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KR-20260061697-A - Non-toxic synthetic material of quercetin skeleton and synthesis method thereof

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Abstract

본 발명은 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 및 그 합성방법에 관한 것으로서, 3개의 고리와 5개의 수산화기(-OH)를 포함하는 화학 구조를 갖는 쿼세틴을 코어로 활용하되, 쿼세틴의 수산화기(-OH)를 치환하여 형광 특성을 발현하면서 무독성을 갖는 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 및 그 합성방법을 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면, 체내용 형광물질이나 화장품용 첨가제 또는 약물 전달물질 등으로 다양하게 사용할 수 있는 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질을 제공할 수 있다.

Inventors

  • 김용주
  • 김예림
  • 남가연

Assignees

  • 고려대학교 산학협력단

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (20)

  1. 아래 화학식 1의 분자 1과 분자 2를 포함하는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질. (화학식 1)
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 분자 1은 수용액 상에서 형광을 나타내는 분자이고, 상기 분자 2는 수용액 상에서 형광을 나타내지 않는 분자인, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 분자 1은 용매로 물이 10부피% 이내로 사용된 수용액에서 선택성을 갖고, 상기 분자 2는 용매로 물이 20부피% 이상으로 사용된 수용액에서 선택성을 갖는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 분자 1과 분자 2는 아세톤과 물이 일정 비율로 사용된 용매 상에서 쿼세틴에 양친매성 물질을 첨가하여 합성된 것인, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 아세톤 : 물 = 10~0 : 0~10의 부피비로 사용되는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 친수성 작용기는 에틸렌글리콜계, 친수성 펩타이드 중에서 하나인, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 친수성 작용기는 메틸기로 대체할 수 있는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질.
  8. 청구항 2에 있어서, 상기 분자 1은 80uM의 농도 및 470nm의 파장대 조건에서 7000a.u.의 형광 강도를 나타내는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 분자 1은 600uM의 농도 조건에서 85% 이상의 세포 생존도를 나타내는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 분자 2는 -OH를 -OR 2 로 치환시 형광 특성을 갖는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 R 2 는 아래 화학식 2에 나타낸 1 내지 7의 작용기 중에서 선택된 어느 하나인, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질. (화학식 2)
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1의 분자 1과 분자 2를 포함하는 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질은 체내용 형광물질, 화장품용 첨가제, 약물 전달물질 중에서 어느 하나의 용도로 사용되는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질.
  13. 3개의 고리와 5개의 수산화기(-OH)를 포함하는 화학 구조를 갖는 쿼세틴을 준비하는 쿼세틴 구비단계; 및 상기 쿼세틴을 양친매성 물질로 만들기 위해 친수성 작용기와 함께 용매에 투입하여 분자 1과 분자 2를 포함하는 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질을 합성하는 합성단계; 를 포함하는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 합성방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 분자 1은 아래 화학식 1에서 나타내는 '1'이 갖는 화학 구조로서, 쿼세틴이 갖는 5개의 수산화기(-OH) 모두가 R로 치환되고, 상기 분자 2는 아래 화학식 1에서 나타내는 '2'가 갖는 화학 구조로서, 쿼세틴이 갖는 5개의 수산화기(-OH) 중에서 4개가 R로 치환되는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 합성방법. (화학식 1)
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 합성단계는 50~60의 온도 조건에서 16~30시간 동안 교반하는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 합성방법.
  16. 청구항 13에 있어서, 상기 친수성 작용기는 에틸렌글리콜계, 친수성 펩타이드 중에서 하나이고, 상기 용매는 아세톤 : 물 = 10~0 : 0~10의 부피비로 사용되는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 합성방법.
  17. 청구항 13에 있어서, 상기 합성단계를 통해 합성된 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질에서 용매를 증발시키는 용매증발단계; 및 상기 용매증발단계를 통해 용매를 증발시킨 상태의 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질에 대해 실리카컬럼을 사용하여 분자 1과 분자 2를 분리하는 분리단계를 더 포함하는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 합성방법.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 실리카컬럼은 메탄올(Methanol) : 디클로로메탄(Dichloromethane) = 1 : 20~30의 부피비로 혼합한 혼합용매가 충진되는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 합성방법.
  19. 청구항 14에 있어서, 상기 분자 2는 -OH를 -OR 2 로 치환하여 형광 특성을 갖게 하는, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 합성방법.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 R 2 는 아래 화학식 2에 나타낸 1 내지 7의 작용기 중에서 선택된 어느 하나인, 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 합성방법. (화학식 2)

