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Synthesis of Proposed Structure of p-hydroxyphenylferulate, a Novel Phenolic Compound Derived from Liatris elegans
Yakhak Hoeji 2020;64(6):461-464
Published online December 31, 2020
© 2020 The Pharmaceutical Society of Korea.

Myeonghyeon Sim, Soobin Lee, and Young Taek Han#

College of Pharmacy, Dankook University
Correspondence to: Young Taek Han, College of Pharmacy, Dankook University, Cheonan 31116, Korea
Tel: +82-41-550-1431, Fax: +82-41-559-7899
E-mail: hanyt@dankook.ac.kr
Received October 23, 2020; Revised November 12, 2020; Accepted December 14, 2020.
Abstract
The proposed structure for p-hydroxyphenylferulate, a phenolic compound derived from Liatris elegans, was synthesized from ferulic acid in three steps. However, 1H- and 13C-NMR spectral data for the synthesized p-hydroxyphenylferulate did not match those in previous reports. Instead, the structure for the synthesized p-hydroxyphenylferulate was confirmed by comparison analysis with 1H- and 13C-NMR data for p-hydroxyphenylcaffeate, a natural desmethyl derivative.
Keywords : Liatris elegans, p-hydroxyphenylferulate, synthesis, proposed structure
서 론 (Introduction)

페놀성 화합물은 자연계에 널리 존재하는 화합물군으로서 다양한 생리활성을 나타낸다. 특히, 카페인산 (caffeic acid; 3,4-dihydroxycinnamic acid), 페룰산 (ferulic acid; 4-hydroxy-3-methoxycinnamic acid) 및, 그 유도체들과 같이 엔논(enone) 골격을 갖는 천연 페놀성 화합물은 항염, 항노화, 항균, 면역조절 등의 다양한 질병 치료효과들을 나타내어 천연물 및 합성 유도체들이 생리활성 물질 도출 및 의약품 개발에 활용되고 있다.1-5)

최근, 본 연구진은 미국갯불금초(Wedelia trilobata)에서 분리된 파라-히드록시페닐카페에이트 (p-hydroxyphenylcaffeate; 2)을 Verley-Doebner의 변형된 Knoevenagel 축합법을 통해 합성하였고, 이 화합물이 쥐림프절(murine lymph node) T-세포에서 IL-2의 의 생산을 촉진하는 반면에 쥐상피 T-세포(murine epidermal T cell)에서는 IL-13의 생산을 억제함을 관찰하였다.5) 이는 아토피나 백반증과 같은 면역기능 이상에 의한 피부질환에서 면역기능 조절을 통한 치료효과를 나타낼 수 있음을 의미하는 것이라 생각하였다. 이에 본 연구결과의 연장선에서 파라-히드록시페닐카페인산의 천연 및 합성 유도체를 발굴 및 합성하여 새로운 면역조절제를 개발에 활용하고자 하였다.

십여 년 전, Li와 동료 연구자들은 북미대륙 남서부에 자생하는 다년생 식물인 엘레간스 리아트리스(Liatris elegans), 속칭 “grayfeather”로부터 몇 가지 새로운 화합물들을 분리 및 보고하였다.6) 이중 파라-히드록시페닐퍼룰레이트(p-hydroxyphenylferulate; 1)는 페룰산과 히드로퀴논(hydroquinone)의 단순한 에스터 화합물로서 구조적으로 파라-히드록시페닐카페에이트 (2)와 매우 유사하다고 생각하였다 [Fig. 1]. 선행연구를 고려할 때,5) 파라-히드록시페닐퍼룰레이트 (1)도 2와 유사하게 면역조절 등의 유용한 생리활성을 나타낼 것으로 기대하였다. 우리는 상업적으로 구매가 가능한 페룰산(3)과 적절하게 보호화된 히드로퀴논(2)으로부터 1의 손쉬운 합성법을 개발하고 향후 생리활성물질 도출에 활용하고자 하였다. 본 논문에서는 파라-히드록시페닐퍼룰레이트 (1)의 제안구조(proposed structure)의 간단한 합성법을 소개하고자 한다.

