KR20160062697A - N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물 및 그 응용 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 짧은 시간 내에 목적하는 양의 일산화질소를 효과적으로 공급하기 위한 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물, 이의 제조방법 및 그 응용에 관한 것이다.
Description
본 발명은 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 효과적인 일산화질소 전달을 위한 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물 및 그 응용에 관한 것이다.
많은 질환들이 불충분한 일산화질소 생산을 특징으로 하거나 불충분한 일산화질소 생산과 관련되며, 많은 실험 및 임상 연구로 불충분한 일산화질소 생산이 고지혈증, 당뇨병, 고혈압, 흡연 또는 죽상동맥경화증과 같은 주요 심혈관 위험 인자와 관련되어 있음을 입증하고 있다. 또한 기능장애성 일산화질소 신타제(synthase)(NOS) 일산화질소 경로는 다양한 심혈관 장애에 대한 조기 마커로 간주된다.
내피 일산화질소의 감소된 생체이용률은 다수의 사람 질환의 발병 및 진행에 중요한 역할을 한다. 내피기능장애는 감소된 일산화질소 생산 또는 증가된 일산화질소 분해로부터 얻어지며, 특정 양상에서 내피기능장애는 NO 생성 불능으로 정의될 수도 있다. 내피기능장애는 내피, 동맥 또는 정맥을 포함하는 모든 혈관의 내면에 막을 형성하는 세포 (및 심장 및 림프관의 최내측 라이닝)에 의해 수행되는 정상적 생화학적 과정의 생리학적 기능장애를 의미하는 것으로, 이러한 내피기능장애는 죽상동맥경화증을 포함하는 몇몇의 심혈관 장애와 관련된다.
일산화질소 항상성을 회복하기 위한 종래 기술로는 니트로글리세린과 같은 유기 니트레이트를 사용하여 일산화질소 생산을 증진시키는 방법이 알려져 있다. 상술한 방법은 유기 니트레이트를 사용한 초기 진입 치료요법으로 심근경색에서 생존을 유의하게 개선하지는 않지만, 안지오텐신 전환 효소(ACE: Angiotensin Converting Enzyme)-억제제 에날라프릴(enalapril)의 유리한 효과(50%까지 증가)를 가짐을 확인하였으나, 소정 단기 실험 및 임상 조사로부터 니트로글리세린에 의해 유도되는 니트레이트 내성이 혈관계에서의 독성 효과와 관련되어 있음이 확인되었다.
또한 일산화질소를 정확한 세포 위치에 표적 전달하는 시도에 있어, 폐 순환에 대한 표적화된 전달에 관해 가장 익히 알려져 있는 효과적인 수단은 흡입형 일산화질소를 들 수 있다. 이는 특화된 흡입 장비를 필요로 하여 환자에세 경제적으로 큰 부담이 되는 문제가 있다.
이에 상처 치유, 감염 등에 대한 국소 적용을 위해 일산화질소를 지연 방출시키기 위한 생체물질들에 대한 연구가 요구되어지고 있으며, 특히 혈관 및 암 생물학에서, 이러한 일산화질소 전달을 위한 물질 및 시스템의 개발이 시급하다.
