KR20020011678A - 올레핀의 비대칭 에폭시화 반응에 유용한 고분자 키랄살렌 유도체 - Google Patents

올레핀의 비대칭 에폭시화 반응에 유용한 고분자 키랄살렌 유도체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자에 결합된 키랄 살렌 유도체, 그들의 키랄 살렌-금속 착화합물 및 그들의 제조방법과 용도에 관한 것으로, 구체적으로 하기 화학식 1로 표시되는 고분자 키랄-살렌 유도체를 금속 킬레이트화 반응시켜 제조한 하기 화학식 5의 키랄 살렌-금속 착화합물은 올레핀의 비대칭 에폭시화 반응 (asymmetric epoxidation)의 키랄촉매로서 사용되어 광학적 순도가 높은 에폭시 화합물을 고수율로 제조할 수 있고, 반응 후 회수가 가능하다.
화학식 1
(상기식에서, m, n, Y 및 ⓟ는 모두 명세서내 기재된 바와 같으며, 수소원자(1)과 수소원자(2)는 서로 트랜스의 위치에 있으며, 상기 화학식 1의 화합물은 이들의 거울상 이성질체를 모두 포함한다.)
화학식 5
(상기식에서, m, n, Y, ⓟ, M 및 A는 모두 명세서내 기재된 바와 같으며, 수소원자(1)과 수소원자(2)는 서로 트랜스의 위치에 있으며, 상기 화학식 5의 화합물은 이들의 거울상 이성질체를 모두 포함한다.)

Description

올레핀의 비대칭 에폭시화 반응에 유용한 고분자 키랄 살렌 유도체 {Polymeric chiral salen derivatives useful for asymmetric epoxidation of olefins}
본 발명은 고분자에 결합된 키랄 살렌 (salen) 유도체, 그들의 키랄 살렌-금속 착화합물 및 그들의 제조방법과 용도에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명은 올레핀 화합물의 비대칭 에폭시화 반응 (asymmetric epoxidation)에 유용한 화학식 1의 고분자 키랄 살렌 유도체, 그들의 키랄 살렌-금속 착화합물 (화학식 5) 및 그들의 용도에 관한 것이다.
화학식 1
상기식에서,
m은 0 또는 1이며, n은 0-24의 정수이고,
Y는 O, NH, 또는 C(O)NH이며,
ⓟ는 물이나 유기용매에 불용성인 모든 고분자를 나타내고,
이때, 수소원자(1)과 수소원자(2)는 서로 트랜스의 위치에 있으며, 상기 화학식 1의 화합물은 이들의 거울상 이성질체를 모두 포함한다.
화학식 5
상기식에서,
m, n, Y, 및 ⓟ는 상기 화학식 1에서 기재된 바와 같고,
M은 전이금속 이온이고,
A는 음이온이고,
이때, 수소원자(1)과 수소원자(2)는 서로 트랜스의 위치에 있으며, 상기 화학식 5의 화합물은 이들의 거울상 이성질체를 모두 포함한다.
키랄 화합물은 의약산업, 농약산업, 향료산업 등에서 그 수요가 급증하고 있다. 특히 의약산업에서의 수요는 미국의 식품 의약품 안전청 (FDA)의 키랄의약품 (chiral drugs) 허가에 대한 정책, 즉 신약후보물질의 경우, 라세미체 보다는 광학적으로 순수한 키랄 제품을 유도하고 기존에 라세미체 (racemic mixture)로 판매되던 제품도 하나의 거울상 이성질체 (enantiomer)가 효능이 뛰어나거나 부작용이 적은 것을 증명하면 신약으로 허가하는 정책과 신약후보물질이 분자 내에 비대칭 중심 (chiral center)를 가지고 있는 경우에는 라세미체와 각각의 거울상 이성질체를 각각 분리하여 생리활성 시험을 해야 하는 정책 때문에 키랄 화합물 제조기술 (chirotechnology)에 대한 수요가 폭발적으로 늘어나고 있다.
