KR101675983B1 - 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법 - Google Patents

다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인(alkane) 및 알켄(alkene)을 선택적으로 제공할 수 있는 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법에 관한 것이다. 일 구현예에 따르면, 상기 제조 방법은 광촉매, 알켄 화합물, 할로다이플루오로아세테이트, 베이스 및 용매를 포함하는 혼합물을 제조하되, 상기 베이스로 3차 아민 또는 비양성자성 음이온을 사용하고, 상기 혼합물에 가시광선을 조사하는 것을 포함한다.

Description

다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING DIFLUOROALKYLATED ORGANICS}
본 발명은 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인(alkane) 및 알켄(alkene)을 선택적으로 제공할 수 있는 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법에 관한 것이다.
다이플루오로알킬기가 도입된 알케인 또는 알켄은 생물학적 활성도가 크고, 기능 재료 내에서 중요한 역할을 하는 구조를 가져 생명과학과 재료화학분야에서 각광받고 있는 물질이다. 특히, 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인 또는 알켄은 하이드록시기(hydroxyl group) 등의 수소결합공여체(hydrogen bond donor)를 대체할 수 있는 잠재성 때문에 농약 및 의약품에서 중요한 응용체로 주목받고 있다.
이러한 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인 또는 알켄을 합성하기 위하여 다양한 방법들이 소개되어 있다. 그 중 하나로, 알켄 화합물을 전처리하여 알켄 화합물에 -I를 도입하고, Cu 촉매 존재 하에서 BrCF2CO2Et와 반응시켜 다이플루오로알킬기가 도입된 알켄을 합성하는 방법이 알려져 있다. 상기 방법은 상기 다이플루오로알킬기를 도입하는 반응 전 알켄 화합물을 활성화시키기 위하여 필수적으로 알켄 화합물에 -I를 도입하는 전처리 단계를 포함하여야 하는 단점이 있다.
이와 다른 방법으로, 전처리되지 않은 알켄 화합물을 다이플루오로알킬기를 포함하는 화합물과 UV 조사 하에서 반응시키는 방법이 알려져 있다. 하지만, 상기 방법도 반응물에 UV를 조사하는 가혹한 공정 조건을 수반하며, 반응 결과 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인과 알켄이 동시에 형성되고, 알켄의 E/Z 선택성이 낮아 목적하는 입체 구조를 가지는 화합물의 수율이 매우 낮은 단점이 있다. 따라서, 온화한 공정 조건에서 친환경적으로 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인 또는 알켄을 높은 선택성으로 합성하기 위한 연구가 필요한 실정이다.
본 발명은 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인(alkane) 및 알켄(alkene)을 선택적으로 제공할 수 있는 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법을 제공한다.
발명의 일 구현예는 광촉매, 알켄 화합물, 할로다이플루오로아세테이트, 3차 아민 또는 비양성자성 음이온인 베이스, 및 용매를 포함하는 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물에 가시광선을 조사하는 단계를 포함하는 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법을 제공한다.
상기에서 알켄 화합물로는 말단(terminal) 알켄을 사용할 수 있다.
또한, 상기 할로다이플루오로아세테이트는 알켄 화합물 1 당량에 대하여 1.2 내지 3 당량으로 사용될 수 있다.
상기 광촉매는 이리듐계 광촉매일 수 있고, 알켄 화합물에 대하여 0.1 내지 5몰%로 사용될 수 있다.
상기 제조 방법은 필요에 따라 상기 알켄 화합물이 할로겐화 중간체 또는 카보양이온으로 전환되면 상기 혼합물에 3차 아민을 추가로 첨가하는 것을 포함할 수 있다.
하나의 예시에서 상기 베이스로 3차 아민을 사용한 경우, 상기 용매를 상기 알켄 화합물의 용매에 대한 농도가 0.05 내지 1.5M이 되도록 사용할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법은 베이스를 조절하여 전처리 과정 없이 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인 및 알켄 중 어느 하나를 선택적으로 제공할 수 있다. 특히, 상기 제조 방법은 온화한 조건에서 친환경적으로 다양한 알켄 화합물에 다이플루오로알킬기를 도입할 수 있다.
