臺灣博碩士論文加值系統

第一部分：
碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase : CA, E.C. 4.2.1.1)是一個含锌離子(Zn2+)的酵素，其分子量約為29KDa。主要的弁酮O將CO2+H2O轉換成HCO3- + H+同時每秒能催化6×105個CO2，其轉換率極高。此催化反應在動物生理上所扮演的角色為：體液pH值的控制、二氧化碳的平衡、離子運送、並參與釵h代謝活動等。有文獻報告指出碳酸酐酶與某些癌細胞的轉移、生長有關且與多種疾病有密切關聯，且碳酸酐酶二型會增加cathepsin k的活性是造成骨質疏鬆症(Osteoporosis)的原因之一。因此我們開發CA II的抑制劑冀望能對抗癌與骨質疏鬆症有更進一步的了解與進展。本研究根據碳酸酐酶之X-ray晶體結構，得知在活性位置上方多為疏水性之官能基，因此在本實驗中我們利用胺基酸之衍生物，以合成的方式建構出不同官能基之含磺胺類喹口咢啉-2-(quinoxaline-2-one)的化合物，並設計剛性 (Conformationally constrained)與非剛性(Conformationally relaxed)兩種結構，以p-nitrophenyl acetate為受質，利用Lineweaver-Burk plots來決定此藥物對於hCA II抑制性之優劣（ki值介於370-8200 nM），並發現剛性結構之分子當側鏈為芳香環官能基時其抑制性最佳，且磺胺官能基（SO2NH2）極為重要，若無則對酵素毫無抑制性。
第二部分：
於2005年本實驗室利用所設計出具有雙環結構的離子液體（Ionic Liquid）[b-3-C-im][NTf2]，當做溶劑並搭配微波加熱的方式將醚類衍生物於250℃下進行Claisen rearrangement反應，發現到其反應時間均在3分鐘以內結束且產率不錯。而對於這個反應的表現引起我們想更進一步的去探討，於是當我們添加Lewis acid於此反應中發現到在溫度200℃（添加MgCl2）與在250℃（不添加MgCl2）下，其反應結束時間約為3分鐘內且產率均維持在70％以上。於是接下來我們在200℃不添加MgCl2下利用微波加熱的方式進行Claisen rearrangement反應發現反應時間則需十分鐘以上，而利用一般加熱方式（油浴）其反應時間更達到數小時。因此推斷在Claisen rearrangement反應中添加MgCl2，除能有效將反應溫度降低（250℃→200℃）外也會加速反應進行，並發現到利用微波加熱的方式確實會比一般加熱的反應性來的好。此外我們也將離子液體 [b-3-C-im][NTf2]回收後再進行反應（六次）其產率均維持不錯，證明其離子液體之化學穩定性非常好。

Carbonic anhydrase (CA) is a zinc-containing metalloenzyme that is widespread in nature and catalyzes the reversible hydration of CO2 to HCO3- and H+. CA is expressed in a number of isoforms (CA I-XIV) with varying degrees of enzymatic activity and participates in various physiological/pathological processes in human body. Inhibition of the zinc metalloenzyme human CAII by sulfonamides has the potential to treat clinically important diseases such as glaucoma, osteoporosis and most recently cancers. In this study, a new class of human CAII inhibitors with conformationally constrained core structure was designed to increase its binding affinity. Totally, Sixteen quinoxalinone-based sulfonamide inhibitors were synthesized in 2~3 steps with the total isolated yields of 5-89%.
The activity (Ki) of these inhibitors toward human CAII were screened spectrometrically and determined by the Lineweaver-Burk plots. The inhibition constants obtained were in the range of 370-8200 nM. In this study, the conformationally constrained inhibitors were demonstrated to be more potent in the inhibition of human CAII, as compared to the conformationally relaxed inhibitors. In addition, the rigidity of the fused aromatic ring appears to play important role in enzymatic inhibition.