키랄 제품을 제조하는 종래의 방법은 크게 두 가지로 구분할 수 있는데 하나는 천연에 존재하는 당이나 천연 아미노산과 같은 키랄 제품(키랄풀, chiral pool)을 출발물질로 하여 전통적인 유기합성방법을 이용하여 제조하는 것이고 다른 하나는 라세미체를 광학분할(resolution)하는 방법이다. 그러나 키랄풀에서 합성하는 방법은 천연으로부터 얻을 수 있는 키랄 자원의 종류가 유한하고 또한 광학편광성이 천연에 존재하고 있는 것으로만 제한되는 단점을 가지고 있다 (예: D-체의 당과 L-체의 아미노산). 광학분할 역시 별도의 광학분할 시약이 필요하고 분할시 많은 시간이 소요되며 분할 후 남아있는 이성질체의 별다른 용도가 없을 경우 라세미체의 50% 이상을 버려야하는 단점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 키랄 촉매를 사용하여 원하는 키랄 화합물을 얻는 여러 가지 방법들이 개발되었다. 그중 기술적인 측면과 반응 산물의 공업적 이용측면을 볼 때 가장 성공적인 방법 중 하나는 살렌-망간 유도체를 촉매로 이용한 비대칭 에폭시화 반응으로 다양한 종류의 에폭시 화합물을 광학적으로 순수하게 얻을 수 있어 매우 유용하다. [참고문헌: (a) E. N. Jacobsen, Asymmetric Catalytic Epoxidation of Unfunctionalized Olefins in Catalytic Asymmetric Synthesis (I. Ojima, Ed.), VCH, New York, Chapter 4.2 (1993). (b) E. N. Jacobsen, M. H. Wu, Epoxidation of Alkenes Other than Allylic Alcohols in Comprehensive Asymmetric Catalysis (II) (E. N. Jacobsen, A. Pfaltz, H. Yamamoto (Eds.), Springer Verlag, Berlin Heidelberg, Chapter 18.2 (1999)]. 이에 따라 올레핀 화합물의 비대칭 에폭시화 반응을 위한 많은 키랄 살렌 촉매들이 개발되었으나, 대부분의 종래에 공지된 경우에 있어서 촉매의 제조가격이 매우 고가이므로 유용한 에폭사이드의 공업적 합성에 이 반응을 이용하는데 제한적이었다.
이에 비균일상 촉매계 (heterogeneous catalytic system)를 이용하여 키랄 살렌-금속 촉매를 반복사용하여 비용 절감하려는 시도가 이루어져 왔으며, 최근 수종의 고분자에 결합된 키랄 살렌 유도체가 연구개발 되었다. 그러나, 대부분의 경우 촉매의 활성과 광학선택성 (enantioselectivity)이 균일상 촉매계 (homogeneous catalytic system)에 비해 현저히 떨어져 실용적인 가치가 전혀 없었다 [(a) B. B. De, B. B. Lohray and P. K. Dhal,Tetrahedron Lett., 1993,34, 2371; (b) B. B. De, B. B. Lohray, S. Sivaram and P. K. Dhal,Macromolecules, 1994,27, 2191; (c) B. B. De, B. B. Lohray, S. Sivaram and P. K. Dhal,Tetrahedron:Asymmetry, 1995,6, 2105; (d) B. B. De, B. B. Lohray, S. Sivaram and P. K. Dhal,J. Polym. Sci., Polym. Chem. Ed., 1997,35, 1809; (e) F. Minutolo, D. Pini and P. Savadori,Tetrahedron: Asymmetry, 1996,7, 2293; (f) F. Minutolo, D. Pini, A. Petri and P. Savadori,Tetrahedron Lett., 1996,37, 3375; (g) L. Canali, E. Cowan, H. Deleuze, C. L. Gibson and D. C. Sherrington,Chem. Commun., 1998, 2561; (h) M. D. Angelino and P. E. Laibinis,Macromolecules, 1998,31, 7581; (i) M. D. Angelino and P. E. Laibinis,J. Polym. Sci. Part A. Polym. Chem., 1999,37, 3888 등].
