콜란산 고리를 포함하는 디글라이콜릭 디아마이드 유도체,그의 제조방법 및 용도

콜란산 고리를 포함하는 디글라이콜릭 디아마이드 유도체, 그의 제조방법 및 용도{Diglycolic diamide derivatives with containing cholanic acid ring, method for preparing them and use thereof}

본 발명은 콜란산 (cholanic acid)고리를 포함하는 디글라이콜릭 디아마이드(diglycolic diamide) 유도체 화합물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하기 화학식 1로 표시되는 콜란산 고리를 포함하는 디글라이콜릭 디아마이드 유도체, 그의 제조방법 및 용도에 관한 것이다.

화학식 1

상기 화학식 1에서,

R ₁ 및 R ₃ 은 N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세틸아미노아세톡시를 나타내고,

R ₂ 는 수소, N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세틸아미노아세톡시를 나타낸다.

지난 20 여년 동안 초분자 화학 (supramolecular chemistry)에 관한 연구는 다양한 분야에서 괄목할만큼 발전되었고, 이에 따라 최근에는 초분자의 응용이 여러분야에서 이루어지고 있다. 초분자은 분자내에 다양한 기능기를 가지고 있어서 이온이나 분자와 결합할 수 있으며 호스트-게스트 화학 (host-guest chemistry) 분야에서 다양하게 이용될 수 있다.

호스트-게스트 화학이란 분자 내에 이온이나 분자를 인식할 수 있는 다양한 인식 기능기 또는 인식 자리를 가지고 있는 호스트 화합물과 이온이나 분자와 같은 게스트와의 상호작용을 연구하는 분야이다. 1971년 모프 교수가 자연계에 존재하는 항생 물질이 이온선택성 물질 (ionophore)로서 생체막을 통하여 양이온을 선택적으로 이동시키는 능력이 있다고 발표 ( Helv. Chim. Acta 1971, 54, 268)한 이래로 많은 관심의 대상이 되어 왔으며 이를 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다.

초분자는 호스트-게스트 화학에 있어서 호스트로 이용될 수 있으며 게스트 분자와 선택적인 결합을 이룰 수 있도록 작용기를 가지고 있다. 이러한 초분자의 작용기는 게스트 분자와 공유결합이 아닌 분자내 상호작용에 의한 입체적인 가역적 결합을 한다. 초분자와 결합할 수 있는 게스트 분자는 중성분자 뿐만 아니라 전하를 띄는 이온종에까지 포함되며, 이들 초분자를 호스트-게스트 화학에 이용하면 특정 이온을 선택적으로 이동시키는 것이 가능하다. 크라운 에테르 (crown ether), 포단트 (podant), 크립탄드 (cryptand) 또는 스페란드 (spherand) 등과 같은 초분자 화합물들이 이온선택성 전극 (ion-selective electrode)과 광 센서 (optical sensor) 등에 대표적인 이온선택성 호스트로서 특정 이온을 정량하는데 이용되고 있으며, 바이오 센서 (biosensor), 기체 센서 (gas sensor) 등에서는 신호 변환부 역할을 하는 이온선택성 막으로 사용되고 있다.

한편 스테로이드 계통의 분자들은 분자의 크기, 키랄성, 구조적으로 고정되어 있는 다중 고리들을 고려할 때, 초분자 화학과 호스트-게스트 화학에 응용되기 위한 기본 골격으로 사용할 수 있다. 특히, 담즙산 (bile acid) 계통의 분자들은 입수가 용이하고 기능기의 도입 정도를 조절할 수 있으므로 활발한 연구가 진행되고 있다.

이러한 담즙산 계통의 분자들의 예를 하기에 나타내었다.

최근 담즙산의 일종인 두개의 콜산을 벤질기로서 연결하여 초분자내에 동공을 형성시킨 콜라판 (cholaphane)을 합성하여 이를 탄수화물의 호스트 분자로 응용하는 가능성이 연구된 바 있다 (AP Davis, RP Bonar-law, J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1989, 1050).

또한 콜란산, 케토콜산 및 디옥시콜산에 두개의 파이렌 (pyrene) 기를 도입하여 방향족 화합물과 상호 작용을 가능하게 한 하기와 같은 분자 집게 (molecular tweezer) 개념의 호스트 분자도 발표된 바 있다 (U. Maitra, J. Org. Chem., 1996, 61, 9494).

한편, 이온선택성 물질이 사용될 수 있는 대표적인 예로 이온센서를 들 수 있다. 이온센서의 일종인 이온선택성 막전극 (ion-selective membrane electrode)은 전극에 장착된 이온선택성 막이 특정 이온이나 분자와 결합했을 때 막 표면에 형성되는 전하 분리 (charge separation) 층에 의하여 발생되는 전위차를 측정하여 시료내 함유된 이온을 정량할 수 있다. 특히 이온선택성 전극은 특정 이온에 대한 선택성 (selectivity)이 우수하고, 분석 시간이 짧고, 분석 비용이 저렴하다는 점 (low cost) 등의 장점을 가지고 있으므로 지난 30 년간 거듭된 발전을 통해 식품 화학, 발효 공정, 환경 분석 그리고 혈액투석 (hemodialysis), 혈종 전해질 연속 자동 측정, 체외 순환 혈액 (extracorporeal blood) 등의 임상 화학 (clinical chemistry) 등에서 이온 종의 측정에 이용되고 있다.

이러한 이온선택성 막전극은 크게 두 가지 형태로 나누어질 수 있는데, 이온선택성 막과 내부 기준 전극 (inner reference metal electrode) 사이에 내부 기준 용액 (inner reference filling solution)을 가지고 있어야 하는 재래식 이온선택성 막전극 (convention ion-selective membrane electrode)과 내부 기준 용액을 필요로 하지 않는 고체상 이온선택성 막전극 (solid-state ion-selective membrane electrode)이 그것이다 ( 도 1a 및 도 1b ).

이온선택성 막전극의 조성은 지지체 (matrix)로 사용되는 고분자 (polymer), 특정 이온과 결합하여 전하 분리를 일으키는 이온선택성 물질 및 가소제 (plasticizer)로 이루어져 있으며 이온선택성 막에 따라서 친유성 첨가제 (lipophilic additive)를 첨가하기도 한다.

알려진 칼슘 이온센서는 친유성 음이온(eg, ClO ₄ ^- , SCN ^- , I ^- , Br ^- , salicylate)등에 의하여 심각한 방해 작용을 받는 것으로 알려져 있으며 이온감응전극 이론에서는 이러한 방해 작용을 좀더 낮은 결합상수를 갖는 이온선택성 물질을 사용함으로서 보완할 수 있다고 예상하고 있다.

이온 결합의 성질은 일반적으로 굳고 연한 산과 염기 (hard soft acid base, HSAB) 개념에 의하여 설명이 된다. 유기분자의 루이스 산도-염기도에 의하면, 비이온성 기능기는 에스테르 < 에테르 < 포스파이트 < 아마이드 < 아민 의 순서로 양이온에 대한 결합능력이 강하다. 에스테르기 및 에테르기는 물 분자와 비슷한 염기도가 낮아 수용액 상에서의 칼슘과 같은 알칼리토금속 2가 양이온에 대한 결합력이 약하다. 아민기의 경우에는 크립탄트 유도체들과 같이 알칼리토금속 2가 양이온에 대한 결합능력이 지나치게 강하여 가역적 감응을 할 수 없어 이온 감응 성분으로서 부적합하다. 그 결과 양이온에 대한 결합능력을 고려하여 볼 때 이온선택성 물질은 포스파이트기 또는 아마이드기를 함유하는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명자들은 상기와 같은 이온선택성 물질의 문제점을 해결하고자 콜란산 고리를 포함하는 새로운 디글리콜릭 디아마이드 유도체를 합성하고 이러한 물질이 분자내에 2∼3개의 배위자리를 도입할 수 있는 작용기가 한쪽 방향으로 배향되어 있어 호스트-게스트 화학에 있어서 호스트 물질로 유용하게 사용될 수 있으며, 특히 칼슘 이온에 대한 선택성이 우수하여 이온센서에 적합하게 응용할 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 콜란산 고리를 포함하는 디글라이콜릭 디아마이드 유도체 화합물을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 콜란산 고리를 포함하는 디글라이콜릭 디아마이드 유도체의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 콜란산 고리를 포함하는 디글라이콜릭 디아마이드 유도체의 호스트 물질로 사용되는 용도를 제공하는 것이다.