Ionic liquids are solvents systems that consist of cation and anions at ambient temperature. We previously reported the new ionic liquid, [b-3-C-im][NTf2], which is not only chemically stable, but also has a low melting point, low water content and dynamic viscosity. In this work, this new ionic liquid was applied to the Claisen rearrangement reaction，in conjunction with focused microwaves. Under the optimized conditions, the Claisen rearrangement reaction was achieved in 3 minutes. Moreover, the Lewis acid (MgCl2) was introduced to decrease the reaction temperature (250℃→200℃) successfully, and with good overall isolated yield.

一. 以喹口咢 啉為架構之人類碳酸酐酶二型抑制劑合成及其
酵素動力學研究探討
謝 誌..................................................................I
目 錄..................................................................IV
圖 目 錄............................................................... VII
表 目 錄................................................................XII
中文摘要................................................................XIII
英文摘要……………………………………………………………………………………XV
第一章碳酸酐酶 (Carbonic Anhydrase) 之簡介………………………………………001
1.1碳酸酐酶(Carbonic Anhydrase)背景介紹………………………………………… 001
1.2 Carbonic Anhydrase在生物體之孕峞K……………………………………………003
1.3 Human Carbonic Anhydrase II的結構………………………………………004
1.4 Mechanism of Enzymatic Reaction(h CA II)…………………………… 006
1.4.1 Proton Shuttle 反應機制………………………………………………009
1.5碳酸酐酶家族介紹…………………………………………………………………… 010
1.6生殖與hCA之關聯………………………………………………………………………015
1.7 A role of CA in diseases and cancer………………………………………… 016
1.8 Carbonic Anhydrase抑制劑（CAI）的應用……………………………………… 020

第二章Quinoxalinone 與CAs抑制劑的合成文獻……………………………………… 022
2.1 Quinoxalinone的合成文獻………………………………………………………… 022
2.2 CAs抑制劑的合成文獻……………………………………………………………… 031
2.2.1雜環類結構之碳酸酐酶抑制劑………………………………………… 033
2.2.2以“ Tail ”形式研究碳酸酐酶抑制劑…………………………………036
2.3依各類型碳酸酐酶討論其抑制劑結構…………………………………………037
2.4抑制腫瘤的磺胺類（antitumor sulfonamide）結構……………………… 041
第三章實驗部份……………………………………………………………………………044
3.1實驗目的與設計………………………………………………………………… 044
3.2實驗敘述………………………………………………………………………… 046
3.2.1實驗儀器…………………………………………………………………… 046
3.2.2實驗藥品…………………………………………………………………… 048
3.3實驗步驟………………………………………………………………………… 050
（一）從人類紅血球中分離碳酸酐酶一、二型酵素………………………… 050
（二）以喹口咢 啉為架構之人類碳酸酐酶二型抑制劑合成…………………057
（三）酵素動力學之研究探討………………………………………………… 074
第四章總結…………………………………………………………………………………092
4.1實驗結果與討論……….…………………………………………………………092
4.2氫核磁共振光譜和碳核磁共振光譜數據……………… ………………………099
參考文獻……………………………………………………………… …………………111
二.離子液體在Claisen rearrangement的應用
第一章離子液體 (Ionic Liquid) 之簡介………………………………………………116
1.1 [b-3C-im][NTf2]離子液體背景簡介……………………… …………………116
1.2 Aromatic Claisen rearrangement反應介紹…….................... .120
第二章實驗部份……………………………………………………………………………123
2.1實驗目的………………………………………………………………………… 123
2.2實驗敘述………………………………………………………………………… 127
2.2.1實驗儀器…………………………………………………………………… 127
2.2.2實驗藥品…………………………………………………………………… 128
2.3實驗步驟………………………………………………………………………… 129
第三章總結…………………………………………………………………………………135
3.1實驗結果與討論………………………………………………………………… 135
3.2氫核磁共振光譜和碳核磁共振光譜數據……………………………………… 137
參考文獻………………………………………………………………………………… 139
附 錄（一）95年中國化學年會論文摘要與壁報
（November 24~26,2006）…………………………………………………140
附 錄（二）氫核磁共振光譜圖、碳核磁共振光譜圖、高解析度質譜
圖及高效能液相層析儀圖譜……………………………………………… 142
附 錄（三）Microwave-Accelerated Claisen Rearrangement in Bicyclic
Imidazolium[b-3C-im][NTf2] Ionic Liquid……………………………219