본 출원인은 효과적인 일산화질소의 전달을 위한 신규한 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물과 이의 경제적인 합성방법 및 그 응용을 제공하고자 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 효과적인 일산화질소 전달을 위한 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 독성을 야기하는 부산물의 생성이 없으며, 경제적으로 목적하는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 이용하여 또 다른 카벤 화합물에 일산화질소를 제공하는 공급원으로 유용하게 사용될 수 있는 용도를 제공하는 것이다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
[상기 화학식 1에서,
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고, 상기 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, 할로(C1-C30)알킬, 할로겐, 시아노, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C1-C30)알콕시, (C6-C30)아릴옥시, (C6-C30)아릴, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, (C6-C30)아릴이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 모노 또는 디(C1-C30)알킬아미노, 모노 또는 디(C6-C30)아릴아미노, 트리(C1-C30)알킬실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 나이트로 및 하이드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으며;
상기 Z1은 -C(R3)- 또는 -N-이고, 상기 R3는 수소 또는 (C1-C30)알킬이다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물의 상기 Z1은 -N-일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물의 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 페닐, 나프틸, 비페닐, 터페닐, 안트릴, 인데닐(indenyl), 플루오레닐, 페난트릴, 트라이페닐레닐, 피렌일, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐 및 플루오란텐일 등에서 선택되는 아릴기이며, 상기 아릴기들은 각각 독립적으로 (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 바람직하게 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 2]
[상기 화학식 2에서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐렌, 나프틸렌, 비페닐렌, 터페닐렌, 안트릴렌, 인데닐렌, 플루오레닐렌, 페난트릴렌, 트라이페닐레닐렌, 피렌일렌, 페릴렌일렌, 크라이세닐렌, 나프타세닐렌 및 플루오란텐일렌에서 선택되는 아릴렌기이며;
R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되며, 상기 R11 및 R12 중 적어도 하나는 이미다졸의 -N-을 기준으로 상기 아릴렌기의 오쏘-(ortho-)위치에 수소이외의 치환기를 가지며;
p 및 q는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수에서 선택된다.]
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 보다 바람직하게 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 3]
[상기 화학식 3에서,
R13 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, (C1-C7)알킬, 할로(C1-C7)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C7)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되고, R13, R15, R16 및 R18 중 하나 이상은 수소이외의 치환기를 가진다.]
본 발명은 하기 화학식 4로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 화합물을 제공한다.
[화학식 4]
[상기 화학식 4에서,
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고, 상기 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, 할로(C1-C30)알킬, 할로겐, 시아노, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C1-C30)알콕시, (C6-C30)아릴옥시, (C6-C30)아릴, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, (C6-C30)아릴이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 모노 또는 디(C1-C30)알킬아미노, 모노 또는 디(C6-C30)아릴아미노, 트리(C1-C30)알킬실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 나이트로 및 하이드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으며;
상기 Z1은 -C(R3)- 또는 -N-이고, 상기 R3는 수소 또는 (C1-C30)알킬이다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 화합물의 상기 Z1은 -N-일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 화합물의 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 페닐, 나프틸, 비페닐, 터페닐, 안트릴, 인데닐(indenyl), 플루오레닐, 페난트릴, 트라이페닐레닐, 피렌일, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐 및 플루오란텐일 등에서 선택되는 아릴기이며, 상기 아릴기들은 각각 독립적으로 (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 화합물은 바람직하게 하기 화학식 5로 표시되는 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 5]
[상기 화학식 5에서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐렌, 나프틸렌, 비페닐렌, 터페닐렌, 안트릴렌, 인데닐렌, 플루오레닐렌, 페난트릴렌, 트라이페닐레닐렌, 피렌일렌, 페릴렌일렌, 크라이세닐렌, 나프타세닐렌 및 플루오란텐일렌 등에서 선택되는 아릴렌기이며;
R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되며, 상기 R11 및 R12 중 적어도 하나는 이미다졸의 -N-을 기준으로 상기 아릴렌기의 오쏘-(ortho-)위치에 수소이외의 치환기를 가지며;
p 및 q는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수에서 선택된다.]
본 발명은 상기 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 열분해하여 일산화질소를 발생하는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 효과적인 일산화질소의 공급원으로써, 생체 내에서 안정할 뿐만 아니라 일산화질소의 항상성 회복에 도움이 될 수 있다.
본 발명에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 상온(23 ℃)에서 안정한 형태로 존재하며, 외부의 열원에 의해 일산화질소를 효율적으로 공급할 수 있을 뿐 아니라 열원의 종류 및 온도범위에 따라 이의 방출 속도를 용이하게 조절할 수 있다. 또한 이로부터 제공되는 일산화질소를 이용하여, 일산화질소 불충분과 관련된 병태를 치료, 예방 또는 치유하는 수단으로서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물의 제조방법은 독성을 야기하는 부산물의 생성이 없으며, 경제적으로 목적하는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 제조할 수 있어, 산업적으로 유용할 수 있다.
또한 본 발명은 외부의 열원에 의해 상기 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물이 열분해되어 일산화질소를 효과적으로 발생시킬 수 있으며, 또 다른 카벤 화합물에 일산화질소를 제공하는 공급원으로 유용하게 사용될 수 있다.