이하 발명의 구체적인 구현예에 따른 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법 등에 대해 설명하기로 한다.
발명의 일 구현예에 따르면, 광촉매, 알켄 화합물, 할로다이플루오로아세테이트(CF2XCOOR), 3차 아민(tertiary amine) 또는 비양성자성 음이온(aprotic anion)인 베이스(base) 및 용매를 포함하는 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물에 가시광선을 조사하는 단계를 포함하는 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법이 제공된다.
상기 혼합물에 가시광선을 조사하면, 가시광선에 의하여 활성화된 광촉매에 의하여 ㆍCF2COOR 라디칼이 발생하고, 이는 알켄 화합물에 도입되어 라디칼을 포함하는 중간체(intermediate)가 형성될 수 있다. 이후, 혼합물에 첨가된 베이스의 종류에 따라 상기 중간체로부터 -CF2COOR 그룹이 도입된 알케인(alkane)이 생성되거나 또는 -CF2COOR 그룹이 도입된 알켄(alkene)이 생성될 수 있다. 상기 -CF2COOR 그룹은 추후 별도의 공정을 통하여 -CHF2, -CF2CH2OH, -CF2C(CH3)2OH, 또는 -CF2CONH2 등의 다양한 다이플루오로알킬기로 전환되어 의약 및 농약 등의 다양한 분야에서 필요로 하는 화합물을 용이하게 제공할 수 있다. 본 명세서에서는 알킬기의 2개의 수소가 불소로 치환되고, 또 다른 수소가 불소 외의 치환기, 예를 들면, -COOEt, -CH2OH, -C(CH3)2OH 또는 -CONH2 등으로 치환된 알킬기도 다이플루오로알킬기라고 호칭한다. 즉, 알킬기의 치환기 중 2개가 불소이면, 다른 치환기와 상관없이 다이플루오로알킬기로 통칭한다. 상기 다이플루오로알킬기에서 알킬기는 탄소수 1 내지 20, 탄소수 1 내지 10 또는 탄소수 1 내지 5의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기일 수 있다.
일 구현예에 따른 제조 방법은 활성화되지 않은(unactivated) 알켄 화합물을 이용하여 전처리 과정 없이 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인 및 알켄 중 어느 하나를 선택적으로 제공할 수 있다. 특히, 상기 제조 방법은 높은 E/Z 선택성을 가져 상기 방법에 따라 생성된 알켄은 우세하게 E 입체 구조를 가질 수 있다.
상기 알켄 화합물로는 말단에 탄소-탄소 이중 결합을 가지는 말단(terminal) 알켄이 사용될 수 있다. 말단 알켄은 R-CH=CH2와 같이 표시할 수 있으며, 상기 R은 다양한 유기 치환기일 수 있다. 상기 R로는 지방족 또는 방향족에 속하는 탄화수소 치환기를 예시할 수 있다. 또한, 상기 말단 알켄은 상술한 탄화수소 치환기 중 2종 이상이 아마이드기(amide group), 에스테르기(ester group), 카보닐기(carbonyl group), 에테르기(ether group) 또는 아미노기(amino group) 등의 2가 링커에 의하여 연결되어 -CH=CH2 그룹과 연결되거나 혹은 상술한 탄화수소 치환기가 상기 2가 링커를 통하여 -CH=CH2 그룹과 연결된 구조를 가질 수 있다. 말단 알켄의 구체적인 예로는 후술하는 실험예 2 및 3에서 사용된 알켄 화합물을 예시할 수 있으나, 본 발명의 말단 알켄이 상술한 화합물로 한정되는 것은 아니다.
상기 알켄 화합물에 다이플루오로알킬기를 제공하는 화합물로 할로다이플루오로아세테이트(CF2XCOOR)가 사용된다.
상기 할로다이플루오로아세테이트는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.