따라서, 본 발명자들은 올레핀의 비대칭 에폭시화 반응에서, 비균일상 촉매계에서도 높은 활성과 광학선택성을 나타내며 회수가 가능한 키랄 살렌 촉매를 개발하고자 노력한 결과, 상기 화학식 5로 표시되는 고분자에 결합된 키랄 살렌-금속 착화합물이 비대칭 에폭시화 반응에서 우수한 촉매 활성과 광학선택성을 보여줄 뿐만 아니라 반응 후 촉매의 재사용 역시 가능함을 밝혀 본 발명을 확인하였다.
본 발명의 목적은 화학식 1로 표시되는 고분자 키랄 살렌 유도체를 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 광학 순도가 높은 에폭시 화합물 제조에 유용하고 재사용이 가능한 화학식 5로 표시되는 키랄 살렌-금속 유도체를 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 화학식 1의 고분자 키랄 살렌 유도체 및 화학식 5의 살렌-금속 유도체의 용도를 제공하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은 화학식 1로 표시되는 고분자 키랄 살렌 유도체를 제공한다.
상기식에서,
m은 0 또는 1이며, n은 0-24의 정수이고,
Y는 O, NH, 또는 C(O)NH이며,
ⓟ는 물이나 유기용매에 불용성인 모든 고분자를 나타내고,
수소원자(1)과 수소원자(2)는 서로 트랜스의 위치에 있으며, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 1a 및 1b로 표시되는 거울상 이성질체를 모두 포함한다.
또한 본 발명에서는 화학식 1의 고분자 키랄 살렌 유도체의 제조방법을 제공한다.
화학식 1의 고분자 키랄 살렌 유도체는 화학식 2로 표시되는 키랄 피롤리딘 살렌 화합물을 화학식 3의 고분자에 화학적으로 결합시켜 얻는다.
(상기식에서, m은 0 또는 1이며, n은 0-24의 정수이고, X는 Cl, Br, I, OH, NH2, 또는 COOH이다. 수소원자(1)과 수소원자(2)는 서로 트랜스의 위치에 있으며, 상기 화학식 1의 화합물은 하기 화학식 2a 및 화학식 2b로 표시되는 거울상 이성질체를 모두 포함한다.)
(상기식에서, Z는 Cl, Br, I, OH, 또는 NH2이며, ⓟ는 물이나 유기용매에 불용성인 모든 고분자를 나타낸다.)
출발물질인 상기 화학식 2로 표시되는 키랄 피롤리딘 살렌 화합물은 하기 화학식 4의 화합물로부터 공지의 방법에 따라 합성할 수 있으며 [대한민국 특허출원 제 2000-42858 호], 화학식 4의 화합물은 타르타르산으로부터 공지의 방법에 따라 제조할 수 있다 [R. G. Konsler, J. Karl, E. N. Jacobsen,J. Am. Chem. Soc.120, 10780 (1998)].
화학식 4의 화합물은 하기 화학식 4a로 표시되는 (3R,4R)-(-)-N,N-비스(3,5-디-tert-부틸살리실리덴)-1-피롤리딘-3,4-디아민 및 하기 화학식 4b로 표시되는 (3S,4S)-(-)-N,N-비스(3,5-디-tert-부틸살리실리덴)-1-피롤리딘-3,4-디아민의 거울 이성질체를 모두 포함한다.
상기 화학식 1의 제조방법의 일례를 들어 하기 반응식 1을 참조하여 설명한다.
상기 반응에서 출발물질로 X는 COOH인 화학식 2의 화합물을 사용하고, 화학식 3의 화합물로 아민기를 가진 고분자인 aminoTG resin을 사용할 경우에는, 통상의 펩티드 결합반응을 통해 Y가 C(O)NH인 화학식 1의 키랄 살렌 유도체를 얻을 수 있다. 즉, 카르복실산을 활성화시키기 위해 결합시약 (coupling reagent)으로 디이소프로필카르보디이미드 (DIC)와 1-히드록시벤조트리아졸 수화물 (HOBT), 또는 BOP (벤조트리아졸릴-N-옥시-트리스(디메틸아미노)-포스포니윰 헥사플루오로포스페이트)와 HOBT 등을 사용하고, 염기로는 DIEA (디이소프로필에틸아민) 외에 TEA (트리에틸아민)과 같은 유기 염기를 사용하여 질소하에 반응시켜 줌으로써 화학식 1의 화합물을 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 화학식 1의 고분자에 결합된 키랄 살렌 유도체로부터 제조되는 하기 화학식 5로 표시되는 키랄 살렌-금속 착화합물을 제공한다.
