1. Betaine-catalyzed triazole formation reation
As the CuAAC reaction which is a powerful tool for the facile, convenient synthesis of triazoles is highly efficient and regioselective, it has been extensively applied to several reactions in organic synthesis and biological chemistry, as well as material science. Recently, for biological application, highly efficient Cu(I) catalysts have been developed for the synthesis of triazoles to minimize the amount of Cu(I) catalyst used. In this thesis, the CuAAC reaction in aqueous medium was dramatically accelerated by a simple zwitterionic additive, betaine, at ambient temperature. In the presence of betaine, 1,4-disubstituted-1,2,3-triazoles were obtained in excellent yields under 2.5–200 ppm levels of Cu(I) in water. This efficient Cu-betaine catalyst system is expected to be applied in the field of biological applications and materials science.
2. C-C bond formation reaction of dehydroalanine unit
Chemical modification of proteins has emerged as an invaluable tool for biochemical research. To facilitate the reaction, it is challenging to satisfy the mild reaction conditions applicable to proteins, namely, aqueous media, ambient temperature, a narrow pH range, shorter reaction time, functional group tolerance and high efficiency. In this thesis, Zn/Cu(OTf)2 mediated addition of alkyl bromides to Dha derivatives including dipeptides and tripeptides in good to high yields under aqueous medium was introduced. Moreover, Rh catalyzed 1,4-addition of arylboronic acids to Dha units was also successfully demonstrated under buffer system at 37 °C within 3 h.
3. β-elimination reaction of phosphoserine
The β-elimination reaction of phosphoserine generates Dha which plays a versatile precursor for diverse PTM moieties. In general, the conversion of phosphoserine to Dha was performed with treatment of various alkaline solutions up to pH 13, and it can cause hydrolysis or denaturation of proteins, which is difficult to apply to a wide range of proteins. In this thesis, we study various reaction conditions to improve the leaving group ability of phosphate, by the pyrophosphorylation of phosphate or introducing one or two Rs in the hydroxyl group of phosphate or using various metals such as Mg, Zn and La, which can be easily coordinated with phosphate. Through the coordination between LaCl3 and phosphate, phosphoserine derivative was successfully converted to Dha at pH 9.7 under Tris buffer at 37 °C within 3 h.
1. 베타인 촉매의 트리아졸 형성반응
CuAAC 반응은 쉽고 간편한 트리아졸 합성법의 강력한 도구로 효율적이며 위치 선택성을 갖기 때문에 유기 합성 및 생화학, 재료 과학 등 여러 반응에 널리 적용되어왔다. 최근 생물학적 응용을 위해서 구리 촉매의 사용량을 최소화하기 위해 트리아졸 합성을 위한 고효율의 구리 촉매가 개발되고 있다. 이 논문에서는 상온의 수성 매질에서 CuAAC 반응속도가 양친성 첨가제인 베타인에 의해 급격히 촉진되었다. 베타인 존재 하에서 2.5-200 ppm 수준의 구리 수용액 상에서 높은 수율로 1,4-이중치환-1,2,3-트리아졸이 얻어졌다. 이러한 효율적인 구리-베타인 촉매 시스템은 생물학적 응용 및 재료 과학 분야에 응용될 수 있다.
2. 디하이드로알라닌의 탄소-탄소 결합 형성반응
단백질의 화학적 변형은 생화학적 연구를 위한 귀중한 도구이다. 이러한 반응을 수행하기 위해서는 수성 매질, 상온, 좁은 pH 범위, 짧은 반응 시간, 작용기 내성 및 고효율 등 단백질에 적용 가능한 온화한 반응조건을 만족시키기는 어려운 일이다. 이 논문에서는 수성 매질에서 디펩타이드와 트리펩타이드를 포함한 디하이드로알라닌 유도체에 Zn/Cu(OTf)2 를 촉매로 하여 알킬 브로마이드를 높은 수율로 도입하였다. 또한 Rh를 촉매로 하여 디하이드로알라닌 유도체에 아릴 보론산 1,4-첨가반응을 3 시간 내에 37 ℃에서 완충 시스템 하에서 성공적으로 수행하였다.
3.포스포세린의 베타 제거반응
포스포세린의 베타 제거 반응은 다양한 번역후변형 반응을 위한 다목적 전구체인 디하이드로알라닌을 생성한다. 일반적으로 포스포세린에서 디하이드로알라닌으로 전환은 pH 13의 다양한 알칼리 용액의 처리로 수행되며, 이는 단백질의 가수 분해 및 변성을 유발할 수 있어 광범위한 단백질에 적용하기가 어렵다. 본 논문에서는 포스페이트의 이탈기 능력을 향상시키기 위해 포스페이트의 파이로인산화 또는 포스페이트의 수산기에 1 개 또는 2 개의 알킬기를 도입하거나 포스페이트와 쉽게 배위할 수 있는 Mg, Zn, 및 La 도입을 통한 다양한 반응조건을 연구하였다. 그 결과, LaCl3와 인산염 사이의 배위를 통해, 포스포세린 유도체는 3 시간 이내에 37 ℃에서 pH 9.7의 트리스 완충액 하에서 Dha로 성공적으로 전환되었다.