[화학식 1]
CF2XCOOR
상기 화학식 1에서 R은 탄소수 1 내지 12의 지방족 탄화수소기이거나 또는 탄소수 5 내지 30의 (헤테로)아릴기이고, X는 Cl 또는 Br이다.
구체적으로, 상기 지방족 탄화수소기는 메틸, 에틸, n-프로필, iso-프로필, n-부틸, iso-부틸, t-부틸, n-펜틸, iso-펜틸, neo-펜틸 또는 n-헥실 등일 수 있다. 또한, 상기 (헤테로)아릴기는, 아릴기 또는 헤테로아릴기를 의미하며, 페닐 또는 나프틸 등일 수 있다.
상기 할로다이플루오로아세테이트로는 1종을 사용하거나 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.
상기 할로다이플루오로아세테이트는 알켄 화합물 1 당량에 대하여 1 내지 5 당량으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 알켄 화합물 1 당량에 대하여 할로다이플루오로아세테이트를 1.2 내지 3 당량으로 사용하여 높은 수율로 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물을 얻을 수 있다.
상기 알켄 화합물과 할로다이플루오로아세테이트는 라디칼 타입의 반응을 통하여 다이플루오로알킬기가 도입된 중간체를 생성할 수 있다. 일 구현예에 따른 상기 제조 방법은 광촉매 하에서 가시광선을 조사하는 것에 의하여 용이하게 라디칼을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 광촉매 하에서 가시광선을 조사하면, 가시광선에 의하여 활성화된 광촉매에 의하여 할로다이플루오로아세테이트(CF2XCOOR)로부터 라디칼(ㆍCF2COOR)이 형성될 수 있다.
상기 광촉매로는 가시광선에 의하여 활성화될 수 있는 광촉매가 모두 사용될 수 있다. 이러한 광촉매로는 루테늄계 광촉매 또는 이리듐계 광촉매를 예시할 수 있다. 보다 구체적으로, 루테늄계 광촉매로는 트리스[2,2'-바이피리딘]루테늄 클로라이드 (Ru(bpy)3]Cl2) 또는 트리스[1,10-페난트롤린]루테늄 클로라이드 ([Ru(phen)3]Cl2) 등을 사용할 수 있다. 또한, 이리듐계 광촉매로는 fac-트리스[2-페닐피리디네이토]이리듐 (fac-[Ir(ppy)3]) 또는 (2-(1,4-디플루오로페닐)피리디네이토)이리듐 (Ir(dFppy)3)을 사용할 수 있다. 특히, 후술하는 실험예 1을 참조하면, 루테늄계 광촉매를 사용한 경우보다 이리듐계 광촉매를 사용하는 경우 더 우수한 효율로 다이플루오로알킬기를 도입할 수 있음이 확인된다. 따라서, 상기 광촉매로는 이리듐계 광촉매를 사용하여 높은 선택성 및 높은 수율로 알켄 화합물에 다이플루오로알킬기를 도입할 수 있다.
상기 광촉매는, 예를 들면, 알켄 화합물에 대하여 0.1 내지 6몰%(mol%) 정도로 사용되어 경제적이고 효율적으로 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물을 제공할 수 있다. 광촉매는 고가의 화합물이므로 광촉매를 상술한 범위를 초과하여 사용하면 합성된 화합물의 가격이 증가되어 경제성이 저하되고, 반면 광촉매를 상술한 범위 미만으로 사용하면 반응 수율이 너무 저하될 수 있다. 특히, 광촉매는 알켄 화합물에 대하여 0.5 내지 5몰% 또는 0.6 내지 3몰% 정도로 사용되어 높은 수율로 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인 또는 알켄을 제공할 수 있다.
상기 제조 방법은 상기 광촉매가 활성화되도록 광촉매를 포함하는 혼합물에 가시광선을 조사하는 것을 포함한다. 상기 혼합물에 조사되는 가시광선의 평균 조사 파워는 5 내지 15W일 수 있다.