第一部份
1.Alber, B. E.; Ferry, J. G. Proc. Natl. Acad. Sci. 1944, 91, 6909.

2.Tarun, A. S.; Zhai W.; Solomon C.; Shusterman D. Chem. Senses 2003, 28 , 7.

3.Kelin, D.; Mann, T. Nature 1939, 144, 442.

4.http://www.bentham.org/cmciema/sample/cmciema1-1/claudiu/claudiu.htm

5.Supuran, C. T.; Scozzafava, A. Exp. Opin. Ther. Patents 2002, 12, 217.

6.Morgan, A. S.; Ciaoccio, P. J.; Tew K. D.; Kaurar L. M. Cancer Chemotherapy ﹠Pharmacology 1996, 37(4), 363.

7.http://www.bio.mtu.edu/campbell/401lec16ap3.html

8.Brigan, F.; Mangani, S.; Orioli, P.; Scozzafava, A.; Vernaglione, G.;
Supuran, C. T. Biochemistry 1997, 36, 10384.

9. Woessner, J. F. Jr. Mecham RP(eds):Matrix Metalloproreinase. San
Diego, CA, Academic Press 1998, 1.

10.http://www.clas.ufl.edu/jur/200412/papers/paper_pathak.html

11.Sly, W.S. Hu, P.Y. Annual Review of Biochemistry 1995, 64, 375.

12.Cabiscol, E. Levine RL. Biological Chemistry 1995, 270(24), 14751.

13.Cabiscol, E. Levine RL. Biological Chemistry 1995, 270(24), 14751.

14.Williams, RJ. Eur. J. Biochem. 1995, 234(2), 363.



15.Parkkila, S.; Pakkila, AK.; Kaunisto, K.; Waheed, A.; Sly, WS.; Rajaniemi, H. Histochemistry ﹠Cytochemistry 1993, 41(5) , 751.

16.Henry, RP. Annual Review of Physiology. 1996, 58, 523.

17.Saarnio, J.; Parkkila, S.; Parkkila, AK.; Waheed, A. Sly, WS.
Histochemistry ﹠Cytochemistry 1999, 47(4), 517.

18.Rivera C,; Voipio J.; Kaila K. J. physiol. 2005, 22, 27.

19.Supuran, C. T. J. Med. Chem. 2005, 48, 2121.

20.Daniel, F. J. Med. Chem. 2006, 49, 1597.


21.Zavada, J.; Zavadova, Z.; Pastorekova, S.; Chiampor, F.; Pastorek,
J.; Zelnik V. Int. J. Cancer 1993, 54, 268.

22.Turner, JR.; Odze, RF.; Crum, CP.; Resnick MB. Human Pathol 1997,
28 , 740.

23.Ivanov, SV.; Kuzmin, I.; Wei, MH.; Pack, S.; Geil, L.; Johnson, BE.;
Stanbridge, EJ.; Lerman, MI. Proc. Natl. Acade. Sci. 1998, 95, 12596.

24.江蕙玲，中山醫學大學生物化學研究所博士論文，2004年。

25.Mann, T.; Keilin, D. Nature 1940, 164, 146.

