구조와 용해도가 다른 4종류의 다당류(옥수수전분, 쌀전분, 고구마전분 및 셀룰로오스)내의 1차 alcohol group을 $25^{\circ}C$에서 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine oxoammunium (TEMPO)을 사용하여 carboxyl group으로 산화, 전환하였다. TEMPO/bromite 촉매를 이용한 산화반응계에서 최적 pH, TEMPO함량 및 NaBr 함량은 각각 $10.5{\sim}11.0$, 10 mmol/mol of primary alcohol, 0.49 mol/mol primary alcohol이였으며, 반응 최적조건하에서의 산화율은 4종류의 다당류 모두 90%이상이였다. 산화반응은 다당류의 물에 대한 용해도를 매우 증가시켰는 바, 물에 불용성인 셀룰로오스의 경우 산화에 의하여 8.42% (w/v)로 증가되었으며, 옥수수전분, 쌀전분 및 고구마전분과 같이 물에 거의 불용성인(0.10% (w/v) 이하) 다당류들도 약 45% (w/v) 수준으로 물에 대한 용해도가 증가하였다. 또한 본 실험에서의 산화공정에 의하여 제조된 산화물질은 $Ca^{2+}$이온과의 겔 형성능을 갖게됨을 확인하였는 바, 각종 gum, gel 및 film의 새로운 소재로 활용될 수 있을 것으로 기대되었다.
유기공업 화학에서 알코올류의 산화제에 대해 연구가 많이 진행 되고 있으며, 그중에서도 크롬(VI)-계열의 시약들이 산화제로 널리 이용되어 왔다. 그리고 일차알코올을 알데히드로만 산화시키는 산화제와 메카니즘 규명이 필요하게 되었다. 이러한 연구의 일환으로 본 연구에서는 퀴놀린과 chromium(VI) trioxide을 반응시켜 크롬(VI)-퀴놀린 화합물[(C9H7NH)2Cr2O7]을 합성하여, FT-IR 및 원소분석에서 구조를 확인하였다. 여러 가지 유기용매를 사용하여 크롬(VI)-퀴놀린 화합물에 의한 벤질 알코올의 산화반응은 유전상수 값이 큰 유기용매인 N,N'-dimethylformamide에서 높은 산화반응성을 보였다. N,N'-dimethylformamide 용매를 사용하여 크롬(VI)-퀴놀린 화합물은 치환 벤질 알코올류를 효율적으로 산화시켰고, Hammett 반응상수(ρ)=-0.69(303 K) 이였다. 본 실험에서 알코올의 산화반응 과정은 chromate ester 형성과정과, 속도결정단계에서 수소화 전이가 일어나는 반응경로임을 알 수 있었다. 결과적으로 크롬(VI)-퀴놀린 화합물은 벤질알코올, 알릴알코올, 일차알코올 및 이차알코올류를 알데히드나 케톤으로 전환시키는 효율적인 산화제로, 이차알코올류 존재 하에서 벤질알코올, 알릴알코올, 일차알코올의 선택적인 산화제로 사용할 수 있다.
이 연구에서는 TEMPO와 NaBr의 농도 및 온도가 옥수수 전분 내 1차 알코올기의 선택적 산화 반응에 미치는 영향을 조사하였다. TEMPO와 NaBr 및 온도의 수준이 증가함에 따라 반응 시간은 감소되는 경향을 나타내었다. TEMPO, NaBr 및 온도의 수준이 각각 1.7 mM/100 mM AGU, 100 mM/100 mM AGU 및 $14^{\circ}C$까지는 이들의 수준이 증가함에 따라 반응 시간이 급격히 단축되었으나, 이 이후의 수준부터는 단축정도가 적었다. 수율은 NaBr의 수준이 증가함에 따라 감소하였고, TEMPO와 온도는 수율에 큰 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 선택성은 NaBr의 농도와 온도가 각각 100 mM/100 mM AGU와 $6^{\circ}C$까지는 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 이 이후의 수준부터 NaBr 및 온도가 증가함에 따라 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다.