Description

쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 및 그 합성방법{Non-toxic synthetic material of quercetin skeleton and synthesis method thereof} 본 발명은 체내용 형광물질이나 화장품용 첨가제 또는 약물 전달물질 등으로 사용할 수 있는 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 및 그 합성방법에 관한 것이다. 쿼세틴은 다양한 식물성 식품에서 발견되는 폴리페놀 화합물의 일종인 플라보노이드 중의 하나로서, 3개의 고리와 5개의 수산화기(-OH)를 포함하는 화학 구조를 갖는 화합물이다. 이러한 쿼세틴은 항암 및 항산화 등의 특성을 가지고 있어 생물학적인 치료 분야에서 많이 활용되고 있다. 이러한 쿼세틴(quercetin) 기반의 플라본 유도체들은 생물학적 완충액에서 약한 형광이 있다고 알려져 있다. 쿼세틴은 금속이온과 다른 분자와의 조립을 통해 형광 분자로서 많은 활용이 이루어질 수 있다. 한편, 기존의 형광 분자들은 생물학적 시스템에서 많이 활용되고 있지만, 높은 농도에서의 잠재적인 독성으로 인해 낮은 농도에서만 활용이 가능하며, 이로 인해 FDA(식품의약국)에 승인된 형광 분자들은 극히 제한적이고 매우 적다. 선행 특허들을 살펴보면, 쿼세틴을 활용한 쿼세틴 유도체들이 많이 명시되어 있기는 하지만, 그러한 쿼세틴 유도체들은 합성물에 대한 방법만 제시되어 있다. 또한, 기존 연구들에 있어서도 사용되는 형광단들은 높은 농도로 갈수록 독성을 가지고 있고, 이러한 독성을 해결할 수 있는 연구 방안으로서 대부분이 단순히 낮은 농도로 세포에 처리하거나 다른 물질과의 조립을 이용하는 것이었다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질을 설명하는 합성 모식도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질을 합성함에 있어 쿼세틴 기반으로 합성된 분자 1과 분자 2의 상태를 보여주는 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질 합성방법을 설명하는 도면이다. 도 4는 본 발명에 있어 쿼세틴 기반으로 합성된 분자 1과 분자 2의 구조 특성을 나타낸 도면으로서, (a)는 합성 모식도이고, (b)는 질량 스펙트럼이고, (c)는 분자 1과 분자 2의 NMR 스펙트럼이고, (d)는 CDCl3 내에서 분자 1의 2D NOE NMR 스펙트럼이며, (e)는 아세톤과 물의 다른 비율에 의해 나타나는 분자 1과 분자 2의 수득율이다. 도 5는 본 발명에 있어 수용액(80μM)에서 분자 1과 분자 2의 특성을 나타낸 도면으로서, (a)는 흡광 계수이고, (b)는 방출 스펙트럼이고, (c)는 수용액에서 분자 2의 투과전자현미경 사진이며, (d)는 물 내에서 분자 1과 분자 2의 NMR 스펙트럼이다. 도 6은 본 발명에 있어 분자 1의 특성을 나타낸 도면으로서, (a)는 서로 다른 용매(80μM)에서 분자 1의 흡광 계수이고, (b)는 방출 스펙트럼이며, (c)는 계산된 HOMO와 LUMO의 표면과 5개의 메틸화된 쿼세틴의 화학 구조이다. 도 7은 본 발명에 있어 분자 1의 형광 메커니즘 분석을 나타낸 도면으로서, (a)는 C(2) - C(1')의 단일 결합 회전의 측정을 위한 분자 동역학(MD) 시뮬레이션이고, (b)는 물과 메탄올 내에서 용매 분자들과 분자 1 사이에서 수소 결합의 평균 개수이고, (c)는 20에서 80°C까지 온도에서 방출 스펙트럼이며, (d)는 20, 50, 그리고 80°C에서 D2O 내 분자 1의 스펙트럼이다. 도 8은 본 발명에 있어 분자 1의 세포 이미징과 세포 생존율을 나타낸 도면으로서, (a)는 24시간 동안 분자 1과 함께 배양된 후 암세포에서의 FOM 사진(excitation filter at ex 340-380nm)이고, (b)는 농도에 따른 암세포와 정상세포에서의 세포 생존율이고, (c)는 600μM에서 분자 1과 다른 형광 염색 염료에 의한 암세포의 생존율 비교데이터이다. 이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 바람직한 실시예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다. 