KR102304427B1 - 가시광촉매화 반응을 이용하는 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법 및 이로부터 제조된 시클로뷰텐 유도체 화합물 - Google Patents
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Abstract
가시광촉매화 반응을 이용하는 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법 및 이로부터 제조된 시클로뷰텐 유도체 화합물에 관한 것이다.
Description
가시광촉매화 반응을 이용하는 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법 및 이로부터 제조된 시클로뷰텐 유도체 화합물에 관한 것이다.
시클로뷰텐 유도체 화합물은 높은 반응성으로 인하여 다양한 화합물로의 전환이 용이하므로 높은 합성가치를 지닌다.
종래에는 알카인과 알켄의 [2+2] 고리화 반응을 통하여 시클로뷰텐 유도체를 합성하였으나, 반응을 진행시키기 위하여 열역학적으로 높은 에너지를 요구하므로 고에너지의 자외선(uv light)을 이용한 광화학적 방법이 필수적이었다. 그러나 자외선의 높은 에너지는 원치 않는 부반응을 야기하여, 최종 생성물의 수율, 반응의 안정성 저하, 및 환경문제를 발생시킴으로써, 기존의 합성법은 제약이 있었다.
따라서, 시클로뷰텐 유도체를 온화한 조건에서, 간단하게 제조할 수 있는 제조방법에 대한 요구가 여전히 존재하는 실정이다.
본 발명의 목적은 시클로뷰텐 유도체 화합물을 온화한 조건에서, 간단하게 제조할 수 있는 제조방법과, 이를 통해 제조된 시클로뷰텐 유도체를 제공하는 것이다.
일 측면에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 시클로뷰텐 유도체, 이의 이성질체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염이 제공된다.
[화학식 1]
상기 화학식 1 중,
R1 및 R2는 서로 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C3-C10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C1-C10 헤테로아릴기, 및 -Si(R1a)(R1b)(R1c) 중에서 선택되고,
R3 내지 R6은 서로 독립적으로, 수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, -C(O)OR1d, 및 -C(O)N(R1e)(R1f) 중에서 선택되고,
상기 R3 내지 R6 중 인접한 2개의 그룹은 선택적으로(optionally) 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C3-C10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10 헤테로시클로알킬기를 형성할 수 있고,
상기 치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 C3-C10 시클로알킬기, 치환된 C1-C10 헤테로시클로알킬기, 치환된 C6-C10 아릴기, 및 치환된 C1-C10 헤테로아릴기의 치환기 중 적어도 하나는,
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20 알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, C1-C10 헤테로아릴기, -Si(R11a)(R11b)(R11c), -C(O)OR11d, -C(O)N(R11e)(R11f), -N(R11g)C(O)R11h, 및 -OC(O)N(R11i)(R11j) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20 알콕시기;
C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, C1-C10 헤테로아릴기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, C1-C10 헤테로아릴기, -Si(R12a)(R12b)(R12c), -C(O)OR12d, -C(O)N(R12e)(R12f), -N(R12g)C(O)R12h, 및 -OC(O)N(R12i)(R12j) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, C1-C10 헤테로아릴기; 및
-Si(R13a)(R13b)(R13c), -C(O)OR13d, -C(O)N(R13e)(R13f), -N(R13g)C(O)R13h, 및 -OC(O)N(R13i)(R13j);
중에서 선택되고,
상기 R1a 내지 R1f, R11a 내지 R11j, R12a 내지 R12j, 및 R13a 내지 R13j는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20 알콕시기, C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, 및 C1-C10 헤테로아릴기 중에서 선택된다.
다른 측면에 따르면, 반응용기를 준비하는 단계;
상기 반응용기 내에 하기 화학식 2로 표시되는 알킨(alkyne) 화합물, 하기 화학식 3으 표시되는 알켄(alkene) 화합물, 및 용매를 첨가하는 단계;
상기 반응용기에 광촉매를 첨가하는 단계; 및
상기 반응용기 내에 가시광을 조사하는 단계;
를 포함하는 상기 화학식 1로 표시되는 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법이 제공된다.
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 2 중, R1, R2, R3, R4, R5 및 R6는 전술한 바를 참고한다.