상기 혼합물에 가시광선을 조사하는 단계는 상온 및 상압 하에서 진행될 수 있다. 본 명세서에서 상온은 가온 또는 감온되지 않은 자연 그대로의 온도를 의미하고, 예를 들면, 약 15℃ 내지 35℃, 약 20℃ 내지 25℃ 또는 약 25℃의 온도를 의미할 수 있다. 또한, 상압도 가압 또는 감압되지 않은 자연 그대로의 압력을 의미하고, 예를 들면, 1atm의 압력을 의미할 수 있다. 상기 알켄 화합물에 -CF2COOR 그룹을 도입하는 공정은 상온 및 상압하에서 가시광선을 이용하여 진행되므로, 인체에 유해하지 않으며, 온화한 공정 조건으로 우수한 안정성을 가질 수 있다.
상기와 같이 광촉매 하에 상술한 혼합물에 가시광선을 조사하면, 알켄 화합물에 -CF2COOR 그룹이 도입되어 라디칼을 포함하는 중간체(intermediate)가 형성될 수 있다. 상기 중간체는 혼합물에 사용된 베이스의 종류에 따라 알케인 또는 알켄으로 전환될 수 있다.
본 발명의 일 구체예는 광촉매, 알켄 화합물, 할로다이플루오로아세테이트(CF2XCOOR), 3차 아민(tertiary amine) 및 용매를 포함하는 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물에 가시광선을 조사하는 단계를 포함하는 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인(alkane) 화합물의 제조 방법을 제공한다.
상기 제조 방법은 혼합물에 베이스로 3차 아민(tertiary amine)을 첨가하여 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인을 제조할 수 있다. 즉, 3차 아민을 포함하는 혼합물에 가시광선을 조사하면, 라디칼을 포함하는 중간체가 형성될 수 있고, 상기 중간체의 라디칼과 3차 아민의 수소 라디칼이 단일 결합을 이루면서 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인이 생성될 수 있다. 상기 알케인을 생성하기 위한 3차 아민으로는 테트라메틸에틸렌다이아민(tetramethylethylene diamine; TMEDA), N,N-디이소프로필에틸아민(N,N-diisopropylethylamine; DIPEA), 트리메틸아민, 트리에틸아민(TEA), 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운데센(1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene; DBU) 및 2,6-루티딘(2,6-lutidine)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다.
상기 베이스는 방향족 화합물 1 당량에 대하여 1 내지 5 당량으로 사용될 수 있다. 상술한 범위로 베이스를 사용할 경우 원하지 않는 부반응을 최소화하면서 높은 수율로 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물을 얻을 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 구체예는 광촉매, 알켄 화합물, 할로다이플루오로아세테이트(CF2XCOOR), 비양성자성 음이온(aprotic anion) 및 용매를 포함하는 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물에 가시광선을 조사하는 단계를 포함하는 다이플루오로알킬기가 도입된 알켄(alkene) 화합물의 제조 방법을 제공한다.
상기 제조 방법은 혼합물에 베이스로 비양성자성 음이온(aprotic anion)을 첨가하여 다이플루오로알킬기가 도입된 알켄을 제조할 수 있다. 상기 비양성자성 음이온은 음전하를 띄는 베이스로, 산소 또는 질소에 결합한 수소 원자(proton)가 존재하지 않는 베이스를 의미한다.
구체적으로, 비양성자성 음이온을 포함하는 혼합물에 가시광선을 조사하면, 라디칼을 포함하는 중간체가 형성될 수 있고, 상기 중간체의 라디칼은 CF2XCO2R의 X 라디칼과 결합하거나 또는 제거되어, 할로겐화 중간체(halogenated intermediate) 또는 카보양이온(carbocation)을 생성할 수 있다. 이후, 할로겐이 결합된 탄소 또는 카보양이온 옆의 탄소와 결합된 수소가 베이스에 의하여 제거되면서 다이플루오로알킬기가 도입된 알켄이 생성될 수 있다.
