KR102033777B1 - 상온과 상압에서 퍼옥소 코발트 복합체를 사용하여 나이트릴 관능기를 하이드록사믹 엑시드 관능기로 전환시키는 방법 - Google Patents

상온과 상압에서 퍼옥소 코발트 복합체를 사용하여 나이트릴 관능기를 하이드록사믹 엑시드 관능기로 전환시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 나이트릴 관능기를 하이드록사믹 엑시드 관능기로 전환시키는 방법은, 퍼옥소 코발트 복합체를 사용함에 따라 상온과 상압에서 용이하게 진행될 수 있으며, 중간체인 하이드록시메이토코발트(III) 화합물을 거쳐 최종 생성되는 하이드록사믹 엑시드 관능기 또는 이를 포함하는 유도체는 암세포의 생장을 저해할 수 있는 것으로 공지되 있으므로 본 발명에 따른 전환 방법은 항암 치료를 위한 프로드러그 제조에도 적용 가능하다.

Description

상온과 상압에서 퍼옥소 코발트 복합체를 사용하여 나이트릴 관능기를 하이드록사믹 엑시드 관능기로 전환시키는 방법{A method of converting a nitrile functional group into a hydroxamic functional group by using a peroxocobalt complex at room temperature and normal pressure}
본 발명은 상온과 상압에서 퍼옥소 코발트 복합체를 사용하여 나이트릴 관능기를 하이드록사믹 엑시드 관능기로 전환시키는 방법에 관한 것이다.
나이트릴은 다양한 산업에서 유용하게 사용되고 있는 물질이다. 화학적 다기능성을 가지고 있어 합성 화학 분야에서 유용한 전구물질로 쓰일 수 있으며 생물 산업에서는 식물 호르몬 생합성 과정에 쓰일 수 있다. 또한, 제초제의 성분으로 나이트릴이 사용되기 때문에 농업 분야에도 많이 쓰인다.
하지만, 이러한 나이트릴이 산업 폐기물이나 환경 등에 잔류되면 환경이 오염될 수 있으므로, 이러한 나이트릴을 다른 화합물로 전환시켜 정화하는 과정이 환경적으로 중요하다(비특허문헌 1). 따라서, 나이트릴을 활성화시켜 다른 작용기로 전환시키는 반응에 대한 연구가 많이 진행되어 왔다. 나이트릴 그룹은 아세트산, 아마이드 그룹 등 다양한 작용기로 변환할 수 있다. 지금까지 나이트릴 그룹을 활성화시키는 반응은 대부분 유기합성 반응으로 강산 및 강염기 혹은 고온의 조건을 필요로 한다. 보다 구체적으로, 나이트릴은 탄소와 질소의 강한 삼중결합을 가지고 있기 때문에 활성화가 쉽지 않다. 따라서, 다양한 산업에서 편하고 쉬운 조건으로 반응을 진행시키고자, 상온 상압의 온화한 조건에서 나이트릴을 활성화시키는 것은 중요한 의미를 가지며, 온화한 조건에서 나이트릴을 활성화시키기 위해 다양한 연구가 진행되어 오고 있다.
특히, 생체 내 나이트릴에 관련된 효소는 비교적 온화한 조건에서 반응이 일어나기 때문에, 이를 모방하여 개발한 촉매는 다양한 산업에 적용할 수 있다. 이를 위하여, 효소의 반응 기작을 규명하기 위해 다양한 모사 화합물을 이용하여 연구가 이루어지고 있다.
본 발명에 따른 나이트릴 활성화 방법은 코발트 퍼옥소 종에 의한 것인데, 기존에 밝혀진 코발트 퍼옥소 화합물은 알데하이드탈포르밀화반응 (Aldehyde deformylation)과 같은 친핵성 반응을 할 수 있다고 밝혀져 왔다.
본 발명에 따른 나이트릴 활성화 방법을 통해 생성되는 중간체인 하이드록시메이토코발트(III) 화합물은 암세포에서 과발현되는 특정 효소의 저해제로서 연구될 수 있어 의미가 있다. 상기 중간체는 생체 내에서 환원과정을 통해 화학적 변형이 용이한 코발트(II)가 되면서 하이드록시메이트 관능기를 방출한다. 방출된 하이드록시메이트 그룹은 킬레이트 특성을 가져 암세포에서 과발현되는 기질금속단백질효소의 활성자리에 있는 아연에 결합하여 암세포의 생장을 저해할 수 있다. 따라서, 나이트릴 활성화반응을 통한 상기 중간체와 최종 생성물은 정상세포와 암세포 사이의 세포전위 차이를 통해 선택적으로 암세포로 하이드록시메이트 관능기를 안전하게 전달해줄 수 있는 운반체(즉, 프로드러그 Pro-drug)로서 활용될 수 있다.
