KR20210045483A - 크로스 커플링 반응용 촉매 - Google Patents

크로스 커플링 반응용 촉매 Download PDF

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KR20210045483A
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엔.이. 켐캣 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은, 유기 금속 착체가 담체에 충분히 고정화되어 있으며 비교적 적은 사용량으로 그리고 비교적 짧은 반응 시간에 목적물을 고수율로 용이하게 얻을 수 있는 크로스 커플링 반응용 촉매의 제공. 본 발명의 크로스 커플링 반응용 촉매는, 합성 수지로 이루어진 담체부와 이 담체부에 화학 결합에 의해 고정화된 유기 금속 착체부를 가지고 식(P1)으로 나타내는 구조를 가진다. (P1) 중 R1, R2는 동일해도 좋고 달라도 좋고, 수소 원자 등의 치환기이다. R3, R4, R5, R6, R8 , R9은 동일해도 좋고 달라도 좋고, 수소 원자등의 치환기이다. X는 할로겐 원자, R7은 π결합을 가진 탄소수 3~20의 치환기를 나타낸다. RS1는 말단에 -CH2OH기를 가진 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타낸다.

Description

크로스 커플링 반응용 촉매
본 발명은 크로스 커플링 반응용 촉매에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 배위 중심이 되는 Pd와 함질소 헤테로 환형 카르벤의 구조를 포함한 배위자를 가진 유기 금속 착체(전구체)가 말단에 -CH2OH기를 가진 합성 수지(전구체)에 화학 결합에 의해 고정화된 구조를 가진 크로스 커플링 반응용 촉매에 관한 것이다.
방향족 아민류는 의약, 농약, 전자 재료 용도로 널리 이용되고 있다.
이 방향족 아민류의 합성 방법으로서는, 팔라듐 착체 촉매를 이용한 C-N 커플링 반응에 의해 합성하는 방법이 보고되어 있다(예를 들면, 비특허 문헌 1~3).
또한 이 C-N커플링 반응을 보다 효율적으로 진행시킬 의도로, 함질소 헤테로 환형 카르벤(N-Heterocyclic Carbene, 이하, 필요에 따라 "NHC"라고 한다)의 구조를 포함한 배위자를 가진 Pd착체 촉매가 제안되고 있다.
이 NHC의 구조를 포함한 배위자는 1991년에 Arduengo 등에 의해 결정성 NHC로서 처음 단리되어 X선 결정 구조 해석에 의해 그 구조가 확인되었다(예를 들면, 비특허 문헌 4, 하기 화학식(1) 참조).
[화학식 1]
Figure pct00001
［(1) 중, cat.는 소정의 촉매를 나타내며, THF는 테트라히드로퓨란을 나타내며, DMSO는 디메틸술폭시드를 나타낸다.］
이 NHC의 구조를 포함한 배위자를 가진 Pd착체 촉매(이하, 필요에 따라 "NHC-Pd착체 촉매"라고 한다)는 NHC가 강한 σ도너성과 약한 π억셉터성의 성질로 인해 팔라듐에 대한 배위 능력이 높아 착체 상태에서 공기나 물에 안정되어 있는 것으로 알려져 있다. 또 다양한 크로스 커플링 반응의 촉매로서 이용되어 매우 고활성의 특성을 나타낸 예가 많이 보고되었다.
이 NHC-Pd착체 촉매로서는, 예를 들면 2005년에 Organ 등에 의해 "PEPPSI"라는 이름의 NHC-Pd착체 촉매가 제안되었다(예를 들면, 비특허 문헌 5). 이 PEPPSI는 커플링 반응 촉매로서 유용하며, 스즈키 커플링 반응을 비롯하여 많은 반응에 이용되고 있다(예를 들면, 비특허 문헌 6~8, 하기 화학식(2) 참조).
[화학식 2]
Figure pct00002
여기서 (2) 중, R은 탄화수소기(탄소 및 수소로 이루어진 탄화수소기와 -NH2기, -SH기 및 -OH기를 포함한 탄화수소기를 포함), -NH2기, -SH기, 및 -OH기를 나타내고, "PEPPSI"는 Pyridine Enhanced Precatalyst Preparation Stabilization Initiation의 약어를 나타내며, 하기 식(3)으로 표시되는 화학 구조를 가진다.］
[화학식 3]
Figure pct00003
여기서, 식(3) 중 "iPr"은 이소프로필기를 나타낸다.
또한 2006년에 Nolan 등에 의해 여러가지 NHC-Pd착체 촉매가 제안되었다. 예를 들면, 하기 식(4)에 나타나는 NHC-Pd착체 촉매("IPrPd(allyl)")를, 예를 들면 하기 식(6)에 나타나는 C-N커플링 반응의 촉매로서 이용했을 때, 실온에서도 반응이 양호하게 진행되는 것으로 보고되었다(예를 들면, 비특허 문헌 9~10 참조).
[화학식 4]
Figure pct00004
여기서, 본 명세서에서 "IPr"은 하기 식(5)에 나타나는 NHC 구조를 가진 배위자(1,3-비스(2,6-디이소프로필페닐)이미다졸-2-이리덴)를 나타낸다.
[화학식 5]
Figure pct00005
[화학식 6]
Figure pct00006
여기서, (6) 중 R, R', R''는 서로 동일해도 좋고 달라도 좋고, 탄화수소기(탄소 및 수소로 이루어진 탄화수소기와 -NH2기, -SH기 및 -OH기를 포함한 탄화수소기를 포함한다), -NH2기, -SH기, 및 -OH기를 나타내고, "tBu"는 tert·-부틸기(tertiary butyl group)를 나타낸다.］
또 본 발명자들은 이미다졸 고리의 NHC의 구조에서의 4위 또는 5위의 탄소 원자(백본 탄소)에 결합되는 규소 원자를 포함한 치환기(실릴기)가 결합된 구조를 가진 유기 금속 착체 촉매가 크로스 커플링 반응의 목적물을 고수율로 얻는 관점에서 유효하다는 것을 발견했다(특허 문헌 1 및 특허 문헌 2를 참조).
한편, 크로스 커플링 반응에서 유기 금속 착체 촉매는 반응 후의 반응액에 생성물과 함께 용해된 상태로 존재하고 있는 경우가 많아 생성물과의 분리가 용이하지 않다는 과제가 있다.