상기 알켄을 생성하기 위한 비양성자성 음이온으로는 인산 음이온(PO4 3 -); 탄산 음이온(CO3 2 -); 황산 음이온(SO4 2 -); 메톡사이드, 에톡사이드, n-프로폭사이드, iso-프로폭사이드, n-부톡사이드, iso-부톡사이드 또는 t-부톡사이드 등의 알콕사이드(alkoxide); 및 플루오라이드(F-), 클로라이드(Cl-), 브로마이드(Br-) 또는 아이오다이드(I-) 등의 할로겐화물(halide)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상이 사용될 수 있다. 상기 비양성자성 음이온은 알칼리 금속 양이온 또는 알칼리 토금속 양이온과 이온 결합된 형태로 사용될 수 있다. 상기 비양성자성 음이온도 전술한 베이스의 함량으로 사용될 수 있다.
만일, 알켄 화합물이 지방족 알켄인 경우에는 상기 혼합물에 가시광선을 조사하여 할로겐화 중간체 또는 카보양이온을 생성한 후, 상기 혼합물에 초기 첨가된 베이스와 다른 베이스를 추가로 첨가하여 할로겐이 결합된 탄소 또는 카보양이온의 옆의 탄소에 결합된 수소(proton)을 용이하게 제거할 수 있다. 추가되는 베이스의 투입 시점은 알켄 화합물이 모두 할로겐화 중간체 또는 카보양이온으로 전환된 이후이면 특별히 한정되지 않는다. 따라서, 혼합물에 가시광선 조사 중이라 하더라도 알켄 화합물이 모두 할로겐화 중간체 또는 카보양이온으로 전환되었다면 추가 베이스를 첨가할 수 있다.
이러한 추가 베이스로는 3차 아민을 채용할 수 있다. 그리고, 3차 아민으로는 상술한 아민 화합물을 사용할 수 있다. 그러나, 방향족 치환기를 가지는 알켄 화합물을 사용하는 경우에도 가시광선 조사 후 추가로 베이스를 첨가할 수 있다.
상기 가시광선 조사 후 추가되는 베이스는 알켄 화합물 1 당량에 대하여 0.5 내지 2.5 당량으로 사용될 수 있다.
상기 혼합물에 사용되는 용매는 본 발명이 속하는 기술분야에 알려진 다양한 유기 용매가 사용될 수 있다. 만일 용매로 알코올과 같은 양성자성 용매(protic solvent)를 사용할 경우 생성되는 알케인 또는 알켄의 -CF2COOR 그룹의 OR이 알코올의 알콕시기로 치환될 수 있다. 일 예로, 용매로서 메탄올을 사용하면, -CF2COOMe가 도입된 알케인 또는 알켄이 얻어질 수 있다. 반면, 용매로 비양성자성 용매를 사용할 경우 -CF2COOR 그룹이 도입된 알케인 또는 알켄이 얻어질 수 있다. 이러한 용매의 비제한적인 예로는 메탄올, 에탄올 또는 프로판올 등의 양성자성 용매; 다이메틸폼아마이드(dimethylformamide; DMF), 아세토나이트릴(MeCN), 다이클로로메탄(DCM), 테트라하이드로푸란(THF) 또는 1,4-다이옥세인(1,4-dioxane) 등의 비양성자성 용매; 또는 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 상기 용매는 알켄 화합물의 용매에 대한 농도가 0.01 내지 10M, 0.01 내지 5M, 0.01 내지 3M 또는 0.01 내지 1M이 되도록 사용될 수 있다. 예를 들어 알켄 화합물을 1mol 사용할 때, 용매를 0.1M로 사용한다는 것은 알켄 화합물 1mol의 용매에 대한 농도가 0.1M이라는 의미이므로, 용매를 10L로 사용하는 것을 의미한다. 상기 제조 방법을 통하여 다이플루오로알킬기가 도입된 알켄을 합성할 때에는 용매의 함량이 미치는 영향이 적으나, 후술하는 실험예 1을 참고하면 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인을 합성할 때에는 용매의 함량에 따라 수율이 변경될 수 있다. 따라서, 베이스로 3차 아민을 사용하여 알케인을 제공하는 경우에는 알켄 화합물의 용매에 대한 농도가 0.05 내지 1.5M이 되도록 적절한 함량의 용매를 사용하여 높은 수율로 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인을 제공할 수 있다.