Curr. Opin. Chem. Biol. 4, 95-102 (2000)
본 발명의 목적은 나이트릴 관능기를, 퍼옥소 코발트 복합체 존재하에, 하이드록사믹 엑시드 관능기로 전환시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 퍼옥소 코발트 복합체를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 나이트릴 관능기(-C≡N)를, 하기 화학식 1로 표시되는 퍼옥소 코발트 복합체 존재하에, 하이드록사믹 엑시드(Hydroxamic acid,
Figure 112017098411735-pat00001
) 관능기로 전환시키는 방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112017098411735-pat00002
(상기 화학식 1에서,
L은
Figure 112017098411735-pat00003
이고,
상기 R4 및 R5는 독립적으로 C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고,
여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 C6-10의 아릴이다).
또한, 본 발명은 하기 반응식 1에 나타난 바와 같이,
하기 화학식 2로 표시되는 나이트릴 관능기(-C≡N)를 포함하는 화합물을, 하기 화학식 1로 표시되는 퍼옥소 코발트 복합체 존재하에, 하기 화학식 3으로 표시되는 하이드록사믹 엑시드(Hydroxamic acid,
Figure 112017098411735-pat00004
) 관능기를 포함하는 화합물로 전환시키는 방법을 제공한다.
[반응식 1]
Figure 112017098411735-pat00005
(상기 반응식 1에서,
L은
Figure 112017098411735-pat00006
이고,
상기 R4 및 R5는 독립적으로 C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고,
여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 C6-10의 아릴이고; 및
R은
Figure 112017098411735-pat00007
, 지방족 탄화수소기, 또는 방향족 탄화수소기이고,
상기 R1, R2 및 R3는 독립적으로 -OH, C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시, 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고,
여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 C6-10의 아릴이다).
나아가, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 퍼옥소 코발트 복합체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112017098411735-pat00008
(상기 화학식 1에서,
L은
Figure 112017098411735-pat00009
이고,
상기 R4 및 R5는 독립적으로 C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고,
여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 C6-10의 아릴이다).
본 발명에 따른 나이트릴 관능기를 하이드록사믹 엑시드 관능기로 전환시키는 방법은, 퍼옥소 코발트 복합체를 사용함에 따라 상온과 상압에서 용이하게 진행될 수 있으며, 중간체인 하이드록시메이토코발트(III) 화합물을 거쳐 최종 생성되는 하이드록사믹 엑시드 관능기 또는 이를 포함하는 유도체는 암세포의 생장을 저해할 수 있는 것으로 공지되 있으므로 본 발명에 따른 전환 방법은 항암 치료를 위한 프로드러그 제조에도 적용 가능한 효과가 있다.
도 1은 실시예 1의 복합체(빨간선)와, 이의 전구체인 제조예 1의 복합체(검은선)의 전자 흡수 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. 우측 상단의 삽도는 공명 라만 스펙트럼을 나타낸다: 1-16O (16 mM; 빨간선); 1-18O (16 mM; 파란선); 1-16O 및 1-18O 사이의 차이 스펙트럼(difference spectrum, 초록선)은 -30℃에서 CH3CN 내 355 nm에서 여기시켜 얻었다. 1-16O 및 1-18O는 각각 H2 16O2 및 H2 18O2를 사용하여 실시예 1의 방법에 따라 제조할 수 있다.
도 2는 -20℃에서 CH3CN 내 실시예 1 (1)의 ESI-MS 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. m/z = 443.2에서의 피크는 [CoIII(TBDAP)(O2)]+ (1-16O; calcd. m/z = 443.2)와 일치한다. 우측 상단의 삽도는 다음 피크에서 관찰된 동위원소 분포 패턴을 나타낸다: 1-16O (lower)은 m/z = 443.2 / 1-18O (upper)은 m/z = 447.2.
