인공 DNase의 리간드 화합물로써 2,9-(N,N-Dimethylethylenediaminomethyl)-1,10-phenanthroline 분자내 수소결합들의 역할 The Roles of Hydrogen Bonds in 2,9-(N,N-Dimethylethylenediaminomethyl)-1,10-phenanthroline Molecule as a New Ligand Compound of Artificial DNase원문보기
인공 DNase의 새로운 리간드 분자로 설계된 2,9-(N,N-dimethylethylenediamino)-1,10-phenanthroline(A) 및 2,9-(N,N-Dimethylethylenediaminomethyl)-1,10-phenanthroline(B)의 Cu(II) 착 화합물에 의한 2',3'-cAMP의 촉매 가수분해 반응에서 리간드 분자의 아미노기들과 2',3'-cAMP의 인산기 사이에 형성되는 분자내 4개의 수소결합들로 인하여 (A) 및 (B)의 Cu(II) 착 화합물은 2,9-dimethyl-o-phenanthroline의 Cu(II) 착 화합물에 의한 2',3'-cAMP의 촉매 가수분해 반응 속도를 7만배 이상 빠르게 촉진 할 것으로 예측되었다.
인공 DNase의 새로운 리간드 분자로 설계된 2,9-(N,N-dimethylethylenediamino)-1,10-phenanthroline(A) 및 2,9-(N,N-Dimethylethylenediaminomethyl)-1,10-phenanthroline(B)의 Cu(II) 착 화합물에 의한 2',3'-cAMP의 촉매 가수분해 반응에서 리간드 분자의 아미노기들과 2',3'-cAMP의 인산기 사이에 형성되는 분자내 4개의 수소결합들로 인하여 (A) 및 (B)의 Cu(II) 착 화합물은 2,9-dimethyl-o-phenanthroline의 Cu(II) 착 화합물에 의한 2',3'-cAMP의 촉매 가수분해 반응 속도를 7만배 이상 빠르게 촉진 할 것으로 예측되었다.
In the catalytic hydrolysis of 2',3'-cAMP by the Cu(II) complexes of 2,9-(N,N-dimethylethylenediamino)-1,10-phenanthroline (A) and 2,9-(N,N-dimethylethylenediaminomethyl)-1,10-phenanthroline (B) that are designed as a new ligand molecule of artificial DNase, due to the four intramolecular H-bonds fo...
In the catalytic hydrolysis of 2',3'-cAMP by the Cu(II) complexes of 2,9-(N,N-dimethylethylenediamino)-1,10-phenanthroline (A) and 2,9-(N,N-dimethylethylenediaminomethyl)-1,10-phenanthroline (B) that are designed as a new ligand molecule of artificial DNase, due to the four intramolecular H-bonds forming between amino groups of ligand molecule and phosphoryl group of 2',3'-cAMP. It is anticipated that Cu(II) complexes of (A) and (B) are able to promote a rate that is as much as seventy thousand times faster than the catalytic hydrolysis rate of 2',3'-cAMP by Cu(II) complexes of 2,9-dimethyl-o-phenanthroline.
In the catalytic hydrolysis of 2',3'-cAMP by the Cu(II) complexes of 2,9-(N,N-dimethylethylenediamino)-1,10-phenanthroline (A) and 2,9-(N,N-dimethylethylenediaminomethyl)-1,10-phenanthroline (B) that are designed as a new ligand molecule of artificial DNase, due to the four intramolecular H-bonds forming between amino groups of ligand molecule and phosphoryl group of 2',3'-cAMP. It is anticipated that Cu(II) complexes of (A) and (B) are able to promote a rate that is as much as seventy thousand times faster than the catalytic hydrolysis rate of 2',3'-cAMP by Cu(II) complexes of 2,9-dimethyl-o-phenanthroline.