한 분자 내에 여러 가지 히드록시기가 존재 할 때, 특정 히드록시기만을 선택적으로 산화시키는 산화제는, 알코올을 포함한 유기화학 합성과정에서, 벤질알코올, 알릴알코올, 일차알코올, 이차알코올들이 있을 때, 특정 알코올만을 선택적으로 산화시키는 산화제로 사용할 수 있다. 우리는 (C10H8N2H)2Cr2O7을 합성하여, 적외선(FT-IR)과 원소분석 등으로 구조를 확인하였다. 유기용매들에서, (C10H8N2H)2Cr2O7을 이용하여 벤질알코올의 산화반응을 측정한 결과, 유기용매의 유전상수 값이 커짐에 따라 반응성이 증가했다. DMF, acetone 용매에서 (C10H8N2H)2Cr2O7을 이용하여알코올들의 산화반응을 측정한 결과, 벤질알코올, 알릴알코올, 일차알코올 및 이차알코올들을 알데히드나 케톤(65%~95%)으로 전환시키는 효율적인 산화제였다. DMF, acetone 용매에서 (C10H8N2H)2Cr2O7을 이용하여 알코올 혼합물들의 산화반응성을 측정한 결과, 이차알코올들이 있을 때, 벤질알코올, 알릴알코올, 일차알코올들을 선택적으로 산화(15%~95%) 시켰다. H2SO4 촉매를 첨가 후, DMF 용매에서, (C10H8N2H)2Cr2O7은 벤질알코올과 그의 유도체들을 효과적으로 산화시켰다. Hammett 반응상수(ρ) 값은 -0.69(308K) 이었다. 본 실험에서 알코올의 산화반응 과정은 속도결정단계에서 수소화 전이가 일어났다.
$C_9H_7NH$과 크롬 (VI) 산화물을 반응시켜 $C_9H_7NHCrO_3Cl$을 합성하였다. 적외선 분광광도법 (FT-IR)과 원소 분석으로 구조를 확인하였다. 여러 가지 용매 하에서 $C_9H_7NHCrO_3Cl$을 이용하여 벤질 알코올의 산화반응을 측정한 결과, 용매의 유전상수 값 (${\varepsilon}$), 이 증가함에 따라 반응 수율이 증가했다. 그 순서는 DMF (N,N'-디메틸포름아미드) > 아세톤 > 클로로포름 > 시클로헥센 이었다. DMF 용매 하에서 $C_9H_7NHCrO_3Cl$을 이용하여 여러 가지 알코올류의 산화반응을 측정한 결과, $C_9H_7NHCrO_3Cl$은 벤질 알코올, 알릴 알코올, 일차 알코올 및 이차 알코올류를 그에 대응하는 알데히드나 케톤 (75%-95%)으로 전환시키는 효율적인 산화제였다. DMF 용매 하에서 $C_9H_7NHCrO_3Cl$을 이용하여 여러 가지 알코올류의 선택적인 산화반응을 측정한 결과, $C_9H_7NHCrO_3Cl$은 이차 알코올류 존재 하에서 벤질 알코올, 알릴 알코올, 일차 알코올류의 선택적인 산화제였다. $H_2SO_4$ 촉매를 이용한 DMF 용매 하에서, $C_9H_7NHCrO_3Cl$은 벤질 알코올 (H)과 그의 유도체들 ($p-OCH_3$, $m-CH_3$, $m-OCH_3$, m-Cl, $m-NO_2$)을 효과적으로 산화시켰다. 전자 받개 그룹들은 반응 속도가 감소한 반면에 전자 주개 치환체들은 반응 속도를 증가시켰고, Hammett 반응상수 (${\rho}$) 값은 -0.69 (308K) 이었다. 본 실험에서 알코올의 산화반응 과정은 속도결정단계에서 수소화 전이가 일어났다.
Xanthomonas campestris M12는 octane을 분해할 수 있는 OCT 플라스미드를 갖고 있으며, 이 플라스미드의 분해 능력으로 $C_8$에서 $C_{16}$까지의 n-alkane을 이용할 수 있었다. X. campestris M12 균주는 n-alkane을 이용하여 alcohol, aldehyde, fatty acid를 거쳐서 분해할 수 있으나 heanoic acid, adipic acid, pimelic acid 그리고 heptanal은 이용할 수 없었다. 또한 이 균주는 straight fatty acids의 monoterminal oxidation과 diterminal oxidation에 의하여 n-alkane을 분해할 수 있으며, branched-chain alkane도 이용할 수 있었다.
구조와 용해도가 다른 4종류의 다당류(옥수수전분, 쌀전분, 고구마전분 및 셀룰로오스) 내의 1차 alcohol기를 특이적으로 산화시켜 제조된 polyglucuronic acid를 polyglucuronic acid C5-epimerase와 반응시켜 algin 유사 물질을 값싸게 대량으로 구득하고자 하였는 바, 신선한 소의 간을 마쇄한 후 $100,000{\times}g$에서 1시간 원심분리한 상등액에서 조효소 용액을 구득하여 개선된 Dische carbazole 방법으로 효소활성도를 측정하였다. 이때 효소 활성 측정을 위한 반응식을 다음과 같이 확립하여 활성도를 계산하였다. Abs. at $530nm=-(5.3958{\times}10^{-3})$(Concentration of epimerized product) +0.8090. 또한 polyglucuronic acid C5-epimerase 효소반응을 위한 최적 기질은 산화된 고구마전분이었으며, 최적 pH 및 온도는 각각 7.0과 $30^{\circ}C$이었다. 따라서 특이적으로 산화된 고구마전분과 소의 간으로부터 추출된 polyglucuronic acid C5-epimerase를 이용하여 polyglucuronic acid가 polyiduronic acid로 전환된 algin 유사 물질의 효소적 생산이 가능한 것으로 판단되었다.