상기와 같이 혼합물에 가시광선을 조사하여 얻어지는 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인 또는 알켄은 본 발명이 속하는 기술분야에 알려진 다양한 방법을 통하여 의약 및 농약 분야에서 필요로 하는 화합물로 전환될 수 있다.
일 예로, Org. Lett. 2011, 13, 5560 문헌에는, 유기 화합물의 -CF2COOR 그룹을 가수분해(hydrolysis) 및 탈카복실화(decarboxylation)하여 -CHF2 그룹으로 전환하는 방법이 개시되어 있다. 구체적으로, -CF2COOR 그룹이 도입된 유기 화합물에 K2CO3, 메탄올 및 물을 첨가하여 -CF2COOR를 -CF2COOH로 가수분해하고, 다시 할로겐화물을 첨가하여 -CF2COOH를 -CHF2로 탈카복실화할 수 있다.
다른 예로, 상기 -CF2COOR 그룹이 도입된 유기 화합물에 하이드라이드(hydride)를 첨가함으로써 -CF2COOR 그룹을 환원시켜 -CF2CH2OH 그룹이 도입된 유기 화합물을 얻을 수 있다. 구체적으로, 하이드라이드의 일 예인 NaBH4를 첨가하여 -CF2CH2OH 그룹이 도입된 유기 화합물을 얻을 수 있다.
또 다른 예로, 상기 -CF2COOR 그룹이 도입된 유기 화합물에 카본 음이온(carbanion)을 첨가하여 -CF2COOR 그룹을 환원시켜 CF2C(R)2OH (R은 알킬기)그룹이 도입된 유기 화합물을 얻을 수 있다. 구체적으로, 카본 음이온의 일 예인 그리냐르시약(Grignard reagent, MeMgBr)을 첨가하여 -CF2C(CH3)2OH 그룹이 도입된 유기 화합물을 얻을 수 있다.
또 다른 예로, 상기 -CF2COOR 그룹이 도입된 유기 화합물에 암모니아 등을 첨가하여 -CF2CONH2 그룹이 도입된 유기 화합물을 얻을 수 있다.
상기 -CF2COOR 그룹을 전환하는 방법은 상술한 방법들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에 알려진 다양한 방법을 통하여 -CF2COOR 그룹을 전환함으로써 다양한 응용 분야에 활용할 수 있다.
이하 발명의 구체적인 실시예를 통해 발명의 작용, 효과를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 다만, 이는 발명의 예시로서 제시된 것으로 이에 의해 발명의 권리범위가 어떠한 의미로든 한정되는 것은 아니다.
실험예 1: 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인 또는 알켄의 합성
( 제조예 1)
반응기에 0.1mmol의 1-도데센(1-dodecene)을 넣고, 탈기 후 아르곤을 채웠다. 이어서 0.5mL의 아세토나이트릴에 0.001mmol의 [Ru(bpy)3]Cl2가 용해된 용액과 0.2mmol의 TMEDA를 상기 반응기에 첨가하였다. 그리고 에틸 브로모다이플루오로아세테이트(BrCF2COOEt) 0.15mmol을 상기 반응기에 첨가하여 반응 혼합물을 제조하였다. 상기 반응 혼합물은 아르곤 분위기에서 교반되었고, 상기 교반 중인 반응 혼합물에 상온 하에서 blue LED를 이용하여 7W의 가시광선을 조사하였다.