도 3은 실험예 1에서 40℃ C6H6 내 실시예 1 (2.0 mM)이 CH3CN (3.8 M)과 반응함에 따라 관찰되는 UV-vis 스펙트라 변화를 관찰한 그래프이다. 우측 상단의 삽도는 [Co(TBDAP)(CH3C(=NO)O] (2)의 생성으로 인한 790 nm 파장영역대의 흡수 변화를 나타낸다.
도 4는 실험예 1에서 40℃ C6H6 내 실시예 1 (2.0 mM)이 CH3CN (3.8 M)과 반응이 종결된 용액의 ESI-MS 스펙트럼을 나타낸다. m/z = 484.3에서의 피크는 [CoIII(TBDAP)(CH3C(=NO)O)]+ (2-16O) (calculated m/z of 484.2)에 해당한다. 우측 상단의 삽도는 1-16O와 1-18O에서 각각 유도된 2-16O (lower)와 2-18O (upper)에 대해 측정되는 동위원소 분포 패턴을 나태낸다.
도 5는 실험예 2에서 40℃ CHCl3 내 실시예 1 (2.0 mM)이 CH3CH2CN (1.4 M)과 반응함에 따라 관찰되는 UV-vis 스펙트라 변화를 관찰한 그래프이다. 우측 상단의 삽도는 [Co(TBDAP)(CH3CH2C(=NO)O] (3)의 생성으로 인한 790 nm 파장영역대의 흡수 변화를 나타낸다.
도 6은 실험예 2에서 40℃ CHCl3 내 실시예 1 (2.0 mM)이 CH3CH2CN (1.4 M)과 반응이 종결된 용액의 ESI-MS 스펙트럼을 나타낸다. m/z = 498.3에서의 피크는 [CoIII(TBDAP)(CH3CH2C(=NO)O)]+(calculated m/z of 498.2)에 해당한다. 우측 상단의 삽도는 m/z = 498.3 피크에서의 측정된(upper), 계산된(calculated) 동위원소 분포 패턴을 나타낸다.
도 7은 실험예 3에서 40℃ CHCl3 내 실시예 1 (2.0 mM)이 C6H5CN (0.98 M)과 반응함에 따라 관찰되는 UV-vis 스펙트라 변화를 관찰한 그래프이다. 우측 상단의 삽도는 [Co(TBDAP)(C6H5C(=NO)O] (4)의 생성으로 인한 840 nm 파장영역대의 흡수 변화를 나타낸다.
도 8은 실험예 3에서 40℃ CHCl3 내 실시예 1 (2.0 mM)이 C6H5CN (0.98 M)과 반응이 종결된 용액의 ESI-MS 스펙트럼을 나타낸다. m/z = 546.3에서의 피크는 [CoIII(TBDAP)(C6H5C(=NO)O)]+(calculated m/z of 546.2)에 해당한다. 우측 상단의 삽도는 m/z = 546.3 피크에서의 측정된(upper), 계산된(calculated) 동위원소 분포 패턴을 나타낸다.
도 9는 하멧 파라미터(Hammett parameter)인
Figure 112017098411735-pat00010
에 대한
Figure 112017098411735-pat00011
의 하멧 도표(Hammett plot)이다.
도 10은 본 발명에 따른 나이트릴 활성화의 메커니즘을 나타낸다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 나이트릴 관능기(-C≡N)를, 하기 화학식 1로 표시되는 퍼옥소 코발트 복합체 존재하에, 하이드록사믹 엑시드(Hydroxamic acid,
Figure 112017098411735-pat00012
) 관능기로 전환시키는 방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112017098411735-pat00013
상기 화학식 1에서,
L은
Figure 112017098411735-pat00014
이고,
상기 R4 및 R5는 독립적으로 C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고,
여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 C6-10의 아릴이다.
이때, 상기 R4 및 R5는 독립적으로 t-부틸 또는 사이클로헥실일 수 있다.
또한, 본 발명은 하기 반응식 1에 나타난 바와 같이,
하기 화학식 2로 표시되는 나이트릴 관능기(-C≡N)를 포함하는 화합물을, 하기 화학식 1로 표시되는 퍼옥소 코발트 복합체 존재하에, 하기 화학식 3으로 표시되는 하이드록사믹 엑시드(Hydroxamic acid,
Figure 112017098411735-pat00015
) 관능기를 포함하는 화합물로 전환시키는 방법을 제공한다.