일 측면에 따른 시클로뷰텐 유도체의 제조방법은 아릴, 알킬, 생리활성을 갖는 헤테로아릴, 약물 등을 포함한 다양한 관능기가 도입된 시클로뷰텐 유도체를 온화하고, 친환경적인 조건으로 합성하여 생물학적 효능을 갖는 화합물과 신약 개발에 유용하게 활용될 수 있으며, 높은 파이 시스템(Extended pi system) 화합물을 합성하기 위한 중간체로서 사용함으로써, 형광 센서를 포함한 다양한 재료의 합성에 활용될 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있고, 특정한 실시 형태에 대해 한정하여 해석하면 안되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 명세서에서, 용어 "Cx-Cy"는 탄소수 x 내지 y를 의미하는 것으로서, 예를 들어, C1-C20 알킬기는 탄소수 1 내지 20의 알킬기를 의미하며 예를 들어, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 등을 포함한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
일 측면에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 시클로뷰텐 유도체 화합물, 이의 이성질체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염이 제공된다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1 내지 3 중,
R1 및 R2는 서로 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C3-C10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C1-C10 헤테로아릴기, 및 -Si(R1a)(R1b)(R1c) 중에서 선택되고,
R3 내지 R6은 서로 독립적으로, 수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알케닐기, 치환 또는 비치환된 C2-C20 알키닐기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6-C10 아릴기, -C(O)OR1d, -C(O)N(R1e)(R1f), 및 -C(O)N(R1e)CH(CH3)C(O)OR1f 중에서 선택되고,
상기 R3 내지 R6 중 인접한 2개의 그룹은 선택적으로(optionally) 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C3-C10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10 헤테로시클로알킬기를 형성할 수 있고,
상기 치환된 C1-C20 알킬기, 치환된 C2-C20 알케닐기, 치환된 C2-C20 알키닐기, 치환된 C1-C20 알콕시기, 치환된 C3-C10 시클로알킬기, 치환된 C1-C10 헤테로시클로알킬기, 치환된 C6-C10 아릴기, 및 치환된 C1-C10 헤테로아릴기의 치환기 중 적어도 하나는,
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20 알콕시기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, C1-C10 헤테로아릴기, -Si(R11a)(R11b)(R11c), -C(O)OR11d, -C(O)N(R11e)(R11f), -N(R11g)C(O)R11h, 및 -OC(O)N(R11i)(R11j) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20 알콕시기;
C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, C1-C10 헤테로아릴기;
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, C1-C10 헤테로아릴기, -Si(R12a)(R12b)(R12c), -C(O)OR12d, -C(O)N(R12e)(R12f), -N(R12g)C(O)R12h, 및 -OC(O)N(R12i)(R12j) 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된, C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, C1-C10 헤테로아릴기; 및
-Si(R13a)(R13b)(R13c), -C(O)OR13d, -C(O)N(R13e)(R13f), -N(R13g)C(O)R13h, 및 -OC(O)N(R13i)(R13j);
중에서 선택되고,
상기 R1a 내지 R1f, R11a 내지 R11j, R12a 내지 R12j, 및 R13a 내지 R13j는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20 알콕시기, C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, 및 C1-C10 헤테로아릴기; 및
중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, 및 C1-C20 알킬기 중 적어도 하나로 치환된 C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, 및 C1-C10 헤테로아릴기 중에서 선택된다.
일 구현예에 따르면, 상기 R1 및 R2는 서로 독립적으로, 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3-C10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C1-C10 헤테로아릴기, 및 -Si(R1a)(R1b)(R1c) 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 상기 R1 및 R2는 서로 독립적으로 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 및 하기 화학식 5-1 내지 5-16 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화학식 5-1 내지 5-16 중,
*는 시클로뷰틴과의 결합사이트이다.
일 구현예에 따르면, 상기 R3 및 R6는 서로 독립적으로, 수소, 시아노기, -F, -Cl, -Br, I, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6-C10 아릴기, -C(O)OR1d, -C(O)N(R1e)(R1f) 및 -C(O)N(R1e)CH(CH3)C(O)OR1f 중에서 선택될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 R3 내지 R6는 수소, 시아노기, -F, -Cl, -Br, I, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 페닐기, 및 하기 화학식 6-1 내지 6-7 중에서 선택될 수 있다:
상기 화학식 6-1 내지 6-7에서 "*"는 인접한 그룹과의 결합사이트이다.