도 1은 실시예 1(IPrNO) 및 실시예 2(IMesNO)에서 제조된 화합물의 결정구조를 X-선 회절분석(XRD) 으로 측정한 결과를 나타낸 그래프이고,
도 2는 실시예 1 내지 실시예 4에서 제조된 화합물의 전자상자기 공명(Electron paramagnetic resonance, EPR) 스펙트라를 비교 분석한 그래프이고,
도 3은 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 화합물의 순환전압전류(cyclic voltammograms)을 나타낸 그래프이고,
도 4는 실시예 3 및 실시예 4에서 사용한 장치를 도시한 것이다.
도 2는 실시예 1 내지 실시예 4에서 제조된 화합물의 전자상자기 공명(Electron paramagnetic resonance, EPR) 스펙트라를 비교 분석한 그래프이고,
도 3은 실시예 1 및 실시예 2에서 제조된 화합물의 순환전압전류(cyclic voltammograms)을 나타낸 그래프이고,
도 4는 실시예 3 및 실시예 4에서 사용한 장치를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 포함한 실시예를 통해 본 발명에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼의 제조방법 및 그 응용을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있음은 물론이다.
또한 달리 정의되지 않는 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 가지며, 본 발명의 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되는 것은 아니다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
[상기 화학식 1에서,
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고, 상기 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, 할로(C1-C30)알킬, 할로겐, 시아노, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C1-C30)알콕시, (C6-C30)아릴옥시, (C6-C30)아릴, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, (C6-C30)아릴이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 모노 또는 디(C1-C30)알킬아미노, 모노 또는 디(C6-C30)아릴아미노, 트리(C1-C30)알킬실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 나이트로 및 하이드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으며;
상기 Z1은 C(R3)-(
) 또는 -N-(
))이고, 상기 R3는 수소 또는 (C1-C30)알킬이다.]
본 발명에 기재된 「시클로알킬」은 3 내지 9개의 탄소 원자의 완전히 포화 및 부분적으로 불포화된 탄화수소 고리를 의미하며, 아릴 또는 헤테로아릴이 융합되어 있는 경우도 포함한다. 또한 본 발명에 기재된 「아릴」은 하나의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 유기 라디칼로, 각 고리에 적절하게는 4 내지 7개, 바람직하게는 5 또는 6개의 고리원자를 포함하는 단일 또는 융합고리계를 포함하며, 다수개의 아릴이 단일결합으로 연결되어 있는 형태까지 포함한다. 구체적인 예로 페닐, 나프틸, 비페닐, 안트릴, 인데닐(indenyl), 플루오레닐 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명에 기재된 「헤테로아릴」은 하나의 수소 제거에 의해서 방향족 탄화수소로부터 유도된 유기 라디칼로 B, N, O, S, P(=O), Si 및 P로부터 선택된 하나 이상의 헤테로원자를 포함하는 3 내지 8개의 고리원자를 포함하는 일환상 또는 다환상 방향족 탄화수소 라디칼일 수 있고, 각 고리에 적절하게는 3 내지 7개, 바람직하게는 5 또는 6개의 고리원자를 포함하는 단일 또는 융합 고리계를 포함하며, 다수개의 헤테로아릴이 단일결합으로 연결되어 있는 형태까지 포함한다.
본 발명에 기재된 「알킬」, 「알콕시」 및 그 외 「알킬」부분을 포함하는 치환체는 직쇄 또는 분쇄 형태를 모두 포함한다.
본 발명에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 생체이용가능한 일산화질소의 공급원으로 사용될 수 있을 뿐 아니라 외부의 열원으로부터 높은 수율로 일산화질소를 제공할 수 있어, 충분한 수준의 일산화질소(NO)를 필요로하는 질병 등에 활용 가능하다.
