가교 Poly(methacrylic acid) 분자각인고분자의 제조 및

Retinoids 유도체의 분리

남기훈, 김덕준

성균관대학교 화학공학과

Preparation of Crosslinked Poly(methacrylic acid) Molecular Imprinted Polymers and Separation of Retinoids Derivatives

Gi-Hoon Nam, D. Kim

Department of Chemical Engineering, Sungkyunkwan University

서론

레티노이드(Retinoids)는 레티노익산(retinoic acid)과 그 유사물인 레티놀(retinol, vitamin A), 레티날(retinal), 레티놀아세테이트(retinol acetate) 등을 총칭하는 생체물질군을 말한다. 주로 생체대사에 의해 얻어지는 레티노이드는 세포증식·분열의 제어 및 암과 시력장애 예방 등에 좋은 효과를 보여, 화장품과 의약품의 원료로 사용되고 있다. 그러나 각 유도체들의 구조는 비슷하지만, 유도체마다 치료 효과와 특성이 달라, 이들을 제대로 응용하기 위해서는 유도체들의 분리가 필수적이다.

본 연구에서는 레티노이드 유도체 중 의약품 원료로 쓰이는 레티노익산을 분리하기 위해 molecular imprinting 방법을 이용하였다. 레티노익산을 template로 하여 이와 결합이 가능한 methacrylic acid에 각인시켜 가교제와 더불어 합성을 함으로써 레티노익산을 인식하는 각인 고분자를 제조하였으며, template(retinoic acid)와 monomer(methacrylic acid)의 중합비에 따른 retinoid 물질들의 분리능을 비교하여 최적 분리 중합비를 검토하였다. 제조된 분자각인 고분자를 분석하기 위하여 Slurry Packing 방법을 이용하여 HPLC 컬럼을 제작하고, retinoid 혼합물을 주입하여 각인 정도를 확인하였다.

실험방법

1. 분자각인고분자의 제조

Template인 retinoic acid 1 mmol과 기능성 단량체인 methacrylic acid (MAA) 4/8/12 mmol, 가교제인 ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA) 25 mmol을  CHCl3에 용해한다.

25 □ 플라스크(반응기)에서 개시제인 2,2'-azobis(isobutyronitrile)(AIBN)를 첨가한 후 60 ℃ 온도에서 약 20시간동안 중합이 행해진다. 이때 retinoic acid는 산소에 매우 민감하게 반응하므로 아르곤가스 분위기 하에서 반응을 유도하다. 제조된 가교고분자는 mortar를 이용하여 소립자로 분쇄한다. 고분자미립자는 template인 retinoic acid와 가교고분자 내에 존재할 가능성이 있는 선형고분자(sol)가 세척액(메탄올)에서 더 이상 분석되지 않을 때까지 60 ℃에서 약 24시간동안 메탄올로 수회∼수십회 세척한다. 상온에서 여과 후 template가 제거된 고분자는 37 ℃에서 약 하루동안 oven에서 건조한다.

2. HPLC 컬럼의 제작

제조된 각인고분자입자를 HPLC용 충전물로 활용하기 위하여 Slurry Packer를 이용하여 다음의 방법에 의해 칼럼에 충진한다. 준비한 스테인레스 스틸 컬럼 튜브(250 × 4.6 mm)를 slurry reservoir의 바닥에 부착시킨 후, 초미립자 고정상 슬러리(각인고분자입자+클로로포름)를 양쪽에 모두 채운다. 펌프를 이용하여 고압질소가스에 압력을 가하여 변위액(displacement solvent, 이 경우 메탄올)을 slurry reservoir에 약 3 □/min의 유속으로 주입되도록 한다. 고압용매의 이송에 의해 이미 채워져 있던 슬러리 입자는 압력을 받게되고 결국 칼럼의 밑부분으로 부터 조밀하게 미립자형태로 채워지게 되며, 이송되는 용매는 다공성 금속 frit (poros metal frit)에 의해 여과되어 배출되게 한다. 펌프와 저장탱크 사이의 유체흐름 밸브를 간헐적으로 조작함으로써 칼럼의 충진정도를 조절한다(Fig.1 참조).

