KR102051920B1 - 다이이민-전이금속 착화합물을 포함하는 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매 - Google Patents
다이이민-전이금속 착화합물을 포함하는 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 본 발명은 다이이민 리간드가 배위된 전이금속 착물을 포함하는 촉매 및 이를 이용하여 탄소-수소 결합 활성화를 통한 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 교차 짝지음 반응에 이용하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 다이이민 리간드가 배위된 전이금속 착화합물을 포함하는 신규한 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매 및 이를 이용한, 탄소-수소 결합 활성화를 통한 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 교차 짝지음 반응을 통한 유기화합물의 신규한 제조방법에 관한 것이다.
탄소-탄소 짝지음 반응은 아릴 할로겐화물로 대표되는 탄소 친전자체와 다양한 유기금속화합물을 포함하는 탄소 친핵체를 반응물로 사용하여 탄소-탄소 결합을 형성하는 반응으로서, 팔라듐 또는 니켈 화합물로 구성된 촉매를 필요로 하며 사용되는 리간드에 따라 작용기 허용성과 반응온도 등의 반응의 주요 성질이 결정되므로 다양한 구조의 촉매를 확보 하는 것이 중요하다.
한편 상기 반응에 사용되는 탄소 친핵체는 유기금속화합물로서 그 합성이나 취급이 까다로워 상기 반응이 갖는 한계점이 될 수 있고, 또한 그로부터 발생하는 부산물의 문제도 단점이 된다.
이를 극복하고자 개발된 것이 탄소-수소 활성화 반응으로서, 유기금속화합물을 사용하지 않고 벤젠과 같은 탄화수소 화합물을 반응물로 사용하여 탄소-수소 결합에 직접적인 기능화를 수행할 수 있게 된다.
탄소-수소 활성화 반응이 전통적인 탄소-탄소 교차 짝지음 반응을 대체할 수 있는 장점을 지닌 반응임에도 불구하고 여전히 어려운 과제로 여겨지는 이유는 탄소-수소 결합이 본질적으로 가지는 낮은 반응성 때문이다. 분자 내에 존재하는 다양한 탄소-수소 결합 중 원하는 결합만 선택적으로 활성화 할 수 있으려면 높은 반응성과 선택성이 요구되며, 이를 실현하기 위해서 기존 연구들이 사용한 전략들은 전이금속 촉매 중심에 배위할 수 있는 지향기(directing group)를 반응물 내에 존재하도록 하는 방법과 전자적으로 활성화된 반응물을 사용하는 방법 등으로 나뉠 수 있다.
상기 지향기를 사용하는 방법의 경우, 지향기가 전이금속 촉매 중심에 배위하게 되면 반응물 분자의 특정 위치의 탄소-수소 결합이 촉매 중심에 공간적으로 가까워짐으로써 향상되는 반응성과 선택성을 이용한다. 이러한 지향기는 주로 질소나 산소 원자 등을 포함하고 있으며 케톤이나 헤테로 고리 화합물 등을 대표적인 예로 들 수 있다. 그러나 지향기가 반응물 내에 공유 결합으로 연결 되어 있어 반응물에 지향기를 도입하는 반응 단계를 필요로 하며 탄소-수소 결합 활성화 반응 이후에도 불필요한 지향기가 남아있게 되는 등의 치명적인 한계를 갖고 있다.
한편, 전자적으로 활성화된 반응물을 사용하는 방법은 질소와 산소 원자를 포함하고 있는 헤테로 고리 화합물을 반응물로 사용하여 불균일한 전자구조로 인해 특정 탄소-수소 결합의 높은 반응성을 활용하는 방법이다. 이 방법이 갖는 한계는 특정 구조의 반응성이 높은 물질에만 적용이 가능하다는 점이다.
상기 기술한 한계들을 극복하기 위해서는 지향기나 특정한 전자적 활성화를 갖지 않는 벤젠이나 톨루엔 같은 간단한 방향족 탄화수소 화합물을 반응물로 사용한 탄소-수소 활성화 반응을 개발해야할 필요성이 있다. 이와 같은 반응은 2006년 Fagnou 그룹의 연구 이후 많은 연구진에 의해 개발 되었으나, 여전히 낮은 반응성으로 인해 상대적으로 많은 양의 촉매로 필요로 하고 용매량 정도의 과량으로 반응물을 사용해야 하는 등의 문제를 여전히 안고 있다.
이와 관련한 종래 기술로서, 미국등록특허공보 8,952,207호(2015.02.10)에서는 구리 화합물 촉매를 사용하여, 헤테로 방향족 고리 화합물의 탄소-수소 결합에 할로겐화 아렌으로 아릴화 반응 시켜 비스 아렌 화합물을 제조하는 기술에 대해 기재되어 있고, 또한 미국등록특허공보 8,703,966호(2014.04.22)에서는 팔라듐 촉매를 이용하여, 산화적 조건에서 서로 다른 방향족 화합물의 짝지음 반응을 통해 비스 아렌 화합물을 제조하는 기술에 관해 기재되어 있다.
그러나, 상기 선행문헌들은 여전히 헤테로 원자를 포함하거나 전자가 부족한 벤젠 유도체와 같이 활성화된 반응물에만 제한적으로 사용되는 한계를 가지거나 또는 산화적 조건에서 반응을 수행한다는 점에서 한계를 가지고 있다.
따라서, 현재까지도 지향기나 특정한 전자적 활성화를 갖지 않는 벤젠이나 톨루엔 같은 간단한 방향족 탄화수소 화합물을 반응물로 사용한, 신규한 탄소-수소 아릴화 반응을 위한 촉매의 개발의 필요성이 요구되고 있다.