그래서 유기 금속 착체 촉매를 합성 수지 등의 담체에 고정화시키는 시도가 검토되었다. 예를 들면, 비특허 문헌 11에는, 배위 중심이 Pd인 유기 금속 착체가 폴리머 담체에 고정화된 촉매의 사례가 개시되어 있다. 또 비특허 문헌 12 및 비특허 문헌 13에는, 배위 중심이 Pd인 유기 금속 착체가 폴리머 담체(또는 SiO2 파우더로 이루어진 담체)와 함께 반응에 사용되고 있는 사례가 개시되어 있다.
아울러 비특허 문헌 12및 비특허 문헌 13에서는, 유기 금속 착체 촉매가 담체에 고정화되어 있는지 여부에 대해서는 명확하게는 확인되지 않았다.
도 16은, 비특허 문헌 11, 비특허 문헌 12 및 비특허 문헌 13에 각각 기재되어 있는 촉매와 해당 촉매를 사용한 크로스 커플링 반응(C-N크로스 커플링 반응)의 개요를 도시한 설명도이다.
비특허 문헌 11에는, 식(PR1)에 나타나는 크로스 커플링 반응에, 식(PC01)에 나타나는 구조를 가진 촉매가 사용되었다. 아울러 식(PC01) 중 "rs1"는 폴리스티렌 폴리머를 나타낸다. 또 식(PR1) 중 "DMSO"는 디메틸술폭시드를 나타낸다. 또, 두가지 식에서 Ac는 CH3CO-기를 나타낸다. 도 16에 도시한 바와 같이, 반응물(기질)로서 요드 벤젠을 사용한 경우에는 반응이 진행되지만 브로모 벤젠을 사용한 경우에는 반응이 진행되지 않는 것으로 보고되었다.
비특허 문헌 12에는, 식(PR2)에 나타나는 크로스 커플링 반응에, 식(PC02)에 나타나는 구조를 가진 촉매가 사용되었다. 아울러 식(PC02) 중 "rs2"는 Merrifield Resin(클로로메틸 폴리스티렌 수지)를 나타낸다.
또 식(PR2) 중 "PS"는 폴리스티렌을 나타내고, "CyJohnPhos"는 (2-비페닐)디시클로헥실포스핀을 나타낸다. 또한 식(PR2) 중 "tBu"는 tert·-부틸기를 나타내고, "Me"는 메틸기를 나타낸다. 도 16에 도시한 바와 같이, 반응물(기질)로서 아니솔의 벤젠 고리의 파라 위치(para-position)의 수소를 Br로 치환한 4-브로모 아니솔을 사용한 경우에 반응이 진행되는 것이 보고되었다.
비특허 문헌 13에는, 식(PR3)에 나타나는 크로스 커플링 반응에, 식(PC03)에 나타나는 구조를 가진 촉매 또는 식(PC04)에 나타나는 구조를 가진 촉매가 사용되었다. 아울러 식(PC03) 중 "rs3"는 SiO2 파우더를 나타낸다. 또 식(PC04) 중 "rs4"는 Merrifield Resin(클로로메틸 폴리스티렌 수지)을 나타낸다. 또한 식(PC03) 및 식(PC04) 중 "PCy2"는 디시클로헥실포스핀기를 나타낸다. 또 식(PR3) 중 "SPhos"는 2-Dicyclohexylphosphino-2',6'-dimethoxybiphenyl을 나타낸다. 도 16에 도시한 바와 같이, 반응물(기질)로서 1,4-디메틸-2-클로로벤젠을 사용한 경우, 담체가 SiO2 파우더인 촉매에서는 반응이 조금밖에 진행되지 않았으나, 담체가 합성 수지인 촉매에서는 반응이 더 진행되는 것이 보고되었다. 또 Pd(OAc)2에 대해 7배의 SPhos를 첨가하여 혼합하면, 생성물의 수율이 약 90%까지 향상되는 것이 보고되었다.
아울러 본건 특허 출원인은, 상기 문헌 공지 발명이 기재된 간행물로서 이하의 간행물을 제시한다.
특허 문헌 1 : WO2018/105671 특허 문헌 2 : WO2018/105672
비특허 문헌 1 : Kosugi, M., Kameyama, M., Migita. T. Chem. Lett. 1983, 927 비특허 문헌 2 : Guram,A. S., Rennels, R.A., Buchwald, S. L.Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1995, 34, 1348 비특허 문헌 3 : Louie, J., Hartwig, J. F. Tetrahedron Lett. 1995, 36(21), 3609 비특허 문헌 4 : Louie, J.,Arduengo,A. J.Am. Chem. Soc. 1991, 113, 361 비특허 문헌 5 : Organ, M. G. Rational catalyst design and its application in sp3-sp3 couplings. Presented at the 230th National Meeting of the American Chemical Society, Washington, DC, 2005; Abstract 308. 비특허 문헌 6 : Organ, M. G., Avola, S., Dubovyk, L., Hadei, N., Kantchev, E.A. B., OBrien, C., Valente, C. Chem. Eur. J. 2006, 12, 4749 비특허 문헌 7 : Ray, L., Shaikh, M. M., Ghosh, P. Dalton trans. 2007, 4546 비특허 문헌 8 : Obrien, C. J., Kantchev, E.A. B., Valente, C., Hadei, N., Chass, G.A., Lough, A., Hopkinson, A. C., Organ, M. G. Chem. Eur. J. 2006, 12, 4743 비특허 문헌 9 : Marion, M., Navarro, O., Stevens, J. M, E., Scott, N. M., Nolan, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4101 비특허 문헌 10 : Navarro, O., Marion, N., Mei, J., Nolan, S. P. Chem. Eur. J. 2006, 12, 5142 비특허 문헌 11 : Sk. Manirul lslam, Noor Salam, Paramita Mondal, Anupam Singha Roy, J. Mol. Catal.A: Chemical 2013, 366, 321-332 비특허 문헌 12 : Cynthia A. Parrish, Stephen L. Buchwald, J. Org. Chem. 2001, 66, 3820-3827 비특허 문헌 13 : Antonio Leyva, Hermenegildo Garcia, Avelino Corma, Tetrahedron 2007, 63, 7097-7111
그러나 유기 금속 착체를 담체에 고정화시킨 크로스 커플링 반응용 촉매를 사용한 크로스 커플링 반응에서, 촉매 사용량이 비교적 소량이고 또한 비교적 단시간에 목적물을 고수율로 얻는다는 관점에서는, 상술한 종래 기술의 촉매라 해도 아직 개선의 여지가 있다는 것을 본 발명자들은 발견하였다.