그 후, 상기 반응 혼합물을 계속 교반하여 반응을 유지한 후, 반응 경과를 TLC 또는 기체 크로마토그래피로 관찰하였다. 약 24 시간 후 반응이 완료되면, 반응 혼합물을 에틸 아세테이트로 희석하고, 염화암모늄 용액 및 브라인(brine)으로 세척한 후, 얻어진 유기층을 MgSO4로 건조하고, 진공 농축하여 생성물을 얻고, 생성물을 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 정제함으로써 CF2CO2Et가 도입된 알케인을 얻었다. CF2CO2Et가 도입된 알케인의 수율은 가스 크로마토그래피 및 19F NMR spectroscopy를 통하여 구하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
( 제조예 2 내지 17)
상기 제조예 1에서 광촉매의 종류, 베이스의 종류 및 함량, 용매의 종류 및 함량 등을 표 1과 같이 조절한 것을 제외하고 제조예 1과 동일하게 CF2CO2Et가 도입된 유기 화합물을 합성하였다. 제조예 2 내지 14에서는 2종의 베이스를 동시에 사용하거나 또는 경우에 따라 가시광선 조사 후에 추가의 베이스를 더 첨가하여 알케인 또는 알켄을 선택적으로 얻을 수 있었다.
제조예 광촉매 베이스 용매 변수 알케인(1) 수율(%) 알켄(2) 수율(%)
1 [Ru(bpy)3]Cl2 TMEDA MeCN
(0.5mL)		 - 30 trace
2 [Ru(bpy)3]Cl2 DBU MeCN - 30 trace
3 [Ru(phen)3]Cl2 DBU MeCN - 25 trace
4 fac-[Ir(ppy)3] DBU MeCN - 55 trace
5 fac-[Ir(ppy)3] TMEDA MeCN - 40 trace
6 fac-[Ir(ppy)3] DBU/TEMDA(3) DCM - 86 11
7 fac-[Ir(ppy)3] DBU/TEMDA(3) DCM
(0.5mL)		 - 46 trace
8 fac-[Ir(ppy)3]
(0.0005mmol)		 DBU/TEMDA(3) DCM - 40 8
9 fac-[Ir(ppy)3] (0.002mmol) DBU/TEMDA(3) DCM - 83 10
10 fac-[Ir(ppy)3] DBU/TEMDA(3) DCM BrCF2COOEt
(0.1mmol)		 35 -
11 fac-[Ir(ppy)3] DBU/TEMDA(3) DCM BrCF2COOEt
(0.2mmol)		 78 -
12 fac-[Ir(ppy)3] K2CO3;DBU(4) MeCN - - 95
13 fac-[Ir(ppy)3] K2CO3;DBU(4) 1,4-dioxane - trace 96
14 fac-[Ir(ppy)3] K2CO3;DBU(4) DMF - trace 97
15 fac-[Ir(ppy)3] - DCM - trace -
16 - DBU/TEMDA(3) DCM - - -
17 fac-[Ir(ppy)3] DBU/TEMDA(3) DCM no light - -
(1) 알케인: CH3(CH2)11-CF2CO2Et
(2) 알켄: CH3(CH2)9-CH=CH-CF2CO2Et
(3) 베이스로 DBU 0.2mmol과 TMEDA 0.2mmol을 동시에 사용함.
(4) 베이스로 K2CO3 0.2mmol을 첨가하여 가시광선을 조사하고, CH3(CH2)9-CHBrCH2CF2CO2Et이 형성된 것을 확인 후 DBU 0.2mmol을 첨가함.
* 광촉매: 달리 기재가 없는 경우 0.001mmol을 사용함.
[Ru(bpy)3]Cl2: [Ru(2,2'-bipyridine)3]Cl2
[Ru(phen)3]Cl2: [Ru(1,10-phenanthroline)3]Cl2
fac-[Ir(ppy)3]: fac-[Ir(2-phenylpyridinato)3]
* 베이스: 달리 기재가 없는 경우 0.2mmol을 사용함.
TMEDA: 테트라메틸에틸렌다이아민
DBU: 1,8-diazabicyclo[5.4.0]undec-7-ene
*용매: 달리 기재가 없는 경우 1mL를 사용함.
MeCN: 아세토나이트릴
DCM: 다이클로로메탄
DMF: 다이메틸폼아마이드
상기 제조예 1 내지 5에서는 광촉매 등에 따른 알켄의 다이플루오로알킬레이션의 결과를 비교할 수 있었다. 제조예 1 내지 5를 참조하면, 루테늄계 광촉매를 사용한 경우보다 이리듐계 광촉매를 사용한 경우 더 우수한 수율로 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인을 얻을 수 있음이 확인된다.