상기식에서,
m은 0 또는 1이며, n은 0-24의 정수이고,
Y는 O, NH, 또는 C(O)NH이며,
ⓟ는 물이나 유기용매에 불용성인 모든 고분자를 나타내며,
M은 전이금속 이온이고, A는 음이온이다.
수소원자(1)과 수소원자(2)는 서로 트랜스의 위치에 있으며, 상기 화학식 5의 화합물은 이들의 거울상 이성질체를 모두 포함한다.
상기 화학식 5에서 전이금속은 3 내지 12 족 또는 란탄계열로부터의 전이금속이며, 바람직하게는 최대의 산화상태가 아니다. 예를 들어, 금속은 5 내지 12 족 전이금속으로부터 선택되는 바와 같은 레이트 (late) 전이금속일 수 있다. 바람직하기로는 상기 전이금속은 Cr, Mn, V, Fe, Mo, W, Ru, Co, Ti, 또는 Os이며, 더욱 바람직하게는 Mn이다.
또한 음이온으로는 Cl-, CH3COO-, PF6 -또는 SbF6 -이 바람직하다.
상기 화학식 5의 키랄 살렌-금속 착화합물은 하기 화학식 5a의 화합물과 화학식 5b의 화합물을 모두 포함한다.
상기 화학식 5의 화합물은 화학식 1의 고분자 키랄 살렌 유도체를 금속과 킬레이트화 반응시켜 제조한다. 일례로 고분자 키랄 살렌 유도체의 망간 착화합물의제조방법을 하기 반응식 2를 참조하여 설명하며, 이는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 한정하는 것은 아니다.
(상기식에서, Y, A, m, n 및 ⓟ는 모두 상기 화학식 5에 기재된 바와 같다.)
반응식 2에서 화학식 5의 키랄 살렌-금속 착화합물은 화학식 1의 고분자에 결합된 살렌 유도체를 공기를 주입하면서 초산염 망간 사수화물 (Mn(CH3COO)2·4H2O)과 가열 환류시킨 후, 염소 음이온을 첨가하여 제조한다.
이때 사용되는 반응용매는 메탄올, 에탄올 및 톨루엔 등을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 가열 환류 시간은 1∼4 시간이 바람직하다. 또한 상기 염소 음이온의 공급원으로는 염화리튬 또는 염화나트륨을 사용한다.
또한 본 발명은 신규 키랄 살렌 유도체 및 이들의 키랄 살렌-금속 착화합물의 용도를 제공한다.
고분자에 결합된 살렌 유도체로부터 제조된 화학식 5의 살렌-금속 착화합물을 올레핀의 비대칭 에폭시화 반응에 촉매로서 이용하여 고수율로 높은 광학순도를 갖는 에폭시 화합물을 얻을 수 있었으며, 반응 후 단순여과에 의해 회수되었다. (표 1참조) 따라서 본 발명의 고분자 살렌-유도체는 키랄 리간드로서, 이들의 금속 착화합물은 키랄 촉매로서 올레핀의 비대칭 에폭시화 반응에 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
이하 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
단, 상기한 목적과 그 밖의 목적을 하기 실시예들은 본 발명을 예시하는 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1> 화학식 2a에서 m이 1이고 n이 2이며 X가 COOH인 화합물의 제조
화학식 4a의 화합물 (1 g, 1.87 mmol)을 디클로로메탄 (20 mL)에 녹인 후 트리에틸아민 (0.65 ml, 4.68 mmol)과 디메틸아미노피리딘 (22.9 mg, 0.187 mmol)을 가하고 숙신산 무수물 (succinic anhydride, 0.22 g, 2.24 mmol)을 질소 하에 0-5 ℃를 유지하면서 서서히 가하였다. 상기 반응혼합물의 반응온도를 실온으로 올리고 약 24시간 교반하였다. 유기층을 감압하에 제거하고 잔유물에 물을 넣고 1N HCl로 pH를 4로 산성화한 뒤 에틸 아세테이트로 추출하였다. 유기층은 소금물로 세척한 후 무수 황산나트륨으로 건조한 다음 여과하였다. 과량의 용매는 감압하에 제거한 뒤 생성물을 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 분리하였다 (전개용매, 10% 메탄올:디클로로메탄).