한편, 앞서 기재된 바와 같이 탄소-탄소 짝지음 반응은 탄소-탄소 결합을 가지고 있는 유기화합물을 제조하기 위한 중요한 반응에 해당하고 있어, 이를 수행하기 위한 다양한 촉매가 개발되고 있으나, 그럼에도 불구하고 신규 촉매에 대한 개발의 요구는 지속적으로 증가하고 있어, 보다 고활성을 가지는 신규한 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매의 개발 및 이를 이용한 유기화합물의 반응에 대한 연구의 필요성은 지속적으로 요구되고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 신규한 다이이민-전이금속 착화합물을 포함하는, 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 다이이민-전이금속 착화합물을 포함하는 촉매를 사용하여 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응을 수행하는 방법을 제공한다.
본 발명은 하기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물을 포함하는, 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매를 제공한다.
[화학식 A]
상기 화학식 A에서,
상기 M은 Pd, Ni, Pt, Fe, Ru, Rh 및 Cu 중에서 선택되는 어느 하나의 전이금속이고,
상기 L1 및 L2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 50의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기 중에서 선택되는 어느 하나의 1가 리간드; 이거나,
또는, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 포스핀, 일산화탄소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 아민, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 나이트릴, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의 방향족 헤테로고리 화합물 중에서 선택되는 어느 하나의 중성 리간드;이고,
상기 m 및 n은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 0 내지 2의 정수이고,
상기 치환기 R1, R5, R6 및 R10은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나의 치환기이며,
상기 치환기 R2 내지 R4, R7 내지 R9, R11 및 R12는 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, S 및 Si에서 선택되는 어느 하나이상을 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 시아노기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이며, 상기 치환기 R1 내지 R12내의 서로 인접한 치환기들은 고리를 형성할 수 있다.
본 발명은 입체적 성질을 조절하기 쉬운 다이이민 리간드 구조를 이용하여 입체장애가 큰 리간드를 전이금속(예, 팔라듐)에 배위시킨 촉매를 사용하여 기존에 개발된 촉매들에 비해 현저히 높은 전환수(turnover number)를 나타내는 탄소-수소 아릴화 반응을 수행할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 촉매의 경우, 다양한 작용기에 대해서도 더 높은 허용성(functional group tolerance)을 나타낼 수 있고, 기존 촉매 시스템에서 문제가 되었던 높은 촉매량을 낮출 수 있는 장점이 있으며, 또한, 벤젠 외에 나이트로벤젠이나 벤조나이트릴 등의 간단한 방향족 화합물에도 높은 반응성을 나타내어 과량이 아닌 2~3 당량 수준의 반응물 만으로도 높은 수율로 탄소-수소 결합 활성화 반응을 수행할 수 있는 장점을 제공한다.
또한, 현재 많이 사용되는 다양한 종류의 교차 짝지음 반응에도 본 발명에서 개발된 촉매가 사용될 수 있는 장점을 가진다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 포함한 발명의 구성을 상세히 설명한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 다이이민 화합물을 포함하는 다이이민-전이금속 착화합물을 포함하는, 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매를 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 다이이민-전이금속 착화합물 촉매는 하기 화학식 A로 표시된다.
[화학식 A]
상기 화학식 A에서,
상기 M은 Pd, Ni, Pt, Fe, Ru, Rh 및 Cu 중에서 선택되는 어느 하나의 전이금속이고,
상기 L1 및 L2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 50의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기 중에서 선택되는 어느 하나의 1가 리간드; 이거나,
또는, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 포스핀, 일산화탄소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 아민, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 나이트릴, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의 방향족 헤테로고리 화합물 중에서 선택되는 어느 하나의 중성 리간드;이고,
상기 m 및 n은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 0 내지 2의 정수이고,
상기 치환기 R1, R5, R6 및 R10은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나의 치환기이며,
상기 치환기 R2 내지 R4, R7 내지 R9, R11 및 R12는 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, S 및 Si에서 선택되는 어느 하나이상을 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 시아노기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이며,
상기 치환기 R1 내지 R12내의 서로 인접한 치환기들은 고리를 형성할 수 있고, 여기서, 상기‘치환 또는 비치환된’에서의 ‘치환’은 중수소, 시아노기, 할로겐기, 히드록시기, 니트로기, 탄소수 1 내지 24의 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 2 내지 24의 알케닐기, 탄소수 2 내지 24의 알키닐기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기 또는 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴알킬기, 탄소수 1 내지 24의 알콕시기, 탄소수 1 내지 24의 알킬아미노기, 탄소수 6 내지 24의 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로 아릴아미노기, 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴실릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴옥시기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
한편, 본 발명에서의 상기 “치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기”“치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기”등에서의 상기 알킬기 또는 아릴기의 범위를 고려하여 보면, 상기 탄소수 1 내지 30의 알킬기 및 탄소수 6 내지 50의 아릴기의 탄소수의 범위는 각각 상기 치환기가 치환된 부분을 고려하지 않고 비치환된 것으로 보았을 때의 알킬 부분 또는 아릴 부분을 구성하는 전체탄소수를 의미하는 것이다. 예컨대, 파라위치에 부틸기가 치환된 페닐기는 탄소수 4의 부틸기로 치환된 탄소수 6의 아릴기에 해당하는 것으로 보아야 한다.