26.Woltersdorf, W.; Schwam, H.; Bicking, J. B.; Brown, S. L.; deSolms,
S. J.; Fishman, D. R.; Graham, S. L.; Gautheron, P. D.; Hoffman, J.
M.; Larson, R. D.; Lee, W. S.; Michelson, S. R.; Robb, C. M., Share,
C. N.; Shepard, K. L.; Smith, A. M.; Smith, R. L.; Sondey, J. M.;
Strohmeyer, K. M.; Sugrue, M. F.; Viader, M. P. J. Med. Chem. 1989,
32, 2486.

27. Ponticello, G. S.; Freedman, M. B.; Habecker, C. N.; Lyle, P. A.;
Schwam, H.; Varga, S. L.; Christy, M. E.; Randall, W. C.; Baldwin, J.
J. J. Med. Chem. 1987, 30, 591.

28. Baldwin, J. J.; Ponticello, G. S.; Anderson, G. S.; Christy,
M. E.;;Murcko, M. A.; Randall, W. C.; Schwam, H.; Sugrue, M. F.;
Springer, J. B.; Gautheron, P.; Grove, J.; Mallorga, P.; Viader, M. P.;
McKeever, B. M.; Navia, M. A. J. Med. Chem. 1989, 32, 2510.

29. Dean, T. R.; Chen, H. H.; May, J. A. US Patent 1993, 5240923.

30. Hunt, C. A.; Mallorga, P.; Michelson, S. R.; Schwam, H.; Sondey,
J. M.; Smith, R. L.; Sugrue, M. F.; Shepard, K. L. J. Med. Chem.
1994, 37, 240.

31. Chow, K.; Lai, R.; Holmes, J. M.; Wijono, M.; Wheeler, L. A.; Garst,
M. E. Eur. J. Med. Chem. 1996, 31, 175.

32. Lo, Y. S.; Nolan, J. C.; Maren, T. H.; Welstead, W. J.; Gripshover, D.
F.; Shamblee, D. A. J. Med. Chem. 1992, 35, 4790.

33. Briganti, F.; Mangani, S.; Orioli, P.; Scozzafava, A.; Vernaglione, G.;
Supuran, C. T. Biochemistry 1997, 36, 10384.

34. Teicher, B. A.; Liu, S. D.; Liu, J. T.; Holden, S. A.; Herman, T. S.
Anticancer Res. 1993, 13, 1549.

35. Chegwidden, W. R.; Spencer, I. M. Inflammo-pharmacol 1995, 3,
231.

36. Owa, T.; Yoshino, H.; Okauchi, T.; Yoshimatsu, K.; Ozawa, Y.; Sugi,
N. H.; Nagasu, T.; Koyanagi, N.; Kitoh, K. J. Med. Chem. 1999, 42,
3789.

37.曾明中，中正大學化學暨生物化學研究所博士論文，2004年。

38.傅曉菲，中正大學化學暨生物化學研究所碩士論文，2004年。

第二部份
1. Anastas, P. T.; Zimmerman, J. B. Environ. Sci. Technol. 2003, 37, 94.

2. Leone, A. M.; Weatherly, S. C.; Williams, M. E.; Thorp, H. H.;
Murray, R. W. J. Am.Chem. Soc. 2001, 123, 218.

3. Yoshizawa, M.; Narita, A.; Ohno, H. Aust. J. Chem. 2004, 57, 139.

4.顏雅慧，中正大學化學暨生物化學研究所碩士論文，2004年。

5.梁楊閔，中正大學化學暨生物化學研究所碩士論文，2005年。

6.鄭任彥，中正大學化學暨生物化學研究所碩士論文，2006年。

7.Huang-Chuan, K.; Ming-Chung, T.; Yen-Ho, C. Tetrahedron.
2006, 63, 1644.

8.Claisen, L. Chem. Ber. 1912, 45, 3157.

9.Han, X.; Armstrong, D. W. Org. Lett. 2005, 7, 4205.

10.Zulfiqau, F.; Kitazume, T. Green Chem. 2000, 2, 297.