[반응식 1]
Figure 112017098411735-pat00016
상기 반응식 1에서,
L은
Figure 112017098411735-pat00017
이고,
상기 R4 및 R5는 독립적으로 C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고,
여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 C6-10의 아릴이고; 및
R은
Figure 112017098411735-pat00018
, 지방족 탄화수소기, 또는 방향족 탄화수소기이고,
상기 R1, R2 및 R3는 독립적으로 -OH, C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시, 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고,
여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 C6-10의 아릴이다.
일 측면에 있어서, 상기 지방족 탄화수소기는 C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬이고, 여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬일 수 있고;
상기 방향족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고, 여기서, 상기 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C6-10의 아릴일 수 있다.
다른 측면에 있어서, 상기 지방족 탄화수소기는 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C3-8의 사이클로알킬이고, 여기서, 상기 치환된 C3-8의 사이클로알킬은 C1-3의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-3의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-8의 사이클로알킬일 수 있고;
상기 방향족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 C6의 아릴이고, 여기서, 상기 치환된 C6의 아릴은 C1-3의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-3의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C6의 아릴일 수 있다.
또 다른 측면에 있어서, 상기 지방족 탄화수소기는 -CH3, 또는 -CH2CH3일 수 있고; 상기 방향족 탄화수소기는 -Ph일 수 있다.
다른 측면에 있어서, 상기 R1, R2 및 R3는 독립적으로 -OH, 또는 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬일 수 있고, R1 및 R2는 t-부틸이고; 상기 R3은 -OH일 수 있다.
상기 나이트릴 관능기(-C≡N)를 포함하는 화합물이, 퍼옥소 코발트 복합체 존재하에 하이드록사믹 엑시드(Hydroxamic acid) 관능기를 포함하는 화합물로 전환될 때, 하기 화학식 4로 표시되는 하이드록시마토(Hydroximato) 코발트 복합체를 중간체로서 거쳐 전환된다.
[화학식 4]
Figure 112017098411735-pat00019
상기 화학식 4에서,
L 및 R은 앞서 정의한 바와 같다.
하이드록사마토(Hydroxamato) 유사체의 토토머(tautomers)인 하이드록시마토(Hydroximato) 리간드는 금속효소(metalloenzyme)의 억제제로서 작용할 수 있어 암이나 알츠하이머 질병의 치료에 사용되어져 왔다.
[하이드록사마토와 하이드록시마토 토토머 관계식]
Figure 112017098411735-pat00020
상기 화학식 4로 표시되는 하이드록시마토 코발트 복합체는 하이드록시메이토코발트(III) 화합물로도 명명되며, 생체 내에서 환원과정을 통해 화학적 변형이 용이한 코발트(II)가 되면서 하이드록시메이트 관능기, 보다 구체적으로 하이드록사믹 엑시드(Hydroxamic acid,
Figure 112017098411735-pat00021
) 관능기 또는 이를 포함하는 유도체를 방출할 수 있는데, 이렇게 방출되는 하이드록시메이트 관능기는 킬레이트 특성을 가져 암세포에서 과발현되는 기질금속단백질분해효소의 활성자리에 있는 아연에 결합하여 암세포의 생장을 저해할 수 있다. 따라서, 나이트릴 활성화반응을 통한 최종 생성물은 정상세포와 암세포 사이의 세포전위 차이를 통해 선택적으로 암세포로 하이드록시메이트 관능기를 안전하게 전달해줄 수 있는 운반체, 즉 프로드러그로서 활용될 수 있다. 하나의 예로, 상기 하이드록사믹 엑시드 관능기를 포함하는 공지된 항암제로는 하기 구조를 갖는 Marimastat이 있다.
[Marimastat 화학구조]
Figure 112017098411735-pat00022
일 측면에 있어서, 본 발명은 하기 화학식 2로 표시되는 나이트릴 관능기(-C≡N)를 포함하는 화합물을, 하기 화학식 1로 표시되는 퍼옥소 코발트 복합체 존재하에, 하기 화학식 4로 표시되는 하이드록시마토(Hydroximato) 코발트 복합체로 전환시키는 방법을 제공한다.
[반응식 2]
Figure 112017098411735-pat00023
상기 반응식 2에서,
R 및 L은 앞서 정의한 바와 같다.