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 아릴기는 하나의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 유기 라디칼로, 단일 또는 융합고리계를 포함하며, 또한 상기 아릴기에 치환기가 있는 경우 이웃하는 치환기와 서로 융합 (fused)되어 고리를 추가로 형성할 수 있다
상기 아릴기의 구체적인 예로는 페닐기, o-비페닐기, m-비페닐기, p-비페닐기, o-터페닐기, m-터페닐기, p-터페닐기, 나프틸기, 안트릴기, 페난트릴기, 피레닐기, 인데닐, 플루오레닐기, 테트라히드로나프틸기, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐, 플루오란텐일 등과 같은 방향족 그룹을 들 수 있고, 상기 아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 중수소 원자, 할로겐 원자, 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 실릴기, 아미노기 (-NH2,-NH(R),-N(R')(R''),R'과 R"은 서로 독립적으로 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며, 이 경우 "알킬아미노기"라 함), 아미디노기, 히드라진기, 히드라존기, 카르복실기, 술폰산기, 인산기, 탄소수 1 내지 24의 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 알케닐기, 탄소수 1 내지 24의 알키닐기, 탄소수 1 내지 24의 헤테로알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴기 또는 탄소수 2 내지 24의 헤테로아릴알킬기로 치환될 수 있다.
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 헤테로아릴기는 N, O, P, Si, S, Ge, Se, Te 중에서 선택된 1, 2 또는 3개의 헤테로 원자를 포함하고, 나머지 고리 원자가 탄소인 탄소수 2 내지 24의 아릴기인 치환기를 의미하며, 상기 고리들은 융합(fused)되어 고리를 형성할 수 있다. 그리고 상기 헤테로아릴기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 아릴기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에서 사용되는 치환기인 알킬기의 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소프로필, 이소부틸, sec-부틸, tert-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있고, 상기 알킬기 중 하나 이상의 수소 원자는 원자는 상기 아릴기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명의 화합물에서 사용되는 치환기인 알콕시기의 구체적인 예로는 메톡시, 에톡시, 프로폭시, 이소부틸옥시, sec-부틸옥시, 펜틸옥시, iso-아밀옥시, 헥실옥시 등을 들 수 있고, 상기 알콕시기 중 하나 이상의 수소 원자는 상기 아릴기의 경우와 마찬가지의 치환기로 치환가능하다.
본 발명에 따른, 상기 화학식 A로 표시되는 전이금속 착물을 포함하는 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매는 중심원자로서, Pd, Ni, Pt, Fe, Ru, Rh 및 Cu 중에서 선택되는 어느 하나의 전이금속을 가지며, 상기 L1 및 L2로서 1가 리간드 또는 중성 리간드를 가지며, 상기 다이이민 리간드내의 치환기 R1, R5, R6 및 R10은 적어도 수소 또는 중수소 원자보다 큰 치환기로서, 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나의 치환기를 가지는 전이금속 착물을 포함하는 것을 기술적 특징으로 한다. 이러한 구조적 특징을 가지는 전이금속 착물의 경우에 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용으로서의 신규한 촉매로서 사용될 수 있고, 탄소-수소 아릴화 반응에 있어 높은 전환수(turnover number)를 나타낼 수 있고, 다양한 작용기에 대해 더 높은 허용성(functional group tolerance) 및 기존 촉매 시스템에서 문제가 되었던 높은 촉매량을 낮출 수 있는 장점을 가지며, 또한, 벤젠 외에 나이트로벤젠이나 벤조나이트릴 등의 간단한 방향족 화합물에도 높은 반응성을 나타낼 수 있고, 다양한 종류의 탄소-탄소 교차 짝지음 반응에 사용될 수 있는 장점을 가진다.
이하에서는 본 발명에 따른 상기 촉매에 대하여 보다 상세히 기술하기로 한다.
본 발명에 따른 전이금속 착물에서 사용될 수 있은 전이금속은 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 백금(Pt), 철(Fe), 루테늄(Ru), 로듐(Rh) 및 구리(Cu) 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 바람직하게는 상기 전이금속은 팔라듐(Pd) 또는 니켈(Ni)인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 팔라듐(Pd)일 수 있다.
본 발명에서의 상기 화학식 A로 표시되는 전이금속 착물내 화학식 A에서의 L1 및 L2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐일 수 있고, 상기 n 및 m은 각각 1인 것이 바람직하고, L1 및 L2는 동일한 할로겐일 수 있다.
또한, 상기 치환기 R11 및 R12는 보다 바람직하게는, 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소 또는 중수소인 것이 촉매 분자에 배위된 리간드의 자유도를 높여 촉매의 안정성 및 활성을 향상시키는 측면에서 바람직하다.
또한, 상기 화학식 A내의 치환기 R1, R5, R6 및 R10의 보다 바람직한 예로서는, 이들은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 4 내지 8의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 8의 시클로알킬기 중에서 선택되는 치환기인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 치환기 R1, R5, R6 및 R10은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 탄소수 5 내지 7의 분지화된 알킬기일 수 있다. 이러한 입체적 장애가 큰 치환기를 포함하는 다이이민 리간드를 전이금속에 배위시킨 화합물 촉매는 촉매의 안정성 및 촉매의 활성을 향상시키는 측면에서 효과적이다.
본 발명에서 상기 다이이민(diimine) 리간드는 치환 또는 비치환된 아닐린(aniline)과 치환 또는 비치환된 글리옥살(glyoxal)의 반응으로 생성될 수 있다.