Fig. 1. Retrosynthesis of p-hydroxyphenylferulate (1) and its bioactive caffeate analog p-hydroxyphenylcaffeate (2)
실험 방법(Experimental Methods)

1H-NMR 및 13C-NMR spectra는 Brucker Analytik ADVANCE digital 400 Spectrometer로 측정하였으며 chemical shift는 ppm (parts per million)으로, coupling constant는 Hz(hertz)로 표시하였다. Low resolution mass spectra는 VG Trio-2 GC-MS를 사용하였다. Column chromatography용 silica gel (230-400 mesh, Merk)를 사용하였고 TLC (Thin Layer Chromatography)는 Kieselgel 60 F254 plate (Merk)를 사용하였다. 본 실험에서 반응에 사용한 용매는 시판용 또는 증류정제를 거친 무수 용매이고, 언급하지 않은 시약은 부차적인 정제과정 없이 시판품을 사용하였다.

(E)-3-(4-((tert-Butyldimethylsilyl)oxy)-3-methoxyphenyl)acrylic acid (5)

Ferulic acid 3 (100 mg, 0.51 mmol)의 DMF (3.2 mL) 용액에 tert-butyldimethylsilyl chloride (TBSCl, 635 mg, 4.2 mmol)과 imidazole (347 mg, 5.1 mmol)을 가하고1 시간 상온에서 교반하였다. 반응 완결 후 H2O를 가하여 반응을 종결하였다. EtOAc로 희석 후, 유기층을 물과 brine으로 세척 후 MgSO4를 이용하여 건조 및 감압농축하였다. 잔사를 크로마토그래피(EtOAc= 100%)로 정제하여 75 mg (50%)의 5를 연황색의 고체로 얻었다.

1H NMR (CD3OD, 400 MHz) d 7.61 (d, 1H, J = 16.0 Hz), 7.20 (d, 1H, J = 2.0 Hz), 7.09 (dd, 1H, J = 2.0, 8.3 Hz), 6.6 (d, 1H, J = 8.2 Hz), 6.36 (d, 1H, J = 16.0 Hz), 3.85 (s, 3H), 1.01 (s, 9H), 0.17 (s, 6H); 13C NMR (CD3OD, 100 MHz) d 170.8, 152.6, 148.7, 146.4, 130.0, 123.2, 122.1, 117.2, 112.2, 56.0, 26.1, 19.4, -4.5; LRMS (FAB) m/z 309 (M+H+).

4-((tert-Butyldimethylsilyl)oxy)phenol (7)

상업적으로 구매가 가능한 4-benzyloxyphenol 6 (200 mg, 1.00 mmol)의 DMF (2.5 mL) 용액에 tert-butyldimethylsilyl chloride (TBSCl, 226 mg, 1.5 mmol)과 imidazole (136 mg, 2.00 mmol)을 가하고 2 시간 상온에서 교반하였다. 반응 완결 후 H2O를 가하여 반응을 종결하였다. EtOAc로 희석 후, 유기층을 물과 5% LiCl 수용액으로 세척 후 MgSO4를 이용하여 건조 및 감압농축하였다. 농축한 잔사를 EtOAc (10 ml)로 희석 후, 촉매량의 5% Pd on carbon을 가하여 H2 대기하에서 교반하였다. TLC로 확인하였을 때 기질이 사라질 때까지 교반한 후, Celite에 여과 후 여액을 농축하였다. 잔사를 크로마토그래피(EtOAc : n-hexane = 1 : 20 ~ 1: 15)로 정제하여 197 mg (88%)의 7를 노란색의 고체로 얻었다.

1H NMR (CD3OD, 400 MHz) d 6.65 (d, 4H, J = 0.3 Hz), 0.98 (s, 9H), 0.15 (s, 6H); 13C NMR (CD3OD, 100 MHz) d 152.8, 150.0, 121.6, 116.7, 26.2, 19.0, -4.4; LRMS (FAB) m/z 225 (M+H+).