이하 첨부한 도면을 참조하며, 본 발명을 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질을 설명하는 합성 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질은 아래 화학식 1의 분자 1과 분자 2를 포함할 수 있다. (화학식 1) 본 발명에 따른 분자 1과 분자 2를 포함하는 화학식 1로 대표되는 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질은 아래 화학식 2에서 보여주는 바와 같이, 3개의 고리와 5개의 수산화기(-OH)를 포함하는 화학 구조를 갖는 화합물인 쿼세틴(quercetin)을 기반으로 하고 있다. (쿼세틴 구조) 본 발명은 상기와 같은 화학 구조를 갖는 쿼세틴에 양친매성 물질을 만들기 위해 친수성 작용기를 투입하고, 용매 상에서 교반하여 상기 화학식 1과 같이 분자 1과 분자 2를 포함하는 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질을 합성한 것이다. 분자 1과 분자 2는 아세톤과 물이 일정 비율로 사용된 용매 상에서 쿼세틴에 양친매성 물질을 형성할 수 있는 친수성 작용기를 첨가하여 합성될 수 있다. 도 1에서 분자 1과 분자 2는 용매에 의해 조절되는 용매 선택성을 보여주고 있고, 쿼세틴 유도체는 용매인 아세톤과 물을 다른 비율로 사용하여 에테르화 반응에 의해 선택적으로 합성됨을 나타내고 있다. 부연하여, 본 발명에서는 상기 화학식 1로 대표되는 분자 1과 분자 2를 포함하는 쿼세틴 유도체를 합성하기 위하여 용매로 아세톤과 물을 일정 비율로 사용할 수 있다. 이때, 아세톤 : 물 = 10~0 : 0~10의 부피비로 사용될 수 있다. 아세톤 : 물 = 10 : 0의 부피비로 사용시, 거의 100%에 도달하는 수득율로 분자 1의 쿼세틴 유도체를 합성할 수 있다. 아세톤 : 물 = 9 : 1의 부피비로 사용시, 60% 이상에 해당하는 수득율로 분자 1의 쿼세틴 유도체를 합성할 수 있다. 즉, 분자 1은 용매로 물이 10부피% 이내로 사용된 수용액에서 높은 선택성을 가질 수 있고 수득율을 높일 수 있다. 이에 반하여, 물의 사용 비율을 20부피% 이상으로 높일 시, 분자 1에 비해 분자 2의 선택성을 가질 수 있다. 분자 2는 아세톤 : 물 = 8 : 2의 부피비로 사용시 80% 이상에 해당하는 수득율로 분자 2의 쿼세틴 유도체를 합성할 수 있다. 쿼세틴을 양친매성 물질로 만들기 위한 친수성 작용기는 예를 들어, 에틸렌글리콜[HO(CH2)2OH]이나 테트라에틸렌글리콜[C8H18O5] 등의 에틸렌글리콜계, 친수성 펩타이드 중에서 하나일 수 있다. 또한, 쿼세틴을 양친매성 물질로 형성할 수 있는 또 다른 작용기로 메틸기가 사용될 수도 있다. 즉, 친수성 작용기를 메틸기로 대체할 수 있다. 분자 1은 합성을 통해 쿼세틴이 갖는 5개의 수산화기(-OH) 모두를 R(알킬기)로 치환한 것일 수 있다. 분자 1은 수용액 상에서 형광을 나타내는 분자로 합성된 것일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질은 쿼세틴이 갖는 5개의 수산화기(-OH) 모두를 R(알킬기)로 치환할 시 형광 특성을 갖게 할 수 있다. 알킬기(alkyl group, R)는 (-CnH2n+1)로 표시할 수 있다. 분자 1은 용매로 물이 10부피% 이내로 사용된 수용액에서 선택성을 가질 수 있다. 합성되는 분자 1의 수득율을 높일 수 있다. 분자 2는 합성을 통해 쿼세틴이 갖는 5개의 수산화기(-OH) 중에서 4개를 R(알킬기)로 치환한 것일 수 있다. 분자 2는 수용액 상에서 형광을 나타내지 않는 분자일 수 있다. 분자 2는 용매로 물이 20부피% 이상으로 사용된 수용액에서 선택성을 가질 수 있다. 합성되는 분자 2의 수득율을 높일 수 있다. 또한, 분자 2는 치환되지 않은 나머지 1개의 수산화기(-OH)를 (-OR2)로 치환시 형광 특성을 갖게 할 수 있다. 이때, R2는 아래 화학식 2에 나타낸 1 내지 7의 작용기 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. (화학식 2) 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질을 합성함에 있어 쿼세틴 기반으로 합성된 분자 1과 분자 2의 상태를 보여주는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 쿼세틴 골격의 무독성 합성물질은 상기 화학식 1로 대표되는 분자 1과 분자 2를 포함할 수 있다. 분자 1과 분자 2는 쿼세틴 유도체일 수 있다. 분자 1과 분자 2는 극성 양성자용 용매와 비양성자용 용매에서의 차이에 따른 용매화(solvation)의 차이에 의해 만들어질 수 있다. 분자 1이 합성된 이후, 일정 농도로 용해시켰을 때, 용매로 사용된 물과 분자 1인 분자의 친수성 작용기와의 수소 결합이 형성되어 형광 특성을 향상시킬 수 있다. 도 2의 (a)는 용매 극성에 따른 분자 1의 형광 상태를 보여주고 있다. 분자 1은 쿼세틴의 수산화기(-OH)로 인한 분자간 상호작용이 친수성 작용기를 통해 수산화기(-OH)간 상호작용이 사라지게 되면서 분자 1의 용해도를 증가