도 1a 는 일반적인 재래식 이온선택성 막전극의 단면도이고,

도 1b 는 고체상 이온선택성 막전극의 단면도이고,

도 2a 는 이온선택성 물질로 콜란산 고리를 포함하는 디글라이 콜릭 디아마이드 화합물 (이하 "디글라이콜릭 디아마이드 유도체"라 약칭함)을 사용하고, PVC-지지체, 친유성 첨가제, 가소제가 첨가된 칼슘이온선택성 막을 재래식 전극에 장착한 (a) 칼슘 이온, (b) 나트륨 이온, (c) 마그네슘 이온, 및 (d) 칼륨 이온에 대한 감응 그래프이고,

도 2b 는 이온선택성 물질로 (-)-(R,R)-N,N'-[비스(11-에톡시카르보닐)운데실]-N,N'-4,5-테트라메틸-3,6-디옥사옥탄디아마이드[(-)-(R,R)-N,N'-[bis(11-etho xycarbonyl)undecyl]-N,N'-4,5-tetramethyl-3,6-dioxaoctanediamide, 이하 "ETH 1001"라 약칭함)을 사용하고, PVC-지지체, 친유성 첨가제, 가소제가 첨가된 칼슘이온선택성 막을 재래식 전극에 장착하여 (a) 칼슘 이온, (b) 나트륨 이온, (c) 마그네슘 이온, 및 (d) 칼륨 이온에 대한 감응 그래프이고,

도 2c 는 이온선택성 물질로 N,N,N',N'-테트라시클로헥실-3-옥사펜탄디아마이드 (N,N,N',N'-tetracyclohexyl-3-oxapentanediamide, 이하 "ETH 129"라 약칭함) 을 사용하고, PVC-지지체, 친유성 첨가제, 가소제가 첨가된 칼슘이온선택성 막을 재래식 전극에 장착한 (a) 칼슘 이온, (b) 나트륨 이온, (c) 마그네슘 이온, 및 (d) 칼륨 이온에 대한 감응 그래프이고,

도 3a 는 이온선택성 물질로 (a) 디글라이콜릭 디아마이드 유도체, (b) ETH 1001, 및 (c) ETH 129 를 사용한 재래식 칼슘 이온선택성 전극의 칼슘 이온에 대한 감응성을 나타낸 것이고,

도 3b 는 이온선택성 물질로 (a) 디글라이콜릭 디아마이드 유도체, (b) ETH 1001, 및 (c) ETH 129 를 사용한 재래식 칼슘 이온선택성 전극의 pH 에 대한 감응특성을 나타낸 것이고,

도 4a 는 이온선택성 물질로 디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 사용한 재래식 칼슘 이온선택성 전극의 (a) 염화칼슘, (b) 칼슘티오시아네이트에 대한 감응 그래프이고,

도 4b 는 이온선택성 물질로 ETH 1001 을 사용한 재래식 칼슘 이온선택성 전극의 (a) 염화칼슘, (b) 칼슘티오시아네이트에 대한 감응 그래프이고,

도 4c 는 이온선택성 물질로 ETH 129 를 사용한 재래식 칼슘 이온선택성 전극의 (a) 염화칼슘, (b) 칼슘티오시아네이트에 대한 감응 그래프이고,

도 5 는 (a) 디글라이콜릭 디아마이드 유도체, (b) ETH 1001, 및 (c) ETH 129 를 사용한 재래식 칼슘 이온선택성 전극의 칼슘티오시아네이트에 대한 감응 특성을 나타낸 그래프이고,

도 6a 는 이온선택성 물질로 디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 사용한 재래식 칼슘 이온선택성 전극으로 (a) 0.05 M Tris-H ₂ SO ₄ , pH 7.4 완충용액에서 칼슘감응과 (b) 0.05 M Tris-H ₂ SO ₄ , pH 7.4 완충용액에 0.01 M 소듐퍼클로레이트 (NaClO ₄ )가 존재하는 상태에서 칼슘감응을 나타낸 그래프이고,

도 6b 는 이온선택성 물질로 ETH 1001 을 사용한 재래식 칼슘 이온선택성 전극으로 (a) 0.05 M Tris-H ₂ SO ₄ , pH 7.4 완충용액에서 칼슘감응과 (b) 0.05 M Tris- H ₂ SO ₄ , pH 7.4 완충용액에 0.01 M NaClO ₄ 가 존재하는 상태에서 칼슘감응을 나타낸 그래프이고,

도 6c 는 이온선택성 물질로 ETH 129 를 사용한 재래식 칼슘 이온선택성 전극으로 (a) 0.05 M Tris-H ₂ SO ₄ , pH 7.4 완충용액에서 칼슘감응과 (b) 0.05 M Tris- H ₂ SO ₄ , pH 7.4 완충용액에 0.01 M NaClO ₄ 가 존재하는 상태에서 칼슘감응을 나타낸 그래프이고,

도 7 은 이온선택성 물질로 (a) 디글라이콜릭 디아마이드 유도체, (b) ETH 1001, 및 (c) ETH 129 를 사용한 재래식 칼슘 이온선택성 전극으로 0.05 M Tris-H ₂ SO ₄ , pH 7.4 완충용액에 0.01 M NaClO ₄ 가 존재하는 상태에서 칼슘감응을 나타낸 그래프이고,

도 8 은 이온선택성 물질로 (a) 디글라이콜릭 디아마이드 유도체, (b)ETH1001, 및 (c) ETH 129 를 이온선택성 물질로 사용한 칼슘 이온선택성 전극의 시간에 따른 칼슘에 대한 감응성능을 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 전극 몸체 20 : 고정체

30 : 내부기준전극 (Ag/AgCl) 40 : 내부기준용액

50 : 이온선택성 막 60 : Ag

70 : 세라믹판 80 : 절연체

90 : AgCl

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 하기 화학식 1로 표시되는 콜란산 고리를 포함하는 새로운 디글라이콜릭 디아마이드 유도체, 그의 제조방법 및 호스트 물질로서 사용될 수 있는 구체적인 용도를 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서는, 우선 하기 화학식 1로 표시되는 콜란산 고리를 포함하는 새로운 디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 제공한다.

화학식 1

상기 화학식 1에서,

R ₁ 및 R ₃ 은 N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시-아세틸아미도아세톡시를 나타내고,

R ₂ 는 수소, N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시-아세틸아미도아세톡시를 나타낸다.

상기 본 발명의 화합물들 중 대표적인 화합물에는 하기와 같은 화합물이 있다 :

1) N,N-디옥틸-3α,7α,12α-트리스-N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세틸아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드 (실시예 1의 화합물)

2) N,N-디옥틸-3α,12α-비스-N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세틸아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드 (실시예 2의 화합물)

담즙 계통의 화합물의 일종인 콜란산 유도체들은 구조적으로 고정되어 있는 스테로이드 고리를 포함하고 있고, 3번, 7번 및 12번 위치에 존재하는 수산기가 스테로이드 고리 평면의 한쪽 면에 거의 수직으로 배향되어 있는 특징이 있다. 그 결과 분자의 한쪽 면은 소수성 기질이 나타나고 다른 한쪽 면은 친수성 기질이 나타나게 된다. 이러한 성질을 이용하여 한쪽 방향으로 2개 이상의 디글라이콜릭 디아마이드를 도입하고, 상기 도입된 기능기가 같은 방향으로 배향됨에 따라 양이온과의 상호 작용이 증가하여 결합이 매우 용이해진다.

또한 본 발명에서는 상기 화학식 1의 콜란산 고리를 포함하는 새로운 디글라이콜릭 디아마이드 유도체의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 콜란산 고리를 포함하는 새로운 디글라이콜릭 디아마이드 유도체의 제조 방법은;

1) 디글라이콜릭 무수물로부터 N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세트산 (N-he ptyl-N-methylcarbamoylmethoxyacetic acid)을 제조하는 단계 (단계 1);

2) 콜란산 유도체들의 카르복실기를 디알킬 아마이드기로 보호하는 단계 (단계 2);

3) 단계 2의 디알킬 아미드로 보호된 콜란산 유도체의 3번, 12번 또는 3번, 7번, 12번 위치의 히드록시기를 아미노아세톡시 (aminoacetoxy)로 치환하는 단계 (단계 3);

4) 단계 3의 아미노아세톡시기로 치환된 콜란산 유도체 및 단계 1의 N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세트산을 반응시키는 단계 (단계 4)로 이루어진다.