상기 다이이민 화합물을 제조하는 반응에서 반응온도는 상기 사용되는 용매 및 반응물 등에 따라 달라질 수 있으나, 0 내지 50 ℃의 범위를 사용할 수 있고, 바람직하게는 15 내지 35℃에서 반응시킬 수 있으며, 더욱 바람직하게는 실온(25℃)에서 반응시킬 수 있다.
이어서, 상기 방법으로 제조된 다이이민 리간드를 다이아민 리간드를 포함하지 않는 전이금속-리간드 화합물과 리간드 치환 반응을 통해서 상기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물을 수득할 수 있다.
상기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물을 제조하는 반응에서 반응온도는 상기 사용되는 용매 및 반응물 등에 따라 달라질 수 있으나, 0 내지 150 ℃의 범위를 사용할 수 있고, 바람직하게는 90 내지 100℃에서 반응시킬 수 있다.
본 발명에 따른 상기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물은 탄소-수소 아릴화 반응용 촉매로 사용이 가능하다.
상기 탄소-수소 아릴화 반응은 하기 반응식 1로 표시되는, 화합물 a로 표시되는 아렌과 화합물 b로 표시되는 할로겐화 아렌으로부터 화합물 c로 표시되는 화합물을 제조하는 탄소-수소 아릴화 반응인 것이 바람직하다.
[반응식 1]
상기 반응식 1에서, Y1은 H, F, CN, Me, OMe, OEt 및 NO2 중에서 선택된 어느 하나이고, Ar1 및 Ar2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고, Ar1’은 상기 Ar1으로부터 수소원자가 제거된 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴렌기이며, X는 F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐 또는 OTf, OMs, OTs 에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 상기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물은 앞서의 반응식 1에 따른 탄소-수소 아릴화 반응뿐만 아니라, 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매로 사용이 가능할 수 있고, 이를 통하여 보다 확장가능한 촉매로서 사용할 수 있어 산업적 응용 가치가 매우 높다.
구체적으로 상기 탄소-탄소 짝지음 반응은 스즈키 커플링(Suzuki coupling), 히야마 커플링(Hiyama coupling), 헥반응(Heck reaction), 소노가시라 반응(Sonogashira reaction), 울만 커플링 반응, 또는 슈틸레 커플링 반응을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 스즈키 커플링(Suzuki coupling), 히야마 커플링(Hiyama coupling), 헥 반응(Heck reaction)에 촉매로서 유용하게 사용될 수 있다.
보다 구체적으로, 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물을 촉매로서 사용하는 탄소-탄소 짝지음 반응은 하기 반응식 2 내지 4 중에서 선택되는 어느 하나로 표시되는, i) 화합물 d와 화합물 e로 표시되는 할로겐화 아렌으로부터 화합물 f로 표시되는 화합물을 제조하는 탄소-탄소 짝지음 반응이거나, ii) 화합물 g와 화합물 h로 표시되는 할로겐화 아렌으로부터 화합물 i로 표시되는 화합물을 제조하는 탄소-탄소 짝지음 반응이거나, iii) 화합물 j와 화합물 k로 표시되는 할로겐화 아렌으로부터 화합물 l로 표시되는 화합물을 제조하는 탄소-탄소 짝지음 반응일 수 있다.
[반응식 2]
상기 반응식 2에서,
상기 치환기 R‘는 수소 또는 중수소이고,
상기 치환기 R21 내지 R23은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, S 및 Si에서 선택되는 어느 하나이상을 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 시아노기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이고,
Ar은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
X는 F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐 또는 OTf, OMs, OTs 에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
[반응식 3]
상기 반응식 3에서,
Y4, Y5, 및 Y6는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기 중에서 선택되는 어느 하나의 치환기이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
X는 F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐 또는 OTf, OMs, OTs 에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
[반응식 4]
상기 반응식 4에서,
Y8 및 Y9는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, H, OH, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기 중에서 선택되는 어느 하나의 치환기이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
X는 F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐 또는 OTf, OMs, OTs 에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 화학식 A로 표시되는 상기 다이이민-전이금속 착화합물을 촉매로서 이용하여, 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응을 수행하는 방법을 제공한다.
구체적으로 본 발명은 상기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물을 포함하는, 탄소-수소 아릴화 반응용 촉매를 사용하여 하기 반응식 1로 표시되는, 화합물 a로 표시되는 아렌과 화합물 b로 표시되는 할로겐화 아렌으로부터 화합물 c로 표시되는 화합물의 제조방법을 제공한다.
[반응식 1]
상기 반응식 1내 기재된 화합물 a, 화합물 b 및 화합물 c의 정의는 앞서 기재된 바와 동일하다.
이를 위해 본 발명에서 상기 탄소-수소 아릴화 반응용 촉매의 사용량은 상기 화합물 b에 대하여 0.1 내지 5 mol%인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3 mol%일 수 있다.
또한, 상기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물를 이용하여 탄소-수소 아릴화반응을 수행하기 위해서 반응온도는 상기 사용되는 용매 및 반응물 등에 따라 달라질 수 있으나, 0 내지 200 ℃의 범위를 사용할 수 있고, 바람직하게는 120 내지 150℃에서 반응시킬 수 있다.