일 구현예에 따르면, 상기 R3 내지 R6 중 cis 위치에 있는 R3 및 R4 또는 R5 및 R6은 서로 결합하여 치환 또는 비치환된 C3-C10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10 헤테로시클로알킬기를 형성할 수 있다.
예를 들어, R3 및 R4는 서로 독립적으로 -C(O)OR1d, 및 -C(O)N(R1e)(R1f) 중에서 선택되고, 상기 R3 및 R4는 서로 결합하여 5각(5-membered) 헤테로시클릭 고리를 형성하고, R5 및 R6는 수소이다.
다른 예로는, R5 및 R6는 서로 독립적으로 -C(O)OR1d, 및 -C(O)N(R1e)(R1f) 중에서 선택되고, 상기 R5 및 R6는 서로 결합하여 5각(5-membered) 헤테로시클릭 고리를 형성하고, R3 및 R4는 수소이다.
다른 구현예에 따르면, 상기 R3 내지 R6 중 trans 위치에 있는 R3 및 R6는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C10 아릴기, -C(O)OR1d, -C(O)N(R1e)(R1f) 및 -C(O)N(R1e)CH(CH3)C(O)OR1f 중에서 선택되고, R4 및 R5는 수소이거나,
R4 및 R5는 서로 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6-C10 아릴기, -C(O)OR1d, -C(O)N(R1e)(R1f), 및 -C(O)N(R1e)CH(CH3)C(O)OR1f 중에서 선택되고, R3 및 R6는 수소일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시될 수 있다:
[화학식 1-1]
상기 화학식 1-1 중,
R1, R2, R5 및 R6는 전술한 기재를 참고하고,
X1은 O 또는 N(R7) 중에서 선택되고,
R7은 수소, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3-C10 시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1-C10 헤테로시클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6-C10 아릴기, 치환 또는 비치환된 C6-C10 아릴옥시기, 치환 또는 비치환된 C1-C10 헤테로아릴기, -C(O)OR7d, 및 -C(O)NR7e 중에서 선택되고,
R7d 및 R7e 서로 독립적으로 수소, 중수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20 알콕시기, C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, 및 C1-C10 헤테로아릴기 중에서 선택된다.
예를 들어, 상기 화학식 1-1 중, X1은 N(R7)이고,
R7은 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, C1-C20 알콕시기;
중수소, 할로겐기, 시아노기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, C1-C20 알콕시기, -C(O)OR7d, 및 -C(O)NR7e 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, C1-C20 알콕시기;
시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 페닐기, 페녹시기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 및 피라지닐기;
중수소, 할로겐기, 시아노기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, C1-C20 알콕시기, -C(O)OR7d, -C(O)NR7e, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 페닐기, 페녹시기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 및 피라지닐기 중 적어도 하나로 치환된 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 페닐기, 페녹시기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 및 피라지닐기;
중에서 선택될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1로 표시되는 시클로뷰텐 유도체 화합물은 하기 화합물 1 내지 44 중에서 선택될 수 있다:
상기 화합물 1 내지 43 중, Ph는 페닐기를 의미하고, p-Tol은 파라-톨루엔을 의미하고, Bn은 벤질 그룹을 의미하고, Me는 메틸기를 의미하고, Et는 에틸기를 의미하고, Ac는 아세톤기를 의미한다.
전술한 화학식 1로 표시되는 시클로뷰텐 유도체 화합물, 이의 이성질체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염은 이어지는 제조방법을 통해 합성될 수 있다.
일 측면에 따르면, 반응용기를 준비하는 단계;
상기 반응용기 내에 하기 화학식 2로 표시되는 알킨(alkyne) 화합물, 하기 화학식 3으 표시되는 알켄(alkene) 화합물, 및 용매를 첨가하는 단계;
상기 반응용기에 광촉매를 첨가하는 단계; 및
상기 반응용기 내에 가시광을 조사하는 단계;
를 포함하는 하기 화학식 1로 표시되는 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법이 제공된다:
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1 내지 3 중, R1 내지 R6은 전술한 바를 참고한다.
