KR20130137357A - 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
광학 순도가 높은 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법이 개시되어 있다. 본 발명은, 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물는, 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법으로서, 페닐술포닐 플루오로나이트로메탄 화합물을, 키랄 촉매의 존재 하에서, 알파-베타 불포화된 케톤과 반응시키며, 상기 키랄 촉매로서 키랄 유기 촉매를 사용하는 함으로써, 광학 순도가 높은 광학활성물질을 효율적으로 제조할 수 있다는 효과가 얻어진다.
Description
본 발명은 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법에 관한 것으로, 특히 키랄 유기 촉매를 이용하여 광학 순도가 높은 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법에 관한 것이다.
광학활성 분자는 대칭 중심, 대칭면 등의 대칭 요소를 갖지 못하는 분자에서 나타난다. 이러한 분자들은, 왼손 또는 오른손과 같이 서로 겹쳐지지 않는 거울상체의 관계를 갖는 2 개의 이성질체로 존재할 수 있으며, 이런 성질을 가진 분자를 키랄성 화합물(chiral compound)이라고 한다. 광학활성 분자는 대부분의 물리적 성질이 동일하지만 편광된 빛을 회전시키는 방향이 다르며, 대부분의 화학적 성질도 동일하지만 특히 키랄 분자와의 반응성이 다르다.
광학활성 분자를 합성하는 방법은 크게 세 가지로 구분할 수 있다. 첫 번째는 키랄 보조기를 이용한 방법이고, 두 번째는 키랄 시약을 이용하는 방법, 마지막으로 키랄 촉매를 이용하여 키랄 분자를 합성하는 방법이다. 이것 중 가장 효율적인 방법은 키랄 촉매를 이용하여 광학활성 분자를 합성하는 방법이다. 우리의 신체는 다양한 효소가 존재하며, 이 효소는 광학활성 분자와 서로 다른 반응성을 나타내어 키랄 화합물을 합성할 수 있는 비대칭 합성법의 개발은 매우 중요하다.
유기불소화합물은 독특한 생리활성으로 의약화학 및 농화학 분야에서 널리 연구되고 있다. 키랄 유기불소화합물은 생리활성과 관련하여 매우 중요하게 인식되어 키랄 유기불소화합물의 비대칭 합성에 관하여 널리 연구되고 있다. 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물은 유기합성에서 불소함유 헤테로고리화합물, 호르몬 유도체, 의약품 등의 합성에 중요한 중간체로 사용되고 있어, 페닐술포닐 플루오로나이트로메탄의 비대칭 반응의 개발은 매우 중요하다.
본 발명에서는 광학활성 분자를 합성할 수 있는 가장 진보적인 방법인 키랄 촉매를 이용하여 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물를 합성하였다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같이, 키랄 촉매를 이용하여 광학 순도가 높은 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법은,
페닐술포닐 플루오로나이트로메탄 화합물을, 키랄 촉매의 존재 하에서, 알파-베타 불포화된 케톤과 반응시키며, 상기 키랄 촉매로서 키랄 유기 촉매를 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 페닐술포닐 플루오로나이트로메탄 화합물을 키랄 촉매의 존재 하에서 하기 반응식1과 같이 알파-베타 불포화된 케톤과 반응시켜 하기 화학식5의 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
[반응식 1]
[화학식 5]
상기 반응식1에서, 상기 R1, R2 C6-C14의 아릴기, C1-C10의 알킬기 또는 R1, R2가 서로 연결되어 5각 고리, 또는 6각 고리를 형성할 수 있다. 상기 R1, R2 가 아릴기일 경우 C1-C10의 알콕시기로 치환된 아릴기, C1-C10의 알킬이 치환된 아릴기 또는 할로겐으로 치환된 아릴기일 수 있다. (단, R1, R2는 동일한 것은 아니다.)
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법에 의하면, 키랄 촉매를 이용하여 광학 순도가 높은 광학활성물질을 효율적으로 제조할 수 있다는 효과가 얻어진다.
본 발명에서 개발한 방법을 이용하면, 특히 고리화된 감마-플루오로 케톤 화합물(cyclic γ-fluoro ketone derivatives)도 높은 거울상 입체선택성으로 합성할 수 있다.
먼저 본 발명에 따른 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법의 특징에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법은, 페닐술포닐 플루오로나이트로메탄 화합물을 키랄 유기 촉매의 존재 하에서, 알파-베타 불포화된 케톤과 반응시켜 감마-플루오로 케톤 화합물을 제조한다. 상기 제조방법은, 키랄 촉매를 이용하여, 광학 순도가 높은 광학활성물질을 효율적으로 제조하기 위한 것이다.