실험결과 및 검토

1. Retinoic acid 및 각인 고분자의 열적 성질

Retinoid와 각인고분자의 분해 온도를 측정한 결과 224℃와 344℃로 나타났다(Fig.2 및 Fig.3 참조). 이로부터 실험 조건(상온) 하에서의 Retinoid 자체분해는 없었음을 확인할 수 있었으며, 제조된 각인고분자의 열적 안정성이 매우 우수함을 알 수 있었다.

2. HPLC 분석결과

Retinods계 물질을 각각 chloroform에 400ppm으로 희석하여 HPLC에 주입한 후 UV 검출기(368.4 nm)로 분리특성을 파악해 본 결과, Fig.4, 6, 8과 같이 Retinoids계 물질 중 Retinoic acid는 다른 물질(Retinol, Retinal, Retinol acetate)과 달리 지연시간이 명확히 구분이 됨을 알 수 있었다. 이로부터 Retinoic acid로 각인시킨 고분자를 이용하여 Retinoic acid의 분리가 가능함을 알 수 있었다.

한편, Retinods계 물질(Retinoic acid, Retinol, Retinal, Retinol acetate)을 혼합하여 HPLC에 주입한 후 앞에서와 같은 방법으로 분리특성을 파악해 본 결과, Fig.5, 7, 9에서 보는 바와 같이 각인 물질에서 특정 피이크가 나타남을 알 수 있었고, 이로부터 분자각인 고분자를 이용하여 혼합물질에서 특정 시료의 분리가 가능함을 확인할 수 있었다.

또한 각인물질(template)과 모노머의 중합비에 따른 결과를 보면, 모노머의 함량이 증가할수록 각인물질의 HPLC 지연시간이 증가함을 알 수 있었으며, 이로부터 특정 물질의 분리에 대한 분리능의 조절이 모노머의 양을 통해 가능함을 알 수 있었다.

이동상으로 chloroform을 사용한 결과 위와 같은 분리 특성을 보이는 것으로 보아, 다른 Retinoid계 물질 (all trans-retinal, all trans-retinol, all trans-retinol acid 등)의 분리에도 동일한 이동상(chloroform)의 사용이 가능할 것으로 사료된다.

참고문헌

1. G. Wulff, Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 34, 1812 (1995).

2. K.J. Shea, TRIP, 2(5), 166 (1994).

3. S.A. Piletsky, E.V. Piletskaya, T.L. panasyuk, A.V. El'skaya, R. Levi, I. Karube, and G. Wulff, Macromolecules, 31, 2137 (1998).

4. P.K. Dhal and F. H. Arnold, New J. Chem., 20, 695 (1996).

5. O. Ramstrom, L.Ye, M. Krook, and K. Mosbach, Chromatographia, 47, 465 (1998).

6. X.X. Zhu, K. Banana, H.Y. Liu, M. Krause, and M. Yang, Macromolecules, 32, 277 (1999).

7. G. Wulff, T. Gross, and R. Schonfeld, Angew. Chem. Int. Engl., 36, 1962 (1997).

[Fig.1] Apparatus for slurry packing of columns

[Fig.3] TGA Analysis for Molecular imprinted polymer

[Fig.2] TGA Analysis for Retinoic acid

[Fig.4] HPLC Result for Retinoic acid,

Retinol, Retinal, and Retinol Acetate

(Retinoic acid : Monomer = 1 : 4)

[Fig.5] HPLC Result for Retinoids mixtures composed of Retinoic acid, Retinol, Retinal, and Retinol Acetate

(Retinoic acid : Monomer = 1 : 4)

[Fig.6] HPLC Result for Retinoic acid,

Retinol, Retinal, and Retinol Acetate

(Retinoic acid : Monomer = 1 : 8)

[Fig.7] HPLC Result for Retinoids mixtures composed of Retinoic acid, Retinol, Retinal, and Retinol Acetate

(Retinoic acid : Monomer = 1 : 8)

[Fig.9] HPLC Result for Retinoids mixtures composed of Retinoic acid, Retinol, Retinal, and Retinol Acetate

(Retinoic acid : Monomer = 1 : 12)

[Fig.8] HPLC Result for Retinoic acid,

Retinol, Retinal, and Retinol Acetate

(Retinoic acid : Monomer = 1 : 12)