본 발명에 따른 화학식 A로 표시되는 전이금속 착물을 탄소-수소 아릴화 반응에 이용하는 경우에 있어서, 반응물인 상기 화합물 a로 표시되는 화합물은 지향기나 특정한 전자적 활성화를 갖지 않는 벤젠이나 간단한 방향족 탄화수소 화합물이 사용될 수 있고, 이로 인해 사용되는 반응물에 있어서 결합 활성화를 위한 특별한 구조의 치환기를 도입하지 않아도 되며, 또한 반응 후에 상기 특별한 치환기의 제거 과정을 요구하지 않아서 보다 제조 방법상의 효율적인 장점을 가지며, 또한 상기 특별한 치환기의 도입 및 제거를 위한 추가의 단계가 필요하지 않아 보다 경제적인 장점을 가질 수 있다.
보다 구체적으로 상기 반응식 1에서 상기 화합물 a로 표시되는 화합물이 벤젠인 경우 수득되는 상기 화합물 c로 표시되는 화합물은 하기 화합물 c-1 내지 화합물 c-13중에서 선택되는 어느 하나로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화합물 c-1] [화합물 c-2] [화합물 c-3]
[화합물 c-4] [화합물 c-5] [화합물 c-6]
[화합물 c-7] [화합물 c-8] [화합물 c-9]
[화합물 c-10] [화합물 c-11] [화합물 c-12]
[화합물 c-13] [화합물 c-14] [화합물 c-15]
[화합물 c-16]
이때, 상기 반응식 1로 표시되는 탄소-수소 아릴화 반응에 있어서 화합물 a로 표시되는 화합물이 벤젠을 반응물로 사용할 경우, 통상적으로 벤젠은 용매로서 과량으로 첨가되는 것이 바람직하며, 상기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물를 이용하여 상기 과량의 벤젠을 사용하여 탄소-수소 아릴화 반응을 수행하는 반응은 종래의 연구결과 들과 비교하였을 때 높은 전환수(turnover number)를 나타낸다.
또한, 상기 반응식 1에서 상기 화합물 a로 표시되는 화합물이 치환된 벤젠인 경우, 생성되는 상기 화합물 c로 표시되는 화합물의 구체적인 예로서, 이들은 하기 화합물 c-21 내지 화합물 c-23중에서 선택되는 어느 하나로 표시되는 화합물일 수 있다.
[화합물 c-21] [화합물 c-22] [화합물 c-23]
한편, 상기 반응식 1로 표시되는 탄소-수소 아릴화 반응에 있어서 상기 화합물 a로 표시되는 화합물이 치환된 벤젠 경우 치환된 벤젠의 첨가량은 화합물 b에 대하여 1 내지 5 당량인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1 내지 3 당량으로 사용될 수 있다. 이러한 반응물의 첨가량은 종래에 과량의 반응물을 사용한 것과 비교하여 경제적인 관점에서 기술적 장점을 보유하고 있다.
또한 본 발명은 상기 화학식 A로 표시되는 상기 다이이민-전이금속 착화합물을 촉매로서 이용하여 탄소-탄소 짝지음 반응을 수행하는 방법을 제공한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 상기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물을 포함하는, 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매를 사용하여 하기 반응식 2 내지 4 중 어느 하나로 표시되는, 화합물 f, 화합물 i, 화합물 l 중에서 선택되는 어느 하나의 화합물의 제조방법을 제공한다.
[반응식 2]
상기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물를 이용하여 상기 반응식 2의 탄소-탄소 짝지음 반응을 수행하기 위해서 반응온도는 상기 사용되는 용매 및 반응물 등에 따라 달라질 수 있으나, 0 내지 200 ℃의 범위를 사용할 수 있고, 바람직하게는 25 내지 150℃에서 반응시킬 수 있다.
[반응식 3]
또한, 상기 반응식 3의 탄소-탄소 짝지음 반응을 수행하기 위해서 반응온도는 상기 사용되는 용매 및 반응물 등에 따라 달라질 수 있으나, 0 내지 200 ℃의 범위를 사용할 수 있고, 바람직하게는 25 내지 100℃에서 반응시킬 수 있다.
[반응식 4]
또한, 상기 반응식 4의 탄소-탄소 짝지음 반응을 수행하기 위해서 반응온도는 상기 사용되는 용매 및 반응물 등에 따라 달라질 수 있으나, 0 내지 200 ℃의 범위를 사용할 수 있고, 바람직하게는 25 내지 150℃에서 반응시킬 수 있다.
상기 반응식 2 내지 반응식 4에 기재된 탄소-탄소 짝지음 반응을 위해, 본 발명에서 사용되는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매의 사용량은 상기 화합물 e, 화합물 h, 화합물 k에 대하여 0.1 내지 5 mol%으로 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 3 mol%으로 사용할 수 있다.
또한 본 발명은 하기 화학식 A-1로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물을 제공한다.
[화학식 A-1]
상기 화학식 A-1에서,
상기 M은 Pd, Ni, Pt, Fe, Ru, Rh 및 Cu 중에서 선택되는 어느 하나의 전이금속이고,
X1 및 X2는 각각 동일하거나 상이하며, F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐이고,
상기 치환기 R1, R5, R6 및 R10은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기 중에서 선택되는 어느 하나의 치환기이며,
상기 치환기 R2 내지 R4, R7 내지 R9, R11 및 R12는 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, S 및 Si에서 선택되는 어느 하나이상을 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 시아노기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이며, 상기 치환기 R1 내지 R12내의 서로 인접한 치환기들은 고리를 형성할 수 있다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
다이이민
-팔라듐 착화합물 제조
제조예 1(리간드 합성)
다이이민 리간드 N,N’의 합성
메탄올 10 mL에 2,6-di(3-pentyl)aniline (934 mg, 4 mmol, 2.0 equiv)을 녹인 용액을 만든다. 해당 용액에 glyoxal (40% in H2O, 273 mL, 2.4 mmol, 1.2 equiv)과 포름산(23 μL, 0.6 mmol, 0.3 equiv)을 첨가한 후 상온에서 교반기로 저어준다. 12 시간 후 침전된 생성물을 필터로 거른 후 진공 하에서 건조시킨다. 위 과정을 통해 밝은 노란색의 결정성 고체로 원하는 생성물을 772 mg, 80% 수득률로 얻을 수 있다.