상기 키랄 유기 촉매는, 하기 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물이다.
상기 키랄 촉매의 함량은 반응 물질들의 전체 몰수를 기준으로, 10∼20몰%인 것이 바람직하다. 상기 촉매량은, 광학 순도가 높은 감마-플루오로 케톤 화합물을 효율적으로 제조하기 위한 것이다. 키랄 촉매의 함량이 상기 범위보다 낮은 경우에는, 합성된 감마-플루오로 케톤 화합물의 광학 순도가 저하되고, 상기 범위보다 높은 경우에는, 촉매 첨가로 인한 효율성이 떨어질 수 있다.
상기 페닐술포닐 플루오로나이트로메탄 화합물은 하기의 화학식 3의 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
상기 알파-베타 불포화된 케톤은 하기 화학식 4의 구조를 갖는 화합물일 수 있다.
상기 화학식 4에서, 상기 R1, R2 는 비치환된 아릴기일 수 있고 C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, 할로겐으로 치환된 C6-C14의 아릴기, C1-C10의 알킬기이고 또는 R1, R2가 서로 연결되어 5각 고리, 또는 6각 고리를 형성할 수 있다. 단 R1, R2는 동일한 것은 아니다.
본 발명에 따른 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물은, 화학식 5를 갖는 화합물일 수 있다.
상기 화학식 5에서, 상기 R1, R2 는 비치환된 아릴기일 수 있고 C1-C10 알킬기, C1-C10 알콕시기, 할로겐으로 치환된 C6-C14의 아릴기, C1-C10의 알킬기이고 또는 R1, R2가 서로 연결되어 5각 고리, 또는 6각 고리를 형성할 수 있다. 단 R1, R2는 동일한 것은 아니다.
또한 본 발명에 따른 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물은, 페닐술포닐 플루오로나이트로메탄 화합물을 키랄 촉매의 존재 하에서 알파-베타 불포화된 케톤과 반응시켜 제조할 수 있다. 구체적인 반응식은, 하기 반응식 1와 같다.
[반응식 1]
상기 반응식 1에서, R1, R2, 는 위에서 정의한 바와 같다.
이하, 하기 실시 예 등에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 하기 실시 예 등은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
입체 선택적인 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 합성을 위해 키랄 촉매를 이용한 비대칭 첨가 반응을 수행하였으며, 구체적인 반응조건, 수율 및 거울상 입체 선택성은 표 1에 나타내었다.
촉매 | R1 | R2 | 시간 (d) | 수율a(%) | 부분입체 선택성b |
거울상 입체선택성 c (%) | |
1 | 1 | Ph | Me | 7 | 5a, 90 | 1 : 2.8 | 98 : 97 |
2 | 1 | p-MeOC6H4 | Me | 8 | 5b, 94 | 1 : 2.7 | 71 : 85 |
3 | 1 | p-F-C6H4 | Me | 8 | 5c, 60 | 1 : 1.1 | 81 : 67 |
4 d | 2 | Ph | Et | 1 | 5d, 99 | 1 : 24 | 81 : 93 |
5 e | 2 | Me | Ph | 1 | 5e, 80 | 1 : 1.3 | 93 : 93 |
6 d | 2 | cyclohex-2-enone | 1 | 5f, 99 | 1 : 1.2 | 89 : 85 | |
7 d | 2 | cyclopent-2-enone | 1 | 5g, 99 | 1 : 1.6 | 71 : 81 |
a 정제한 수율
b 부분입체이성질체 비율은 1H NMR로 결정하였다.
c 거울상입체이성질체 비율은 키랄 HPLC를 이용하여 결정하였다.
d 화학식 2 (20 mol %), 트리플루오로 아세트산(40mol %), 상온.
<실시예 1>
알파-베타 불포화된 케톤 0.2 mmol과 촉매 0.02 mmol 넣고 -30℃로 내린다. Fluoronitrosulfonylmethane 0.4 mmol 을 toluene 0.5 mL를 녹여 적가해준다. 반응이 전부 진행되면 농축한 후에 ethylacetate:hexane으로 컬럼크로마토그래피를 통해 화학식 5를 얻었다.
