁾을 통해서도 원하는 칼콘 골격의 화합물을 얻을 수는 없었다. 이런 결과는 2,5- dihydroxyacetophenone(4)의 페놀기에 기인한다고 생각하였고, 적절한 보호기를 도입하기로 하였다. Pd-C/H₂조건에서 쉽게 제 거되는 벤질기가 도입된 2,5-benzyloxycetophenone(4)를 합성하 고, 이를 benzaldehyde(6)와 염기성 조건에서 Claisen-Schmidt 알 돌 축합반응을 수행하여 목적하는 칼콘(3)를 얻을 수 있었다 (Scheme 1). 이 칼콘(3)으로부터 palladium hydroxide 촉매를 이 용한 one-pot hydrogenation/hydrogenolysis 반응을 수행하여 목 적하는 Metrodorea stipularis 유래 생리활성 크로마노-디히드로 칼콘(1)을 합성할 수 있었다(Scheme 2). 추출 및 정제하여 원 문 헌⁸⁾에 보고된 ¹H-NMR과 합성된 화합물의 ¹H-NMR에 차이가 있음을 확인하였다. 원 문헌에는 2.69 ppm에 4개의 proton이 1.76 ppm에 2개의 proton이 관찰된다고 보고 되어있지만, 합성 된 화합물의 ¹H-NMR에서는 2.71 ppm에서 2개의 proton이, 1.79- 1.76 ppm에서 4개의 proton이 관찰되었다. 하지만, 원 논문의 supporting information에 실려있는 원 ¹H-NMR 도표에서는 합성 화합물의 ¹H-NMR과 동일하게 2.69 ppm에 2개의 proton이, 1.76 ppm부근에는 4개의 proton이 존재함을 확인할 수 있었다.

결론 및 고찰

칼콘류는 자연계에 널리 존재하는 생리활성 물질로서 다양한 후보물질 도출 및 합성법 연구의 대상이 되어왔다. 본 연구에서 는 다양한 타겟에 결합할 수 있는 유용한 화합물 골격 중 하나

Scheme 1 − Synthesis of key chalcone intermediate 3.

210 한 영 택

J. Pharm. Soc. Korea

히드로칼콘의 합성법 연구를 수행하였다. Claisen-Schmidt 알돌 축합반응을 수행하여 칼콘 골격을 합성하고, one-pot hydrogenation/

hydrogenolysis를 통해 목적하는 천연 크로마노-디히드로칼콘(1) 을 손쉽게 얻을 수 있었다. ¹H-NMR 분석 결과가 원 문헌과 다 소 차이가 있었지만, 이는 원 문헌에서의 오기에 의한 것으로 확 인되었다. 추가적인 생리활성 연구를 통해 본 연구에서 확보된 크로마노-디히드로칼콘의 신규 생리활성을 규명할 수 있을 것으 로 기대해 본다.

References

1) Mahapatra, D. K., Bharti, S. K. and Asati, V. : Anti-cancer chalcones: structural and molecular target perspectives. Eur. J.

Med. Chem. 98, 69 (2015).

2) Mahapatra, D. K., Bharti, S. K. and Asati, V. : Chalcone scaffolds as anti-infective agents: structural and molecular target perspectives. Eur. J. Med. Chem. 101, 496 (2015).

3) Singh, P., Anand, A. and Kumar, V. : Recent developments in biological activities of chalcones: a mini review. Eur. J. Med.

Chem. 85, 758 (2014).

4) Nakamura, Y., Watanabe, S., Miyake, N., Kohno, H. and Osawa T. : Dihydrochalcones: evaluation as novel radical scavenging antioxidants. J. Agric. Food. Chem. 51, 3309 (2003).

5) Hao, H. Z., He, A. D., Wang, D. C., Yin, Z., Zhou, Y. J., Liu, G.,

Liang, M. L., Da, X. W., Yao, G. Q, Xie, W., Xiang, J. Z. and Ming Z. Y. : Antiplatelet activity of loureirin A by attenuating Akt phosphorylation: in vivo studies. Eur. J. Pharmacol. 746, 63 (2015).

6) Awale, S., Miyamoto, T., Linn, T. Z., Li, F., Win, N. N., Tezuka, Y., Esumi, H. and Kadota, S. : Cytotoxic constituents of soymida febrifuga from Myanmar. J. Nat. Prod. 79, 1631 (2009).

7) Viet, M. H., Chen, C. Y., Hu C. K., Chen Y. R. and Li, M. S. : Discovery of dihydrochalcone as potential lead for Alzheimer’s disease: In silico and in vitro study. Plos One 18, e79151 (2013).

8) Burger, M. C., Fernandes, J. B., da Silva, M. F., Escalante, A., Prudhomme, J., Le Roch, K. G., Izidoro, M. A. and Vieira, P. C. : Structure and bioactivities of dihydrochalcones from Metrodorea stipularis. J. Nat. Prod. 77, 2418 (2014).

9) Tsukayama, M., Horie, T., Iguchi, Y. and Nakayama, M. : Synthesis of pyranoisoflavones by the oxidative rearrangement of dihydropyranochalcones with thallium(III) nitrate: Synthesis of elongatin, its angular isomer, toxicarol isoflavone, and related compounds. Chem. Pharm. Bull. 36, 592 (1988).

10) Subburaj, K. and Trivedi, G. K. : Microwave-assisted rate-enhanced method for the synthesis of 2,2-dimethyl-2H-chromenes. Chem.

Pharm. Bull. 72, 259 (1999).

11) Jayapal, M. R. and Sreedhar, N. Y. : Synthesis of 2,6-dihydroxy substituted chalcones by aldol condensation using SOCl₂/ EtOH. Int. J. Pharm. Pharm. Sci. 3, 127 (2011).

12) Tee, J. T., Chee, C. F, Bucke, M. J. C., Lee, V. S., Chong, W. L., Khaledi, H. and Rahman, N.A. : Model studies on construction of the oxabicyclic [3.3.1] core of the mulberry Diels-Alder adducts morusalbanol A and 441772-64-1. Tetrahedron Lett. 56, 5082 (2015).

13) Bhaskar, N. and Komal Reddy, M. : Synthesis, characterization and antibacterial activity of new series of prenyloxy chalcones and prenyloxyflavanones. J. Chem. Pharm. Res. 3, 759 (2011).

Scheme 2 − Synthesis of natural chromano-dihydrochalcone 1.