트리이소프로필실란티올로 유도된 다중설파이드 합성과 직접적 황화수소 생성
Triisopropylsilanethiol-triggered Polysulfide Synthesis and Direct Generation of Hydrogen Sulfide
- 발행기관 강릉원주대학교 일반대학원
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 도움말 일반대학원 화학과
- 세부분야 해당없음
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/kangnung/000000011365
- UCI I804:42001-000000011365
- 본문언어 한국어
초록/요약 도움말
황화수소는 인체에 해로운 독성물질로 알려져 있다. 그러나 최근 들어 황화수소는 신경 조절, 신호 전달, 세포 보호, 혈관 확장 등 다양한 역할을 수행한다는 것이 발견되었다. 따라서 황화 수소를 이용한 생리학 및 약리학 분야는 최근 몇 년 동안 빠르게 성장하고 있고, 자연스럽게 황화수소를 제공하는 화학적 도구의 개발이 중요한 과제로 자리 잡고 있다. 황화수소 가스의 직접적인 투여는 의약학적 관점에서 적절하지 않고 다루기 어렵다. 무기 황화물 염은 용해 시 즉시 황화수소를 방출하기 때문에 원치 않는 부작용을 초래할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 황화수소의 방출을 조절할 수 있는 황화수소 공여체가 개발되고 있다. 다양한 황화수소 공여체 중 폴리설파이드(RSSnSR)는 세포내에서 황화수소 저장고로 존재하며, 마늘과 같은 천연물에서도 쉽게 발견이 된다. 황화수소를 방출하는 능력 이외 폴리설파이드는 콜레스테롤 합성 억제, 항염 및 항산화 활성 등 세포에 다양한 생리학적 작용을 담당하는 생리 활성 물질로 작용한다. 황화수소 공여체와 의약학적 활용을 위해 다양한 폴리설파이드들의 합성법과 적용이 발표되었다. 하지만 기존의 폴리설파이드 합성은 -78℃ 무수 용매 환경에서 실험을 진행하거나 다중단계에 의해 합성해야하는 문제가 존재한다. 본 연구에서는 폴리설파이드를 상온에서 one-pot 반응으로 효율적으로 만들 수 있는 합성법을 개발하여 세포내에서 직접적인 폴리설파이드 생성을 유도하는 방법 개발이 목표다. 또한 화합물들의 다양한 치환기에 따라 생성된 폴리설파이드가 세포내 시스틴 또는 글루타싸이온과 반응하여 황화수소 방출 농도가 조절되도록 하는 것을 조사하고, 이 방법의 의약학적 적용을 위한 효율성을 증명하는 것이 연구의 목적이다.
more목차 도움말
국문 요약
I. 서론 1
1.1. 생물학적 폴리설파이드 2
1.2. 폴리설파이드 생물학적 기능 6
1.3. 폴리설파이드로부터의 황화수소 생성 9
1.3.1. 황화수소의 생물학적 기능 11
1.4. 유기 폴리설파이드 공여체 13
1.4.1. 합성 폴리설파이드 공여체 14
1.5. 황화수소 측정법 17
II. 본론 19
2.1. 실란다이설파이드 합성과 반응성 19
2.1.1. 유기용매하의 실란다이설파이드 합성 20
2.1.2. 실란디설파이드로부터 퍼설파이드 생성 및 트랩 22
2.2. 실란디설파이드로부터 폴리설파이드 직접적 합성 24
2.2.1. 수용액하에서의 폴리설파이드 생성 및 분석 25
2.2.2. 실란디설파이드로부터 폴리설파이드 생성 메커니즘 33
2.3. 세포내 폴리설파이드 직접적 생성 35
2.3.1. 반응물질의 안정성 분석 36
2.3.2. 세포내 생성된 폴리설파이드로부터 생성되는 황화수소 37
III. 결론 39
3.1. 폴리설파이드 합성과 반응성 39
3.2. 세포내 폴리설파이드의 직접적 생성과 조절 가능한 황화수소 공여체로의 적용 40
IV. 실험 및 방법 41
4.1. 일반적 실험방법 41
4.2. 실란다이설파이드 합성 43
4.3. 실란다이설파이드로부터 폴리설파이드 합성 46
4.4. 폴리설파이드로부터 생성되는 황화수소 정량 54
4.5. 세포내 폴리설파이드 생성 실험 56
참고문헌 57
APPENDIX 61
표 목록
표 1. Bis(aryl) 및 Bis(alkyl) Tetrasulfides의 합성 15
표 2. 유기용매 조건하에 시스테인 유도체에 2 2'-Dipyridyl disulfide과 반응하여 피리딜 다이설파이드 합성 20
표 3. 유기용매 조건하에 시스테인-피리딜 다이설파이드에 트리이소프로필실레인 티올과의 반응으로 실란다이설파이드 합성 22
표 4. 티올 화합물로부터 2 2'-Dipyridyl disulfide을 이용하여 피리딜 다이설파이드를 합성하는 방법 25
표 5. 피리딜 다이설파이드로부터 트리이소프로필실란 티올을 이용하여 폴리설파이드를 합성하는 방법 27
그림 목록
그림 1. CARS에 의해 촉매 되는 Cys-SSH 및 단백질 폴리설피데이션의 동시 번역 형성에 대한 개략도. 5
그림 2. RSS-/RSSH와 RS-/RSH의 특성 비교. 7
그림 3. 폴리설파이드와 친핵체의 반응식 9
그림 4. A. DADS가 글루타티온(GSH)에 의해 황화수소를 방출하는 과정, B. DATs가 글루타티온(GSH)에 의해 황화수소를 방출하는 과정 10