또한 본 발명에 따른 화합물은 열분해 시, 아산화질소(N2O) 등의 유해한 활성기체의 발생을 최소화하여 일산화질소를 높은 효율로 전환가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 바람직하게 상기 Z1이 N일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 보다 바람직하게 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 페닐, 나프틸, 비페닐, 터페닐, 안트릴, 인데닐(indenyl), 플루오레닐, 페난트릴, 트라이페닐레닐, 피렌일, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐 및 플루오란텐일 등에서 선택되는 아릴이며, 상기 아릴들은 각각 독립적으로 (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 하기 화학식 2로 표시되는 화합물로 구체화 될 수 있다.
[화학식 2]
[상기 화학식 2에서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐렌, 나프틸렌, 비페닐렌, 터페닐렌, 안트릴렌, 인데닐렌, 플루오레닐렌, 페난트릴렌, 트라이페닐레닐렌, 피렌일렌, 페릴렌일렌, 크라이세닐렌, 나프타세닐렌 및 플루오란텐일렌에서 선택되는 아릴렌기이며;
R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되며, 상기 R11 및 R12 중 적어도 하나는 이미다졸의 -N-을 기준으로 상기 아릴렌기의 오쏘-(ortho-)위치에 수소이외의 치환기를 가지며;
p 및 q는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수에서 선택된다.]
또한, 본 발명의 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물은 하기 화학식 3으로 표시되는 화합물로 보다 구체화 될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 3]
[상기 화학식 3에서,
R13 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, (C1-C7)알킬, 할로(C1-C7)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C7)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되고, R13, R15, R16 및 R18 중 하나 이상은 수소이외의 치환기를 가진다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물의 제조방법은 N-헤테로고리 카벤 화합물로부터 단순하고 경제적인 방법으로 고순도의 일산화질소의 공급원인 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 합성할 수 있다. 또한 본 발명은 반응 효율이 우수하여 높은 순도로 생성물을 수득할 수 있어 생산성을 극대화시킬 수 있다.
본 발명은 하기 화학식 4로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 화합물과 산화질소을 반응하여 하기 화학식 1로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 제조하는 단계; 를 포함하는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물의 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
[화학식 4]
[상기 화학식 1 및 화학식 4에서,
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고, 상기 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, 할로(C1-C30)알킬, 할로겐, 시아노, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C1-C30)알콕시, (C6-C30)아릴옥시, (C6-C30)아릴, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, (C6-C30)아릴이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 모노 또는 디(C1-C30)알킬아미노, 모노 또는 디(C6-C30)아릴아미노, 트리(C1-C30)알킬실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 나이트로 및 하이드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으며;
상기 Z1은 -C(R3)- 또는 -N-이고, 상기 R3는 수소 또는 (C1-C30)알킬이다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 보다 높은 반응성으로 단시간 내에 높은 수율을 구현하기 위한 측면에서 상기 Z1은 -N-일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어서, 열분해에 의해 일산화질소를 효과적으로 발생시킬 수 있으며, 부산물의 생성을 최소화하기 위한 측면에서, 바람직하게 상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 페닐, 나프틸, 비페닐, 터페닐, 안트릴, 인데닐(indenyl), 플루오레닐, 페난트릴, 트라이페닐레닐, 피렌일, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐 및 플루오란텐일 등에서 선택되는 아릴기이며, 상기 아릴기들은 각각 독립적으로 (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환된 것 일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
보다 바람직하게, 상기 N-헤테로고리 카벤 화합물은 하기 화학식 5로 표시되는 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 5]
[상기 화학식 5에서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐렌, 나프틸렌, 비페닐렌, 터페닐렌, 안트릴렌, 인데닐렌, 플루오레닐렌, 페난트릴렌, 트라이페닐레닐렌, 피렌일렌, 페릴렌일렌, 크라이세닐렌, 나프타세닐렌 및 플루오란텐일렌에서 선택되는 아릴렌기이며;
R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되며, 상기 R11 및 R12 중 적어도 하나는 이미다졸의 -N-을 기준으로 상기 아릴렌기의 오쏘-(ortho-)위치에 수소이외의 치환기를 가지며;
p 및 q는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수에서 선택된다.]
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 상기 단계는 80 내지 40 ℃에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 80 내지 0 ℃에서 각각의 반응물을 혼합한 후 상온(23 ℃) 내지 40 ℃에서 반응을 수행할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 단계는 10 분 내지 5 시간 동안 수행될 수 있으며, Z1이 -N-일 경우 높은 순도를 유지하면서도 반응성이 우수하여, 10 분 내지 1 시간동안 반응을 수행하여 목적하는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 수득할 수 있어 좋다.