상기 전환 방법은 모두 상온, 상압에서 수행하여 높은 수율을 확보할 수 있으며, 이때 상온이란 몇 가지 구체예를 들면 0℃ 내지 50℃일 수 있고, 0℃ 내지 40℃일 수 있고, 0℃ 내지 30℃일 수 있고, 0℃ 내지 25℃일 수 있고, 10℃ 내지 50℃일 수 있고, 20℃ 내지 50℃일 수 있고, 25℃ 내지 50℃일 수 있고; 상기 상압이란 몇 가지 구체예를 들면 0.1 내지 3 atm일 수 있고, 0.1 내지 2 atm일 수 있고, 0.1 내지 1.5 atm일 수 있고, 0.1 내지 1 atm일 수 있고, 0.5 내지 3 atm일 수 있고, 0.7 내지 3 atm일 수 있고, 0.9 내지 3 atm일 수 있고, 1 내지 3 atm일 수 있다.
또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 퍼옥소 코발트 복합체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112017098411735-pat00024
상기 화학식 1에서,
L은 앞서 정의한 바와 같다.
상기 화학식 1로 표시되는 퍼옥소 코발트 복합체는 본 발명에 따른 나이트릴 활성화 방법에 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예를 통해 상세히 설명한다.
단, 후술하는 실시예 및 실험예는 본 발명을 구체적으로 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
< 제조예 1> [ Co II (TBDAP)(NO 3 )(H 2 O)](NO 3 )의 제조
Figure 112017098411735-pat00025
CH3CN (2.0 mL) 및 CHCl3 (2.0 mL)에 Co(NO3)2·6H2O (0.146 g, 0.50 mmol) 및 TBDAP(N,N'-di-tertbutyl-2,11-diaza[3.3](2,6)-pyridinophane, 0.176 g, 0.50 mmol)를 첨가하여 12시간 동안 교반하여 분홍색의 용액을 얻었다. Et2O (40 mL)를 첨가하여 필터하고, 세척한 후, 진공 하에 건조하여 표제 화합물을 분홍색의 파우더(분말) 형태로 얻었다. 수율: 94% (0.2610 g) 결정학적으로 적합한 X 선 결정은 상기 표제 화합물이 용해된 CH3CN 내로 Et2O를 서서히 확산시킴으로써 수득하였다.
ESI-MS in CH3CN: m/z 205.6 for [Co(TBDAP)]2+, m/z 226.1 for [Co(TBDAP)(CH3CN)]2+, and m/z 246.7 for [Co(TBDAP)(CH3CN)2]2+, m/z 473.2 for [Co(TBDAP)(NO3)]+. Anal. Calcd for C22H34CoN6O7: C, 47.74; H, 6.19; N, 15.18. Found: C, 47.62; H, 6.194; N, 15.29. 유효 자기 모멘트 μeff = 3.9 B.M. (25℃에서 CH3CN 중 1H NMR Evans 법으로 측정하였음)
< 실시예 1> 퍼옥소 코발트 복합체 [Co( TBDAP )(O 2 )] ( 1)의 제조
Figure 112017098411735-pat00026
-40℃에서 CH3CN (1.5 mL) 내 용해된 트리에틸아민 (TEA; 2 당량) 존재하에, 상기 <제조예 1>에서 제조한 [Co(TBDAP)(NO3)(H2O)](NO3) (0.0277 g, 0.050 mmol)에 H2O2 (5.0 당량)를 처리하여, 초록색의 용액을 얻었다. Et2O (40 mL)를 첨가하여 필터하고, 세척한 후, 진공 하에 건조하여 초록색의 파우더(분말)를 얻었다. 상기 초록색의 파우더를 -40℃에서 CHCl3에 용해시켰다. -40℃에서 상기 얻어진 용액에 Et2O를 서서히 분산시켜 [Co( TBDAP ) (O 2 )](NO 3 )(H 2 O) 2 (1-NO 3 · 2H 2 O )를 초록색의 결정으로 얻었다. 결정 수율: 72% (0.0157 g).
1-NO 3 · 2H 2 O 복합체에서 BPh4 -와의 음이온 교환에 의해 형성된 [Co(TBDAP)(O 2 )](BPh 4 ) (1- BPh 4 )의 X-선 결정학적으로 적합한 결정은, NaBPh4 (0.17 g) 존재하에 1의 CHCl3 용액 내로 Et2O를 서서히 분산시켜 얻었다.