mp. 131oC
[a]18 D= -230.33 (c0.12, CHCl3)
IR (KBr) 2958, 1726, 1624 cm-1
1H-NMR (300 MHz, CDCl3) d 8.32 (d, 2H,J= 6.2 Hz), 7.32 (t, 2H,J= 2.5 Hz), 6.98 (d, 2H,J= 2.3 Hz), 3.91-4.10 (m, 4H), 3.61-3.72 (m, 2H), 2.69 (d, 2H,J= 5.8 Hz), 2.62(d, 2H, J = 6.2 Hz), 1.36 (s, 18H), 1.19 (s, 18H).
13C-NMR (75 MHz, CDCl3) d 176.0, 171.3, 168.8, 158.3, 141.0, 137.2, 128.4, 128.3, 127.0, 117.7, 74.0, 72.6, 52.2, 51.4, 35.4, 34.5, 31.8, 29.8, 29.4.
<제조예 2> 화학식 2a에서 m이 1이고 n이 3이며 X가 COOH인 화합물의 제조
화학식 4a의 화합물 (1 g, 1.87 mmol)을 디클로로메탄 (10 mL)에 녹인 후 트리에틸아민 (0.65 mL, 4.68 mmol)과 디메틸아미노피리딘 (22.9 mg, 0.187 mmol)을 가하고 글루타르산 무수물 (glutaric anhydride, 0.26 g, 2.24 mmol)을 질소하에서 0-5 ℃를 유지하며 서서히 가하였다. 반응온도를 실온으로 올리고 약 24시간 교반하였다. 유기층을 감압하에 제거하고 잔유물에 물을 가한 뒤 1N HCl로 pH를 4로 산성화하고 에틸 아세테이트로 추출하였다. 유기층을 소금물로 세척한 후 무수 황산나트륨으로 건조하고 여과하였다. 용매를 감압하에 제거한 뒤 생성물을 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 분리하였다 (전개용매, 10% 메탄올/디클로로메탄).
mp. 120oC
[a]18 D= -263.5 (c1.0, CHCl3)
IR (KBr) 2958, 1730, 1624 cm-1
1H-NMR (300 MHz, CDCl3) d 8.31 (d, 2H, J=5.86Hz), 7.32 (t, 2H, J=2.15Hz), 6.98 (d, 2H, J=2.31Hz), 3.86-4.09 (m, 4H), 3.56-3.68 (m, 2H), 2.34-2.42 (m, 4H), 1.90-1.99 (m, 2H)1.38 (s, 18H), 1.19 (s, 18H).
13C-NMR (75 MHz, CDCl3) δ171.9, 168.7, 158.2, 141.0, 137.2, 128.3, 128.2, 126.9, 117.8, 117.7, 74.0, 72.5, 52.1, 51.1, 35.4, 34.5, 33.6, 31.8, 29.7, 20.2
<제조예 3∼4> 화학식 2b의 화합물의 제조
화학식 2b의 화합물들도 화학식 4b의 화합물로부터 제조예 1-2와 동일한 방법으로 제조하였으며 모든 분광분석 데이터는 화학식 2a의 것과 동일하며 비선광도 (optical rotation)의 부호만이 반대이다.