본 발명은 상기 화학식 1로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 열분해하여 일산화질소를 발생하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일산화질소를 발생하는 방법의 상기 열분해는 80 내지 200 ℃에서 수행될 수 있으며, 에너지 효율의 측면에서 바람직하게 80 내지 150 ℃, 보다 바람직하게 80 내지 120 ℃에서 수행되는 것이 좋으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 실시예 및 비교예를 바탕으로 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위한 하나의 예시일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 모든 실시예는 질소 분위기를 유지하는 글로브박스에서 수행되었으며, 벤젠, 디에틸 에테르, 톨루엔, 테트라히드로푸란(THF) 등의 용매는 디스틸 정제한 것을 사용하였다.
목적 화합물의 화학적 구조는 NMR(model: Bruker DRX 500 spectrometer), 전자충격 질량분석(electron-impact GC/MS spectrum), 전자상자기 공명(Electron paramagnetic resonance, Bruker X-band A200 spectrometer)으로 확인하였으며, 전기화학적 성능은 순환전압전류(cyclic voltammograms, Princeton Applied Research (PAR) 273A potentiostat)를 측정하여 확인하였다.
(실시예 1)
질소 분위기를 유지하는 글로브박스에서, 40 mL 바이알에 톨루엔 25 mL에 용해된 1,3-bis-(2,6-diisopropylphenyl)imidazolylidene (IPr (1a), 1.00 g, 2.57 mmol, 1.00 equiv)을 투입하고, 이 용액을 78 ℃로 하온하였다. 상기 용액에 nitric oxide(1.00 equiv)를 가스 형태로 수회에 걸쳐 공급한 후 무색의 용액이 어두운 갈색으로 변하는 것을 확인하였다. 상기 용액을 23 ℃로 승온한 후 1 시간동안 반응하였다. 용매를 진공으로 제거한 후 얻어진 고체를 5 mL의 에테르(Et2O)에 현탁한 후 필터하고, 이를 에테르로 세척하였다(3 × 1 mL). 이후 진공 건조하여 밝은 주황색 고체를 얻었다(560 mg). 상기 고체를 30 ℃에서 48시간동안 방치하여 갈색 고체를 얻어, 이를 에테르(Et2O)로 세척하고(3 × 0.5 mL), 진공 건조하여 목적 화합물(2a)을 제조하였다(172 mg, 수율 = 68%).
1H NMR (500 MHz, C6D6, 23 ℃, δ): 1.60 (s, br).
Anal. Calcd. for C27H36N3O (a light orange solid): C, 77.47; H, 8.67; N, 10.04; found: C, 77.62; H, 8.51; N, 9.60.
Anal. Calcd. for C27H36N3O (a brown solid): C, 77.47; H, 8.67; N, 10.04; found: C, 77.30; H, 8.34; N, 9.58.
또한, X-선 회절분석(XRD) 으로 상기 목적 화합물(2a)의 결정구조를 하기 도 1에 도시하였으며, 질소 분위기를 유지하는 글로브박스에서 목적 화합물(2a) 0.1 mg을 1.0 mL 벤젠에 용해하여 23 ℃에서 ERP 시그널 및 이의 강도를 확인하였다(도 2 참조). 상기 목적 화합물(2a)의 순화전압전류(cyclic voltammetry)를 0.1 M NBu4BF4에 1.2 mM 목적화합물(2a)를 포함하는 아세토니트릴에서, 기준전극 Ag/AgCl(KCl 3.5M)에 대해 스캔 속도 0.1V/sec로 1.2 내지 0.8 까지 전극의 전자전위를 스캔하여 전극의 전위를 측정하여 도 4에 도시하였다.
(실시예 2)
상기 실시예 1의 1,3-bis-(2,6-diisopropylphenyl)imidazolylidene (IPr (1a), 1.00 g, 2.57 mmol, 1.00 equiv) 대신 1,3-bis-(2,4,6-trimethylphenyl)imidazolylidene (IMes (1b), 1.00 g, 2.57 mmol, 1.00 equiv)를 사용하여 반응하여 노란색 고체인 목적 화합물(2b)을 제조하였다(760 mg, 수율 = 72%).