한편, -40℃에서 CH3CN (2.0 mL) 내 용해된 트리에틸아민 (TEA; 2 당량) 존재하에, 상기 <제조예 1>에서 제조한 [Co(TBDAP)(NO3)(H2O)](NO3) (2.0 mM)에, H2 18O2 (5.0 당량, 36 μL, 95% 18O-enriched, 2.2% H2 18O2, 물에 용해)를 처리하여 [Co(TBDAP)( 18 O 2 )] + (1- 18 O 2 )를 제조할 수도 있다.
ESI-MS CH3CN (도 1, 도 2 참조): m/z 443.2 for [Co(TBDAP)(O2)]+. Anal. Calcd for C46H52BCoN4O: C, 48.80; H, 6.70; N, 12.93. Found: C, 48.67; H, 6.31; N, 12.91.
< 실험예 1> 하이드록시마토 ( Hydroximato ) 코발트 복합체 [Co(TBDAP)(CH 3 C(=NO)O] (2)의 제조
Figure 112017098411735-pat00027
상기 <실시예 1>에서 제조한 1-NO3·2H2O (0.0234 g, 0.046 mmol)를 1.5 mL의 CH3CN에 용해시켰다. 상기 혼합용액을 25℃에서 하루밤 동안 유지시켜 색이 초록색에서 어두운 갈색으로 변하게 유도하였다. 이 혼합용액에 Et2O를 서서히 분산시켜 [Co(TBDAP)(CH 3 C(=NO)O]-NO 3 ·H 2 O (2-NO 3 ·H 2 O) 복합체를 갈색의 결정 형태로 얻었다. 결정 수율은 54% (0.0139 g)였다.
상기 2-NO 3 ·H 2 O 복합체를 BPh4 -와 음이온 교환으로 인하여 형성된 2- BPh 4 의 결정학적으로 적절한 X-선 결정은, NaBPh4 (0.17 g)의 존재하에 2가 용해된 CH3CN 용액 내 Et2O를 서서히 분산시킴으로써 얻었다.
한편, [Co(TBDAP)(CH3C(=N18O)18O]+는 25℃에서 CH3CN (2.0 mL)와 함께 1-18O2를 반응시켜 제조할 수 있다.
ESI-MS CH3CN (도 3, 도 4 참조): m/z 484.3 for [Co(TBDAP)(CH3C(=NO)O)]+. FT-IR (ATR): 1523 cm-1 (w, C=N). Anal. Calcd for C24H37BCoN6O6: C, 51.06; H, 6.61; N, 14.89. Found: C, 51.19; H, 6.58; N, 14.79.
도 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1 (1)로 인한 974 nm 영역의 흡수 밴드는 일차 동역학(first-order kinetics)를 보이며 사라졌고, 생성되는 (2)는 λmax = 450 (ε = 420 M-1cm-1) 및 790 nm (ε = 430 M-1cm- 1)에서의 전자 흡수 밴드(electronic absorption bands)에 해당하며 960 nm에서 등흡광점(isosbestic point)으로서 나타났다.
또한, 도 4에 나타난 바와 같이, 생성되는 (2)의 ESI-MS 스펙트럼은 m/z = 484.3에서 주요한 신호를 나타내었고, 이는 [Co(TBDAP)(CH3C(=NO)O)]+ (2-16O; calculated m/z of 484.2)에 해당함을 확인하였다. 18O-표지 실험 또한 수행하였으며, 그 결과가 도 4의 삽도에 나타나 있는데, 이로부터 실시예 1의 퍼옥소기로부터 상기 (2)의 산소 원자의 유도가 뒷받침된다.
< 실험예 2> 하이드록시마토 ( Hydroximato ) 코발트 복합체 [Co(TBDAP)(CH 3 CH 2 C (=NO)O] ( 3)의 제조
Figure 112017098411735-pat00028
상기 <실시예 1>에서 제조한 1-BPh4 (0.0172 g, 0.034 mmol)를 1.5 mL의 CH3CH2CN에 용해시켰다. 상기 혼합용액을 25℃에서 하루밤 동안 유지시켜 색이 초록색에서 어두운 갈색으로 변하게 유도하였다. 이 혼합용액에 Et2O를 NaBPh4 (0.17 g) 존재하에 서서히 분산시켜 [Co( TBDAP )( CH 3 CH 2 C(=NO)O ]- BPh 4 (3- BPh 4 ) 복합체를 갈색의 결정 형태로 얻었다. 결정 수율은 46% (0.0088 g)였다.
