새롭고 간단하며 접근 가능한 방법으로 효능을 창출합니다

펜실베니아주 대학 — 시클로프로판이라는 화학 구조는 많은 약물의 효능을 높이고 특성을 미세 조정할 수 있지만, 이 구조를 만드는 전통적인 방법은 특정 분자에만 작동하며 반응성이 높은(잠재적으로 폭발할 수 있는) 성분이 필요합니다. 이제 Penn State의 연구진은 이전에 설명되지 않은 화학 공정을 사용하여 다양한 분자에서 시클로프로판을 생성하는 안전하고 효율적이며 실용적인 방법을 확인하고 시연했습니다. 추가 개발을 통해 새로운 방식은—발표된 논문에 설명되어 있음Science 저널에 게재됨—약물 개발 및 생성 과정에서 이 중요한 과정이 어떻게 발생하는지를 변화시킬 수 있습니다.

시클로프로판은 코로나19, 천식, C형 간염, HIV/AID 치료에 사용되는 약물을 포함하여 현재 미국 식품의약국(FDA)에서 승인한 많은 약물의 핵심 기능입니다. 이러한 구조는 약물의 효능을 높이고, 체내에서 용해되는 능력을 변경하며, 의도하지 않은 표적과의 상호 작용을 최소화하고 성능을 미세 조정할 수 있습니다. 사이클로프로판은 3개의 탄소 원자가 연결된 고리로, 하나의 탄소는 약물 분자의 나머지 부분에 부착되고 다른 탄소 2개는 각각 2개의 수소 원자에 부착됩니다.

Penn State Eberly College of Science의 화학 교수이자 연구팀의 리더인 Ramesh Giri는 “사이클로프로판은 많은 약물의 필수 구성 요소이며 이를 약물 후보에 추가하는 것은 약물 발견 과정의 중요한 부분이 될 수 있습니다.”라고 말했습니다. “사이클로프로판 생성을 개선하기 위한 이전의 노력은 60년 이상 전에 진행된 기계적 경로를 변경하는 데 중점을 두었습니다. 우리는 이에 대해 다른 각도에서 접근하여 간단하고 실용적이며 광범위하게 적용할 수 있는 완전히 새로운 경로를 식별했습니다."

새로운 방법은 많은 분자의 합성에 사용되는 알켄이라는 화합물의 특정 화학 구조를 시클로프로판으로 변환합니다. 이 방법은 반응의 중간 단계에서 일부 탄소 원자에 자유 라디칼이라는 짝을 이루지 않은 전자가 남아 반응을 진행시키는 "라디칼 화학"을 활용합니다. 이 특정 방법은 가시광선을 사용하여 반응을 시작하고 산소를 포함한 일반적인 화학 성분을 사용합니다.

시클로프로판을 생성하는 전통적인 방법에는 반응성이 높고 획득하기 어려운 성분이 필요하며 통제된 조건에서 수행되어야 하며 생성된 화합물은 종종 유통기한이 매우 짧습니다. 이러한 불안정한 성분은 두 개의 짝을 이루지 않은 전자를 가진 반응성이 높은 탄소 원자인 카르벤이라는 공정에서 중간체 화합물을 생성하는 데 중요합니다. 새로운 방법은 카르벤 중간체를 완전히 우회하여 짝을 이루지 못한 전자를 한 번에 하나씩 라디칼로 생성합니다.

"이 경로에 사용되는 모든 성분은 상업적으로 이용 가능하거나 실험실에서 쉽게 만들 수 있으며 특별한 안전 예방 조치가 필요하지 않으며 최종 제품을 장기간 보관할 수 있습니다."라고 Giri는 말했습니다. “10% 정도의 산소가 함유된 공기에 노출시키면서 모든 성분을 하나의 혼합물에 함께 첨가할 수 있으며 이는 한 단계로 진행됩니다. 반응은 간단하고 안전해서 학부 화학 실험실의 일부로 포함시킬 계획도 있습니다.”

전통적인 방법의 또 다른 단점은 일반적으로 복잡한 분자에는 작동하지 않는다는 것입니다. 이러한 이유로 사이클로프로판은 일반적으로 분자가 덜 복잡할 때 합성 초기에 설치되지만 다음 단계로 인해 고리가 열릴 수 있으며 나중에 분자의 파생물을 만들려는 시도는 초기 단계로 되돌아가야 합니다. 새로운 방법을 사용하여 연구원들은 스테로이드 에스트론, 페니실린 및 비타민 B와 같은 약학적 관련 화합물을 포함하여 광범위한 복잡성을 지닌 다양한 알켄을 사이클로프로판으로 성공적으로 전환했습니다.

“우리는 사람들이 약물 합성 중에 직면할 수 있는 분자 복잡성의 전체 범위를 조사했습니다.”라고 Giri는 말했습니다. “어떤 경우에는 전통적인 방법으로 동일한 최종 제품을 개발할 수 있지만 더 많은 단계를 거쳐야 할 수도 있습니다. 다른 경우에는 출발 알켄이 너무 민감하거나 너무 복잡하기 때문에 전통적인 방법으로는 이러한 생성물을 생성할 수 없습니다. 새로운 방법은 더 안전하고 효율적이며 실용적일 뿐만 아니라 기존 방법보다 적용 범위도 더 넓습니다.”