1H NMR (500 MHz, C6D6, 23 ℃, δ): 1.60 (s, br).
Anal. Calcd. for C21H24N3O: C, 75.42; H, 7.23; N, 12.56; found: C, 75.22; H, 6.96; N, 12.42.
또한, X-선 회절분석(XRD) 으로 상기 목적 화합물(2b)의 결정구조를 하기 도 1에 도시하였으며, 전자 상자기 공명 스펙트라를 측정하여 도 2에 도시하였으며, 순환전압전류 특성을 측정하여 도 3에 도시하였다.
(실시예 3)
질소 분위기를 유지하는 글로브박스에서, 하기 도 4에 도시하고 있는 장치를 설치하고, 실시예 1에서 제조된 2a (5.0 mg, 12.1 μmol)을 제 1 튜브에 투입하였다. 제 2 튜브에는 0.5 mL의 벤젠에 녹인 1a (0.50 mg, 1.3 μmol)를 투입하였다. 이때, 상기 장치는 진공상태로, 제2 튜브는 78 ℃를 유지하였다. 이후 제 1 튜브를 120 ℃에서 1 시간동안 열처리를 수행하는 동안 제 2 튜브는 23 ℃를 유지하였다. 상기 제 2 튜브의 용액의 전자 상자기 공명 스펙트라를 측정하였다(도 2 참조).
(실시예 4)
상기 실시예 3에서 1a (0.50 mg, 1.3 μmol) 대신 1b (0.50 mg, 1.6 μmol)을 사용하는 것을 제외하고는 동일하 방법으로 수행하여 제 2 튜브의 용액의 전자 상자기 공명 스펙트라를 측정하였다(도 2 참조).
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 화합물과 실시예 3에서 제조된 화합물, 실시예 2에서 제조된 화합물과 실시예 4에서 제조된 화합물은 서로 동일한 시그널의 결과를 나타냄을 알 수 있으며, 이로부터 본 발명에 따른 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물의 열분해시 효과적으로 일산화질소를 방생시킬 수 있음을 알 수 있었다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 2a는 가역적인 산화-환원 반응을 일으킬 수 있고, 2b는 비가역적인 산화-환원 반응을 일으킨다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점이 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Claims (11)
- 하기 화학식 1로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물;
[화학식 1]
[상기 화학식 1에서,
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고, 상기 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, 할로(C1-C30)알킬, 할로겐, 시아노, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C1-C30)알콕시, (C6-C30)아릴옥시, (C6-C30)아릴, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, (C6-C30)아릴이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 모노 또는 디(C1-C30)알킬아미노, 모노 또는 디(C6-C30)아릴아미노, 트리(C1-C30)알킬실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 나이트로 및 하이드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으며;
상기 Z1은 -C(R3)- 또는 -N-이고, 상기 R3는 수소 또는 (C1-C30)알킬이다.] - 제 1항에 있어서,
상기 Z1은 -N-인 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물. - 제 1항에 있어서,
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 페닐, 나프틸, 비페닐, 터페닐, 안트릴, 인데닐(indenyl), 플루오레닐, 페난트릴, 트라이페닐레닐, 피렌일, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐 및 플루오란텐일에서 선택되는 아릴기이며, 상기 아릴기들은 각각 독립적으로 (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환된 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물. - 제 1항에 있어서,
하기 화학식 2로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물;
[화학식 2]
[상기 화학식 2에서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐렌, 나프틸렌, 비페닐렌, 터페닐렌, 안트릴렌, 인데닐렌, 플루오레닐렌, 페난트릴렌, 트라이페닐레닐렌, 피렌일렌, 페릴렌일렌, 크라이세닐렌, 나프타세닐렌 및 플루오란텐일렌에서 선택되는 아릴렌기이며;
R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되며, 상기 R11 및 R12 중 적어도 하나는 이미다졸의 -N-을 기준으로 상기 아릴렌기의 오쏘-(ortho-)위치에 수소이외의 치환기를 가지며;