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문제 정의
이와 같이 금속 착 화합물에 의한 phosphodiester의 가수분해반응이 촉진되는 원인이 인산기의 산소 원자와 리간드 분자의 아미노기 사이에 형성되는 분자내 수소결합에 기초한다는 사실에 근거하여, 본 연구에서는 면역체계 이상으로 발생하는 각종인체 암에 대한 새로운 항암성 화합물7)과 면역 조절성 물질(immunomodulation a* gent) 5을 탐색하고자 artificial DNase""의 새로운 리간드 화합물로서 2, 9-(N, N-dimethylethylenediamino)- 1, 10p-henanthroline(A) 및 2, 9-(NJV-dimethylethylenediamino- methyl-l, 10-phenanthroline(B)를 설계하여 합성하고 분자내 수소결합11,12)의 생성 가능성을 X-ray 결정 분석과 bond parameter의 계산을 통하여13) 확인함은 물론, 그 역할에 관하여 검토하였다.
이상과 같은 검토결과에 따라 리간드 화합물, (A) 및 (B)의 Cu(II) 착물과 인산 유도체와 결합된 분자내 수소결합들에 의하여 개선된 가수분해 반응성를 입증하기 위하여 다음 연구에서는 이들 착 화합물과 인산 유도체들과의 가수분해 반응속도 상수(k)로부터 설계된 리간드 화합물들의 리간드 효과를 확인하고자 한다.
제안 방법
) 을 천천히 첨가한다.17) 12시간 동안 실온에서 교반시킨 후, NaBH 0.32g(4eq.)을 첨가하여 reductive amination 반응인 Leuckart reaction'"으로 노란색의 기름상 액체 화합물인 (B) (1H-NMR (CDCIJTMS) 5(ppm): 8.55(d, 2H, J = 7.4 Hz, Harom), 7.99(s, 2H, Harora), 7.84(d, 2H, J = 7.4 Hz, Harom), 4.69(s, 4H, -CH2-), 3.62(t, 4H, -CH2-), 3.22(t, 4H, -CH2-), 2.94(s, I2H, -CH, )), 0.48 g(59.6%>을 합성하였으며 리간드 화합물, (B)의 전체 합성 과정을 Scheme 2에 요약하였다.
리간드 분자의 설계. 2, 9-diamino-o-phenanthroline의 Cu(II) 착 화합물이 2, 9-dimethyl-o-phenanthroline의 Cu(II) 착 화합물에 비하여 2', 3'-cAMP(2', 3'-cyclic adenosine monophosphate)를 35, 000배 이상 빠르게 가수분해를 하는 이유는 전이상태의 cAMP-Cu(Il) 착 화합물 구조로부터 리간드 분자 중, 아미노기의 수소 원자가 인산기의 산소 원자와 분자내 2개의 수소결합을 형성하므로서 phosphodiester 결합(P-O)를 매우 신속하게 분해하였기 때문이다9 이 같은 효과를 극대화하기 위하여 2, 9- diamino-o-phenanthroline(C) 유도체인 새로운 리간드 화합물, (A) 및 (B)를 설계하고 합성하였다.
308 mm이었다. Monoclinic cell parameter인 a= 10.5873(12)A, b= 11.0610 (13)A, c= 18.508(2)A, a = y=90.00o, p = 99.947(2)°, V = 2134.8 (4)A3는 2.6845 < 9< 26.3805° 사이에 4964개의 회절 반점을 측정하여 얻었으며 이때 사용한 파장은 graphite로 단색화 한 Mo Ka이고 co/20로 scan하였다. 총 5311개의 independent reflectione 2<0<25° 범위에서 측정되었으며 absorption correctione SADABS에 의해 측정되었다.
(1) 리간드 분자에 금속이온과 결합하지않는 4개의 아미노기를 도입하여 인산기와 4개의 수소결합이 형성될 수 있도록 한다면 인산기 중 P-0 결합의 분해 반응속도를 최소한 7만배 이상으로 증가 될 것으로 판단된다. 그러므로 artificial nuclease4)가 DNA 또는 RNA 중, phosphodiester backbone(P-O)을 더 빠르게 가수 분해할 수 있도록 하기 위하여 (A), (B)를 리간드로 하는 Cu(II) 착 화합물을 구상하였다. (2) 리간드 분자 (A), (B)에서 (C)의 경우와 다른 2개의 디메칠 암모니움 이온을 도입한 이유는 수소결합 형성시 H 원자의 전자밀도가 낮으면 양하전의 크기가 증대되어 (C)의 .