한편, [CoIII(TBDAP)(CH3CH2C(=N18O)18O]+는 25℃에서 CH3CH2CN (2.0 mL)와 함께 1-18O2를 반응시켜 제조할 수 있다.
ESI-MS CH3CN (도 5, 도 6 참조): m/z 498.3 for [Co(TBDAP)(CH3CH2C(=NO)O]+. FT-IR (ATR): 1523 cm-1 (w, C=N). Anal. Calcd. for C49H57BCoN5O2: C, 71.97; H, 7.03; N, 8.56. Found: C, 71.95; H, 7.23; N, 8.4.
< 실험예 3> 하이드록시마토 ( Hydroximato ) 코발트 복합체 [Co(TBDAP)(C 6 H 5 C (=NO)O] ( 4)의 제조
Figure 112017098411735-pat00029
상기 <실시예 1>에서 제조한 1-BPh4 (0.0186 g, 0.037 mmol)를 1.5 mL의 C6H5CN에 용해시켰다. 상기 혼합용액을 25℃에서 하루밤 동안 유지시켜 색이 초록색에서 어두운 갈색으로 변하게 유도하였다. 수득된 [Co( TBDAP )( C 6 H 5 C(=NO)O ]- BPh 4 ·H 2 O 분말의 수율은 40% (0.0128g) 였다. 상기 어두운 갈색으로 색이 변화한 혼합용액에 Et2O를 NaBPh4 (0.17 g) 존재하에 서서히 분산시켜 물 분자가 제거되며 결정학적으로 적절한 X-선 결정 [Co(TBDAP)(C 6 H 5 (=NO)O]-BPh 4 (4-BPh 4 ) 를 얻었다.
한편, [CoIII(TBDAP)(C6H5(=N18O)18O]+는 25℃에서 C6H5CN (2.0 mL)와 함께 1-18O2를 반응시켜 제조할 수 있다.
ESI-MS CH3CN (도 7, 도 8 참조): m/z 546.3 for [Co(TBDAP)(C6H5C(=NO)O)]+. FT-IR (ATR): 1546 cm-1 (w, C=N). Anal. Calcd. for C53H59BCoN5O3: C, 72.03; H, 6.73; N, 7.92. Found: C, 71.96; H, 6.86; N, 7.91.
< 실험예 4> para-치환된 벤조나이트릴에 대한 반응성 평가
상기 <실시예 1>에서 제조한 퍼옥소 코발트 복합체 [Co(TBDAP)(O2)] (1)의, para-치환된 벤조나이트릴에 대한 반응성을 평가하기 위하여, <실험예 2>에서 CH3CH2CN을 사용하는 대신 para-치환된 벤조나이트릴을 사용하여 40℃에서 반응을 유도하였다. 이때, para-치환되는 치환체로는 -OMe, Me, H, Cl을 사용하였다.
반응이 완결되면, 운동학적 데이터(kinetic data)의 모조 일차(pseudo-first-order) 피팅(fitting)을 통해
Figure 112017098411735-pat00030
값을 측정하였고, 이를 도 9에 나타내었다.
도 9는 하멧 파라미터(Hammett parameter)인
Figure 112017098411735-pat00031
에 대한
Figure 112017098411735-pat00032
의 하멧 도표(Hammett plot)이다.
도 9에 나타난 바와 같이,
Figure 112017098411735-pat00033
값은 0.18로 측정되었으며, 이러한 작은
Figure 112017098411735-pat00034
값은 반응이 전자가 고리로 흘러들어가는 것에 거의 의존하지 않는다는 것을 나타낸다.
보다 구체적으로, 정전기적 성질을 나타내는 하멧 상수의 값이 0.18로 0에 가깝다는 것을 알 수 있으며, 하멧 상수는 친핵성 반응이면 양수로 나오고 친전자성 반응은 음수로 나오는 경향을 보인다.