4-((tert-butyldimethylsilyl)oxy)phenyl (E)-3-(4-((tert-butyldimethylsilyl)oxy)-3-methoxyphenyl) acrylate (8)

페놀 7 (47.5 mg, 0.21 mmol)와 카복실산 5 (87.7 mg, 0.30 mmol)의 CH2Cl2 용액에 상온에서 EDCI (57.5 mg, 0.30 mmol)와 DMAP (25.6 mg, 0.21 mmol)를 가하였다. 동일한 온도에서 TLC로 확인하였을 때 기질이 사라질 때까지 교반한 후, CH2Cl2와 NaHCO3 수용액을 가하였다. 유기층을 물로 3회 세척 후 MgSO4를 이용하여 건조 및 감압농축하였다. 농축한 잔사를 컬럼 크로마토그래피(EtOAc : n-hexane = 1 : 40)로 정제하여 흰색의 고체 8 (86.5 mg, 80%)를 얻었다.

1H NMR (CDCl3, 400 MHz) d 7.78 (d, 1H, J = 12.7 Hz), 7.25–7.01 (m, 4H), 6.87–6.83 (m, 3H), 6.46 (d, 1H, J = 12.7 Hz), 3.85 (s, 3H), 1.00 (s, 9H), 0.99 (s, 9H), 0.20 (s, 6H), 0.18 (s, 6H); 13C NMR (CDCl3, 100 MHz) d 166.0, 153.2, 151.3, 147.9, 146.5, 144.8, 128.1, 122.6, 122.3, 121.2, 120.5, 115.1, 111.0, 55.5, 25.7, 18.5, 18.2, -4.4, -4.6; LRMS (FAB) m/z 515 (M+H+).

p-Hydroxyphenylferulate (1)

8 (30 mg, 0.06 mmol)의 THF (0.6 ml) 용액을 0 °C로 냉각한 후, 1 M tetrabutylammonium fluoride (TBAF) in THF (0.1 ml, 0.1 mmol) 용액을 천천히 가하였다. 30분간 동일한 온도에서 교반 후 H2O를 가하여 반응을 종결하였다. EtOAc로 희석 후, 유기층을 물과 brine으로 세척 후 MgSO4를 이용하여 건조 및 감압농축하였다. 잔사를 크로마토그래피(EtOAc : n-hexane = 1 : 2)로 정제하여 17 mg (83%)의 p-hydroxyphenylferulate (1)을 백색의 고체로 얻었다.

1H NMR (CD3OD, 400 MHz) d 7.76 (d, 1H, J = 7.9 Hz), 7.25 (d, 1H, J = 0.9 Hz), 7.14 (dd, 1H, J = 0.9, 4.1 Hz), 6.95 (d, 2H, J = 4.4 Hz), 6.83 (d, 1H, J = 5.2 Hz), 6.80 (d, 2H, J = 4.4 Hz), 6.54 (d, 1H, J = 7.9 Hz), 3.91 (s, 3H); 13C NMR (CD3OD, 100 MHz) d 168.2, 156.3, 151.0, 149.5, 148.3, 144.9, 127.6, 124.5, 123.4, 116.6, 116.5, 114.8, 111.9, 56.5; LRMS (FAB) m/z 387 (M+H+).

결과 및 고찰 (Results and Discussion)

최종 단계에서 2개의 페놀 보호기를 동시에 제거하여 간결하게 1을 합성할 수 있도록 silyl기를 페놀의 보호기로 사용하기로 하였다. Scheme 1에 설명한 바와 같이 페눌산 (3)에 과량의 TBSCl을 가하여 페놀과 카복실산 모두에 silylation 후 work up 과정을 통하여 선택적으로 페놀에 silyl 보호기가 도입된 5를 얻었다. 선택적으로 하나만 TBS 보호화된 히드로퀴논 7은 상업적으로 구매가 가능한 benzyloxyphenol 6로부터 연속된 TBS보호화 및 탈벤질화 반응을 통해 얻을 수 있었다. 커플링 시약을 이용하여 목적한 ferulate ester 8을 높은 수율(80%)로 얻을 수 있었다. 마지막으로 TBAF를 이용한 온화한 탈보호화 반응으로 에스터결합의 분해 없이 목적한 p-hydroxyphenylferulate (1)을 얻을 수 있었다. Table 1은 합성된 hydroxyphenylferulate (1)의 수소 및 탄소 NMR을 보고된 자료 및 desmethyl 구조 유사체인 2와 비교한 자료이다.7) NMR 결과를 엘레간스 리아트리스에서 분리되었다고 제안된 화합물의 것과 비교하였을 때 많은 차이점을 관찰할 수 있었다. 1’~6`의 탄소 NMR의 경우 순서대로 146.6, 131.2, 116.6, 160.8, 116.6 및 131.2 ppm으로 보고되어 있지만, 합성된 1의 결과는 이와 사뭇 달랐다. 오히려 2와 공통된 구조인 파라-히드록시페녹시에스터 부분(1’~6` 및 9위치)의 탄소 및 수소 NMR 자료를 비교해보면, 합성된 1의 NMR 측정 결과가 이와 동일하여 파라-히드록시페녹시에스터 부분이 존재함을 확인할 수 있다. 세심한 분광학적 측정자료 분석결과와 2에 대한 선행 추출분리 및 합성연구 결과와의 유사도를 고려하여 본 연구를 통해 합성된 1이 제안된 p-hydroxyphenylferulate이라고 확인할 수 있었다.