이하 상기 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.

(단계 1) N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세트산의 제조

디글라이콜릭 무수물과 N-헵틸-N-메틸 아민을 피리딘(pyridine) 용매하에서 환류 교반한 다음, 1 M 염산 수용액을 가하여 N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세트산을 제조한다.

(단계 2) 카르복실기의 보호

단계 2는 콜란산에 존재하는 카르복실기를 디알킬 아마이드로 보호하는 단계로서, 하기 반응식 2에 나타난 바와 같이 3차의 과정으로 구성되어 있다.

제 1과정: 히드록시기의 포밀옥시기화 반응

제 1과정은 디옥시콜산 또는 콜산을 포름산과 반응시키고 무수 초산으로 침전시켜 3번, 12번 또는 3번, 7번, 12번의 히드록시기를 포밀옥시기로 치환된 콜란산 유도체를 제조한다.

제 2과정: 카르복실기의 디알킬 아마이드화 반응

제 2과정은 상기 제 1과정에서 포밀옥시기로 치환된 콜란산 유도체를 디옥틸아민과 디클로로메탄 및 메틸클로로메이트하에서 반응시켜 카르복실기를 N,N'-디옥틸아마이드기로 치환한다.

제 3과정: 포밀옥시기의 히드록시화 반응

제 3과정은 상기 제 1과정에서 3번, 12번 또는 3번, 7번, 12번의 포밀옥시기를 다시 히드록시기로 복원한다. 상기 제2과정의 N,N'-디옥틸아마이드기로 치환된 콜란산을 테트라하이드로푸란 용매하에서 K ₂ CO ₃ 를 이용하여 히드록시기로 복원한다.

(단계 3) 아미노아세톡시의 제조

단계 3는 하기 반응식 3에 나타난 바와 같이 3차의 과정으로 구성되어 있다.

제 1과정; 히드록시기의 아세틸화 반응

제 1과정은 상기 단계 2에서 제조된 콜란산 유도체를 클로로아세틸 클로라이드 및 CaH ₂ , 테트라부틸암모늄 브로마이드 (n-Bu ₄ NBr)와 톨루엔 용매하에서 환류 교반하여 반응시켜 콜란산 유도체의 3번, 12번 또는 3번, 7번, 12번의 히드록시기를 클로로아세톡시기로 아세틸화 한다.

제 2과정; 아세틸기의 아자이드화 반응

제 2과정은 상기 제 1과정에서 아세틸화된 콜란산 유도체의 클로로아세톡시기의 클로린을 디메틸포름 아마이드 용매하에서 NaN ₃ 와 반응시켜 아자이드기로 치환시킨다.

제 3과정; 아자이드기의 아미노기화 반응

제 3과정은 상기 제 2과정에서 아자이드화된 콜란산 유도체를 약간의 수분이 함유된 테트라하이드로푸란 용매하에서 트리페닐 포스핀과 반응시켜 아자이드기를 아미노기로 환원시켜 아미노아세톡시기를 제조한다.

(단계 4) 콜란산 고리를 포함하는 디글라이콜릭 디아마이드 유도체의 제조

단계 4는 하기 반응식 4에 나타난 바와 같이 단계 3에서 제조된 콜란산 유도체들 및 단계 1에서 제조된 N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세트산을 반응시켜 콜란산 고리를 포함하는 디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 제조하여 본 발명을 완성한다.

단계 4는 단계 3에서 제조된 3번, 12번 또는 3번, 7번, 12번 위치에 아미노아세톡시기를 포함한 콜란산 유도체를 1-히드록시벤조트리아졸 하이드레이트 및 1-(3-디메틸아미노프로필)-3-에틸카르보디이미드히드록시 클로라이드와 디클로로메탄 및 디메틸포름아마이드 공용매하에서 반응시켜 아민기를 활성화한 다음, 단계 1에서 제조된 N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세트산과 반응시키는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 상기 화학식 1의 화합물을 호스트-게스트 물질로 사용하는 용도를 제공한다. 즉 본 발명의 화합물은 호스트 물질로 사용될 수 있다.

호스트-게스트 화학에 있어서 호스트 물질은 게스트 물질의 운반체 (carrier)와 받게 (receptor) 역할을 하며, 환경 분석에 있어서 물의 경도 측정 또는 생체 시료 분석시의 혈액 중 칼슘 농도 측정 등에 유용한 이온선택성 전극 (ion-selective electrode)으로 사용될 수 있다.

본 발명에서는 화학식 1의 화합물을 포함하는 호스트 물질용 조성물을 제공한다. 본 발명의 호스트 물질용 조성물은 화학식 1로 표시되는 콜란산 고리를 포함하는 디글라이콜릭 디아마이드 유도체 화합물, 고분자 지지체 및 가소제로 호스트 물질용 조성물을 구성한다.

상기 호스트 물질용 조성물은 상기 환경 분석시 또는 생체 시료 분석시 시료 중의 이온을 검출하기 위한 이온선택성 막으로 각종 센서에 유용하게 사용될 수 있으며, 특히 칼슘 이온 검출에 유용하게 사용될 수 있다.

상기 호스트 물질용 조성물에서, 고분자 지지체는 폴리비닐클로라이드 (PVC), 폴리우레탄 (PU) 등의 고분자 화합물이 사용될 수 있다.

상기 호스트 물질용 조성물에서, 가소제는 비스(2-에틸헥실)아디페이트 (DOA), 2-니트로페닐옥틸 에테르 (NPOE) 등의 에테르 계열의 화합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.

상기 호스트 물질용 조성물은 상기 조성에 더하여 친유성 첨가제를 더 포함할 수 있는데, 이 때 친유성 첨가제로는 포타슘 테트라키스(4-클로로페닐)보레이트 (KTpClPB), 테트라도데실암모늄테트라키스(4-클로로페닐)보레이트 (ETH 500), 및 포타슘테트라키스[3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐]보레이트 (KTFPB) 중에서 선택되는 것을 사용할 수 있다. 이때 각 조성이 함량은 이 분야의 통상의 지식을 가진자에 의하며 수행될 수 있다.

이하 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 이들에 의해서 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> N,N-디옥틸-3α,7α,12α-트리스-N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세틸아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드의 합성

(단계 1) N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세트산의 합성

N-헵틸-N-메틸아민 1.208 mL (7.18 mmol), 디글라이 콜릭 무수물 0.834 g (7.18 mmol)을 10 mL의 피리딘에 녹이고 24시간 환류 교반한 다음 상온으로 냉각하였다. 이어서 피리딘을 감압 증류를 하여 제거하고 여액을 디클로로메탄 80 mL에 녹여 1 M 염산 80 mL로 1회, 물 80 mL로 1회 씻어주었다. 유기층을 무수황산 마그네슘으로 건조시킨 후 감압 증류 하여 1.437 g의 표제화합물을 오일 (oil) 형태로 얻었다(수율 82%).

C ₁₂ H ₂₃ NO ₄ ; TLC (메탄올 : 에틸아세테이트 = 1 : 19) R _f , 0.15; ¹ H NMR(300MHz, CDCl ₃ ) δ12.50 (s, 1H), 4.40 (d, 2H), 4.20 (s, 2H), 3.50-3.30 (m, 2H) 2.94 (d, 3H), 1.54 (br, 8H), 0.87 (s, 3H) ; IR (neat) ν _max 2993, 2848, 2736, 1749, 1643, 729 cm ^-1 .

(단계 2) 콜란산 유도체의 카르복실기 보호 : N,N-디옥틸-3α,7α,12α-트리히드록시-5β-콜란-24-아마이드의 합성

제 1과정: 히드록시기의 포밀옥시기화 반응 (3α,7α,12α-트리포밀옥시-5β-콜란산의 합성)

콜산 2.05 g (5 mmol)과 포름산 (formic acid) 8 mL (98 %)를 상온에서 교반하면서 2 방울의 과염소산 (perchloric acid, 70 %)을 적가하고 40∼45 ℃에서 1.5시간 동안 교반하였다.