Ⅰ. 화학식 1의 고분자에 결합된 키랄 살렌 유도체의 제조
<실시예 1> 화학식 1a에서 m이 1이고, n이 2이며, Y가 C(O)NH인 화합물의 제조
제조예 1에서 제조한 화학식 2a의 화합물 (0.95 g, 1.54 mmol)을 질소 하에서 디클로로메탄 (60 mL)과 디메틸포름아마이드 (40 mL)의 혼합용매에 넣고, 디이소프로필카르보디이미드 (1,3-diisopropylcarbodiimide) (260 mg, 2.06 mmol), 1-히드록시벤조트리아졸 수화물 (1-hydroxybenzotriazole hydrate) (280 mg, 2.06 mmol), 디이소프로필에틸아민 (130 mg, 1.03 mmol)을 첨가한 후, 화학식 3으로 표시되는 고분자 NovaSyn TG amino resin LL (4.48 g, 1.03 mmol, Calbiochem-Nova biochem Japan Ltd.)을 한번에 가하였다. 18시간 교반 후 생성된 화학식 1a의 불용성 고분자 화합물을 여과하고, 메탄올, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디에틸 에테르 순으로 충분히 세척하였다. 속슬레 (Soxhlet) 추출장치를 이용하여 고분자 화합물 내에 남아 있을 수 있는 출발물질 화학식 2a의 화합물을 메탄올로 24시간 동안 추출 제거한 후 감압 하에서 24시간동안 건조한다.
IR ( KBr) 2868, 1630, 1454, 1106 cm-1
<실시예 2> 화학식 1a에서 m이 1이고, n이 3이며, Y가 C(O)NH인 화합물의 제조
제조예 2에서 제조한 화학식 2a의 화합물 (1.0 g, 1.54 mmol)을 질소 하에서 디클로로메탄 (60 mL)와 디메틸포름아마이드 (40 mL)의 혼합용매에 넣고, 디이소프로필카르보디이미드 (1,3-diisopropylcarbodiimide) (260 mg, 2.06 mmol), 1-히드록시벤조트리아졸 수화물 (1-hydroxybenzotriazole hydrate) (280 mg, 2.06 mmol), 디이소프로필에틸아민 (130 mg, 1.03 mmol)을 첨가한 후, 화학식 3으로 표시되는 고분자 NovaSyn TG amino resin LL (4.48 g, 1.03 mmol, Calbiochem-Nova biochem Japan Ltd.)을 한번에 가하였다. 18시간 교반 후 생성된 화학식 1a의 불용성 고분자 화합물을 여과하고, 메탄올, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디에틸 에테르 순으로 충분히 세척하였다. 속슬레 추출장치를 이용하여 고분자 화합물 내에 남아 있을 수 있는 출발물질 화학식 2a의 화합물을 메탄올로 24시간 동안 추출 제거한 후 감압 하에서 24시간동안 건조한다.
IR ( KBr) 2868, 1630, 1454, 1106 cm-1
<실시예 3∼4> 화학식 1b의 화합물의 제조
화학식 1b의 화합물 또한 화학식 2b의 화합물로부터 실시예 1-2에 예시된 방법과 동일하게 제조하였다.
Ⅱ. 화학식 5의 고분자에 결합된 키랄 살렌-금속 착화합물의 제조
<실시예 5> 화학식 5a에서 m이 1이고 n이 2이며 Y가 C(O)NH인 화합물의 제조
초산염 망간 사수화물 (Mn(OAc)2·4H2O) (1.45g)을 에탄올 (150 mL)에 넣고가열 환류한 후, 여기에 톨루엔 (75 mL)에 분산되어 있는 실시예 1에서 제조한 화학식 1a의 화합물 (2.9g)을 45분에 걸쳐 첨가하였다. 상기 반응혼합물을 2시간 동안 계속 환류하면서 공기를 4시간 동안 통과시켰다. 반응 혼합물의 색이 노란색에서 짙은 갈색으로 변하면 환류와 공기 주입을 멈추고 포화 소금 (NaCl) 수용액을 넣고 1시간 정도 더 교반하였다. 반응종결 후, 물, 메탄올, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디에틸 에테르 순서로 닦아주고 속슬레 추출 장치를 이용하여 메탄올로 24시간 동안 불순물을 추출 제거한 후 진공 하에서 건조한다.