특히 C-N크로스 커플링 반응에서, C-N결합의 "C"측 전구체(기질)가 되는 할로겐화 벤젠(및 그 유도체) 등의 C-X결합(X는 할로겐 원자를 나타낸다)을 가진 화합물은, 치환기의 할로겐을 I에서 Br, 나아가 Br에서 Cl로 변경할 수 있으면 해당 전구체(기질)의 원재료비가 크게 줄어든다. 예를 들면, Br에서 Cl로 변경할 수 있으면, 원재료비가 약 반이 되는 경우도 있다.
상술한 종래 기술에서는, 선행 기술 문헌 13에 반응물(기질)로서 1,4-디메틸-2-클로로벤젠을 사용한 경우가 보고되었으나, 촉매의 사용량이 비교적 많고 또 반응 시간이 비교적 길어 개선의 여지가 있으며, 나아가 목적물의 수율도 개선의 여지가 있다고 본 발명자들은 생각한다. 또한 비특허 문헌 13에서는, 유기 금속 착체 촉매(Pd(OAc)2)와 담체(SPhos)를 혼합하여 반응액에 투입하였으나, 유기 금속 착체 촉매(Pd(OAc)2)가 담체(SPhos)에 고정화되어 있는지 여부에 대해서는 명확하게는 확인되지 않았다. 유기 금속 착체 촉매(Pd(OAc)2)가 담체(SPhos)에 충분히 고정화되어 있지 않으면 반응액으로부터 촉매와 생성물을 용이하게 분리할 수 없게 된다.
본 발명은 상기 기술적 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 유기 금속 착체가 담체에 충분히 고정화되어 있으며 비교적 적은 사용량으로 그리고 비교적 짧은 반응 시간에 목적물을 고수율로 용이하게 얻을 수 있는 크로스 커플링 반응용 촉매를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 지금까지 크로스 커플링 반응에 고활성인 유기 금속 착체 촉매로서 이미다졸 고리의 NHC의 구조에서의 4위 또는 5위의 탄소 원자(이하, 필요에 따라 "백본 탄소"라고 한다)에 결합되는 규소 원자를 포함한 치환기(실릴기)가 결합된 구조를 가진 유기 금속 착체 촉매를 발견하였다(특허 문헌 1 및 특허 문헌 2를 참조).
또한 본 발명자들은, 이 유기 금속 착체 촉매를 베이스로 한 유기 금속 착체에 대해 그것을 고정화시킬 수 있는 담체를 탐색하고, 고정화를 위해 유기 금속 착체를 개량하는 등 상술한 과제의 해결을 위해 예의 검토하였다.
그 결과, 본 발명자들은 하기 식(P1)의 구조를 가진 크로스 커플링 반응용 촉매가 상술한 과제의 해결에 유효하다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
보다 구체적으로는, 본 발명은 이하의 기술적 사항으로 구성된다.
즉, 본 발명은 크로스 커플링 반응에 사용되는 크로스 커플링 반응용 촉매로서,
합성 수지로 이루어진 담체부와,
상기 담체부에 화학 결합에 의해 고정화된 유기 금속 착체부,
를 가지고 있으며,
유기 금속 착체부의 배위 중심이 Pd이고,
상기 유기 금속 착체부의 전구체의 유기 금속 착체가 하기 식(M1)으로 표시되는 구조를 가지고 있으며,
상기 담체부의 전구체의 합성 수지 전구체가 하기 식(M2)로 표시되는 구조를 가지고 있으며,
상기 유기 금속 착체와 상기 합성 수지 전구체를 반응물로 하는 하기 식(M3)로 표시되는 축합 반응의 생성물에 상당하는 하기 식(P1)으로 표시되는 구조를 가지고 있는, 크로스 커플링 반응용 촉매를 제공한다.
[화학식 7]
Figure pct00007
[화학식 8]
Figure pct00008
[화학식 9]
Figure pct00009
[화학식 10]
Figure pct00010
여기서, (P1) 중 R1 및 R2는 동일해도 좋고 달라도 좋고, 각각 수소 원자, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 알키닐기, 및 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 치환기이다.
R3, R4, R5, 및 R6, R8 및 R9은 동일해도 좋고 달라도 좋고, 각각 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 히드록시기, 히드록실레이트기, 티오카복시기, 디티오카복시기, 술포기, 술피노기, 옥시카르보닐기, 카르바모일기, 히드라지노카르보닐기, 아미디노기, 시아노기, 이소시아노기, 시아나토기, 이소시아나토기, 티오시아나토기, 이소티오시아나토기, 포르밀기, 옥소기, 티오포르밀기, 티옥소기, 메르캅토기, 아미노기, 이미노기, 히드라지노기, 알릴옥시기, 술피드기, 니트로기, 및 실릴기로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 치환기이다.
X 및 R7은 동일해도 좋고 달라도 좋고, 각각 상기 배위 중심의 Pd에 배위 가능한 할로겐 원자, 상기 배위 중심의 Pd에 배위 가능한 π결합을 가진 탄소수 3~20의 치환기, 또는 아민 화합물, 포스핀 화합물, 니트릴 화합물, 유황 화합물 혹은 이소시아니드 화합물로부터 선택되는 배위자를 나타낸다.
RS1은, 상기 식(M2)로 표시되는 말단에 -CH2OH기를 가진 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타낸다.
식(M1) 및 식(M3) 중 X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7, R8 및 R9은 상기 식(P1) 중의 X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7, R8 및 R9과 동일한 치환기를 나타낸다.
식(M3) 중 RS1은, 상기 식(P1) 중의 RS1과 동일한 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타낸다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 크로스 커플링 반응용 촉매는, 크로스 커플링 반응에서 비교적 적은 사용량으로 또한 비교적 짧은 반응 시간에 목적물을 고수율로 용이하게 얻을 수 있다.
아울러 본 발명에서는, 본 발명의 효과를 보다 확실하게 얻는 관점에서, 식(P1), 식(M1) 및 식(M3) 중 X는 상기 배위 중심의 Pd에 배위 가능한 할로겐 원자를 나타내는 것이 바람직하다.
또 본 발명에서는, 본 발명의 효과를 보다 확실히 얻는 관점에서, 식(P1), 식(M1) 및 식(M3) 중 R7은 상기 배위 중심의 Pd에 배위 가능한 π결합을 가진 탄소수 3~20의 치환기를 나타내는 것이 바람직하다.
본 발명의 크로스 커플링 반응용 촉매가 목적물을 고수율로 얻을 수 있는 상세한 메카니즘은 설명되지 않았으나, 본 발명자들은 이하와 같이 추측하고 있다.