이 혼합물을 35 ℃로 냉각한 뒤, 반응 용액의 온도를 40∼45 ℃로 유지하면서 많은 양의 기포가 발생할 때까지 무수 초산을 천천히 적가하였다 (약 8.5 mL의 무수 초산이 요구된다). 상기 혼합물을 80 mL의 증류수에 가하여 교반한 후, 침전물을 여과하고 물로 세척한 후 건조하여 2.46 g의 표제화합물을 백색분말 형태로 합성하였다 (수율 100%).

C ₂₇ H ₄₀ O ₈ ; TLC (아세톤:헥산 = 1:1) R _f , 0.55; mp 206-208 ℃; ¹ H NMR (300 MHz, CDCl ₃ ) δ 12.0 (br m, 1H), 8.15 (s, 1H), 8.09 (s, 1H), 8.01 (s, 1H), 5.25(s, 1H, 12-CH), 5.06 (s, 1H, 7-CH), 4.70 (br, 1H, 3-CH), 2.41-0.75 (m, 33H); IR (film) ν _max 3691-2394 (br), 2947, 2868, 1723, 1460, 1387, 1183, 986, 762 cm ^-1

제 2과정: 카르복실기의 디알킬 아마이드화 반응 (N,N'-디옥틸-3α,7α,12α-트리포밀옥시-5β-콜란산-24-아마이드의 합성)

단계 2에서 제조된 화합물 2.46 g (5 mmol)과 트리에틸아민 770 μL (5.5 mmol)를 45 mL의 디클로로메탄 용매하에서 교반하면서, 메틸 클로로포메이트 (methyl chloroformate) 428 μL (5.5 mmol)를 0 ℃ 에서 적가하고 같은 온도에서 2시간 동안 교반하였다. 이 혼합물에 N,N-디옥틸아민 1.81 mL (6 mmol)를 적가하고같은온도에서 2시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 혼합물을 디클로로메탄 100 mL 와 증류수 100 mL로 추출한 후, 유기층을 무수 황산마그네슘으로 건조시키고 감압 증류하였다. 마지막으로, 상기 혼합물을 실리카겔 칼럼 (에틸 아세테이트:헥산 = 3:17)으로 정제하여 2.7 g의 표제화합물을 왁스 (wax)형태의 고체로 합성하였다 (수율 75%).

C ₄₃ H ₇₃ NO ₇ ; TLC (에틸 아세테이트:헥산 = 3:7) R _f , 0 _. 42; ¹ H NMR (300 MHz, CDCl ₃ ) δ 8.16-8.02 (s, 3H), 5.28 (s, 1H, 12-CH), 5.06 (s, 1H, 7-CH), 4.85 (brm, 1H, 3-CH), 3.4-3.18 (m, 4H), 2.39-0.68 (m, 63H); IR (film) ν _max 2940, 2861, 2736, 1729, 1637, 1473, 1374, 1190, 762 cm ^-1 .

제 3과정: 포밀옥시기의 히드록시화 반응 (N,N-디옥틸-3α,7α,12α-트리히드록시-5β-콜란-24-아마이드의 합성)

상기 단계 2의 표제 화합물 850 mg (1.19 mmol)을 17 mL THF 용매에 용해한 후 3 % K ₂ CO ₃ 15 mL (메탄올:증류수= 4:1)를 적가하고 이 혼합물을 60 ℃에서 72시간 동안 교반하였다. 휘발성 물질을 감압 증류로 제거하고 혼합물을 디클로로메탄 100 mL로 희석한 다음 용액이 약산성을 나타낼 때까지 포화 염화 암모늄 수용액을 가하였다 (약 40 mL). 유기층을 분리한 뒤 증류수 100 mL로 세척하고 무수 황산마그네슘으로 건조한 후 감압 증류하였다. 상기 혼합물을 실리카겔 칼럼 (에틸 아세테이트:헥산 = 13:7)으로 정제하여 570 mg의 표제화합물을 왁스(wax)형태의 고체로 합성하였다 (수율 76%).

C ₄₀ H ₇₃ NO ₄ ; TLC (에틸 아세테이트) R _f ,0.25; ¹ H NMR (300 MHz, CDCl ₃ ) δ 3.99 (s, 1H, 12-CH), 3.84 (s, 1H, 7-CH), 3.43 (br m, 1H, 3-CH), 3.37-3.20 (m, 4H), 2.24-0.67 (m, 63H); IR (CHCl ₃ ) ν _max 3408 (br), 2943, 2864, 1625, 1474, 1383 cm ^-1 .

(단계 3)아미노아세톡시의 제조: N,N-디옥틸-3α,7α,12α-트리아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드의 합성

제 1과정: 히드록시기의 아세틸화 반응 (N,N-디옥틸-3α,7α,12α-트리클로로아세톡시-5β-콜란-24-아마이드의 합성)

상기 단계 2에서 제조된 N,N-디옥틸-3α,7α,12α-트리히드록시-5β-콜란-24-아마이드 868 mg (1.37 mmol), CaH ₂ 608 mg (13.7 mmol), 테트라부틸암모늄 브로마이드 111 mg (0.34 mmol)과 톨루엔 10 mL의 혼합물을 교반하면서 클로로아세틸 클로라이드 2.3 mL (28.83 mmol)를 천천히 가하고 90 ℃에서 15시간 동안 교반하였다. 상기 혼합물을 실온으로 냉각후 셀라이트 (celite) 5 g이 충진된 글라스 필터 (glass filter)로 여과하고 디클로로메탄 50 mL로 씻어 주었다. 이 용액을 포화 탄산수소 나트륨 수용액 50 mL를 가하여 2회, 증류수 50 mL로 1회 세척한 후, 무수 황산마그네슘으로 건조하고 감압 증류하였다. 감압 증류된 혼합물을 실리카겔 칼럼 (에틸 아세테이트:헥산 = 1:9)으로 분리하여 870 mg의 표제화합물을 왁스 형태의 고체로 합성하였다 (수율 74%).

C ₄₆ H ₇₆ Cl ₃ NO ₇ ; TLC (에틸 아세테이트:헥산 = 3:7) R _f , 0.38; ¹ H NMR (300 MHz, CDCl ₃ ) δ5.22 (s, 1H, 12-H), 5.03 (s, 1H, 7-H), 4.66 (br m, 1H, 3-H), 4.13-4.02 (m, 6H, COCH ₂ Cl), 3.29-3.18 (m, 4H, N(CH ₂ R) ₂ , 2.31-0.76 (m, 63H) ; ¹³ C NMR (75 MHz, CDCl ₃ ) δ12.11, 14.10, 17.81, 22.32, 22.62, 22.64, 22.91, 25.23,26.47, 26.95, 27.07, 27.18, 27.80, 28.54, 29.18, 29.21, 29.26, 29.33, 29.40, 30.01, 31.20, 31.32, 31.76, 31.81, 33.29, 34.40, 34.49, 34.90, 37.93, 40.64, 41.17, 41.20, 42.88, 45.22, 45.91, 47.63, 48.00, 73.12, 75.89, 77.42, 166.30, 166.60, 166.82, 172.62; IR (neat) ν _max 2934, 2855, 1739, 1633, 1467, 1281, 1188, 1056, 1003, 732 cm ^-1 .

제 2과정: 아세틸기의 아자이드화 반응 (N,N-디옥틸-3α,7α,12α-트리아지도아세톡시-5β-콜란-24-아마이드의 합성)

상기 제 1과정에서 얻어진 표제화합물 1.594 g (1.85 mmol), NaN ₃ 0.902 g (13.88 mmol)을 다이메틸포름 아마이드 (DMF) 15 mL에 녹여 60 ℃에서 14 시간동안 교반하였다. 이어서 상기 혼합물을 감압 증류하여 휘발성 물질을 제거하고 디클로로메탄 80 mL와 NaCl 포화수용액 80 mL를 가하여 층분리한 다음, 유기층을 선택하여 무수 황산마그네슘으로 건조하고 감압 증류하여 농축하였다. 농축된 혼합물을 실리카겔 칼럼 (에틸 아세테이트:헥산 = 1:4)으로 분리하고 건조시켜 1.285 g의 표제화합물을 왁스 형태의 고체로 합성하였다 (수율 79%).