Mn 원소분석: 0.107mmol/g
IR ( KBr) 2868, 1630, 1454, 1106, 946 cm-1
<실시예 6> 화학식 5a에서 m이 1이고, n이 3이며, Y가 C(O)NH인 화합물의 제조
초산염 망간 사수화물 (Mn(OAc)2·4H2O) (1.45g)을 에탄올 (150 mL)에 넣고 가열 환류한 후, 여기에 톨루엔 (75 mL)에 분산되어 있는 실시예 2에서 제조한 화학식 1a의 화합물 (3.0 g)을 45분에 걸쳐 첨가하였다. 상기 반응혼합물을 2시간 동안 계속 환류하면서 공기를 4시간 동안 통과시켰다. 반응 혼합물의 색이 노란색에서 짙은 갈색으로 변하면 환류와 공기 주입을 멈추고 포화 소금 (NaCl) 수용액을 넣고 1시간 정도 더 교반하였다. 반응종결 후 물, 메탄올, 에틸 아세테이트, 디클로로메탄, 디에틸 에테르 순서로 닦아주고 속슬레 추출 장치를 이용하여 메탄올로 24시간 동안 불순물을 추출 제거한 후 진공 하에서 건조한다.
Mn 원소분석: 0.115 mmol/g
IR ( KBr) 2868, 1630, 1454, 1106, 946 cm-1
화학식 1로 표시되는 살렌 유도체의 망간 착화합물인 화학식 5의 화합물의 촉매효과를 알아보기 위해 공지 문헌에 따라 산화제로 NaOCl 또는 m-클로로퍼벤조익산 (m-chloroperbenzoic acid, MCPBA)을 사용하여 올레핀 화합물의 비대칭 에폭시화 반응을 실시하였다 (Zhang, W; Jacobsen, E. N.J. Org. Chem. 1991,56, 2296-2297).
<실험예 1> 키랄 살렌-금속 착화합물의 촉매활성 및 광학 선택성 1
본 발명에서는 화학식 5의 키랄 살렌-금속 착화합물의 촉매효과를 알아보기 위해 산화제로 NaOCl을 사용하여 하기와 같이 비대칭 에폭시화 반응을 실시하였다.
실시예 6에서 제조한 화학식 5a의 고분자에 결합된 키랄-살렌 망간촉매 (202 mg)를 2mL의 디클로로메탄에서 1시간 교반한 후 2,2-디메틸크로멘 (2,2-dimethylchromene), 6-시아노-2,2-디메틸크로멘 (6-cyano-2,2- dimethylchromene) 또는 시클로헥스-1-엔일-벤젠 (cyclohex-1-enyl-benzene)의 올레핀 (0.54 mmol)과 4-페닐피리딘 N-옥사이드 (4-phenylpyridine N-oxide) (18.5 mg, 0.108 mmol)를 0℃에서 가하고, 이 용액에 NaOCl (0.81mmol, pH=11.3)을 가한 후 0℃를 유지하며 교반하였다. 반응이 종결되면 화학식 5a의 고분자에 결합된 키랄 살렌-망간 촉매를여과한 뒤, 디클로로메탄으로 세척하고 여액은 염수로 닦아준 후 유기층을 건조하였다. 감압하에서 용매를 제거하고 잔류물을 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 생성물인 에폭사이드의 순수분획을 얻었다.
<실험예 2> 키랄 살렌-금속 착화합물의 촉매활성 및 광학 선택성 2
또 다른 방법으로 본 발명에서는 화학식 5의 키랄 살렌-금속 착화합물의 촉매효과를 알아보기 위해 산화제로 MCPBA를 사용하여 하기와 같이 비대칭 에폭시화 반응을 실시하였다.
실시예 6에서 제조한 화학식 5a의 고분자에 결합된 키랄-살렌 망간촉매 (202 mg)를 N-메틸모포린-N-옥사이드 (N-methylmorpholine-N-oxide) (2.7 mmol, 316 mg)가 녹아있는 디클로로메탄 (4ml) 용액에 가하고 여기에 2,2-디메틸크로멘 (2,2-dimethylchromene), 6-시아노-2,2-디메틸크로멘 (6-cyano-2,2- dimethylchromene) 또는 시클로헥스-1-엔일-벤젠 (cyclohex-1-enyl-benzene)의 올레핀 (0.54 mmol)을 가한 후 반응용액의 온도를 -78℃로 낮추었다. 상기 반응용액에 MCPBA (1.08mmol, 186mg)를 고체상태로 4등분하여 2 분간 가해주고 -78℃를 유지하며 교반하였다. 반응이 종결되면 화학식 5a의 고분자를 여과한 뒤, 디클로로메탄으로 세척하고 여액을 1M NaOH와 염수로 닦아준 후 건조하였다. 감압하에서 용매를 제거하고 잔류물을 컬럼 크로마토그래피로 정제하여 생성물인 에폭사이드의 순수분획을 얻었다.
