一般而言，脫羧基反應 (decarboxylation) 最後會在羧基所在的碳上形 成負離子 (carbanion)，在生化中的脫羧基反應，則需藉由輔酶幫助，才能 利用共軛的 π 軌域來穩定負電荷。然而，至目前為止，尚未發現 ODCase
Scheme 1-4. Beak and Siegel support for the ionization mechanism 14-15
N
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Table 1-2. 13C and 15N decarboxylation isotope effect 16
另一方面，在 1982 年，17 Silverman 和 Groziak 發表在 J. Am. Chem.
Soc.中觀察到兩個模型 (model) 的反應結果，可將親核基 (nucleophile) 加 成到 uracil 的 C-5 上，而再脫去 CO2 而還原芳香性。以此反應的結論作 者推測 ODCase 進行催化反應時，活化位置有親核基在 OMP 的 C-5 進 行加成脫去反應，得到 UMP (Scheme 1-5)。
Scheme 1-5. Mechanism proposed by Silverman and Groziak 17
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Table 1-3. Substrate activity of selected orotidylate analogs 18
在 1997 年，20 Lee 和 Houk 發表在 Science 以及在 2001 年，21 Kollman 發表在 J. Am. Chem. Soc. 中均表示，利用量子力學的計算後，再 根據計算的結果預測了反應完會先脫去羧基後，再進而形成穩定的碳烯為 中間產物。而在 2000 年，22 Ealick 的團隊研究了酵素 X-ray 的單晶結構 而提出假設，在基態 (ground state) 時，活化位置的 aspartate 與羧基的負 電荷有靜電斥力，所以導致能量較高而不易穩定，然而當在過渡態時 (transition state) 將負電荷轉移到 C-6 上可以利用 lysine 所提供的質子而 穩定，所以 Ealick 認為在催化的途徑中，先質子化 (protonation) 才脫去 羧基，最後形成 UMP。綜合以上結果，整理出四個反應機制，分別在 O-2、
O-4 、 C-5 、 C-6 先 進 行 質 子 化 來 穩 定 負 電 荷 ， 最 後 在 形 成 UMP (Scheme1-6)。
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Scheme 1-6. Reaction mechanisms proposed in recent studies 20
N 6-cyanouridine 5’-monophosphate (6-CN-UMP) 形成晶體做 X-ray 單晶的結 構分析，但發現 6-CN-UMP 可做為 ODCase 的受質，並經由酵素催化而 形成 barbituriate ribonucleotide 5’-monophosphate (BMP) 然後再抑制酵素 的活性。而由 X-ray 可知進行催化時，有四個活化位置分別為 Asp 70、
Asp 75、Lys 42 以及 Lys 72，並且與周圍的氧原子形成氫鍵 (hydrogen bond) 的作用力 (Figure 1-1)。
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Figure 1-1 (A) 1.45 Å resolution electron density map of BMP in the active site of ODCase in crystals in contact with solutions of 6-CN-UMP (B) Hydrogen bonding network between the ligand BMP and the active site of ODCase. 23
而在 2006 年，4 Kotra 在 J. Med. Chem. 又對這個結果深入的探討，
合成出一系列 UMP 的衍生物，包含 6-aza UMP、6-cyano UMP、 6-amino UMP，並利用 isothermal titration calorimetry 的實驗結果來測定 enzyme inhibition kinetics 針對 ODCase 抑制活性效果的比較 (Table 1-4)。當這一 系列 UMP 的衍生物在不同溫度時，會針對不同的 ODCase 的來源，有 不同的 Ki (inhibition constant) 值。
Table 1-4. Inhibition constants for various inhibitor of ODCase 4
2007 年，5 Kotra 在 J. Med. Chem. 中提到在多個 ODCases 的結構經 由 X-ray 證明後，大家所推測反應的機制是利用共價的催化作用進行反應。
但卻沒有一個反應機制能夠明確的證明當 ODCase 進行 decarboxylation
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的關鍵步驟中有共價鍵的生成。隨後，作者進而分析了 ODCase 的催化位 置，發現兩 aspartate residues (Asp 70 和 Asp 75B) 及 lysine residues (Lys 42 和 Lys 72) 是藉由強而有力的氫鍵網絡 (hydrogen-bonding network) 來進行催化 (Figure 1-2)。同時，作者也分析了多種 ODCase 與不同螯合 基共同組成的晶體，也證實作用在活化位置的 residues 它側鏈的移動小於 0.5 Å。因此作者提出的證據不認同活化位置會與催化劑的受質或是抑制劑 形成共價鍵。
Figure 1-2. Stereo representation (crossed-eye) of the hydrogen-bonding network in the active site of Mt ODCase. 5
因此作者對這個結論做出推論：(1) ODCase 在催化的過程中，活化位 置中各個胺基酸的 residue 並沒有對受質進行親核加成。(2) ODCase 在催 化過程中，並不會與受質形成共價鍵。(3) ODCase 在體的活化位置的架構 下，形成了一個緊密的氫鍵網絡 (hydrogen-bond network)。
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Chapter II : Synthesis of 6-(5-Substituted-1,2,4-oxadiazol-3-yl)uracil and 6-(5-Substituted-1,2,4-oxadiazol-3-yl)uridine
2-1. Introduction
近幾年，陸續有文獻中合成 6-位上具有不同官能基的 uridine 衍生物，
而這一系列化合物具有潛力成為 ODCase 抑制劑或是抗瘧疾和抗癌的活 性。
而 OMP 與 ODCase 進行催化時，6-位的羧基會以 COO – 的形式存 在，並與酵素活化位置的 Lysine 和氮原子以靜電力鍵結。而目前，BMP 為 已知的 ODCase 抑制劑，在酵素的催化過程中，6-位的氧原子與酵素活化 位置上的 Lysine 形成氫鍵，而 Aspatate 與附近的基團也會以氫鍵的形式 存在，因此，我們希望在 uridine 的 6-位上引入不同的官能基，能夠與酵 素活化位置上的 Lysine 產生氫鍵，預期能具有 ODCase 抑制劑的潛力。
本部分延續林建邦學長尚未完成的工作，主要著重於 6-oxadiazle 衍生物 合成及分析。
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