5-Fluoro-5-nitro-4-phenyl-5-(phenylsulfonyl)pentan-2-one (5a) :
Minor diastereoisomer.; 1H NMR (200 MHz, CDCl3) δ= 7.92-7.88 (m, 2H), 7.81-7.74 (m, 1H), 7.69-7.51 (m, 2H), 7.34-7.05 (m, 5H), 4.92 (ddd, J1 = 32.61 Hz, J2 = 10.49 Hz, J3 = 2.80 Hz, 1H), 3.71 (dd, J1 = 17.75 Hz, J2 = 2.83 Hz, 1H), 3.24 (dd, J1 = 17.80 Hz, J2 = 10.64 Hz, 1H), 2.11 (s, 3H); δ= 202.6, 136.3, 134.1, 133.6, 131.4, 130.6, 130.1, 129.6, 129.1, 128.9, 125.3 (J = 281 Hz), 43.5, 42.7 (J = 16.37 Hz), 30.1; HPLC (95 : 5, n-hexane : i-PrOH, 220 nm, 0.5 mL/min) Chiralcel IC column, tR = 28.7 min (minor), tR = 26.6 (major).
Major diastereoisomer. [α]25 D = -4.6 (c = 1.0, CHCl3 , 97 % ee); 1H NMR (200 MHz, CDCl3) δ= 7.68-7.60 (m, 1H), 7.54-7.50 (m, 2H), 7.44-7.36 (m, 2H), 7.33-7.08 (m, 5H), 4.85 (ddd, J1 = 2.78 Hz, J2 = 10.46 Hz, J3 = 26.46 Hz, 1H), 3.18 (dd, J1 = 17.57 Hz, J2 = 10.18 Hz, 1H), 2.87 (dd, J1 = 17.57 Hz, J2 = 2.86 Hz, 1H), 2.02 (s, 3H); 13C NMR (50 MHz; CDCl3) δ= 202.4, 136.3, 135.4, 132.4, 132.3, 130.3, 130.0, 129.5, 129.0, 128.7, 128.6, 125.0 (J = 285 Hz), 43.8, 43.5 (J = 17.14 Hz), 30.1; HPLC (95 : 5, n-hexane : i-PrOH, 220 nm, 0.5 mL/min) Chiralcel IC column, tR = 41.4 min (minor), tR = 39.8 (major).
<실시예 2>
5-Fluoro-4-(4-methoxyphenyl)-5-nitro-5-(phenylsulfonyl)pentan-2-one (5b) :
Major diastereoisomer; [α]30.9 D = +1.52 (c = 1.00, CHCl3 , 91 % ee); 1H NMR (200 MHz, CDCl3) δ= 7.92-7.88 (m, 2H), 7.81-7.73 (m, 1H), 7.68-7.61 (m, 1H),7.63-7.55 (m, 2H), 7.55-7.53 (m, 2H), 7.45-7.38 (m, 2H), 7.18-7.08 (m, 4H), 6.88-6.69(m, 2H), 6.76-6.71(m, 2H), 4.86 (ddd, J1 = 2.88 Hz, J2 = 10.76 Hz, J3 = 32.28 Hz, 1H), ), 4.80 (ddd, J1 = 2.86 Hz, J2 = 10.28 Hz, J3 = 27.01 Hz, 1H), 3.78 (s, 3H), 3.73 (s, 3H), 3.66 (m, 1H) 3.20 (dd, J1 = 10.68 Hz, J2 = 17.73 Hz, 1H), 3.13 (dd, J1 = 10.33 Hz, J2 = 17.44 Hz, 1H), 2.81 (dd, J1 = 2.85 Hz, J2 = 17.44 Hz, 1H) 2.10 (s, 3H), 2.02 (s, 3H); 13C NMR (50 MHz, CDCl3) δ= 202.8, 202.3, 171.4, 159.9, 159.7, 136.2, 135.4, 133.6, 132.6, 131.8, 131.2, 130.5, 130.4, 130.2, 130.1, 129.5, 129.0, 128.4, 126.8(J =270 Hz), 125.2 (J =284 Hz), 114.1, 55.1, 43.8, 43.5, 42.9(J = 16.9 Hz), 42.1 (J = 16.3 Hz ), 30.3, 29.6; HPLC (90 : 10, n-hexane : i-PrOH, 254 nm, 0.8 mL/min) Chiralpak IA column, tR - Diastereomer I = 30.2 (minor), tR - Diastereomer I = 21.7min (major), tR - Diastereomer II = 42.0 (minor), tR - Diastereomer II = 25.2 min (major).