그림 5. 폴리설파이드를 함유한 천연물의 대표적인 예. 14
그림 6. (A) α-황 또는 (B) β-황에서 글루타티온(GSH)에 의한 친핵성 공격을 포함하여 테트라 설파이드로부터 황화수소 방출 메커니즘. 16
그림 7. 시스테인 유도체로부터 실린다이설파이드를 합성하는 방법 19
그림 8. 실란다이설파이드를 아이오도아세트아마이드(IAM)와 반응하여 트랩핑하는 과정 22
그림 9. 실란다이설파이드를 아이오도아세트아마이드(IAM)로부터 트래핑이 진행되는 메커니즘 23
그림 10. 수성용매에서 실란다이설파이드로부터 직접적인 폴리설파이드 합성 방법 24
그림 11. 폴리 설파이드로부터 생성된 황화수소를 메틸렌 블루 방법을 통해 분석하는 방법 28
그림 12. 합성한 폴리설파이드 화합물(10a~10h,10j)의 황화수소 방출능력을 반응시간 20분 마다 Uv/vis spectrophotometer로 670nm을 분석한 흡광도. 29
그림 13. PBS Buffer의 pH조건에 따른 폴리설파이드 화합물(10h)의 황화수소 방출능력을 반응시간 20분 마다 Uv/vis spectrophotometer로 670nm을 분석한 흡수 스펙트럼. 30
그림 14. A. DNS-AZ 형광프로브가 황화수소에 의해 Turn-on되는 과정 B. 피리딜 다이설파이드(10a~10j), 트리이소프로필실란 티올, 글루타티온(GSH)를 반응시킨 혼합물을 DNS-AZ 형광프로브로 처리한 다음 Fluorescence spectrophotometer를 이용하여 20분 마다 측정한 형광강도. 31
그림 15. A. WSP-5가 황화수소를 탐지하여 형광을 띄는 과정. B. WSP-5와 트리이소프로필실란 티올과 반응 중 용매조건에 따른 들뜸 스펙트럼 33
그림 16. 수성용매에서 폴리설파이드가 만들어지는 메커니즘 34
그림 17. 트리이소프로필실란 티올(TIPSSH), 황화나트륨(Na2S), 글루타티온(GSH), 10h 화합물과 DNS-AZ를 처리하여 얻은 들뜸 스펙트럼 36
그림 18. 헬라세포에 피리딜다이설파이드, 트리이소프로필실란 티올을 처리한 이후 SF7-AM을 이용하여 형광강도를 측정한 세포이미지 37
NMR data 목록
S1. 400MHz 1H NMR for (methyl N-((((9H-fluoren-9-yl)methoxy)carbonyl)glycyl)-S-((triisopropylsilyl)thio)-D-cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 60
S2. 101MHz 13C NMR for (methyl N-((((9H-fluoren-9-yl)methoxy)carbonyl)glycyl)-S-((triisopropylsilyl)thio)-D-cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 61
S3. 400MHz 1H NMR for (methyl N-((((9H-fluoren-9-yl)methoxy)carbonyl)leucyl)-S-((triisopropylsilyl)thio)-D-cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 61
S4. 101MHz 13C NMR for (methyl N-((((9H-fluoren-9-yl)methoxy)carbonyl)leucyl)-S-((triisopropylsilyl)thio)-D-cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 62
S5. 400MHz 1H NMR for (4-ethylphenyl N-acetyl-S-((triisopropylsilyl)thio)-D-cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 62
S6. 101MHz 13C NMR for (4-ethylphenyl N-acetyl-S-((triisopropylsilyl)thio)-D-cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 63
S7. 400MHz 1H NMR for (methyl N-benzoyl-S-((triisopropylsilyl)thio)-D-cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 63
S8. 101MHz 13C NMR for (methyl N-benzoyl-S-((triisopropylsilyl)thio)-D-cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 64
S9. 400MHz 1H NMR for (phenyl N-acetyl-S-((triisopropylsilyl)thio)-D-cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 64
S10. 101MHz 13C NMR for (phenyl N-acetyl-S-((triisopropylsilyl)thio)-D-cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 65