제조예 2(팔라듐 착물 합성)
팔라듐-다이이민 착화합물의 합성
산소와 수분을 제거한 Schlenk 튜브에 아르곤 분위기 하에서 아세토나이트릴 5 mL 와 PdCl2(88.7 mg, 0.5 mmol)를 첨가한 후 섭씨 90 도로 가열하여 주황색의 맑은 용액이 생성되도록 한다. 아르곤 분위기를 유지하며 상기 제조예1에서 제조된 다이이민 리간드(244.4 mg, 0.5 mmol)를 첨가한 후, 섭씨 90 도로 12 시간 동안 가열한다. 해당 용액을 상온으로 냉각 시킨 후, 주황색 고체를 필터로 거르고 아세토나이트릴과 다이에틸에터로 씻어준다. 진공 하에서 건조시키면 원하는 생성물을 273.1 mg, 82% 수득률로 얻을 수 있다.
[실시예]
1. [본 발명 촉매를 이용한 브롬화 아렌과 벤젠의 탄소-수소 아릴화 반응 실험]
상기 제조예 2에서 제조된 팔라듐-다이이민 착화합물을 이용하여 브롬화 아렌과 용매량의 벤젠의 탄소-수소 아릴화 반응을 진행하여 본 발명에 의해 제조된 착물의 활성 평가를 시도하였다.
대표적인 실시예로서, K2CO3는 사용 전 섭씨 120 도 오븐에서 밤새 건조되었다. 산소와 수분이 제거된 아르곤 분위기의 장갑상자(glove box) 안에서 스터링바를 넣은 10 mL Schlenk 튜브에 K2CO3(2.5equiv,69.1mg,0.5mmol)와 다이이민 팔라듐 화합물(1 mol %, 1.3 mg, 0.002 mmol)을 첨가한다. 피발산(0.3 equiv, 0.06 mmol)을 DMA 용액(0.05 M, 1.2 mL)으로 만들어 위 혼합물에 첨가하고, 벤젠(1.0 mL)과 브롬화 아렌(1.0 equiv, 0.2 mmol)을 첨가한다. 반응 용기를 밀봉한 후 섭씨 120 도에서 16 시간 동안 가열한다. 혼합물을 상온으로 냉각 시킨후, 모든 용매를 진공 하에서 제거하고 헥산을 전개액으로 사용한 실리카 컬럼 크로마토그래피를 통해 생성물을 분리해 낸다. 여러 종류의 브롬화 아렌을 사용하여 얻은 수득률을 아래 표 1에 나타내었다.
[표 1]
* 3 mol% loading
또한, 상기와 같은 반응 조건에서 수득한 바이 아렌 화합물의 전환수(turnover number)와 종래에 연구결과와 비교에서 보고한 반응의 결과와 비교하여 아래의 표 2에 나타내었다.
[표 2]
산소와 수분이 제거된 아르곤 분위기의 장갑상자(glove box) 안에서 스터링바를 넣은 500 mL Schlenk 튜브에 K2CO3(2.5equiv, 1.4 g, 10 mmol)와 다이이민 팔라듐 화합물(0.1 mol %, 2.7 mg, 0.004 mmol)을 첨가한다. 피발산(0.3 equiv, 1.2 mmol)을 DMA 용액(0.05 M, 24 mL)으로 만들어 위 혼합물에 첨가하고, 벤젠(20 mL)과 2-브롬화톨루엔(0.6g, 4 mmol)을 첨가한다. 반응 용기를 밀봉한 후 섭씨 120 도에서 16 시간 동안 가열한다. 혼합물을 상온으로 냉각 시킨후, 도데케인을 내부표준 물질로 사용하여 기체크로마토그래피로 수율을 측정한다.
2.[본 발명의 촉매를 이용한 브롬화 아렌과 간단한 방향족 화합물의 탄소-수소 아릴화 반응 실험]
상기 제조예 2에서 제조된 팔라듐-다이이민 착화합물를 이용하여 브롬화 아렌과 간단한 방향족 화합물의 탄소-수소 아릴화 반응을 진행하여 본 발명에 의해 제조된 착물의 활성 평가를 시도하였다.
K2CO3는 사용 전 섭씨 120 도 오븐에서 밤새 건조되었다. 산소와 수분이 제거된 아르곤 분위기의 장갑상자(glove box) 안에서 스터링바를 넣은 10 mL Schlenk 튜브에 K2CO3(2.5equiv,69.1mg,0.5mmol)와 다이이민 팔라듐 화합물(1 mol %, 1.3 mg, 0.002 mmol)을 첨가한다. 피발산(0.3 equiv, 0.06 mmol)을 DMA 용액(0.1 M, 0.6 mL)으로 만들어 위 혼합물에 첨가하고, 방향족 화합물(2 또는 3 equiv)과 브롬화 아렌(1.0 equiv, 0.2 mmol)을 첨가한다. 반응 용기를 밀봉한 후 섭씨 120 도에서 16 시간 동안 가열한다. 혼합물을 상온으로 냉각 시킨후, 모든 용매를 진공 하에서 제거하고 헥산을 전개액으로 사용한 실리카 컬럼 크로마토그래피를 통해 생성물을 분리해 낸다. 여러 종류의 브롬화 아렌과 방향족 화합물을 사용하여 얻은 수득률을 아래 표 3에 나타내었다.