<실시예 3>
5-Fluoro-4-(4-fluorophenyl)-5-nitro-5-(phenylsulfonyl)pentan-2-one(5c):
Obtained as a mixture of diastereoisomer. [α]30.9 D = -6.36 (c = 1.00, CHCl3, 81 % ee, 67 % ee); 1H NMR (200 MHz, CDCl3) δ= 7.96-7.88 (m, 2H), 7.83-7.77 (m, 1H), 7.68-7.64 (m, 2H), 7.60-7.54 (m, 3H), 7.49-7.45 (m, 2H), 7.27-7.20 (m, 3H), 4.92 (ddd, J1 = 32.18 Hz, J2 = 10.96 Hz, J3 = 2.86 Hz, 1H), 4.86 (ddd, J1 = 27.19 Hz, J2 = 10.48 Hz, J3 = 2.79 Hz, 1H), 3.71 (dd, J1 = 18.07 Hz, J2 = 2.81 Hz, 1H), 3.26-3.06 (m, 2H), 2.83 (dd, J1 = 17.58 Hz, J2 = 2.81 Hz, 1H), 2.12 (s, 3H), 2.04 (s, 3H); 13C NMR (50 MHz, CDCl3) δ= 202.5, 201.9, 165.3, 162.2, 136.4, 135.7, 132.4, 131.9, 131.7, 131.0, 130.8, 130.6, 130.5, 129.6, 129.2, 116.2, 116.0, 115.7, 115.6, 43.8, 43.5, 42.8 (J = 16.8 Hz), 42.0 (J = 16.2 Hz ), 30.3; HPLC (90 : 10, n-hexane : i-PrOH, 220 nm, 0.5 mL/min) Chiralcel IC column, tR - Diastereomer I = 20.9 (minor), tR - Diastereomer I = 19.8min (major), tR - Diastereomer II = 37.4 (minor), tR - Diastereomer II = 51.6 min (major).
<실시예 4>
6-Fluoro-6-nitro-5-phenyl-6-(phenylsulfonyl)hexan-3-one (5d) :
Obtained as a mixture of diastereoisomer. [α]30.9 D = -1.04 (c = 1.00, CHCl3, 81 % ee, 93 % ee); 1H NMR (200 MHz, CDCl3) δ= 7.98-7.88 (m, 2H), 7.81-7.73 (m, 1H), 7.66-7.59 (m, 2H), 7.54-7.50 (m, 2H), 7.43-7.35 (m, 3H), 7.26-7.19 (m, 10H), 4.93 (ddd, J1 = 30.90 Hz, J2 = 10.70 Hz, J3 = 2.90 Hz, 1H), 4.87 (ddd, J1 = 26.88 Hz, J2 = 10.69 Hz, J3 = 2.87 Hz, 1H), 3.65 (dd, J1 = 17.58 Hz, J2 = 2.79 Hz, 1H), 3.29-2.98 (m, 2H), 2.80 (dd, J1 = 17.14 Hz, J2 = 2.84 Hz, 1H), 2.55-2.04 (m, 4H), 1.00-0.854 (m, 6H); 13C NMR (50 MHz, CDCl3)δ= 205.5, 205.0, 136.3, 135.4, 133.8, 132.6, 130.6, 130.5, 130.1, 129.6, 129.1, 128.8, 125.2 (J =287 Hz), 125.1 (J =281 Hz), 43.6 (J = 16.8 Hz), 42.8 (J = 15.9 Hz), 42.6, 31.1, 7.3 ; HPLC (98 : 2, n-hexane : i-PrOH, 254 nm, 0.8 mL/min) Chiralcel IA column, tR - Diastereomer I = 35.3 (minor), tR - Diastereomer I = 28.3min (major), tR - Diastereomer II = 50.3 (minor), tR - Diastereomer II = 38.6 min (major).
<실시예 5>
3-(Fluoronitro(phenylsulfonyl)methyl)-1-phenylbutan-1-one (5e) :
Obtained as a mixture of diastereoisomer. [α]30.9 D +5.76= (c = 1.00, CHCl3, 93 % ee, 93 % ee) ; 1H NMR (200 MHz, CDCl3) δ= 8.15-7.75 (m, 5H), 7.66-7.45 (m, 5H), 4.01-3.75 (m, 1.5H), 3.42-3.34 (m, 0.5H), 3.25-3.05 (m, 1H), 1.32 (m, 1.5H), 1.11 (m, 3H); HPLC (98 : 2, n-hexane : i-PrOH, 254 nm, 1.0 mL/min) Chiralcel IC column, tR = 26.9 (minor), tR = 22.2 min (major), tR = 25.3 (minor) tR = 34.2 min (major), 13C NMR (50 MHz; CDCl3) δ= 195.1, 195.0, 136.2, 130.7, 129.5, 129.0, 128.8, 128.5, 128.4, 128.0, 127.5, 126.4, 126.3 (J = 280 Hz), 126.2 (J = 280 Hz), 44.8, 39.1 (J = 35.2 Hz), 38.4 (J = 32.5 Hz), 30.0, 21.4, 14.2; HPLC (90 : 10, n-hexane : i-PrOH, 220 nm, 1.0 mL/min) Chiralcel IC column, tR - Diastereomer I = 26.2 (minor), tR - Diastereomer I = 22.6 min (major), tR - Diastereomer II = 31.8 (minor), tR - Diastereomer II = 30.1 min (major).