일 구현예에 따르면, 상기 반응용기의 내부는 불활성 가스 분위기 일 수 있다. 예를 들어, 상기 반응용기의 내부는 아르곤 기체로 포화될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 용매는 극성용매를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 화학식 2 및 3으로 표시되는 반응물을 용해시킬 수 있는 용매라면 제한 없이 사용 가능하다.
예를 들어, 상기 용매는 DCM, THF, 디메틸포름아미드(DMF), 아세톤, 아세토니트릴, 디메틸술폭시드(DMSO), N-메틸피롤리디논(NMP), 톨루엔, 에틸아세테이트, 이소프로판올, n-프로판올, 에탄올, 메탄올, n-부탄올, tert-부탄올, 1,4-디옥산, 클로로포름, DCE, 트리플루오로메틸벤젠 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 용매는 DCM, THF, DMF, 아세톤, 아세토니트릴, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 이러한 용매를 사용하는 경우 화학식 2 및 3으로 표시되는 알킨 및 알켄 화합물이 용매내에 균일하게 분포됨으로써 후속하는 반응에 의하여 높은 수율의 시클로뷰텐 유도체 화합물이 얻어진다.
일 구현예에 따르면, 상기 광촉매는 E1/2 환원전위(E1/2 red) 값이 -1.70 V 이상이고, E1/2 산화전위(E1/2 ox) 값이 0.5 V 이상인 이리듐 착체를 포함할 수 있다. 상기 E1/2 환원전위(E1/2 red) 값 및 E1/2 산화전위(E1/2 ox) 값의 범위를 만족하는 경우에 청색광을 흡수하여 들뜬 상태로 전이될 수 있으며, 알킨과 알켄의 광촉매고리화 반응을 개시할 수 있다.
예를 들어, 상기 광촉매는 하기 화학식 4-1 또는 화학식 4-2로 표시되는 유기금속화합물을 포함할 수 있다:
[화학식 4-1] [화학식 4-2]
상기 화학식 4-1 및 4-2 중,
A는 1가 음이온이고,
Ra 내지 Rf는 서로 독립적으로 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, 및 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬기 중에서 선택되고,
a1 내지 a6은 서로 독립적으로, 1 내지 4 중에서 선택된 정수이다.
예를 들어, A는 PF6 -, Cl-, BF4 -, 및 ClO4 - 중에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 화학식 4-1의 유기금속 화합물의 전하 균형을 맞출 수 있는 1가 음이온이면 적용 가능하다.
일 구현예에 따르면, Ra 내지 Rd 중 적어도 하나는 -F 또는 -F로 치환된 C1-C10 알킬기를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 4-1 중, Re 및 Rf 중 적어도 하나는 C1-C10 알킬기를 포함할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 4-2 중, Re는 수소일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 광촉매는 하기 화합물 PC I 내지 PC VI중에서 선택된 하나일 수 있다:
일 구현예에 따르면, 상기 광촉매는 청색광을 흡수할 수 있다. 예를 들어, 상기 광촉매는 420nm 내지 450nm의 광을 흡수할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 가시광은 청색광일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 가시광, 예를 들어 청색광은 상기 화학식 2로 표시되는 알카인 화합물 및 상기 화학식 3으로 표시되는 알켄 화합물에 대한 2+2 분자간 고리화 반응을 개시할 수 있다.
상기 광촉매는 상기 청색광을 흡수하여 들뜬 삼중항 상태가 되고, 광촉매로부터 에너지를 전달받은 화학식 3으로 표시되는 알켄 화합물은 들뜬 삼중항 상태가 되어 화학식 2로 표시되는 알킨 화합물과 분자간(intermolecular) 2+2 고리화 반응(cycloaddition reaction)이 개시된다. 들뜬 알켄의 π* 전자 2개는 알킨의 π 전자는 서로 전자를 공유하는 방식으로 고리화 반응이 진행되며, 그 결과 시클로뷰텐이 형성된다.