우선, 본 발명의 크로스 커플링 반응용 촉매의 유기 금속 착체부의 전구체의 유기 금속 착체가 식(M1)에 나타낸 것처럼 NHC의 구조에서의 4위 또는 5위의 백본 탄소에 실릴기(-SiR1R2Cl)가 결합된 구조로 되어 있으며, 이 자체로 유기 금속 착체 촉매로서 크로스 커플링 반응에 고활성을 나타낸다고 생각된다.
실제로 본 발명자들은 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에서는 식(M1)에 도시한 유기 금속 착체의 실릴기의 Cl를 R1과 동일한 화학 조성 범위의 치환기로 치환한 구조의 유기 금속 착체가, 이 자체로 크로스 커플링 반응용 촉매로서 높은 활성을 갖는다는 것을 확인하였다. 본 발명에서는 담체부의 전구체가 되는 합성 수지 전구체(식(M2))에 고정화시키기 위해 유기 금속 착체는 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재된 유기 금속 착체 촉매의 실릴기의 3개의 치환기 중 하나를 Cl로 하는 개량을 하였다.
그리고 식(M1)에 나타나는 전구체의 유기 금속 착체의 실릴기의 Cl과 식(M2)로 나타나는 합성 수지 전구체의 말단의 -CH2-OH기의 -OH의 H가 HCl로서 빗나간 축합 반응에서, 전구체의 유기 금속 착체가 실릴기 부분에서 담체부에 고정화된 후의 형태가 된 후에도 전구체의 유기 금속 착체와 거의 동등한 촉매 활성을 보유하고 있는 것이 목적물의 수율 향상에 기여하고 있다고 추측하고 있다.
본 발명에 의하면, 유기 금속 착체가 담체에 충분히 고정화되어 있으며 비교적 적은 사용량으로 그리고 비교적 짧은 반응 시간에 목적물을 고수율로 용이하게 얻을 수 있는 크로스 커플링 반응용 촉매가 제공된다.
[도 1] 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매의 유기 금속 착체부의 전구체(원료)가 되는 유기 금속 착체(식(M9)에 나타나는 유기 금속 착체)에 대해 얻어진 1H NMR 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
[도 2] 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매의 유기 금속 착체부의 전구체(원료)가 되는 유기 금속 착체(식(M9)에 나타나는 유기 금속 착체)에 대해 얻어진 13C{1H}NMR 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
[도 3] 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매의 유기 금속 착체부의 전구체(원료)가 되는 유기 금속 착체(식(M9)에 나타나는 유기 금속 착체)에 대해 얻어진 29Si{1H}NMR 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
[도 4] 도 1에 도시한 1H NMR 스펙트럼의 측정 결과, 도 2에 도시한 13C{1H}NMR 스펙트럼의 측정 결과, 도 3에 도시한 29Si{1H}NMR 스펙트럼의 측정 결과를 도시한 설명도이다.
[도 5] Wang resin에 대해 얻어진 13C CPMAS 스펙트럼(도 5A)과 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매에 대해 얻어진 13C CPMAS 스펙트럼(도 5B)을 도시한 그래프이다.
[도 6] 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매에 대해 얻어진 29Si CPMAS 스펙트럼을 도시한 그래프이다.
[도 7] 유기 금속 착체부의 전구체에 대해 얻어진 29Si{1H}NMR 스펙트럼(도 7A)과, 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매에 대해 얻어진 29Si CPMAS 스펙트럼(도 7B)을 도시한 그래프이다.
[도 8] 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매에 대해 얻어진 X선 광전자 분광법 분석(XPS)의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
[도 9] 실시예 1, 비교예 1, 참고예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매의 화학식을 도시한 설명도이다.
[도 10] 식(R1)에 나타나는 크로스 커플링 반응에서 실시예 1, 비교예 1 및 참고예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 이용한 경우의 각각의 생성물의 수율의 시간 의존성을 도시한 그래프이다.
[도 11] 식(R2)에 나타나는 크로스 커플링 반응에서 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 이용한 경우에 얻어진 생성물의 수율을 도시한 설명도이다.
[도 12] 식(R3)에 나타나는 크로스 커플링 반응에서 실시예 1 및 참고예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 이용한 경우의 각각의 생성물의 수율의 시간 의존성을 도시한 그래프이다.
[도 13] 식(R4)에 나타나는 크로스 커플링 반응에서 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 이용한 경우의 생성물의 수율의 시간 의존성을 도시한 그래프이다.
[도 14] 식(R5)에 나타나는 크로스 커플링 반응에서 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 이용한 경우의 생성물의 수율의 시간 의존성을 도시한 도면이다.
[도 15] 식(R6) 및 (R7)에 나타나는 크로스 커플링 반응에서 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 이용한 경우의 생성물의 수율을 도시한 도면이다.
[도 16] 비특허 문헌 11, 비특허 문헌 12 및 비특허 문헌 13에 각각 기재되어 있는 촉매와 해당 촉매를 사용한 크로스 커플링 반응(C-N크로스 커플링 반응)의 개요를 도시한 설명도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
＜크로스 커플링 반응용 촉매의 구성＞
본 실시 형태의 크로스 커플링 반응용 촉매는, 크로스 커플링 반응, 바람직하게는 C-N크로스 커플링 반응에 사용되는 유기 금속 착체 촉매로서, 합성 수지로 이루어진 담체부와 이 담체부에 화학 결합에 의해 고정화된 유기 금속 착체부를 가지고 있으며, 유기 금속 착체부의 배위 중심이 Pd이며, 하기 식(P1)로 표시되는 구조를 가지고 있다.
[화학식 11]
Figure pct00011
또 유기 금속 착체부의 전구체가 되는 유기 금속 착체가 하기 식(M1)으로 표시되는 구조를 가지고 있다.
또한 담체부의 전구체의 합성 수지 전구체가 하기 식(M2)로 표시되는 구조를 가지고 있다.
그리고 식(P1)으로 표시되는 구조는, 유기 금속 착체와 합성 수지 전구체를 반응물로 하는 하기 식(M3)로 표시되는 축합 반응의 생성물의 구조에 상당한다.
[화학식 12]
Figure pct00012
[화학식 13]
Figure pct00013
[화학식 14]
Figure pct00014
여기서 (P1) 중 R1 및 R2는 동일해도 좋고 달라도 좋고, 각각 수소 원자, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 알키닐기, 및 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 치환기이다.