[표 3]
* 3 mol% loading
3. [본 발명 촉매를 이용한 탄소-탄소 교차 짝지음 반응 실험- Miziroki-Heck 반응]
상기 제조예 2에서 제조된 팔라듐-다이이민 착화합물을 이용하여 Miziroki-Heck 반응을 진행하였다.
산소와 수분이 제거된 아르곤 분위기의 장갑상자(glove box) 안에서 스터링바를 넣은 4mL 바이알에 K2CO3(2equiv,55.3mg,0.4mmol)와 다이이민 팔라듐 화합물(1 mol %, 1.3 mg, 0.002 mmol), 브롬화 아렌(1.0 equiv, 0.2 mmol), 메틸 아크릴레이트(1.1 equiv, 0.22 mmol), DMF 0.5 mL를 첨가한다. 혼합물을 130 oC에서 30시간 동안 가열한 후 상온으로 식혀 용매를 제거한다. 사염화에탄을 내부표준 물질로 사용하여 NMR을 분석하여 수득률 99%를 얻었다.
4. [본 발명 촉매를 이용한 탄소-탄소 교차 짝지음 반응 실험- Hiyama 짝지음 반응]
상기 제조예 2에서 제조된 팔라듐-다이이민 착화합물을 이용하여 Hiyama 짝지음 반응을 진행하였다.
NaOH (24 mg, 0.6 mmol)과 다이이민 팔라듐 화합물(1 mol %, 1.3 mg, 0.002 mmol), 브롬화 아렌 (1.0 equiv, 0.2 mmol), 아릴실록세인 (1.2 equiv, 0.24 mmol)를 스터링바를 넣은 4 ml 바이알에 첨가한다. 증류수와 1,4-다이옥세인의 1대1 혼합물 1.2 mL를 용매로 첨가한 후 60 oC에서 16시간 동안 가열한다. 상온으로 식힌 후 다이에틸 에터로 3번 추출하고, 모아진 유기용매에 도데케인을 내부표준 물질로 첨가하여 GC로 분석하여 수득률 82%를 얻었다.
5. [본 발명 촉매를 이용한 탄소-탄소 교차 짝지음 반응 실험- Suzuki-Miyaura 짝지음 반응]
상기 제조예 2에 따라 얻어진 팔라듐-다이이민 착화합물을 이용하여 Suzuki-Miyaura 짝지음 반응을 진행하였다.
K2CO3(2equiv,55.3mg,0.4mmol)와 다이이민 팔라듐 화합물(1 mol %, 1.3 mg, 0.002 mmol), 브롬화 아렌 (1.0 equiv, 0.2 mmol), 아릴붕산 (1.2 equiv, 0.24 mmol)를 스터링바를 넣은 4 ml 바이알에 첨가한다. 50% 에탄올 1.6 mL를 용매로 첨가한 후 90 oC에서 8시간 동안 가열한다. 상온으로 식힌 후 다이에틸 에터로 3번 추출하고, 모아진 유기용매에 도데케인을 내부표준 물질로 첨가하여 GC로 분석하여 수득률 99%를 얻었다.
Claims (11)
- 하기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물을 포함하며,
반응물로서, 아래 화합물 a, 화합물 g 및 화합물 j에서 선택되는 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는, 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매.
[화학식 A]
상기 화학식 A에서,
상기 M은 Pd이고,
상기 L1 및 L2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 50의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기 중에서 선택되는 어느 하나의 1가 리간드; 이거나,
또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 포스핀, 일산화탄소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 아민, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 나이트릴, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의 방향족 헤테로고리 화합물 중에서 선택되는 어느 하나의 중성 리간드;이고,
상기 m 및 n은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 0 내지 2의 정수이고,
상기 치환기 R1, R5, R6 및 R10은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, 탄소수 5 내지 7의 분지화된 알킬기이며,
상기 치환기 R2 내지 R4, R7 내지 R9, R11 및 R12는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, S 및 Si에서 선택되는 어느 하나이상을 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 시아노기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이며,
상기 치환기 R1 내지 R12내의 서로 인접한 치환기들은 고리를 형성할 수 있다.
상기 화합물 a, 화합물 g 및 화합물 j에서,
Ar1 은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
상기 화합물 a에서,
Y1은 H, F, CN, 메틸기(Me), 메톡시기(OMe), 에톡시기(OEt) 및 NO2 중에서 선택된 어느 하나이고,
상기 화합물 g에서,
Y4, Y5 및 Y6는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기 중에서 선택되는 어느 하나의 치환기이고,
상기 화합물 j에서,
Y8 및 Y9는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, H, OH, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기 중에서 선택되는 어느 하나의 치환기이며,
여기서, 상기 '치환 또는 비치환된'에서의 '치환'은 중수소, 시아노기, 할로겐기, 니트로기, 탄소수 1 내지 24의 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
- 제1항에 있어서,
상기 화학식 A에서의 L1 및 L2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐 이고,
상기 n 및 m은 각각 1인 것을 특징으로 하는 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 치환기 R11 및 R12는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소 또는 중수소인 것을 특징으로 하는 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 탄소-수소 아릴화 반응은 하기 반응식 1로 표시되는, 화합물 a로 표시되는 아렌과 화합물 b로 표시되는 할로겐화 아렌으로부터 화합물 c로 표시되는 화합물을 제조하는 탄소-수소 아릴화 반응인 것을 특징으로 하는 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매.