일 구현예에 따르면, 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법은 실온에서 수행될 수 있다. 상기 제조방법은 열에너지를 사용하지 않을 뿐만 아니라, 고에너지의 자외선을 사용하지 않으므로, 반응 화합물 구조의 변형 및 부반응을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 온화한 조건에서 반응을 수행함으로써 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조 및 활용 측면에서 유리한 효과를 갖는다.
이하에서, 본 발명의 일 구현예에 따른 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법을 하기 실시예 및 비교예를 통해 설명한다.
[실시예]
본 발명의 실시예에서는 별도로 언급하지 않는 한, 시판되는 시약을 추가 정제 없이 사용하였다. 반응 용기는 오븐에서 밤새 건조시킨 다음 사용 전에 실온에서 냉각시켜 사용하였다.
핵자기 공명 스펙트럼 (1H 및 13C NMR)은 Agilent 400-MR DD2 Fourier-transform NMR 분광기에서 기록된 것으로, 화학적 이동은 백만분율 (ppm) 단위로 측정하였다.
실시예 1: 시클로뷰텐 유도체의 합성을 위한 최적 가시광 촉매 탐색
반응용기 내에 상기 화학식 1a로 표시되는 알킨 화합물 0.05 mmol, 상기 화학식 2a로 표시되는 알켄 화합물 0.1 mmol, 가시광촉매로서 Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbbpy)PF6 5mol%와 함께 CH2Cl2/MeCN(5:1, 0.1M) 혼합 용매 0.5 mL를 첨가하고, 반응용기 내에 아르곤 기체를 주입한 후, 실온에서 12 W 청색광 LED를 이용하여 청색광을 조사하였다. 이후에, 반응 생성물로서 상기 화학식 3aa를 얻었다.
실시예 2 내지 6 및 비교예 1 내지 3
상기 실시예 1에서 사용한 가시광촉매 대신에 하기 표 1에 기재된 가시광 촉매를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법으로 반응을 진행하여, 반응 생성물을 확인하였다.
| 광촉매 | E1/2 red/E1/2 ox (V) |
ET(kcal/mol) | 수율 (%) |
|
| 실시예 1 | Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbbpy)PF6 | -0.89/1.21 | 60.8 | 76 |
| 실시예 2 | Ir(dFppy)2pic | -1.23/1.40 | 60.5 | 74 |
| 실시예 3 | Ir[dF(CF3)ppy]2(bpy)PF6 | -0.97/0.97 | 60.4 | 74 |
| 실시예 4 | Ir(dFppy)2(dtbbpy)PF6 | -0.93/1.14 | 55.4 | 62 |
| 실시예 5 | Ir(Fppy)2(dtbbpy)PF6 | -1.04/1.07 | 53.0 | 35 |
| 실시예 6 | Ir(ppy)2(dtbbpy)PF6 | -0.96/0.66 | 49.2 | 미량 |
| 비교예 1 | Ir(ppy)3 | -1.73/0.31 | 55.2 | 0 |
| 비교예 2 | Ru(bpy)3(PF6)2 | -0.81/0.77 | 46.5 | 0 |
| 비교예 3 | Eosin Y | -1.60/1.18 | 43.6 | 0 |
*수득율은 트리클로로에틸렌을 내부 표준물질로 사용하여 1H NMR(CDCl3)에 의해 도출함
상기 실시예 1 내지 6과 비교예 1 내지 3을 비교한 결과, 이리듐 착체에서 가시광(청색광)촉매 효과가 발생함을 확인하였다. 나아가, 이리듐 착체 중 E1/2 red 및 E1/2 ox에 따라 청색광에 의한 광촉매 효과가 상이함을 확인할 수 있었다.
실시예 7: 시클로뷰텐 유도체의 합성을 위한 최적 반응조건 도출
반응용기 내에 상기 화학식 1a로 표시되는 알킨 화합물 0.05 mmol, 상기 화학식 2a로 표시되는 알켄 화합물 0.075 mmol, 가시광촉매로서 Ir[dF(CF3)ppy]2(dtbbpy)PF6 5mol%와 함께 0.1M의 CH2Cl2을 용매로 사용하고, 반응용기 내에 아르곤 기체를 주입한 후, 실온에서 12 W 청색광 LED를 이용하여 청색광을 조사하였다. 이후에, 반응 생성물로서 상기 화학식 3aa를 얻었다.