R3, R4, R5, R6, R8 및 R9은 동일해도 좋고 달라도 좋고, 각각 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 히드록시기, 히드록시레이트기, 티오카복시기, 디티오카복시기, 술포기, 술피노기, 옥시카르보닐기, 카르바모일기, 히드라지노카르보닐기, 아미디노기, 시아노기, 이소시아노기, 시아나토기, 이소시아나토기, 티오시아나토기, 이소티오시아나토기, 포르밀기, 옥소기, 티오포르밀기, 티옥소기, 메르캅토기, 아미노기, 이미노기, 히드라지노기, 알릴옥시기, 술피드기, 니트로기, 및 실릴기로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 치환기이다.
예를 들면, 아릴기는, 2, 4, 6, 트리메틸 페닐기여도 좋다.
X 및 R7은 동일해도 좋고 달라도 좋고, 각각 상기 배위 중심의 Pd에 배위 가능한 할로겐 원자, 상기 배위 중심의 Pd에 배위 가능한 π결합을 가진 탄소수 3~20의 치환기, 또는 아민 화합물, 포스핀 화합물, 니트릴 화합물, 유황 화합물 혹은 이소시아니드 화합물로부터 선택되는 배위자를 나타낸다.
RS1은 상기 식(M2)로 표시되는 말단에 -CH2OH기를 가진 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타낸다.
식(M1) 및 식(M3) 중 X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9은, 상기 식(P1) 중의 X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9과 동일한 치환기를 나타낸다.
식(M3) 중 RS1는, 상기 식(P1) 중의 RS1과 동일한 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타낸다.
상술한 구성을 가진 본 발명의 크로스 커플링 반응용 촉매는, 크로스 커플링 반응에서 비교적 적은 사용량으로 또한 비교적 짧은 반응 시간에 목적물을 고수율로 용이하게 얻을 수 있다.
본 발명의 크로스 커플링 반응용 촉매가 목적물을 고수율로 얻을 수 있는 상세한 메카니즘은 설명되지 않았으나, 본 발명자들은 이하와 같이 추측하고 있다.
우선, 본 발명의 크로스 커플링 반응용 촉매의 유기 금속 착체부의 전구체의 유기 금속 착체가 식(M1)에 나타낸 것처럼 NHC의 구조에서의 4위 또는 5위의 백본 탄소에 실릴기(-SiR1R2Cl)가 결합된 구조로 되어 있으며, 이 자체로 유기 금속 착체 촉매로서 크로스 커플링 반응에 고활성을 나타낸다고 생각된다.
실제로 본 발명자들은 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에서는 식(M1)에 도시한 유기 금속 착체의 실릴기의 Cl를 R1과 동일한 화학 조성의 범위의 치환기로 치환한 구조의 유기 금속 착체가 이 자체로 크로스 커플링 반응용 촉매로서 높은 활성을 갖는다는 것을 확인하였다. 본 발명에서는 담체부의 전구체가 되는 합성 수지 전구체(식(M2))에 고정화시키기 위해 유기 금속 착체는 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재된 유기 금속 착체 촉매의 실릴기의 3개의 치환기 중 하나를 Cl로 하는 개량을 하였다.
그리고 식(M1)에 나타나는 전구체의 유기 금속 착체의 실릴기의 Cl과 식(M2)에 나타나는 합성 수지 전구체의 말단의 -CH2-OH기의 -OH의 H가 HCl로서 어긋난 축합 반응에서, 전구체의 유기 금속 착체가 실릴기 부분에서 담체부에 고정화된 후의 형태가 된 후에도 전구체의 유기 금속 착체와 거의 동등한 촉매 활성을 보유하고 있는 것이 목적물의 수율 향상에 기여하고 있다고 추측하고 있다.
또 본 발명의 효과를 보다 확실하게 얻는 관점에서, 본 발명의 크로스 커플링 반응용 촉매는 식(P2)로 표시되는 구조를 더 가지고 있는 것이 바람직하다.
[화학식 15]
Figure pct00015
여기서, 식(P2) 중 X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9은, 식(P1) 중의 X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9과 동일한 치환기를 나타낸다. 또 RS2는 식(P1) 중의 RS1과 동일한 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타낸다.
또한 본 발명의 효과를 보다 확실하게 얻는 관점에서, 본 발명의 크로스 커플링 반응용 촉매는 하기 식(P3)로 표시되는 구조를 더 가지고 있는 것이 바람직하다.
[화학식 16]
Figure pct00016
여기서 식(P3) 중 X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9은, 식(P1) 중의 X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9과 동일한 치환기를 나타낸다. 또 RS3는, 식(P1) 중의 RS1과 동일한 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타낸다.
식(P3)의 구조를 가진 크로스 커플링 반응용 촉매의 보다 바람직한 구조로서는, 하기 식(P4)로 표시되는 구조를 들 수 있다.
[화학식 17]
Figure pct00017
여기서, 식(P4) 중 iPr은 이소프로필기를 나타내고, Me는 메틸기를 나타낸다.
또 R1 및 R2 중 적어도 하나는, 본 발명의 효과를 보다 확실하게 얻는 관점에서 알킬기 또는 알콕시기인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 탄소수 1~3의 알킬기 또는 알콕시기인 것이 바람직하다.
R3, R4, R5, R6, R8 및 R9 중 적어도 하나는, 본 발명의 효과를 보다 확실하게 얻는 관점에서 탄소수 1~3의 알킬기인 것이 바람직하다.
아울러 본 발명에서는, 본 발명의 효과를 보다 확실하게 얻는 관점에서, X는 상기 배위 중심의 Pd에 배위 가능한 할로겐 원자를 나타내는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 효과를 보다 확실히 얻는 관점 및 원료의 입수 용이성과 원료의 비용 관점에서, X는 할로겐 원자 중 Cl인 것이 보다 바람직하다.
또 본 발명에서는, 본 발명의 효과를 보다 확실하게 얻는 관점에서, R7은 상기 배위 중심의 Pd에 배위 가능한 π결합을 가진 탄소수 3~20의 치환기를 나타내는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 효과를 보다 확실하게 얻는 관점에서, R7은 배위 중심 Pd에 배위 가능한 π결합을 가진 탄소수 3~10의 치환기인 것이 보다 바람직하고, 탄소수 3~9의 치환기인 것이 더욱 바람직하다.
또 본 발명의 효과를 보다 확실히 얻는 관점에서 본 발명의 크로스 커플링 반응용 촉매는 C-N크로스 커플링 반응에 사용되는 것이 바람직하다.
또한 식(P2), 식(P3), 식(P4)의 구조를 가진 크로스 커플링 반응용 촉매를 보다 확실하게 얻는 관점에서, 식(M2)에 나타낸 담체부의 전구체의 합성 수지 전구체는 하기 식(M4)의 구조를 가지고 있는 것이 바람직하고, 하기 식(M5)의 구조를 가지고 있는 것이 보다 바람직하다.