Fig. 3.

1H and 13C-NMR assignments of p-hydroxyferulate (1)


Fig. 2. Synthesis of p-hydroxyferulate (1)
결 론(Conclusion)

Liatris elegans 유래의 페놀성 물질인 p-hydroxyphenylferulate의 제안구조를 합성하였다. 상업적으로 구매가 가능한 ferulic acid로부터 페놀보호화, 에스터화 반응 및 탈보호화 반응을 수행하여 제안된 구조의 화합물 1을 3단계, 33%의 수율로 얻었다. 천연물에서 분리된 화합물의 제안된 구조와는 다른 구조의 화합물임을 확인하였고, 알려진 유사구조 화합물들과 비교 등 면밀한 구조분석을 통하여 본 연구를 통해 합성된 화합물이 목적한 p-hydroxyphenylferulate임을 확인하였다. 향후 상피세포에 대한 면역활성 등 생물학적 연구를 수행하여 새로운 파라-히드록시페닐카페인산 생리활성 유도체 개발에 활용하고자 한다.

감사의 말씀 (Acknowledgements)

본 연구는 단국대학교 약학과 소속 저자의 결과물로서 해당 학과는 2020년도 단국대학교 대학혁신지원사업 연구중심학과 육성사업 지원을 받았음

Conflict of interest

모든 저자는 이해 상충을 가지고 있지 않음을 선언한다

References
  1. Yang Y. H.: Caffeic Acid phenethyl ester possessing various immunomodulatory effects is a potentially effective therapy for asthma. Pediatr. Neonatol. 52, 307 (2011).
    Pubmed CrossRef
  2. Sy L. B., Yang L. K., Chiu C. J. and Wu W. M.: The immunoregulatory effects of caffeic acid phenethyl ester on the cytokine secretion of peripheral blood mononuclear cells from asthmatic children. Pediatr. Neonatol. 52, 327 (2011).
    Pubmed CrossRef
  3. Phuong N. T., Cuong T. T. and Quang D. N.: Anti-inflammatory activity of methyl ferulate isolated from Stemona tuberosa Lour. Asian Pac. J. Trop. Med. 7, S327 (2014).
    CrossRef
  4. Xia C. N., Li H. B. and Liu F.: Synthesis of trans-caffeate analogues and their bioactivities against HIV-1 integrase and cancer cell lines. Bioorg. Med. Chem. Lett. 18, 6553 (2008).
    Pubmed CrossRef
  5. Yang J., Yoon J. A., Kim K. and Han Y. T.: The first synthesis and immunomodulatory properties of p-hydroxyphenyl caffeate derived from Wedelia trilobata. J Asian Nat. Prod. Res. 22, 966 (2020).
    Pubmed CrossRef
  6. Zhang Z., Ownby S., Wang P., Yuan W., Zhang W. and Li S.: New phenolic compounds from Liatris elegans. Nat. Prod. Res. 24, 1079 (2010).
    Pubmed CrossRef
  7. Ren H., Xu Q. L., Zhang M., Dong L. M., Zhang Q., Luo B., Luo Q. W. and Tan J. W.: Bioactive caffeic acid derivatives from Wedelia tilobata. Phytochem. Lett. 19, 18 (2017).
    CrossRef


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