C ₄₆ H ₇₆ N ₁₀ O ₇ ; TLC (에틸 아세테이트:헥산 = 3:7) R _f , 0.45; ¹ H NMR (300 MHz, CDCl ₃ ) δ5.28 (s, 1H, 12-H), 5.08 (s, 1H, 7-H), 4.71 (br m, 1H, 3-H), 3.95-3.81 (m, 6H, COCH ₂ Cl), 3.34-3.18 (m, 4H, N(CH ₂ R) ₂ , 2.31-0.78 (m, 63H) ; ¹³ C NMR (75 MHz, CDCl ₃ ) δ12.19, 14.09, 14.10, 17.92, 22.35, 22.62, 22.64, 22.86, 25.55, 26.58, 26.94, 27.07, 27.11, 27.80, 28.99, 29.18, 29.21, 29.25, 29.33, 29.40, 29.99, 31.23, 31.30, 34.27, 34.41, 34.79, 37.77, 40.59, 43.32, 45.23, 45.92, 47.89, 48.00, 50.53, 50.79, 50.89, 72.94, 75.49, 77.33, 167.59, 167.62, 167.77, 172.56; IR (film) ν _max 2934, 2861, 2111, 1742, 1643, 1472, 1433, 1380, 1302, 735 cm ^-1 .

제 3과정: 아자이드기의 아미노기화 반응 (N,N-디옥틸-3α,7α,12α-트리아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드의 합성)

상기 제 2과정에서 얻어진 표제화합물 1.182 g (1.34 mmol), 트리페닐 포스핀 1.160 g (4.42 mmol), 물 80 μL (4.42 mmol)을 THF 15 mL에 녹이고 상온에서 교반하였다. 20 시간 후 감압 증류하여 휘발성 물질을 제거하여 농축한 다음, 농축된 혼합물을 실리카겔 칼럼 (디클로로메탄:메탄올:암모니아수 = 15:2: 0.1)으로 분리하고 건조시켜 1.013 g의 표제화합물을 왁스 형태의 고체로 합성하였다 (수율 94%). 이 표제화합물의 스펙트럼 데이타는 화합물이 불안정하여 얻을 수 없었고 다음 단계의 반응을 통하여 간접적인 확인을 하였다.

C ₄₆ H ₈₂ N ₄ O ₇ ; TLC (디클로로메탄:메탄올:암모니아수 = 15:2:0.1) R _f , 0.20.

(단계 4) 콜란산 고리를 포함하는 디글라이콜릭 디아마이드 유도체의 제조; N,N-디옥틸-3α,7α,12α-트리스-N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세틸아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드의 합성

상기 단계 1에서 얻어진 N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세트산 329 mg (1.34 mmol)을 1-하이드록시벤조트리아졸 하이드레이트 (HOBT) 235 mg (1.74 mmol)과 디클로로메탄 (10 mL) 및 DMF (1 mL) 혼합용매에 녹이고 교반시킨 다음, 10분 후 상기 용액에 1-(3-디메틸아미노프로필)-3-에틸카보디이미드 히드로클로라이드 (EDC) 334 mg (1.74 mmol)을 넣고 0 ℃로 냉각하였다. 상기 단계 3에서 얻어진 N,N-디옥틸-3α,7α,12α-트리아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드 331 mg (0.41 mmol)을 디클로로메탄 5 mL에 녹인 용액을 상기 0 ℃로 냉각된 혼합물 용액에 천천히 가하고 24 시간 동안 상온에서 교반하였다. 교반후, 상기 혼합물을 디클로로메탄 30 mL로 희석하고 3 M 염산 30 mL로 3회, 증류수 30 mL로 1회 세척한 뒤 무수 황산마그네슘으로 건조하고 감압 증류하여 휘발성 물질을 제거하였다. 이 혼합물을 실리카겔 칼럼 (메탄올:에틸 아세테이트 = 1:10) 으로 분리하여 표제화합물 325 mg을 왁스 형태의 고체로 합성하였다 (수율 53%).

C ₈₂ H ₁₄₅ N ₇ O ₁₆ ; TLC (메탄올:에틸 아세테이트 = 1:10) R _f , 0.25; ¹ H NMR (300 MHz, CDCl ₃ ) δ5.16 (s, 1H, 12-H), 4.98(s, 1H, 12-H), 4.75 (br m, 1H, 3-H), 4.47-4.19 (m, 12H, CH ₂ OCH ₂ ), 4.15-4.03 (m, 6H, RCOCH ₂ NHR), 3.38-3.12 (m, 10H,NCH ₂ R), 2.96 (m, 9H, NCH ₃ ), 2.32-0.68 (m, 102H) ; ¹³ C NMR (75 MHz, CDCl ₃ ) δ12.27, 14.05, 14.09, 17.80, 22.38, 22.55, 22.59, 22.63, 22.79, 25.34, 26.63, 26.67, 26.76, 16.93, 27.10, 27.81, 28.25, 28.34, 28.86, 28.98, 29.05, 29.18, 29.21, 29.26, 29.34, 29.42, 29.69, 30.29, 30.53, 31.28, 31.33, 31.43, 31.69, 31.75, 31.77, 31.82, 33.17, 33.39, 33.46, 33.82, 34.05, 34.17, 34.93, 35.20, 36.49, 37.82, 39.04, 41.08, 41.22, 41.37, 43.35, 45.29, 45.87, 47.81, 47.91, 48.00, 48.14, 48.22, 48.81, 48.85, 49.07, 51.85, 60.38, 67.91, 68.01, 69.49, 69.66, 71.19, 71.56, 71.64, 72.21, 77.33, 162.55. 168.02, 168.20, 168.50, 168.66, 168.82, 168.98, 169.08, 170.05, 172.77 IR (film) ν _max 3355, 3065, 2927, 2854, 1742, 1657, 11538, 1137, 1045, 966, 808, 735 cm ^-1 .

<실시예 2> N,N-디옥틸-3α,12α-비스-N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세틸아미노아세톡시)-5β-콜란-24-아마이드의 합성

(단계 1) N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세트산의 합성

상기 실시에 1의 단계 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

(단계 2)콜란산 유도체의 카르복실기의 보호: N,N-디옥틸-3α,12α-디히드록시-5β-콜란-24-아마이드의 합성)

제 1과정: 히드록시기의 포밀옥시기화 반응 (3α,12α-디포밀옥시-5β-콜란산의 합성)

디옥시콜산 5 g (12.7 mmol)과 포름산 20 mL (98 %)를 교반하면서 4 방울의 과염소산(perchloric acid, 70 %)를 적가하고 55 ℃에서 1.5 시간 동안 교반하였다. 이 혼합물을 40 ℃로 냉각한 후 반응 용액의 온도를 55∼60 ℃로 유지하면서 다량의 기포가 발생할 때까지 무수 초산을 천천히 적가하였다 (약 25 mL의 무수 초산이 요구된다). 이 혼합물을 상온으로 냉각하고 200 mL의 증류수에 가하며 교반한 후, 생성된 침전물을 여과하고 증류수로 세척 후 건조하여 5.63 g의 표제화합물을 백색 분말 형태로 합성하였다 (수율 99%).

C ₂₆ H ₄₀ O ₆ ; TLC (아세톤:헥산 = 3:7) R _f , 0.61; mp 197-198 ℃; ¹ H NMR (300 MHz, CDCl ₃ ) 12.35 (br, 1H, COOH), 8.13 (s, 1H, CHO), 8.03 (s, 1H, CHO), 5.24 (s, 1H, 12-H), 4.83 (br m, 1H, 3-H), 2.43-2.18 (br m, 2H), 1.93-0.82 (m, 27H), 0.91(s, 3H, 19-CH3), 0.74(s, 3H, 18-CH3); IR (film) ν _max 3691-2394 (br), 2947, 2868, 1723, 1460, 1387, 1183, 986, 762 cm ^-1 .