실시예 8 내지 14
광촉매의 함량, 용매의 종류 및 농도를 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 다르게한 것을 제외하고는 실시예 7과 동일한 방법으로 실험을 진행하였고, 수율을 계산하였다.
비교예 4
아르곤 가스를 충전하지 않은 것을 제외하고는 실시예 12와 동일한 조건으로 실험을 진행하였다.
비교예 5
광촉매를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 12와 동일한 조건으로 실험을 진행하였다.
비교예 6
청색광을 조사하지 않은 것을 제외하고는 실시예 12와 동일한 조건으로 실험을 진행하였다.
| 광촉매 몰비율 (몰%) |
용매 | 농도 (M) |
수율 (%) |
|
| 실시예 7 | 5 | CH2Cl2 | 0.1 | 76 |
| 실시예 8 | 2.5 | CH2Cl2 | 0.1 | 74 |
| 실시예 9 | 2.5 | CH2Cl2 | 0.1 | 73 |
| 실시예 10 | 2.5 | DMF | 0.1 | 53 |
| 실시예 11 | 2.5 | 아세톤 | 0.1 | 58 |
| 실시예 12 | 2.5 | CH2Cl2 | 0.05 | 83 |
| 실시예 13 | 1 | CH2Cl2 | 0.05 | 75 |
| 실시예 14 | 2.5 | CH2Cl2 | 0.02 | 80 |
| 비교예 4 | 2.5 | CH2Cl2 | 0.05 | 48 |
| 비교예 5 | 0 | CH2Cl2 | 0.05 | 미량 |
| 비교예 6 | 2.5 | CH2Cl2 | 0.05 | 0 |
상기 실시예 7 내지 14 및 비교예 4 내지 6의 결과를 살펴보면, 광촉매를 2.5 몰%과 함께 0.05M의 CH2Cl2를 용매로 사용하는 경우(실시예 12)에 가장 높은 수율이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 실시예 12와 비교예 4 내지 6을 대비하면, 아르곤 기체를 주입하지 않는 경우(비교예 4), 가시광촉매를 첨가하지 않는 경우(비교예 5), 청색광을 조사하지 않는 경우(비교예 6)에 약 40% 이상 수율이 감소하는 것을 확인하였다.
Claims (15)
- 반응용기를 준비하는 단계;
상기 반응용기 내에 하기 화학식 2로 표시되는 알킨(alkyne) 화합물, 하기 화학식 3으로 표시되는 알켄(alkene) 화합물, 및 용매를 첨가하는 단계;
상기 반응용기에 광촉매를 첨가하는 단계; 및
상기 반응용기 내에 가시광을 조사하는 단계;
를 포함하는 하기 화학식 1로 표시되는 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1 내지 3 중,
R1 및 R2는 서로 독립적으로, 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 및 하기 화학식 5-1 내지 5-16 중에서 선택되고,
상기 화학식 5-1 내지 5-16 중, *는 인접 원자와의 결합사이트이고,
R3 내지 R6은 서로 독립적으로, 수소, 시아노기, -F, -Cl, -Br, I, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 페닐기, -C(O)OR1d, 및 -C(O)N(R1e)(R1f) 중에서 선택되고,
R3 및 R4는 선택적으로(optionally) 서로 결합하여 5각 헤테로시클릭 고리를 형성할 수 있고,
상기 R1d 내지 R1f는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20 알콕시기, C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, 및 C1-C10 헤테로아릴기 중에서 선택된다. - 제1항에 있어서,
상기 반응용기의 내부는 불활성 가스 분위기인, 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 용매는 극성용매를 포함하는, 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 용매는 DCM, THF, DMF, 아세톤, 아세토니트릴, DMSO, N-메틸피롤리디논, 디메틸포름아미드, NMP, 디메틸술폭시드, 톨루엔, 아세토니트릴, 에틸아세테이트, 이소프로판올, n-프로판올, 에탄올, 메탄올, n-부탄올, tert-부탄올, 또는 이들의 조합을 포함하는, 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 광촉매는 E1/2 환원전위(E1/2 red) 값이 -1.70 V 이상이고, E1/2 산화전위(E1/2 ox) 값이 0.5 V 이상인 이리듐 착체를 포함하는, 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 광촉매는 하기 화학식 4-1 또는 화학식 4-2로 표시되는 유기금속화합물을 포함하는, 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법:
[화학식 4-1] [화학식 4-2]
상기 화학식 4-1 및 4-2 중,
A는 1가 음이온이고,
Ra 내지 Rf는 서로 독립적으로 수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 시아노기, 및 치환 또는 비치환된 C1-C10 알킬기 중에서 선택되고,
a1 내지 a6은 서로 독립적으로, 1 내지 4 중에서 선택된 정수이다. - 제1항에 있어서,