<실시예 6>
3-(fluoronitro(phenylsulfonyl)methyl)cyclohexanone (5f) :
Obtained as a mixture of diastereoisomer. [α]23.8 D = -22.8 (c = 1.0, CHCl3, 89 : 85% ee) 1H NMR (200 MHz, CDCl3) δ= 8.01-7.87 (m, 2H), 7.83-7.75 (m, 1H), 7.77-7.50 (m, 2H), 3.59-3.33 (m, 1H), 2.71-2.52 (m, 1H), 2.52-2.41 (m, 1H), 2.40-2.31 (m, 1H), 2.30-2.21 (m, 2H), 2.20-2.04(m, 1H), 1.92-1.67(m, 1H); 13C NMR (50 MHz; CDCl3) δ= 205.7, 205.6, 136.3, 131.7, 130.6, 129.6 126.2 (J = 280 Hz), 41.0, 40.8, 40.5, 40.3, 40.2, 39.7, 24.5, 24.2, 23.7, 23.3; HPLC (90 : 10, n-hexane : i-PrOH, 220 nm, 1.0 mL/min) Chiralcel IC column, tR - Diastereomer I = 26.2 (minor), tR -Diastereomer I = 22.6 min (major), tR - Diastereomer II = 31.8 (minor), tR - Diastereomer II = 30.1 min (major).
<실시예 7>
3-(fluoronitro(phenylsulfonyl)methyl)cyclopentanone (3g) :
Obtained as a mixture of diastereoisomer. [α]24.2 D = -75.9 (c = 1.0, CHCl3, 71:81% ee); 1H NMR (200 MHz, CDCl3) δ= 7.99-7.90 (m, 2H), 7.85-7.78 (m, 1H), 7.72-7.54 (m, 2H), 4.03-3.67 (m, 1H), 2.95-2.60 (m, 1H), 2.56-2.35 (m, 2H), 2.30-2.11 (m, 2H), 2.06-1.77(m, 1H); 13C NMR (50 MHz; CDCl3) d = 212.9, 211.9, 136.4, 130.6, 129.7, 124.6 (J = 262 Hz), 123.7 (J = 268 Hz), 39.0(J = 17.6 Hz), 38.4, 37.9, 37.8, 37.7(J = 18.2 Hz), 36.7, 23.5, 22.8; HPLC (90 : 10, n-hexane : i-PrOH, 254 nm, 1.0 mL/min) Chiralcel IC column, tR - Diastereomer I = 46.5 (minor), tR - Diastereomer I = 25.3 min (major), tR - Diastereomer II = 39.0 (minor), tR-Diastereomer II = 30.3 min (major)
Claims (6)
- 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법으로서,
페닐술포닐 플루오로나이트로메탄 화합물을, 키랄 촉매의 존재 하에서, 알파-베타 불포화된 케톤과 반응시키며, 상기 키랄 촉매로서 키랄 유기 촉매를 사용하는 것을 특징으로 하는 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법.
- 제 3항에 있어서,
페닐술포닐 플루오로나이트로메탄 화합물을 키랄 촉매의 존재 하에서 하기 반응식1과 같이 알파-베타 불포화된 케톤과 반응시켜 하기 화학식5의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법.
[반응식 1]
[화학식 5]
상기 반응식1에서, 상기 R1, R2 C6-C14의 아릴기, C1-C10의 알킬기 또는 R1, R2가 서로 연결되어 5각 고리, 또는 6각 고리를 형성할 수 있다. 상기 R1, R2 가 아릴기일 경우 C1-C10의 알콕시기로 치환된 아릴기, C1-C10의 알킬이 치환된 아릴기 또는 할로겐으로 치환된 아릴기일 수 있다. (단, R1, R2는 동일한 것은 아니다.)
- 제 1항에 있어서,
상기 키랄 촉매의 함량은, 반응 물질들의 전체 몰수를 기준으로, 10-20몰%인 것을 특징으로 하는 키랄 감마-플루오로 케톤 화합물의 제조방법.
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