[화학식 18]
Figure pct00018
[화학식 19]
Figure pct00019
여기서, 식(M4) 중의 RS2 및 식(M5) RS3는 각각 식(P1) 중의 RS1과 동일한 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타낸다.
또한 담체부의 RS3(또는 RS2, RS1)는 하기 식(M6)에 나타나는 반복 단위와 하기 식(M7)에 나타나는 반복 단위를 가지고 있는 것이 바람직하다.
[화학식 20]
Figure pct00020
[화학식 21]
Figure pct00021
여기서, 식(M6) 중 n은 1 이상의 정수이다. 식(M7) 중 m은 1 이상의 정수이다.
또한 담체부의 RS3(또는 RS2, RS1)는 식(M6)에 나타나는 반복 단위와 식(M7)에 나타나는 반복 단위가 임의의 수로 임의의 조합으로 결합된 구조를 가지고 있어도 좋다. 예를 들면, 하기 식(M8)에 나타나는 구조를 가지고 있어도 좋다.
[화학식 22]
Figure pct00022
담체부의 전구체의 합성 수지 전구체에 관하여, 이상 설명한 구조를 가진 바람직한 구체예로서는 Wang Resin을 바람직하게 들 수 있다. 예를 들면, 4-(히드록시메틸)페녹시메틸 폴리스티렌 수지이다.
또한 식(P2), 식(P3), 식(P4)의 구조를 가진 크로스 커플링 반응용 촉매를 보다 확실하게 얻는 관점에서, 식(M1)에 나타낸 유기 금속 착체부의 전구체가 되는 유기 금속 착체로서는 하기 식(M9)의 구조를 가지고 있는 것이 바람직하다.
[화학식 23]
Figure pct00023
여기서, 식(M9) 중 iPr은 이소프로필기를 나타내고, Me는 메틸기를 나타낸다.
＜크로스 커플링 반응용 촉매의 제조 방법의 바람직한 실시 형태＞
본 실시 형태의 크로스 커플링 반응용 촉매는 특별히 한정되지 않으며 공지의 배위자의 합성 방법, 착체 촉매의 합성 수법을 조합, 최적화함으로써 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태의 크로스 커플링 반응용 촉매는 유기 금속 착체부의 전구체의 유기 금속 착체(식(M1)으로 표시되는 구조를 가진)와, 담체부의 전구체의 합성 수지 전구체(식(M2)으로 표시되는 구조를 가진)를 반응물로 하는 상술한 식(M3)로 표시되는 축합 반응을 실시함으로써 제조할 수 있다.
식(M1)으로 표시되는 구조를 가진 유기 금속 착체부의 전구체의 유기 금속 착체는, 예를 들면 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재된 방법을 참고로 하여 제조할 수 있다.
예를 들면, 바람직한 형태인 식(M9)으로 표시되는 구조를 가진 유기 금속 착체부의 전구체의 유기 금속 착체는, 하기 식(R01), 식(R02) 및 식(R03)에 나타낸 3개의 공정을 거쳐 제조할 수 있다.
[화학식 24]
Figure pct00024
[화학식 25]
Figure pct00025
[화학식 26]
Figure pct00026
여기서, 식(R02) 중 THF는 테트라히드로퓨란을 나타낸다.
또 식(R01) 중의 화합물 C01는 시판되는 것을 입수할 수 있다. 예를 들면 TCI사제 1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl) imidazol-2-ylidene(CAS RN: 244187-81-3 제품 코드: B3465)을 들 수 있다.
또 식(M9)으로 표시되는 구조를 가진 유기 금속 착체부의 전구체의 유기 금속 착체와 Wang Resin(담체부의 전구체의 합성 수지 전구체의 바람직한 예)으로부터, 식(P4)로 표시되는 구조를 가진 본 발명의 크로스 커플링 반응용 촉매의 바람직한 실시 형태(예를 들면, N.E.CHEMCAT사제 제품명: "DMSO-PDA")는, 하기 식(R04)에 나타나는 반응 공정을 얻어 합성할 수 있다.
[화학식 27]
Figure pct00027
[실시예]
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되지는 않는다.
구체적으로는, 도 9에 도시한 화학식(P4), (C1) 및 (C2)에 나타낸 실시예 1, 비교예 1, 참고예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 준비하였다.
(분석 장치의 설명)
이하에 설명하는 실시예 1, 비교예 1, 참고예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 합성할 때의 분석에 대해서는, 이하의 장치를 사용하였다.
〔NMR 스펙트럼〕
1H NMR, 13C｛1H｝NMR, 29Si｛1H｝NMR 스펙트럼 측정에는, Bruker사제의 Bruker Biospin Avance400 (400MHz)를 사용하였다. 배위자의 측정은 모두 탈수된 중용매를 사용하였다. 이는, 배위자의 분해 방지를 위함이다.
13C｛1H｝CPMAS, 29Si｛1H｝CPMAS 스펙트럼 측정에는, Bruker사제의 Bruker Avance400WB (400MHz)를 이용하였다.
〔질량 분석〕
MALDI-TOF-MS 스펙트럼 측정은 Bruker사제의 AUTOFLEXTM TOF/TOF를 이용하였다.
〔원소 분석〕
원소 분석은, Thermo Fisher Scientific사제의 FLASH EA 1112SERIES elemental Analyzer를 이용하였다.
〔GC측정〕
가스 크로마토그래피(GC) 측정은 시마즈 제작소사제의 GC-2014를 이용하였다. 모세혈관 칼럼은 TC-1(60m)을 사용하였다.
(시판되는 시약의 설명)
이하에 설명하는 실시예 1, 비교예 1, 참고예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 합성하고 분석할 때, 시판되는 시약은 이하의 것을 사용하였다.
도쿄 화성사제의 시약: 4-(히드록시메틸) 페녹시메틸 폴리스티렌 레진, 1,3-디-tert 부틸이미다졸-2-이리덴, 클로로벤젠, 4-클로로아니솔, 2-클로로피리딘, 4-클로로톨루엔, 모르포린, 디부틸아민, N-메틸아닐린, 아닐린디페닐아민, 칼륨 tert-부톡시드, 나트륨 tert-부톡시드, 도데칸
칸토 화학사제의 시약: n-부틸리튬
시그마알드리치 재팬사제의 시약: 디클로로디메틸실란, 중벤젠, 중테트라히드로퓨란
와코 순약공업사제의 시약: 아릴팔라듐(II) 클로라이드 다이머, 테트라히드로퓨란, 헥산, 톨루엔
(참고예 1)
유기 금속 착체 촉매｛상품명 "NTMS-PDA", N.E.CHEMCAT사제 (이하, 필요에 따라 "TMSIPrPd(allyl)"로 표기), 하기 식(R07) 중의 생성물 C2로 나타냄｝을 이하의 순서로 준비하였다.