상기 광촉매는 하기 화합물 PC I 내지 PC VI중에서 선택된 하나인, 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법:
- 제1항에 있어서,
상기 광촉매는 청색광을 흡수하는, 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 가시광은 청색광인, 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 가시광은 상기 화학식 2로 표시되는 알카인 화합물 및 상기 화학식 3으로 표시되는 알켄 화합물에 대한 2+2 분자간 고리화 반응을 개시하는, 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법. - 제1항에 있어서,
시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법은 실온에서 수행되는, 시클로뷰텐 유도체 화합물의 제조방법. - 하기 화학식 1로 표시되는 시클로뷰텐 유도체, 이의 이성질체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염:
[화학식 1]
상기 화학식 1 중,
R1 및 R2는 서로 독립적으로, 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 및 하기 화학식 5-1 내지 5-16 중에서 선택되고,
상기 화학식 5-1 내지 5-16 중, *는 인접 원자와의 결합사이트이고,
R3 내지 R6은 서로 독립적으로, 수소, 시아노기, -F, -Cl, -Br, I, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, sec-부틸기, 이소부틸기, tert-부틸기, 메톡시기, 에톡시기, 프로폭시기, 부톡시기, 페닐기, -C(O)OR1d, 및 -C(O)N(R1e)(R1f) 중에서 선택되고,
R3 및 R4는 선택적으로(optionally) 서로 결합하여 5각 헤테로시클릭 고리를 형성할 수 있고,
상기 R1d 내지 R1f는 서로 독립적으로, 수소, 중수소, 중수소, -F, -Cl, -Br, -I, 히드록실기, 시아노기, C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20 알콕시기, C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, 및 C1-C10 헤테로아릴기 중에서 선택된다. - 삭제
- 제12항에 있어서,
상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1로 표시되는, 시클로뷰텐 유도체, 이의 이성질체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염:
[화학식 1-1]
상기 화학식 1-1 중,
R1, R2, R5 및 R6는 제12항의 기재를 참고하고,
X1은 O 또는 N(R7) 중에서 선택되고,
R7은 수소, , C1-C20 알킬기, C2-C20 알케닐기, C2-C20 알키닐기, C1-C20 알콕시기, C3-C10 시클로알킬기, C1-C10 헤테로시클로알킬기, C6-C10 아릴기, 및 C1-C10 헤테로아릴기 중에서 선택된다. - 제14항에 있어서,
X1은 N(R7)이고,
R7은 수소, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, C1-C20 알콕시기;
중수소, 할로겐기, 시아노기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 및 C1-C20 알콕시기 중에서 선택된 적어도 하나로 치환된 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, C1-C20 알콕시기;
시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 페닐기, 페녹시기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 및 피라지닐기;
중수소, 할로겐기, 시아노기, 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, C1-C20 알콕시기, 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 페닐기, 페녹시기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 및 피라지닐기 중 적어도 하나로 치환된 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기, 시클로헵틸기, 페닐기, 페녹시기, 피리디닐기, 피리미디닐기, 및 피라지닐기;
중에서 선택되는, 시클로뷰텐 유도체, 이의 이성질체 또는 이의 약학적으로 허용가능한 염.
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|---|---|---|---|---|
| US3522160A (en) | 1966-01-03 | 1970-07-28 | Studiengesellschaft Kohle Mbh | Process for the production of addition products of derivatives of maleic acid and acetylene |
-
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