[반응식 1]
상기 반응식 1에서,
Y1은 H, F, CN, 메틸기(Me), 메톡시기(OMe), 에톡시기(OEt) 및 NO2 중에서 선택된 어느 하나이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
Ar1’은 상기 Ar1으로부터 수소원자가 제거된 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴렌기이며,
X는 F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐 또는 OSO2CF3(OTf), OSO2CH3(OMs), OSO2C6H4CH3(OTs) 에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
- 제1항에 있어서,
상기 탄소-탄소 짝지음 반응은 하기 반응식 3 및 4 중에서 선택되는 어느 하나로 표시되는, i) 화합물 g와 화합물 h로 표시되는 할로겐화 아렌으로부터 화합물 i로 표시되는 화합물을 제조하는 탄소-탄소 짝지음 반응이거나, ii) 화합물 j와 화합물 k로 표시되는 할로겐화 아렌으로부터 화합물 l로 표시되는 화합물을 제조하는 탄소-탄소 짝지음 반응인 것을 특징으로 하는 탄소-수소 아릴화 반응 또는 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매.
[반응식 3]
상기 반응식 3에서,
Y4, Y5 및 Y6는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기 중에서 선택되는 어느 하나의 치환기이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
X는 F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐 또는 OSO2CF3(OTf), OSO2CH3(OMs), OSO2C6H4CH3(OTs) 에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
[반응식 4]
상기 반응식 4에서,
Y8 및 Y9는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, H, OH, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기 중에서 선택되는 어느 하나의 치환기이고,
Ar1 및 Ar2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기이고,
X는 F, Cl, Br 및 I 중에서 선택되는 어느 하나의 할로겐 또는 OSO2CF3(OTf), OSO2CH3(OMs), OSO2C6H4CH3(OTs) 에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
- 하기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물을 포함하는, 탄소-수소 아릴화 반응용 촉매를 사용하여 제 7항의 반응식 1로 표시되는, 화합물 a로 표시되는 아렌과 화합물 b로 표시되는 할로겐화 아렌으로부터 화합물 c로 표시되는 화합물의 제조방법.
[화학식 A]
상기 화학식 A에서,
상기 M은 Pd이고,
상기 L1 및 L2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 50의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기 중에서 선택되는 어느 하나의 1가 리간드; 이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 포스핀, 일산화탄소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 아민, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 나이트릴, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의 방향족 헤테로고리 화합물 중에서 선택되는 어느 하나의 중성 리간드;이고,
상기 m 및 n은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 0 내지 2의 정수이고,
상기 치환기 R1, R5, R6 및 R10은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, 탄소수 5 내지 7의 분지화된 알킬기이며,
상기 치환기 R2 내지 R4, R7 내지 R9, R11 및 R12는 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, S 및 Si에서 선택되는 어느 하나이상을 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 시아노기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이며,
상기 치환기 R1 내지 R12내의 서로 인접한 치환기들은 고리를 형성할 수 있고,
여기서, 상기 '치환 또는 비치환된' 에서의 '치환'은 중수소, 시아노기, 할로겐기, 니트로기, 탄소수 1 내지 24의 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되는 것을 의미한다.
- 하기 화학식 A로 표시되는 다이이민-전이금속 착화합물을 포함하는, 탄소-탄소 짝지음 반응용 촉매를 사용하여 제 8항의 반응식 3 및 4 중 어느 하나로 표시되는, 화합물 i, 화합물 l 중에서 선택되는 어느 하나의 화합물의 제조방법.
[화학식 A]
상기 화학식 A에서,
상기 M은 Pd이고,
상기 L1 및 L2는 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 7 내지 50의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 20의 알키닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 시클로알케닐기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기 중에서 선택되는 어느 하나의 1가 리간드; 이거나, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 포스핀, 일산화탄소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 아민, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기를 포함하는 나이트릴, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, 또는 S를 갖는 탄소수 2 내지 50의 방향족 헤테로고리 화합물 중에서 선택되는 어느 하나의 중성 리간드;이고,
상기 m 및 n은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 0 내지 2의 정수이고,
상기 치환기 R1, R5, R6 및 R10은 각각 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로, 탄소수 5 내지 7의 분지화된 알킬기이며,
상기 치환기 R2 내지 R4, R7 내지 R9, R11 및 R12는 동일하거나 상이하며, 서로 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 시클로알킬기, 치환 또는 비치환되고 이종 원자로 O, N, S 및 Si에서 선택되는 어느 하나이상을 갖는 탄소수 2 내지 50의 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴실릴기, 시아노기, 할로겐기 중에서 선택되는 어느 하나이며,
상기 치환기 R1 내지 R12내의 서로 인접한 치환기들은 고리를 형성할 수 있고,
여기서, 상기 '치환 또는 비치환된'에서의 '치환'은 중수소, 시아노기, 할로겐기, 니트로기, 탄소수 1 내지 24의 알킬기, 탄소수 1 내지 24의 할로겐화된 알킬기, 탄소수 6 내지 24의 아릴기, 탄소수 7 내지 24의 아릴알킬기, 탄소수 1 내지 24의 알킬실릴기, 탄소수 6 내지 24의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되는 것을 의미한다. - 삭제
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| Dalton Trans., Vol.45, pp.14919~14927 (2016.08.08.) |
| Tetrahedron, Vol.60, pp.2163~2172 (2004.) |
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