수소결합보다* 강한 결합을 형성할 수 있도록 하기 위함이었다. 그리고 수소결합 형성이 용이하도록 디메칠기들 사이의 입체효과로 인하여 수소결합에 참여하는 H 원자가 한쪽 방향으로 배향하도록 하였다. (3) 리간드 분자, (A) 보다 메칠렌기가 한개 더 많은 (B)분자는 (B)-Cu(II) 착 화합물 (II)에서 4개의 수소결합이 용이하게 생성될 수 있도록 수소결합에 참여하는 원자들 사이의 적정한 거리(2~3A)를 유지함은 물론, 같은 수소결합이라도 H 원자를 중심으로 직선형 결합이 비 직선형 결합보다 강한 수소결합을 형성한다는 이론에 따라서 '2)직선형 수소결합을 형성하여 강한 결합을 유지할 수 있도록 배려하기 위함이었다.
생성물의 구조 확인에 이용된 'H-NWe CDC. 또는 DQ를 용매로 한 실온에서 TMS를 내부 표준 물질로 하여 Varian EM-360 model(200 MHz)과 Bruker AM-300 model (300 MHz)의 spectrometer로 그리고 eC-NMRe Varian UNITY model(75 MHz)의 spectrometer로 각각 측정하였으며 사lemical shift는 8(ppm) 값으로 표기하였다. 화합물의 녹는점은 Holliston 사의 Mel-TempII를 사용하여 측정하였다.
이때 전하는 Gasteiger-Huckel charge를 적용하고 Conj- Grad 방법을 활용하였다. 또한 torsion angle이 변화함에 따라 형태가 갖는 에너지의 차이가 Gradient 0.01 kcal/mol일 때의 구조를 가장 안정한 형태로 선택한 다음에 최적화 된 분자내 수소결합의 길이를 구 하였다.
분자의 최적화. 리간드 (A), (B) 및 2, 9-diamino-o-phenanthroline (C)6) 그리고 ligand-Cu(II)-dimethylphosphate 착물의 최적화된 형태는 Sybyl 프로그램(Ver. 7* .1)' 으로 simulated annealing20 방법을 이용하여 가장 낮은 에너지를 갖는 분자들을 탐색하였다. 이때 전하는 Gasteiger-Huckel charge를 적용하고 Conj- Grad 방법을 활용하였다.
X-ray 결정분석. 리간드 분자, (A)를 DMSO 수용액 (DMSO : H, O=1 : I) 6 ml에 넣어서 녹인 후 실온에서 2개월 동안 형성된 엷은 노란색의 단결정을 이용하여 Bruker SMART 1000 CCD diffractometer로 X-ray 회절분석을 실행하였다. 실험온도는 T=293 K이고 결정의 크기는 0.
X-ray 결정분석. 리간드 분자, (A)의 결정 구조를 이루고 있는 분자의 형태, 차수(dimension) 및 단위세포 내에서의 부피나 화학적 구성 성분 그리고 물질이 포함되어 있는 공간군 등을 조사하여 분자들의 3차원적 형태와 정보를 이해하기 위하여盐 결정화 시켜 형성된 단결정을 가지고 X-ray 분석한 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 이 구조는 2개의 물 분자를 포함하면서 C(4)- N(2)-C(5)-N(3)와 C(17)-N(5)-C(16)-N(4)의 torion angle 값이 각각 6.
이같은 근거에 의하여 다음 3가지 논리에 따라 리간드 분자 (A), (B)의 Cu(II) 착 화합물을 설계하고 Fig. 2에는 리간드 분자(A~C)의 Cu(II) 착 화합물과 반응한 dimethylphosphate 분자의 전이상태24,26)에 관한 구조(I~Ⅲ)를 제시하였다. (1) 리간드 분자에 금속이온과 결합하지않는 4개의 아미노기를 도입하여 인산기와 4개의 수소결합이 형성될 수 있도록 한다면 인산기 중 P-0 결합의 분해 반응속도를 최소한 7만배 이상으로 증가 될 것으로 판단된다.
AeV-dimethylformamide (DMF), benzene, ethyl acetate, methylene 아iloride(MC), chlorofbnn, absolute ethanol 및 기타 용매들은 가능한 한 정제하여 사용하였다. 화합물의 분리는 230-400 mesh의 silica get이 채워진 column 사iromatography와 재결정 방법을 이용하여 정제하였고 반응의 진행 여부를 확인하기 위한 TLC(Thin layer chromatography)는 precoated silicagel plate(Merck Co.)를 사용하였다. 생성물의 구조 확인에 이용된 'H-NWe CDC.