S11. 400MHz 1H NMR for (Methyl N-benzoyl-S-(pyridin-2-ylthio)-L-cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 65
S12. 400MHz 1H NMR for (Dimethyl 4,4'-polysulfanediylbis(3-benzamidobutanoate)) in CHLOROFORM-D (ppm) 66
S13. 400MHz 1H NMR for (Methyl (pyridin-2-ylthio)cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 66
S14. 101MHz 13C NMR for (phenyl N-acetyl-S-((triisopropylsilyl)thio)-D-cysteinate) in CHLOROFORM-D (ppm) 67
S15. 400MHz 1H NMR for (Dimethyl 3,3'-polysulfanediyl-bis(2-aminopropanoate)) in CHLOROFORM-D (ppm) 67
S16. 400MHz 1H NMR for (N-acetyl-S-(pyridin-2-ylthio)cysteine) in DMSO-d6 (ppm) 68
S17. 400MHz 1H NMR for (4-(pyridin-2-yldisulfaneyl)benzoic acid) in DMSO-d6 (ppm) 68
S18. 101MHz 13C NMR for (4-(pyridin-2-yldisulfaneyl)benzoic acid) in DMSO-d6 (ppm) 69
S19. 400MHz 1H NMR for (4,4'-polysulfanediyldibenzoic acid) in DMSO-d6 (ppm) 69
S20. 400MHz 1H NMR for (2-(p-tolyldisulfaneyl)pyridine) in CHLOROFORM-D (ppm) 70
S21. 101MHz 13C NMR for (2-(p-tolyldisulfaneyl)pyridine) in CHLOROFORM-D (ppm) 70
S22. 400MHz 1H NMR for (1,3-di-p-tolylpolysulfane) in CHLOROFORM-D (ppm) 71
S23. 400MHz 1H NMR for (2-((4-fluorophenyl)disulfaneyl)pyridine) in CHLOROFORM-D (ppm) 71
S24. 101MHz 13C NMR for (2-((4-fluorophenyl)disulfaneyl)pyridine) in CHLOROFORM-D (ppm) 72
S25. 400MHz 1H NMR for (1,3-bis(4-fluorophenyl)polysulfane) in CHLOROFORM-D (ppm) 72
S26. 400MHz 1H NMR for (2-((4-methoxyphenyl)disulfaneyl)pyridine) in CHLOROFORM-D (ppm) 73
S27. 101MHz 13C NMR for (2-((4-methoxyphenyl)disulfaneyl)pyridine) in CHLOROFORM-D (ppm) 73
S28. 400MHz 1H NMR for (1,3-bis(4-methoxyphenyl)polysulfane) in CHLOROFORM-D (ppm) 74
S29. 400MHz 1H NMR for (1,3-bis(4-methoxyphenyl)polysulfane) in CHLOROFORM-D (ppm) 74
S30. 101MHz 13C NMR for (1,3-bis(4-methoxyphenyl)polysulfane) in CHLOROFORM-D (ppm) 75
S31. 400MHz 1H NMR for (1,3-bis(2-(trifluoromethyl)phenyl)polysulfane) in CHLOROFORM-D (ppm) 75
S32. 400MHz 1H NMR for (3-(pyridin-2-yldisulfaneyl)phenol) in CHLOROFORM-D (ppm) 76
S33. 101MHz 13C NMR for (3-(pyridin-2-yldisulfaneyl)phenol) in DMSO-D6 (ppm) 76
S34. 400MHz 1H NMR for (3-(pyridin-2-yldisulfaneyl)phenol) in CHLOROFORM-D (ppm) 77
S35. 400MHz 1H NMR for (4-(pyridin-2-yldisulfaneyl)aniline) in CHLOROFORM-D (ppm) 77
S36. 101MHz 13C NMR for (4-(pyridin-2-yldisulfaneyl)aniline) in CHLOROFORM-D (ppm) 78
S37. 400MHz 1H NMR for (4,4'-polysulfanediyldianiline) in CHLOROFORM-D (ppm) 78