제 2과정: 카르복실기의 디알킬 아마이드화 반응 (N,N'-디옥틸-3α,12α-디포밀옥시-5β-콜란산-24-아마이드의 합성)

상기 제 1과정에서 얻어진 표제화합물 500 mg (1.11 mmol)과 트리에틸아민171 mL (1.23 mmol)를 10 mL의 디클로로메탄 용매하에서 교반하면서 메틸 클로로포메이트 95 mL (1.23 mmol)를 0 ℃ 에서 적가하고 같은 온도에서 1시간 동안 교반하였다. 이 혼합물에 N,N-디옥틸아민 401 mL (1.33 mmol)를 적가하고 같은 온도에서 2시간 동안 교반하였다. 이어서, 상기 혼합물을 디클로로메탄 100 mL 와 증류수 100 mL로 추출한 후, 유기층을 무수 황산마그네슘으로 건조시키고 감압 증류하였다. 마지막으로, 상기 혼합물을 실리카겔 칼럼 (에틸 아세테이트:헥산 = 1:4)으로 분리하여 670 mg의 표제화합물을 왁스 (wax)형태의 고체로 합성하였다 (수율 98%).

C ₄₂ H ₇₃ NO ₅ ; TLC (에틸 아세테이트:헥산 = 3:7) R _f , 0.57; ¹ H NMR (300 MHz, CDCl ₃ ) δ 8.13 (s, 1H, CHO), 8.03 (s, 1H, CHO), 5.26 (s, 12-H), 4.82 (br m, 1H, 3-H), 3.35-3.16 (m, 4H, N(CH ₂ R) ₂ ), 2.37-0.83 (m, 59H), 0.92 (s, 3H, 19-CH ₃ ), 0.74(s, 3H, 18-CH ₃ ); IR (film) ν _max 2934, 2861, 2736, 1729, 1644, 1466, 1381, 1190, 762 cm ^-1 .

제 3과정: 포밀옥시기의 히드록시화 반응 (N,N-디옥틸-3α,12α-디히드록시-5β-콜란-24-아마이드의 합성)

상기 제 2과정에서 얻어진 표제화합물 4.238 g (6.31 mmol)을 20 mL의 THF에 용해시킨 후 3 % K ₂ CO ₃ 100 mL (메탄올:증류수 = 4:1)를 적가하고, 이 혼합물을 60℃에서 24시간 동안 교반하였다. 휘발성 물질을 감압 증류로 제거하고 혼합물을 디클로로메탄 100 mL로 희석한 뒤 용액이 약산성을 나타낼 때까지 포화 염화 암모늄 수용액을 가하였다 (약 100 mL). 유기층을 분리한 후 증류수 100 mL로 세척하고 무수 황산마그네슘으로 건조하고 감압 증류하였다. 상기 혼합물을 실리카겔 칼럼 (에틸 아세테이트:헥산 = 7:3)으로 분리하여 3.814 g의 표제화합물을 왁스형태의 고체로 합성하였다 (수율 80%).

C ₄₀ H ₇₃ NO ₃ ; TLC (에틸 아세테이트:헥산 = 2:1) R _f , 0.59; ¹ H NMR (300 MHz, CDCl ₃ ) δ 3.97 (s, 1H, 12-H), 3.60 (br m, 1H, 3-H), 3.35-3.18 (m, 4H, N(CH ₂ R) ₂ ), 2.39-0.82 (m, 58H), 0.91 (s, 3H, 19-CH ₃ ), 0.88 (d, 3H, J = 5.2 Hz, 21-CH ₃ ), 0.68 (s, 3H, 18-CH ₃ ); IR (film) ν _max 3401 (br), 2940, 2868, 1631, 1473, 1381, 1315, 1262, 1223, 1104, 1052, 762 cm ^-1 .

(단계 3) 아미노아세톡시의 제조: N,N-디옥틸-3α,12α-디아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드의 합성

제 1과정: 히드록시기의 아세틸화 반응 (N,N-디옥틸-3α,12α-디클로로아세톡시-5β-콜란-24-아마이드의 합성)

상기 단계 2에서 얻어진 N,N-디옥틸-3α,12α-디히드록시-5β-콜란-24-아마이드 1.491 g (2.42 mmol), CaH ₂ 1.018 g (24.2 mmol), 테트라부틸암모늄 브로마이드 195 mg (6.05 mmol)과 톨루엔 10 mL의 혼합물을 교반하면서 클로로아세틸 클로라이드 2.7 mL (33.88 mmol)를 천천히 가하고 90 ℃에서 5시간 동안 교반하였다. 상기 혼합물을 실온으로 냉각 후 셀라이트 5 g이 충진된 그라스 필터로 여과하고 디클로로메탄 80 mL로 씻어 주었다. 이 용액을 포화 탄산수소 나트륨 수용액 50 mL를 가하여 2회, 증류수 50 mL로 1회 차례로 세척한 후, 무수 황산마그네슘으로 건조하고 감압 증류하였다. 감압 증류된 혼합물을 실리카겔 칼럼 (에틸 아세테이트:헥산 = 1:9)으로 분리하여 1.494 g의 표제화합물을 왁스 형태의 고체로 합성하였다 (수율 80%).

C ₄₄ H ₇₅ Cl ₂ NO ₅ ; TLC (에틸 아세테이트:헥산 = 1:4) R _f , 0.37; ¹ H NMR (300 MHz, CDCl ₃ ) δ5.16 (s, 1H, 12-H), 4.75 (br m, 1H, 3-H), 4.03 (s, 2H), 3.99 (s, 2H), 3.29-3.11 (m, 4H, N(CH ₂ R) ₂ ), 2.32-2.03 (m, 2H, CH ₂ CO), 1.98-0.79 (m, 54H), 0.88 (s, 3H, 19-CH ₃ ), 0.84 (d, 3H, J = 5.8 Hz, 21-CH ₃ ), 0.71 (s, 3H, 18-CH ₃ ); ¹³ C NMR (75 MHz, CDCl ₃ ) δ12.29, 14.02, 17.69, 22.55, 22.85, 23.33, 25.46, 25.73, 26.27, 26.70, 26.85, 26.98, 27.27, 27.70, 29.13, 29.16, 29.24, 29.32, 29.83, 31.29, 31.67, 31.72, 31.85, 33.92, 34.24, 34.52, 34.81, 35.49, 36.21, 41.08, 41.12, 41.64, 42.60, 45.08, 45.80, 47.55, 47.89, 49.20, 76.20, 78.02, 166.42, 166.60, 172.58; IR (neat) ν _max 2933, 2856, 1754, 1733, 1649, 1474,1377, 1291, 1193, 1009, 786 cm ^-1 .

제 2과정: 아세틸기의 아자이드화 반응 (N,N-디옥틸-3α,12α-디아지도아세톡시-5β-콜란-24-아마이드의 합성)

상기 제 1과정에서 얻어진 표제 화합물 2.202 g (2.86 mmol), NaN ₃ 930 mg (14.3 mmol)을 DMF 20 mL에 녹인후 70 ℃에서 20 시간동안 교반하였다. 이어서 상기 혼합물을 감압 증류하여 휘발성 물질을 제거하고 디클로로메탄 80 mL와 NaCl 포화수용액 80 mL를 가하여 층분리한 다음, 유기층을 선택하여 무수 황산마그네슘으로 건조하고 감압 증류하여 농축하였다. 농축된 혼합물을 실리카겔 칼럼 (에틸 아세테이트:헥산 = 1:9)으로 분리하여 1.964 g의 표제화합물을 왁스 형태의 고체로 합성하였다 (수율 79%).

C ₄₄ H ₇₅ N ₇ O ₅ ; TLC (에틸 아세테이트:헥산 = 3:7) R _f , 0.57; ¹ H NMR (300 MHz, CDCl ₃ ) δ5.28 (s, 1H, 12-H), 4.81 (br m, 1H, 3-H), 3.90-3.83 (m, 4H), 3.37-3.17 (m, 4H, N(CH ₂ R) ₂ ), 2.41-2.12 (m, 2H, CH ₂ CO), 1.97-0.82 (m, 54H), 0.93 (s, 3H, 19-CH ₃ ), 0.88 (d, 3H, J = 6.6 Hz, 21-CH ₃ ), 0.76 (s, 3H, 18-CH ₃ ); ¹³ C NMR (75 MHz, CDCl ₃ ) δ12.41, 14.10, 17.93, 22.64, 22.89, 23.42, 25.68, 25.81, 26.50, 26.74, 26.92, 27.06, 27.33, 27.79, 29.17, 29.22, 29.26, 29.33, 29.40,29.69, 30.02, 31.38, 31.76, 31.81, 31.95, 33.99, 34.34, 34.61, 34.89, 35.56, 41.72, 45.11, 45.89, 47.99, 49.45, 50.49, 50.93, 75.96, 78.04, 167.51, 167.76, 172.66; IR (neat) ν _max 2932, 2861, 2113, 1749, 1646, 1472, 1298, 1203, 1013, 970 cm ^-1 .

