퓨린

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퓨린(Purine)
Purine chemical structure.png
일반적인 성질
이름 퓨린(Purine)
IUPAC 이름 9H-purine
화학식 C5H4N4
물리적 성질
분자량 120.11 g/mol
녹는점 487.15 K (214 °C, 417.2 °F)
열화학적 성질
안전성

퓨린(purine, 표준어: 푸린)은 육각형 고리를 가지는 방향성 유기 화합물이다. 치환되지 않은 형태로는 자연계에 존재하지 않지만, 퓨린 유도체는 자연계에 가장 널리 분포하는 질소 이종(異種) 고리 화합물이다.[1]

구조[편집]

퓨린 분자는 하나의 피리미딘 고리와 하나의 이미다졸 고리가 탄소-탄소 결합 하나를 공유하는 구조를 하고 있다. 분자식은 C5H4N4이며, 고리를 구성하는 탄소 원자 5개와 질소 원자 4개 간의 결합 전체에 걸쳐 단일 결합과 이중 결합의 공명이 일어나는 방향족 화합물이다.

퓨린 유도체의 종류[편집]

Purines.svg
퓨린의 고리를 구성하는 원자와 결합한 수소 원자가 다른 원자로 치환되면 다양한 유도체가 만들어지는데, 생물체에 존재하는 퓨린 유도체로는 핵산의 염기인 아데닌(2)과 구아닌(3)[2], 이들의 분해 과정 중간에 생성되는 하이포크산틴(4)과 크산틴(5)[3], 카카오를 비롯한 많은 식물에 포함되어 있으며[4] 생물체의 대사 속도를 증가시켜 각성 작용을 하는 테오브로민(6)[5]카페인(7)[6], 조류파충류의 체내에서 단백질의 최종 대사 산물인 요산(8)[7], DNA가 산화로 손상되어 생성되며 돌연변이를 일으키는 이소구아닌(9)[8] 등이 있다.

N9 치환 유도체[편집]

퓨린 고리의 9번 질소 원자(N9)에 결합된 수소 원자가 다른 원자 혹은 원자단으로 치환된 많은 화합물들은 생물체 내에서, 혹은 약물로써 다양한 기능을 한다. 아데닌과 구아닌의 N9에 5'-삼인산리보오스가 치환된 아데노신 삼인산(ATP)과 구아노신 삼인산(GTP)은 생물체의 에너지 전달에 필수적인 분자이며,[9] 이 분자들에서 인산기 2개를 떼어낸 아데노신 일인산(AMP)과 구아노신 일인산(GMP) 및 리보오스가 아닌 데옥시리보오스 치환기를 갖는 dAMP와 dGMP는 각각 유전 정보를 저장하는 RNA와 DNA의 구성요소인 뉴클레오타이드의 일종이다.[10] 아데노신 이인산의 유도체인 NADH와 NADPH, FADH2는 생물체 내 산화-환원 반응에서 전자 전달체로 쓰인다.[11]

N9에 아릴기가 치환된 많은 화합물은 체내에 들어갔을 때 항바이러스 및 항암 효과를 갖고 있다는 사실이 알려져 있다.[12]

합성[편집]

생물체 내에서, 퓨린 유도체 염기를 포함하는 뉴클레오타이드는 5-phosphoribosyl-1-pyrophosphate(PRPP)로부터 생합성된다. 리보오스의 1번 탄소에 결합되어 있던 피로인산기가 질소 원자로 치환되고, 9단계에 걸쳐 이미다졸 고리와 피리미딘 고리를 구성한다. 퓨린 고리가 완성된 분자의 이름은 이노신산(IMP)이며, 이노신산은 합성효소인 adenylosuccinate synthase 및 GMP synthetase의 작용으로 추가적인 몇 단계의 반응을 거쳐 각각 아데닐산(AMP) 또는 구아닐산(GMP)로 변환될 수 있다.[13]

Nucleotides syn1.png

퓨린은 1899년 독일의 화학자인 에밀 피셔에 의해 처음 인공적으로 합성되었다. 피셔의 방법에서 합성 시작물질은 요산(8)이며, 2,6,8-삼염화퓨린(10)과 2,6-이아이오딘화퓨린(11)을 거쳐 퓨린(1)으로 환원된다.[14]

FischerPurineSynthesis.gif

1972년 도쿄 대학의 Hiroshi Yamade와 Toshihiko Okamoto는 열린 용기에서 포름아미드를 170-190℃의 온도로 28시간 동안 가열하여 퓨린을 71%의 수득률로 얻어냈다.[15]

Purinesynthesis.gif

반응[편집]

항암제 등의 약물 합성을 위한 반응물로 퓨린 유도체가 사용되는데, 아릴기가 N9 원자에 치환된 퓨린 유도체를 합성하는 방법으로 피리미딘 유도체에서 시작하여 고리화 반응을 통해 아릴기가 치환된 이미다졸 부분(7,8,9번 원자)을 합성하는 방법이 알려져 있다. 하지만 이 방법은 여러 단계를 필요로 한다.[16] 2003년, 노르웨이 오슬로 대학의 Anne Kristin Bakkestuen과 Lise-Lotte Gundersen이 아세트산구리(copper(II) acetate) 존재 하에서 N9 원자에 아무것도 치환되지 않은 퓨린 유도체에 아릴기를 직접 치환하는 데 성공하였다.[17]

주석[편집]

  1. Helmut Rosemeyer, "The Chemodiversity of Purine as a Constituent of Natural Products", Chemistry & Biodiversity Volume 1, Issue 3, 2004.
  2. Peter Vollhardt, Neil Schore, Organic Chemistry : structure and function 6th ed., New York: W.H.Freeman and Company, 2011, p.1241.
  3. Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer, Biochemistry 6th ed., New York: W.H.Freeman and Company, 2007, pp.725-726.
  4. http://www.ars-grin.gov/cgi-bin/duke/chemical.pl?THEOBROMINE
  5. Peter Vollhardt, Neil Schore, 앞의 책, p.1194.
  6. 위의 책, pp.974-975.
  7. John McMurry, Organic Chemistry: A Biological Approach, Belmont: Thomson Brooks/Cole, 2007, p.827.
  8. X L Yang, H Sugiyama, S Ikeda, I Saito, and A H Wang, "Structural studies of a stable parallel-stranded DNA duplex incorporating isoguanine:cytosine and isocytosine:guanine basepairs by nuclear magnetic resonance spectroscopy", Biophysical Journal 1998 September; 75(3), pp.1163–1171.
  9. Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer, 앞의 책, pp.412-413.
  10. John McMurry, 앞의 책, p.981.
  11. 위의 책, pp.802-803.
  12. Hong-Ying Niu, Chao Xia 외 6명, "CuBr Catalyzed C–N cross coupling reaction of purines and diaryliodonium salts to 9-arylpurines", Organic & Biomolecular Chemistry Issue 14, 2011, pp.5039-5042에서 재인용.
  13. Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer, 위의 책, pp.714-718.
  14. Helmut Rosemeyer, 앞의 논문에서 재인용.
  15. Hiroshi Yamade, Toshihiko Okamoto, "A One-step Synthesis of Purine Ring from Formamide", Chemical and Pharmaceutical Bulletin Vol. 20, No. 3, 1972, pp.623-624.
  16. Hong-Ying Niu, Chao Xia 외 6명, 앞의 논문에서 재인용.
  17. Anne Kristin Bakkestuen, Lise-Lotte Gundersen, "Regioselective N-9 arylation of purines employing arylboronic acids in the presence of Cu(II)", Tetrahedron Letters Volume 44, Issue 16, 2003, pp.3359–3362.