제조예 6 내지 11에서는 베이스로 2종의 3차 아민을 사용하되, 용매, 광촉매 또는 BrCF2COOEt의 함량을 조절한 경우 알켄의 다이플루오로알킬레이션의 수율을 비교할 수 있었다. 제조예 6과 같이 2종의 3차 아민을 사용하는 경우 가장 우수한 수율로 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인을 얻었고, 특히, 제조예 7 내지 11을 통해 용매의 농도, 광촉매의 농도 또는 BrCF2COOEt의 농도가 수율에 영향을 미치는 것이 확인되었다.
제조예 12 내지 14에서는 베이스로 비양성자성 음이온을 사용하되, 브롬화 중간체를 얻은 후에 3차 아민을 추가로 첨가하여 우수한 수율로 다이플루오로알킬기가 도입된 알켄을 얻을 수 있음이 확인된다.
한편, 제조예 15 내지 17을 참고하면, 광촉매 또는 베이스를 사용하지 않거나(제조예 15 및 16), 가시광선을 조사하지 않는 경우(제조예 17)에는 다이플루오로알킬레이션이 진행되지 않음이 확인된다.
실험예 2: 다이플루오로알킬기가 도입된 다양한 알케인의 합성
( 실시예 1 내지 9)
상기 제조예 중 가장 우수한 수율로 알케인을 합성한 제조예 6을 실시예 1로 규정하고, 실시예 1의 알켄을 다양한 알켄으로 변경한 것을 제외하고 실시예 1과 같이 다이플루오로알킬기가 도입된 다양한 알케인을 제조하였다. 제조된 알케인의 구조 및 각 합성 반응의 수율은 하기 표 2에 나타내었다.
Figure 112014095124268-pat00001
실험예 3: 다이플루오로알킬기가 도입된 다양한 알켄의 합성
( 실시예 10 내지 21)
상기 제조예 중 가장 우수한 수율로 알켄을 합성한 제조예 14을 실시예 10으로 규정하고, 실시예 10의 알켄을 다양한 알켄으로 변경한 것을 제외하고 실시예 10과 같이 다이플루오로알킬기가 도입된 다양한 알켄을 제조하였다. 제조된 알켄의 구조 및 각 합성 반응의 수율은 하기 표 3에 나타내었다. 하기 표 3의 화학식 중 DBU를 괄호 안에 기재한 것은 DBU가 가시광선 조사 후 첨가되는 것을 표시한 것이며, [5]로 표시된 화합물의 합성 공정에서는 추가의 DBU를 첨가하지 않았다.
Figure 112014095124268-pat00002

Claims (7)

  1. 광촉매, 알켄 화합물, 할로다이플루오로아세테이트, 3차 아민 또는 비양성자성 음이온인 베이스, 및 용매를 포함하는 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물에 가시광선을 조사하는 단계를 포함하되,
    상기 베이스로 3차 아민을 사용하여 다이플루오로알킬기가 도입된 알케인(alkane) 화합물을 제조하거나, 혹은
    상기 베이스로 비양성자성 음이온을 사용하여 다이플루오로알킬기가 도입된 알켄(alkene) 화합물을 제조하는, 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 알켄 화합물로 말단(terminal) 알켄을 사용하는, 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 할로다이플루오로아세테이트는 알켄 화합물 1 당량에 대하여 1.2 내지 3 당량으로 사용하는, 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광촉매로 이리듐계 광촉매를 사용하는, 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 광촉매는 알켄 화합물에 대하여 0.1 내지 5몰%로 사용하는, 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 알켄 화합물이 할로겐화 중간체 또는 카보양이온으로 전환되면 상기 혼합물에 3차 아민을 추가로 첨가하는, 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스로 3차 아민을 사용하고, 상기 용매를 상기 알켄 화합물의 용매에 대한 농도가 0.05 내지 1.5M이 되도록 사용하는, 다이플루오로알킬기가 도입된 유기 화합물의 제조 방법.
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