제 3과정: 아자이드기의 아미노기화 반응 (N,N-디옥틸-3α,12α-디아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드의 합성)

상기 제 2과정에서 얻어진 표제 화합물 594 mg (0.76 mmol), 트리페닐 포스핀 438 mg (1.67 mmol), 증류수 31 μL (1.67 mmol)을 THF 10 mL에 녹이고 상온에서 교반하였다. 18 시간 후 감압 증류하여 휘발성 물질을 제거하고 농축한 다음, 농축된 혼합물을 실리카겔 칼럼 (디클로로메탄:메탄올:암모니아수 = 15:1:0.1)으로 분리하여 555 mg의 표제화합물을 왁스 형태의 고체로 합성하였다 (수율 100%). 이 화합물의 스펙트럼은 화합물이 불안정하여 얻을 수 없었고, 다음 단계의 반응을 통하여 간접적인 확인을 하였다.

C ₄₄ H ₇₉ N ₃ O ₅ ; TLC (디클로로메탄:메탄올:암모니아수 = 15:1:0.1) Rf, 0.28.

(단계 4) 콜란산 고리를 포함하는 디글라이콜릭 디아마이드 유도체의 제조; N,N-디옥틸-3α,12α-비스-N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세틸아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드의 합성

상기 단계 1에서 얻어진 N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세트산 258 mg (1.2 mmol)을 HOBT 196 mg (1.45 mmol)과 디클로로메탄 (10 mL) 및 DMF (1 mL) 혼합용매에 녹이고 10분간 교반시킨 후 EDC 278 mg (1.45 mmol)을 넣고 30분간 교반한 다음 0 ℃로 냉각하였다. 상기 단계 3에서 얻어진 N,N-디옥틸-3α,12α-디아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드 365 mg (0.5 mmol)을 디클로로메탄 5 mL에 녹인고, 0 ℃로 유지되고 있는 혼합물에 천천히 가하고 24 시간 동안 상온에서 교반하였다. 교반후 상기 혼합물을 디클로로메탄 30 mL로 희석하고 3 M 염산 30 mL로 3회, 증류수 30 mL로 1회 세척한 뒤 무수 황산마그네슘으로 건조하고 감압 증류하여 휘발성 물질을 제거하였다. 이 혼합물을 실리카겔 칼럼 (메탄올:에틸 아세테이트 = 3:7) 으로 분리하여 표제 화합물 305 mg을 왁스 형태의 고체로 합성하였다 (수율 1%).

C ₆₈ H ₁₂₁ N ₅ O ₁₁ ; TLC (메탄올:에틸 아세테이트 = 3:2) R _f , 0.52; ¹ H NMR (300 MHz, CDCl ₃ ) δ5.07 (s, 1H, 12-H), 4.62 (br m, 1H, 3-H), 4.27 (m, 4H, CH ₂ OCH ₂ ), 4.03 (m, 4H, CH ₂ OCH ₂ ), 3.95 (d, 2H, J = 6 Hz, RCOCH ₂ NHR), 3.89 (d, 2H, J = 6 Hz, RCOCH ₂ NHR), 3.30-3.12 (m, 8H, NCH ₂ R), 2.85 (s, 3H, NCH ₃ ), 2.83 (s, 3H, NCH ₃ ), 2.32-0.68 (m, 91H) ; ¹³ C NMR (75 MHz, CDCl ₃ ) δ12.04, 13.75, 17.46, 22.18, 22.23, 22.28, 22.66, 23.14, 25.33, 25.54, 26.10, 26.30, 26.43, 26.55, 26.73, 26.99, 27.45, 27.93, 28.63, 28.70, 28.85, 28.89, 28.94, 28.98, 29.05, 29.33, 29.67, 31.03, 31.34, 31.39, 31.41, 31.46, 31.74. 32.78, 33.01, 33.47, 33.51,33.70, 33.79, 33.99, 34.39, 34.54, 35.30, 40.68, 60.79, 41.50, 44.82, 45.52, 47.45, 47.64, 47.74, 48.41, 48.46, 48.63, 48.84, 69.08, 69.32, 70.09, 71.27, 75.11, 76.67, 167.91, 168.08, 168.51, 168.83, 169.50, 169.69, 172.51; IR (film) ν _max 3409, 3058, 2915, 2853, 1745, 1646, 1540, 1460, 1374, 1255, 1202, 1129, 731 cm ^-1 .

<실시예 3> 호스트 물질용 조성물의 제조

상기 실시예 1 및 실시예 2에서 얻어진 콜란산 고리를 포함한 새로운 디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 이용하여 이온선택성 막으로 사용 가능한 호스트 물질용 조성물을 제조하였다.

칼숨 이온 센서의 이온선택성 막으로 이용하기 위해 고분자 지지체, 가소제, 이온선택성 물질 및 친유성 첨가제로 이루어진 호스트 물질용 조성물을 제조하였다. 고분자 지지체로는 PVC, 가소제로는 비스(2-에틸헥실)아디페이트 (이하 "DOA"라 칭함) 또는 2-니트로페닐옥틸 에테르 (이하, "NPOE"라 칭함), 이온선택성 물질로는 A:N,N-디옥틸-3α,7α,12α-트리스-N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세틸아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드 (실시예 1의 화합물), B:N,N-디옥틸-3α,12α-비스-N-헵틸-N-메틸카바모일메톡시아세틸아미노아세톡시-5β-콜란-24-아마이드 (실시예 2의 화합물), 친유성 첨가제로는 포타슘 테트라키스(4-클로로페닐)보레이트 (이하 "KTpClPB"라 칭함), 테트라도데실암모늄테트라키스(4-클로로페닐)보레이트 (이하 "ETH 500"라 칭함) 및 포타슘테트라키스[3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐]보레이트 (이하 "KTFPB"라 칭함) 를 선택하여 사용하였으며, 각 실험에 사용된 조성은 하기 표 1 에 나타내었다.

<비교예 1∼4>

이온선택성 물질로 칼슘 이온선택성 물질인 Fluka사의 ETH 1001 [(-)-(R,R)-N,N'-[bis(11-ethoxycarbonyl)undecyl]-N,N'-4,5-tetramethyl-3,6-dioxaoctanediamide]과 ETH 129 [N,N,N',N'-tetracyclohexyl-3-oxapentanediamide] 를 이용하여 하기 표 1 의 조성에 의해 이온선택성 막 조성물을 제조하고 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 재래식 이온선택성 전극을 제조하였다 (막번호 13∼18).

<실험예 1>

호스트 물질용 조성물을 이용하여 칼슘 이온선택성 전극의 이온선택성 물질로 제조한 뒤 칼슘 이온에 대한 감응성을 알아보았다.

표 1 의 조성 (막 번호 1∼18)으로 제조된 호스트 물질용 조성물은 칼슘 이온선택성 전극의 이온선택성 막으로 제조하기 위하여 THF에 녹인 후 유리판 위의 유리 링에 부어 실온에서 하루 정도 건조하여 성형하고, 5.5 ㎜의 원형으로 잘라 재래식 이온선택성 전극에 장착하여 실험하였다.

칼슘 이온 감응에 대한 양이온의 방해작용

상기 표 1 의 조성으로 제조된 재래식 칼슘 이온선택성 전극의 칼슘을 비롯한 양이온에 대한 전기화학적 특성 (감응기울기, 선택계수, 검출한계)을 측정하였고, 하기 표 2 에 나타내었다.

상기 표 2 에서 알 수 있듯이, 본 발명의 디글라이콜릭 디아마이드 유도체(A, B)를 이온선택성 물질로 사용한 칼슘 이온선택성 막전극이 기존의 ETH 1001 과 ETH 129 에 비해 다소 떨어지지만 우수한 선택성을 갖고 있음을 알 수 있다.

디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 이온선택성 물질로 사용한 조성막 8 ( 도2a ), ETH 1001 을 이온선택성 물질로 사용한 조성막 16 ( 도 2b ), ETH 129 를 이온선택성 물질로 사용한 조성막 18 ( 도 2c )의 (a) 칼슘 이온, (b) 나트륨 이온, (c) 마그네슘 이온, 및 (d) 칼륨 이온에 대한 감응 그래프에 의하면, 세 조성물 모두 칼슘 이온에 대한 감응이 우수하고 나트륨, 마그네슘 및 칼륨 이온에 대해서는 감응이 매우 적은 것을 알 수 있었다.