목적하는 화합물인 2',5'-dihydroxy-3'-무치환 유도체(1)는 uridine을 sodium metaperiodate로 산화하여 dialdehyde를 얻은다음 1,2-dianilinoethane으로 3'-aldehyde만을 선택적으로 보호, 2'-aldehyde를 NaBH$_4$로 환원, alcohol로 하여 deprotection 하므로서 hemiacetal율 얻는다. 이 hemiacetal을 TsSNHHNH$_2$로 처리하여 목적하는(1) 화합물을 얻었으며 2-azido-5-Hydroxy-3'-무치환 유도체(2)는 (1)화합물 합성시 얻은 hemiactal을 출발 물질로 하여 먼저 TBDPSCl로 silyaltion하여 5'-hydroxyl group을 보호하고 TsNHNH$_2$로 3'-위치를 hydrazone으로 한다음 NaB(CNH$_3$로 처리하여 얻은 hydrazide를 NaOAc를 반응시켜 2'-hydroxy-3'-무치환-5'-silyl 유도체를 얻고 또한 2',3'-dihydroxy group을 tosyl화, azido화, 5'-silyl group을 deprotection 하므로서 (2)를 얻었다. 또한 2',3'-dihydroxy-5'-무치환 유도체(4)는 uridine의 2',3'-위치를 먼저 protection, 5'-위치를 benzoyl화 2',3'-deprotection, periodate oxidation하여 얻은 diol을 silyl화 한 다음 5'-위치를 benzoyl화, 2',3'-deprotection, 산화하여 얻은 hemiacetal의 silyl group을 제거한후 primary hydroxyl group만을 선택적으로 silyl화, TsNHNH$_2$, NaB(CN)H$_3$ 및 NaOAc로 처리하므로서 얻은 2'-hydroxy-3'-0-silyl group-5'-무치환 화합물을 tosyl, azido화 한다음 desilylation하여 얻었다. 목적하는(1) 화합물의 diasteromer 인 2',3'-dihydroxy-5'-무치환 유도체(3)는 (4)화합물 합성시 얻은 hemiactal을 key intermediate로 하여 TsNHNH$_2$, NaB(CN)H$_3$ 및 NaOAc로 처리하므로서 얻을수 있었다. 이들 화합물들의 각종 DNA 및 RNA virus에 대한 항 바이러스작용을 검토한 결과 현저한 항 바이러스 작용을 나타내지 않았다.
TEMPO와 NaBr의 수준에 따른 쌀가루의 반응 특성을 조사한 결과, 반응시간은 TEMPO와 NaBr의 수준이 낮을수록 증가하였고, 수율은 TEMPO의 수준이 증가할수록 증가하였다가 다시 약간 감소하였으며 NaBr의 수준이 증가할수록 감소하는 경향을 나타내었다. 선택성은 NaBr의 수준이 증가할수록 감소하는 경향을 보였다. 이에 따라 반응시간, 수율 및 선택성을 고려하여 산화 쌀가루 제조를 위한 TEMPO와 NaBr의 적정 수준을 각각 0.9 mM과 44 mM/100 mM AGU로 결정하였다. 산화 반응을 통해 쌀가루의 물과 결합능력 및 점도가 증가하는 것으로 나타났으며, 산화 쌀가루 수용액은 의가소성 유체의 성질을 나타내었다. 산화 쌀가루로 일부 대체된 쌀가루 현탁액은 초기 점성 증가 온도가 낮아지고 최고 점도는 증가하였으며 setback은 감소하는 것으로 나타나, 산화 쌀가루의 첨가에 따른 쌀가루의 노화 지연 가능성을 보여주었다. 산화 쌀가루를 2% 첨가하고 가수량을 증가시켜 제조한 절편의 텍스처 특성을 평가한 결과, 저장에 따른 경도 증가 현상이 억제되는 것으로 나타났다. 따라서 산화 쌀가루를 절편에 첨가할 경우 노화가 억제되어 저장기간의 증진 효과를 기대할 수 있으리라 본다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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