여기서, "TMS"는 트리메틸 실릴기를 나타낸다. 또 "IPr"은 하기 식(C01)에 나타나는 NHC 구조를 가진 배위자(1,3-비스(2,6-디이소프로필페닐)이미다졸-2-이리덴)를 나타낸다.
우선 학술 논문
(Wang, Y., Xie, Yaming., Abraham, M. Y., Wei, P., Schaeferlll, H. F., Schleyer, P. R., Robinson, G. H. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 14370)에 기재된 수법을 개량하여 하기 반응식(R05)에 나타나는 2개의 단계를 거쳐 IPr(식(C01)으로 표시되는 배위자)의 NHC 구조에서의 4위 탄소에 트리메틸실릴기(-SiMe3, "TMS기")를 결합시킨 배위자 C04를 합성하였다. IPr로서는 시판품 (TCI제 1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-ylidene(CAS RN: 244187-81-3 제품 코드: B3465))를 사용하였다.
[화학식 28]
Figure pct00028
식(R05) 중, nBuLi는 CH3CH2CH2CH2Li를 나타내고, THF는 테트라히드로퓨란을 나타낸다.
식(R05) 중의 중간 생성물 C02(Li-IPr)의 합성 순서의 예를 설명하기로 한다.
먼저 글로브 박스 내에서 300ml 둥근 플라스크에 IPr(반응물 3) 10.79g(27.62 mmol)과 탈수 헥산 100ml를 더하고 얻어진 액체를 실온에서 30분 교반하였다. 다음으로, 얻어진 현탁액에 nBuLi를 천천히 적하시켜 실온하에서 밤새 교반을 계속하여 반응시켰다. 연갈색 슬러리 형태의 용액에서 황색 슬러리 형태의 용액으로 변화되었다. 반응 종료 후, 멤브레인 필터로 여과하여 탈수 헥산으로 세정하였다. 얻어진 황색 분말 고체｛식(R4) 중의 중간 생성물 4(리튬화물: Li-IPr)｝를 건조시켰다.
식(R05) 중의 중간 생성물 C02(황색 분말 고체)의 수량 10.0g, 수율 92.0%였다.
다음으로, 식(R05) 중의 생성물(C04)의 합성 순서에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 글로브 박스 안에서 50ml 슈렝크(schlenk)에 중간 생성물 C02(Li-IPr) 0.78g (1.98 mmol)과 탈수 THF 25mL를 더해 용해시켰다. 다음으로, 크로로트리메틸실란(ClSiMe3, 이하, 필요에 따라서 "ClTMS"라고 한다) 0.26ml (2.04 mmol)를 천천히 적하시켜 25분 반응시키고, 반응 종료 후 용매를 제거하였다.
글로브 박스 안에서 고체 생성물에 탈수 톨루엔을 10ml 더해 용해시키고, 얻어진 액체를 원심관으로 옮겼다. 원심관 안의 액체에 4000 rpm, 6분, 실온의 조건으로 원심분리 처리를 하여 소금(LiCl)을 분리하였다. 다음으로, 얻어진 여과액을 필터(advantec사제, 0.2μm)에 통과시켜 50ml 슈렝크에 분리하였다. 다음으로 용매를 제거하여 황색 분말 고체(TMSIPr, 즉, 목적으로 하는 배위자 C04)를 얻었다.
식(R05) 중의 생성물 C04 "TMSIPr"(황색 분말 고체)의 수량 0.901g, 수율 98.9%였다.
1H NMR를 이용하여 분류하여 IPr(반응물 C01)의 NHC 구조에서의 4위 탄소에 결합된 수소 원자의 리튬화가 진행되어 TMSIPr(목적으로 하는 배위자 C04)이 합성되어 있는 것을 확인하였다.
다음으로, 비특허 문헌 9를 참고로 하기 식(R06)에 나타나는 반응에 의해 Pd소스인 π알릴 Pd착체｛(알릴)팔라듐(II) 염화물, 이하, 필요에 따라서 "［(allyl)PdCl］2"라고 한다｝를 합성하였다.
[화학식 29]
Figure pct00029
식(R06) 중의 생성물 C1, 즉, π알릴 Pd착체｛［(allyl)PdCl］2｝의 합성 순서를 설명하기로 한다.
500ml 슈렝크에 증류수(260ml)를 더해 Ar로 30분간 버블링하였다. 다음으로, PdCl2(2.14g, 12.0 mmol)와 KCl(1.89g, 24.0 mmol)을 더해 1시간 실온에서 교반하였다. 교반 전후에 액체가 슬러리 형태에서 갈색의 투명한 액체로 변화되었다. 이 액체에 염화알릴(2.96ml, 36.0 mmol)을 적하시켜 하룻밤 실온에서 더 교반하여 식(R06)의 반응을 진행시켰다. 반응 종료 후에 클로로포름(30ml)으로 5회 추출하고 취출한 클로로포름을 MgSO4로 건조시켰다. 다음으로, 얻어진 액체에 대해 여과, 용매 제거를 실시하여 황색 고체(π알릴 Pd착체 C1)를 얻었다.
π알릴 Pd착체 C1의 수량은 2.09g, 수율은 94.9%였다.
1H NMR을 이용하여 분류하여 화학 시프트나 적분값이 비특허 문헌 9에 기재된 값과 일치한 것으로 보아, 목적 화합물인 π알릴 Pd착체 C1을 합성할 수 있다고 판단하였다.
π알릴 Pd착체 C1의 측정 결과를 이하에 나타낸다.
1H NMR (CDCl3, 400MHz): δ=5.45 (m, 2H), 4.10 (d, 4H, J=6.7Hz), 3.03 (d, 4H, J=12.1Hz)
다음으로, NHC 구조를 가진 배위자 C04(TMSIPr)와 π알릴 Pd착체 C1을 이용하여 하기 반응식(R07)에서 나타내는 반응을 실시하여 참고예 1의 유기 금속 착체 촉매가 되는 생성물 C2, 즉, "TMSIPrPd(allyl)"을 합성하였다.
이 공정은 본 발명자들이 독자적으로 반응 조건을 검토한 것이다.