(a) 디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 이온선택성 물질로 사용한 조성막 8, (b) ETH 1001 을 이온선택성 물질로 사용한 조성막 16 및 (c) ETH 129 를 이온선택성 물질로 사용한 조성막 18의 재래식 전극에서의 칼슘이온에 대한 감응 기울기를 나타낸 감응 그래프 도 3a 에 의하면 세 경우 모두 칼슘이온에 대한 감응이 매우 우수함을 알 수 있다. 그리고, 각각의 경우에서 pH에 대한 감응 기울기를 나타낸 감응 그래프 도 3b 에 의하면 세 경우 모두 pH에 대한 감응이 적은 것을 알 수 있다.

이러한 결과로 본 발명의 디글라이콜릭 디아마이드 유도체가 포함된 이온선택성 물질은 나트륨을 비롯하여 마그네슘 및 칼륨 이온에 대해서도 방해를 받지 않음으로서 칼슘 이온선택성 막으로 적합하게 적용할 수 있으며, 그 결과 종래 칼슘 이온센서를 이용하여 혈액내 칼슘 이온의 농도 (2.1 ∼ 2.65 mM)를 측정시 혈액내 존재하는 다량의 나트륨 이온 (130 ∼ 145 mM)에 의한 심각한 방해작용을 받아 정량이 어려운 문제를 깨끗이 해결할 수 있다.

칼슘 이온 감응에 대한 친유성 음이온의 방해작용

디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 칼슘 이온선택 전극의 이온선택성 물질로사용시 칼슘 이온 감응에 대한 친유성 음이온 (SCN ^- , ClO ₄ ^- ) 의 방해작용을 알아보기 위하여 하기와 같이 실험을 실시하였다.

표 1 의 조성물을 이용하여 칼슘 이온선택성 막으로 제조한 후 각각 재래식 칼슘 이온선택성 전극에 장착하였다.

먼저, 칼슘 이온 감응에 대한 SCN ^- 이온의 방해작용을 알아보기 위해서 (a) 염화 칼슘 및 (b) 칼슘티오시아네이트의 존재하에 이온선택성 물질로 디글라이콜릭 디아마이드 유도체 (막번호 8, 도 4a ), ETH 1001 (막번호 16, 도 4b ), ETH 129 (막번호 18, 도 4c )를 사용하여 재래식 전극에서의 칼슘 이온 감응을 나타내었다. 상기 도 4a , 4b , 및 4c 에 의하면, ETH 1001 과 ETH 129 를 이온선택성 물질로 사용한 전극은 낮은 농도 범위에서는 칼슘에 대한 감응을 나타내다 그 이후 농도에서는 티오시아네이트에 대해 심각한 방해작용을 받는 반면에, 본 발명의 디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 사용한 전극은 SCN ^- 에 대해 방해작용을 받지 않고 모든 영역에서 칼슘에 대한 감응만을 나타냄을 알 수 있다.

도 5 의 그래프는 칼슘티오시아네이트에 대한 검정곡선을 나타낸 것으로, (b) ETH 1001 또는 (c) ETH 129 를 이온선택성 물질로 사용한 전극은 직선성이 없는 반면 (a) 디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 이온선택성 물질로 사용한 전극은 약 27 mV/dec. 의 감응기울기를 나타내고 있다.

칼슘 이온 감응에 대한 ClO ₄ ^- 이온의 방해작용을 알아보기 위해서 (a) 0.05 M Tris-H ₂ SO ₄ , pH 7.4 완충용액 및 (b) 0.05 M Tris-H ₂ SO ₄ , pH 7.4 완충용액에 0.01 M NaClO ₄ 가 존재하에 이온선택성 물질로 디글라이콜릭 디아마이드 유도체 (막번호 8, 도 6a ), ETH 1001 (막번호 16, 도 6b ), ETH 129 (막번호 18, 도 6c )를 사용하여 재래식 전극에서의 칼슘 이온 감응을 나타내었다. 도 6a , 6b , 및 6c 에 의하면, ETH 1001과 ETH 129 모두 ClO ₄ ^- 이온에 심한 방해작용을 받아 바탕전위가 음으로 많이 이동한 것을 볼 수 있으며, 또한 칼슘에 대한 감응기울기 또한 좋지 않고 검출한계도 높아지고 또한 직선성이 없어 미지 시료를 측정할 때 정확한 칼슘의 농도를 알기가 어렵다. 반면에 본 발명의 디글라이콜릭 디아마이드 유도체의 경우는 ClO ₄ ^- 이온에 방해를 거의 받지 않아 바탕전위의 이동도 거의 없고 감응기울기 또한 거의 변화가 없음을 알 수 있다.

도 7 의 그래프는 ClO ₄ ^- 이온의 방해작용에 따른 칼슘감응에 대한 검정곡선을 나타낸 것으로, 본 발명의 (a) 디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 이온선택성 물질로 사용한 경우 약 27 mV/dec. 감응기울기의 직선을 나타내는 반면, (b) ETH 1001 또는 (c) ETH 129 를 이온선택성 물질로 사용한 전극은 직선성이 없어 퍼클로레이트 이온이 시료중에 존재시 칼슘에 대한 감응성이 현저히 저하되어 칼슘 선택성 전극으로서의 기능을 상실함을 알 수 있다.

ETH 1001과 ETH 129가 막상에서 칼슘이온과 3:1 또는 2:1의 결합체를 형성 하며, SCN ^- 및 ClO ₄ ^- 이온 등 친유성 음이온에 대해 심각한 방해작용을 받는 것으로 알려져 있다. 반면에 본 발명의 화합물은 막상에서 칼슘 이온과 1:1 결합체를 형성하도록 디자인되었으며, SCN ^- 및 ClO ₄ ^- 등 친유성 음이온에 대해 방해작용을 거의 받지 않는 것을 실험을 통해 알 수 있다.

시간에 따른 칼슘에 대한 감응성능

디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 칼슘 이온선택 전극의 이온선택성 물질로 사용시 칼슘 이온 감응 성능을 알아보기 위하여 하기와 같이 실험을 실시하였다.

이온선택성 물질로 (a) 디글라이콜릭 디아마이드 유도체 (막 번호 8), (b) ETH 1001 (막번호 16), 및 ETH 129 (막번호 18) 를 사용하여 100일 동안 칼슘 이온에 대한 감응 특성을 알아보았다 (도 8). 도 8 에 의하면 3가지 물질 모두 100 일 이상 감응기울기가 29 mV/dec. 이상을 유지함을 알 수 있었으며, 이러한 결과로 칼슘 이온선택성 전극의 수명이 길어져 실용적으로 유용하게 사용할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 콜란산 고리를 포함하는 새로운 디글라이콜릭 디아마이드 유도체를 제조하였고, 상기 유도체를 이용하여 고분자 지지체, 가소제 또는 친유성 첨가제와 혼합하여 호스트 물질용 조성물을 제조하였다. 상기 호스트 물질용 조성물은 이온 센서의 이온선택성 물질로 적용이 가능하고, 특히 칼슘 이온에 대한 감응 특성 및 선택성이 우수하여 칼슘 이온센서에 적합하게 사용될 수 있다. 본 발명의 이온선택성 물질은 종래 칼슘 이온센서의 이온선택성 물질로 사용되는 ETH 1001 및 ETH 129와 비교하여 볼 때 전기화학적 특성이 동등이상을 나타내었다. 또한 ETH 1001 및 ETH 129가 티오시아네이트 이온 (SCN ^- ) 및 퍼클로레이트 이온 (ClO ₄ ^- )에 대해 심각한 방해작용을 받는 반면에, 본 발명의 이온선택성 물질은 상기 친유성 이온들에 대해 방해작용을 받지 않음을 알 수 있다. 그 결과 본 발명의 콜란산 고리를 포함하는 새로운 디글라이콜릭 디아마이드 유도체는 칼슘 이온에 대한 선택적 결합물질로 유용하게 사용할 수 있으며 생체 시료 또는 수질 중의 포함된 칼슘 이온 농도를 측정하는 칼슘 이온센서에 적합하게 사용할 수 있다.