상기 실험예 1 및 실험예 2에서 얻은 생성물의 수득률 및 광학적 순도는 공지의 문헌에서와 같이 키랄 가스크로마토그래피나 키랄 HPLC를 이용하여 측정하여 그 결과를 하기표 1에 나타내었다 [Chem. Commun.2000,7, 615].
실시예 6에서 제조한 화학식 5의 고분자 살렌-금속 착화합물의 활성 및 광학선택성
올레핀 사용된산화제 반응시간(시간) 수율 (%) ee (%)a
NaOCl 24 84 87
MCPBA 1.5 85 92
NaOCl 50 82 87
MCPBA 1.5 72 86
NaOCl 24 82 78
MCPBA 2 76 68
a : 광학선택성 (enantiomeric excess)
상기표 1에서 볼 수 있듯이, 화학식 5의 고분자에 결합된 키랄 살렌-금속 착화합물은 비균일상 촉매계에서도 올레핀의 비대칭 에폭시화 반응에서 높은 촉매 활성과 최고 92%의 탁월한 광학선택성을 나타내었으며, 또한 고분자에 결합된 본 발명의 키랄 살렌-금속 착화합물은 유기용매 및 물에 불용성이므로 반응 후 반응용액으로부터 쉽게 여과, 분리하여 재사용할 수 있으므로 올레핀의 비대칭 에폭시화 반응의 키랄 촉매로서 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 화학식 1의 신규 고분자 살렌 유도체는 금속과 착화합물을 형성하여 올레핀 화합물의 비대칭 에폭시화 반응의 촉매로서 고수율로 광학순도가 높은 에폭시 화합물을 합성할 수 있을 뿐만 아니라, 반응 후 회수가 가능하여 경제적이며, 공업적으로 적용이 가능하다.

Claims (6)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 살렌 유도체.
    화학식 1
    상기식에서,
    m은 0 또는 1이며, n은 0-24의 정수이고,
    Y는 O, NH, 또는 C(O)NH이며,
    ⓟ는 물이나 유기용매에 불용성인 모든 고분자를 나타내고,
    수소원자(1)과 수소원자(2)는 서로 트랜스의 위치에 있으며, 상기 화학식 1의 화합물은 이들의 거울상 이성질체를 모두 포함한다.
  2. 하기 화학식 5로 표시되는 살렌-금속 착화합물.
    화학식 5
    상기식에서,
    m은 0 또는 1이며, n은 0-24의 정수이고,
    Y는 O, NH 또는 C(O)NH이며,
    ⓟ는 물이나 유기용매에 불용성인 모든 고분자를 나타내며,
    M은 전이금속 이온이고, A는 음이온이고,
    수소원자(1)과 수소원자(2)는 서로 트랜스의 위치에 있으며, 상기 화학식 5의 화합물은 이들의 거울상 이성질체를 모두 포함한다.
  3. 제 2항에 있어서, 전이금속은 Cr, Mn, V, Fe, Mo, W, Ru, Co, Ti 및 Os으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 살렌-금속 착화합물.
  4. 제 2항에 있어서, 음이온은 Cl-, CH3COO-, PF6 -및 SbF6 -으로 구성된 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 살렌-금속 착화합물.
  5. 올레핀의 비대칭 에폭시화 반응에서, 키랄 리간드로 사용되는 제 1항의 살렌 유도체.
  6. 올레핀의 비대칭 에폭시화 반응에서, 키랄 촉매로 사용되는 제 2항의 살렌-금속 착화합물.
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