하지만, 0에 가까운 하멧 상수값을 보이는 나이트릴 반응성은 흔하게 나타나는 금속-퍼옥소 종의 친핵성 반응과는 다른 전이상태를 거친다는 것을 알 수 있다. 도 10에는 본 발명에 따른 나이트릴 활성화의 메커니즘을 나타내었다.
하멧 상수 값이 0에 가깝다는 결과와 동위원소 표지법 연구를 통해 외부 산소와 교환 반응이 일어나지 않는다는 결과를 고려했을 때, 순차적으로 진행되는 전이상태가 아니라 동시에 반응기작을 갖는다는 것을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 나이트릴 관능기(-C≡N)를, 하기 화학식 1로 표시되는 퍼옥소 코발트 복합체 존재하에, 하이드록사믹 엑시드(Hydroxamic acid,
    Figure 112017098411735-pat00035
    ) 관능기로 전환시키는 방법:
    [화학식 1]
    Figure 112017098411735-pat00036

    (상기 화학식 1에서,
    L은
    Figure 112017098411735-pat00037
    이고,
    상기 R4 및 R5는 독립적으로 C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고,
    여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 C6-10의 아릴이다).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 R4 및 R5는 독립적으로 t-부틸 또는 사이클로헥실인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 하기 반응식 1에 나타난 바와 같이,
    하기 화학식 2로 표시되는 나이트릴 관능기(-C≡N)를 포함하는 화합물을, 하기 화학식 1로 표시되는 퍼옥소 코발트 복합체 존재하에, 하기 화학식 3으로 표시되는 하이드록사믹 엑시드(Hydroxamic acid,
    Figure 112017098411735-pat00038
    ) 관능기를 포함하는 화합물로 전환시키는 방법:
    [반응식 1]
    Figure 112017098411735-pat00039

    (상기 반응식 1에서,
    L은
    Figure 112017098411735-pat00040
    이고,
    상기 R4 및 R5는 독립적으로 C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고,
    여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 C6-10의 아릴이고; 및

    R은
    Figure 112017098411735-pat00041
    , 지방족 탄화수소기, 또는 방향족 탄화수소기이고,
    상기 R1, R2 및 R3는 독립적으로 -OH, C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시, 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고,
    여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 C6-10의 아릴이다).
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지방족 탄화수소기는 C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬이고, 여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬이고; 및
    상기 방향족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고, 여기서, 상기 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C6-10의 아릴인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 지방족 탄화수소기는 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C3-8의 사이클로알킬이고, 여기서, 상기 치환된 C3-8의 사이클로알킬은 C1-3의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-3의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-8의 사이클로알킬이고; 및
    상기 방향족 탄화수소기는 치환 또는 비치환된 C6의 아릴이고, 여기서, 상기 치환된 C6의 아릴은 C1-3의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-3의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C6의 아릴인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 지방족 탄화수소기는 -CH3, 또는 -CH2CH3이고; 및
    상기 방향족 탄화수소기는 -Ph인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 R1, R2 및 R3는 독립적으로 -OH, 또는 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 R1 및 R2는 t-부틸이고; 및
    상기 R3은 -OH인 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제3항에 있어서,
    나이트릴 관능기(-C≡N)를 포함하는 화합물이, 퍼옥소 코발트 복합체 존재하에 하이드록사믹 엑시드(Hydroxamic acid) 관능기를 포함하는 화합물로 전환될 때, 하기 화학식 4로 표시되는 하이드록시마토(Hydroximato) 코발트 복합체를 중간체로서 거쳐 전환되는 것을 특징으로 하는 방법:
    [화학식 4]
    Figure 112017098411735-pat00042

    (상기 화학식 4에서,
    L 및 R은 청구항 제3항에서 정의한 바와 같다).
  10. 하기 화학식 1로 표시되는 퍼옥소 코발트 복합체:
    [화학식 1]
    Figure 112017098411735-pat00043

    (상기 화학식 1에서,
    L은
    Figure 112017098411735-pat00044
    이고,
    상기 R4 및 R5는 독립적으로 C1-10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 치환 또는 비치환된 C3-10의 사이클로알킬, 또는 치환 또는 비치환된 C6-10의 아릴이고,
    여기서, 상기 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 치환된 C6-10의 아릴은 할로겐, -OH, -CN, -NO2, C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알킬, 및 C1-5의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기가 치환된 C3-10의 사이클로알킬 또는 C6-10의 아릴이다).
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