p 및 q는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수에서 선택된다.] - 제 1항에 있어서,
하기 화학식 3으로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물;
[화학식 3]
[상기 화학식 3에서,
R13 내지 R18은 각각 독립적으로 수소, (C1-C7)알킬, 할로(C1-C7)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C7)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되고, R13, R15, R16 및 R18 중 하나 이상은 수소이외의 치환기를 가진다.] - 하기 화학식 4로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 화합물;
[화학식 4]
[상기 화학식 4에서,
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고, 상기 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, 할로(C1-C30)알킬, 할로겐, 시아노, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C1-C30)알콕시, (C6-C30)아릴옥시, (C6-C30)아릴, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, (C6-C30)아릴이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 모노 또는 디(C1-C30)알킬아미노, 모노 또는 디(C6-C30)아릴아미노, 트리(C1-C30)알킬실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 나이트로 및 하이드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으며;
상기 Z1은 -C(R3)- 또는 -N-이고, 상기 R3는 수소 또는 (C1-C30)알킬이다.] - 제 6항에 있어서,
상기 Z1은 -N-인 N-헤테로고리 카벤 화합물. - 제 6항에 있어서,
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 페닐, 나프틸, 비페닐, 터페닐, 안트릴, 인데닐(indenyl), 플루오레닐, 페난트릴, 트라이페닐레닐, 피렌일, 페릴렌일, 크라이세닐, 나프타세닐 및 플루오란텐일에서 선택되는 아릴기이며, 상기 아릴기들은 각각 독립적으로 (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환된 N-헤테로고리 카벤 화합물. - 제 6항에 있어서,
하기 화학식 5로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 화합물;
[화학식 5]
[상기 화학식 5에서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 페닐렌, 나프틸렌, 비페닐렌, 터페닐렌, 안트릴렌, 인데닐렌, 플루오레닐렌, 페난트릴렌, 트라이페닐레닐렌, 피렌일렌, 페릴렌일렌, 크라이세닐렌, 나프타세닐렌 및 플루오란텐일렌에서 선택되는 아릴렌기이며;
R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, (C1-C10)알킬, 할로(C1-C10)알킬, 할로겐, 시아노, (C1-C10)알콕시, 나이트로 및 하이드록시에서 선택되며, 상기 R11 및 R12 중 적어도 하나는 이미다졸의 -N-을 기준으로 상기 아릴렌기의 오쏘-(ortho-)위치에 수소이외의 치환기를 가지며;
p 및 q는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수에서 선택된다.] - 하기 화학식 1로 표시되는 N-헤테로고리 카벤 일산화질소 라디칼 화합물을 열분해하여 일산화질소를 발생하는 방법.
[화학식 1]
[상기 화학식 1에서,
상기 R1 및 R2는 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C6-C30)아릴 또는 (C3-C30)헤테로아릴이고, 상기 알킬, 시클로알킬, 헤테로시클로알킬, 아릴 및 헤테로아릴은 각각 독립적으로 (C1-C30)알킬, 할로(C1-C30)알킬, 할로겐, 시아노, (C3-C30)시클로알킬, (C3-C30)헤테로시클로알킬, (C1-C30)알콕시, (C6-C30)아릴옥시, (C6-C30)아릴, (C6-C30)아르(C1-C30)알킬, (C1-C30)알킬(C6-C30)아릴, (C3-C30)헤테로아릴, (C1-C30)알킬이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, (C6-C30)아릴이 치환된 (C3-C30)헤테로아릴, 모노 또는 디(C1-C30)알킬아미노, 모노 또는 디(C6-C30)아릴아미노, 트리(C1-C30)알킬실릴, 디(C1-C30)알킬(C6-C30)아릴실릴, 트리(C6-C30)아릴실릴, 나이트로 및 하이드록시로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 더 치환될 수 있으며;
상기 Z1은 -C(R3)- 또는 -N-이고, 상기 R3는 수소 또는 (C1-C30)알킬이다.] - 제 10항에 있어서,
상기 열분해는 80 내지 200 ℃에서 수행되는 일산화질소를 발생하는 방법.
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