대상 데이터
합성에 사용한 시약들은 Fluka, Sigma 및 Junsei제의 1급 시약을 사용하였다. AeV-dimethylformamide (DMF), benzene, ethyl acetate, methylene 아iloride(MC), chlorofbnn, absolute ethanol 및 기타 용매들은 가능한 한 정제하여 사용하였다. 화합물의 분리는 230-400 mesh의 silica get이 채워진 column 사iromatography와 재결정 방법을 이용하여 정제하였고 반응의 진행 여부를 확인하기 위한 TLC(Thin layer chromatography)는 precoated silicagel plate(Merck Co.
3805° 사이에 4964개의 회절 반점을 측정하여 얻었으며 이때 사용한 파장은 graphite로 단색화 한 Mo Ka이고 co/20로 scan하였다. 총 5311개의 independent reflectione 2<0<25° 범위에서 측정되었으며 absorption correctione SADABS에 의해 측정되었다. 3033개의 회절 반점은 I>-2ct(I) 이고 공간군이 Z = 4, μ = 0.
데이터처리
081mmT인 P 21/c 조건에서 관찰뇌었다. 리간드(A)의 구조는 direct method19* 로 밝혔으며 구조의 least-squares refinement는 SHELXL 9720) 프로그램을 이용하여 수행하였다.
이론/모형
화합물의 녹는점은 Holliston 사의 Mel-TempII를 사용하여 측정하였다. 그리고 삼차원적 구조를 확인하기 위한 X-ray 회절 분석은 SHELXL97 model을 이용하였다.
1)' 으로 simulated annealing20 방법을 이용하여 가장 낮은 에너지를 갖는 분자들을 탐색하였다. 이때 전하는 Gasteiger-Huckel charge를 적용하고 Conj- Grad 방법을 활용하였다. 또한 torsion angle이 변화함에 따라 형태가 갖는 에너지의 차이가 Gradient 0.
성능/효과
2에는 리간드 분자(A~C)의 Cu(II) 착 화합물과 반응한 dimethylphosphate 분자의 전이상태24,26)에 관한 구조(I~Ⅲ)를 제시하였다. (1) 리간드 분자에 금속이온과 결합하지않는 4개의 아미노기를 도입하여 인산기와 4개의 수소결합이 형성될 수 있도록 한다면 인산기 중 P-0 결합의 분해 반응속도를 최소한 7만배 이상으로 증가 될 것으로 판단된다. 그러므로 artificial nuclease4)가 DNA 또는 RNA 중, phosphodiester backbone(P-O)을 더 빠르게 가수 분해할 수 있도록 하기 위하여 (A), (B)를 리간드로 하는 Cu(II) 착 화합물을 구상하였다.
그리고 수소결합 형성이 용이하도록 디메칠기들 사이의 입체효과로 인하여 수소결합에 참여하는 H 원자가 한쪽 방향으로 배향하도록 하였다. (3) 리간드 분자, (A) 보다 메칠렌기가 한개 더 많은 (B)분자는 (B)-Cu(II) 착 화합물 (II)에서 4개의 수소결합이 용이하게 생성될 수 있도록 수소결합에 참여하는 원자들 사이의 적정한 거리(2~3A)를 유지함은 물론, 같은 수소결합이라도 H 원자를 중심으로 직선형 결합이 비 직선형 결합보다 강한 수소결합을 형성한다는 이론에 따라서 '2)직선형 수소결합을 형성하여 강한 결합을 유지할 수 있도록 배려하기 위함이었다.
후속연구
그리고 (I)~(Ⅲ)에서 phenanthroline 고리에 가까운 첫번째 아미노기 (Ⅲ)에서와 같이 수소결합 주게로 작용하여 Cu(II)에 결합된 물 분자의 탈 양성자화를 촉진하여 낮은 pKa 상수를 나타낼 것이다. 그리고 이 사실로부터 수소결합이 생성된다면 수소결합을 통한 유도효과에 의하여 인산기 중 p-0 결합의 분해를 촉진시킬 것이다. 따라서 첫번째 수소결합(N(2)H .
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