[화학식 30]
Figure pct00030
글로브 박스 안에서, 50ml 슈렝크에 NHC 구조를 가진 배위자 C04(TMSIPr) 0.90g(1.95 mmol)와 탈수 THF 15mL를 더하였다. 다음으로, 20ml 바이알에 π알릴 Pd착체 C 10.36g(0.98 mmol)｝과 탈수 THF 10mL를 더하였다. π알릴 Pd착체 C1의 용액을 TMSIPr｛식(R07) 중의 반응물 CO4｝의 용액에 적하하였다. 얻어진 액체를 실온에서 1시간 교반하였다. 액체의 색이 교반 전후로 오렌지색에서 갈색으로 변화되었다. 다음으로, 액체를 활성탄 분말에 통과시켜 반응에 의해 생긴 Pd블랙을 제거하였다. 이 때, 액체의 색은 활성탄을 통과한 후에 황색으로 변화하였다. 다음으로, 얻어진 액체로부터 THF를 완전하게 제거하였다. 다음으로, 탈수 헥산을 소량 더해 파우더화시켰다. 발생한 고체를 헥산으로 세정하여 황색 고체｛식(R07) 중의 생성물 C2, 즉, TMSIPrPd(allyl)｝를 얻었다.
다음으로, 이 참고예 1이 되는 유기 금속 착체 촉매 C2(황색 고체)에 대해 헥산 등을 사용한 재결정화 처리에 의해 정제를 실시하였다.
아울러 이 유기 금속 착체 촉매 C2는 크로스 커플링 반응에 사용되는 유기 금속 착체 촉매로서 본 발명자들이 최초로 합성한 것이다.
유기 금속 착체 촉매 C2(황색 분말 고체)의 수량 0.84g, 수율 66.8%였다.
유기 금속 착체 촉매 C2의 분류는 1H NMR, 13C｛1H｝NMR, 29Si｛1H｝NMR, MALDI-TOF-MS, 원소 분석에 의해 확인하였다.
유기 금속 착체 촉매 C2의 측정 결과를 이하에 나타낸다. MALDI-TOF-MS의 스펙트럼을 나타낸다. 표 1에 원소 분석 결과를 나타낸다.
1H NMR (CDCl3, 400MHz): δ7.37-7.44 (m, 2H), 7.23-7.28 (m, 4H), 7.18 (s, 1H), 4.80 (m, 1H), 3.93 (d, 1H, J=7.2Hz), 3.12 (m, 2H), 2.97 (m, 2H), 2.82 (d, 1H, J=13.5Hz), 2.75 (m, 1H), 1.59 (d, 1H, J=11.8Hz), 1.36 (m, 12H), 1.19 (m, 12H), 0.09 (s, 9H)
13C｛1H} NMR (CDCl3, 100MHz): δ188.2, 146.5, 146.2, 145.9, 145.6, 137.6, 136.1, 135.8, 133.4, 130.0, 129.8, 129.7, 124.2, 124.1, 123.7, 114.2, 73.2, 50.0, 28.8, 28.4, 28.2, 26.5, 25.7, 25.6, 25.3, 24.7, 26.1, 23.3, 0.1
29Si｛1H} NMR (CDCl3, 80MHz): δ-8.1
C33H49ClN2PdSi C [%] H [%] N [%]
계산값 61.57 7.67 4.35
실측값 61.56 7.64 4.14
1H NMR 의 결과로부터, 유기 금속 착체 촉매 C2는 알릴기 유래의 피크가 관측되어 적분값이 목적으로 하는 구조와 일치하였다. 또 29Si｛1H｝NMR로부터는 선명한 1개의 시그널이 관측되었다. 아울러 1H NMR, 13C｛1H｝NMR의 자세한 귀속은 1H-1H 상관, 1H-13C 상관, 13C DEPT 스펙트럼으로부터 결정하였다.
표 1에 도시한 바와 같이, 원소 분석에 관련된 계산값과 실측치가 거의 일치(0.3% 이내의 차이)하기 때문에, 목적 화합물인 유기 금속 착체 촉매 C2를 합성할 수 있다고 판단하였다.
또 MALDI-TOF-MS의 결과로부터, 레이저에 의해 Pd로부터 Cl이 빗나간 것이 관측되었다. MALDI-TOF-MS의 결과는 NHC 구조를 가진 배위자와 Pd가 결합되어 있는 것을 시사하고 있으며, 이 관점으로부터도 목적으로 하는 유기 금속 착체 촉매 C2를 합성할 수 있다고 판단하였다.
(실시예 1)
식(P4)에 나타낸 크로스 커플링 반응용 촉매(N.E.CHEMCAT사제, 제품명: "DMSO-PDA")를 준비하였다.
식(M9)에 나타낸 유기 금속 착체는, 참고예 1에 기재된 제조 방법을 토대로 상술한 식(R01)~식(R03)의 공정을 얻어 합성하였다. 식(R01) 중의 화합물 C01은 시판되는 TCI사제 1,3-Bis(2,6-diisopropylphenyl)imidazol-2-ylidene(CAS RN: 244187-81-3 제품 코드: B3465)를 사용하였다.
식(M9)에 나타낸 유기 금속 착체를 1H NMR 스펙트럼의 측정, 13C｛1H}NMR 스펙트럼의 측정, 29Si｛1H}NMR 스펙트럼의 측정에 의해 분류하였다.
도 1에 식(M9)에 나타나는 유기 금속 착체에 대해 얻어진 1H NMR 스펙트럼을 나타낸다. 또 도 2에 식(M9)에 나타나는 유기 금속 착체에 대해 얻어진 13C｛1H}NMR 스펙트럼을 나타낸다. 또한 도 3에 식(M9)에 나타나는 유기 금속 착체에 대해 얻어진 29Si｛1H}NMR 스펙트럼을 나타낸다.
도 4에 도 1에 도시한 1H NMR 스펙트럼의 측정 결과, 도 2에 도시한 13C｛1H}NMR 스펙트럼의 측정 결과, 도 3에 도시한 29Si｛1H}NMR 스펙트럼의 측정 결과를 나타낸다.
이러한 NMR 스펙트럼의 측정 결과로부터, 식(M9)에 나타낸 유기 금속 착체를 합성할 수 있다는 것을 확인하였다.
다음으로 식(M9)에 나타나는 유기 금속 착체와 시판되는 Wang Resin을 이용하여 식(R04)에 나타낸 합성에 의해 식(P4)에 나타낸 크로스 커플링 반응용 촉매를 합성하였다.
얻어진 식(P4)에 나타낸 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를, 13C CPMAS 스펙트럼, 29Si CPMAS 스펙트럼, 29Si CPMAS 스펙트럼의 측정에 의해 분류하였다.
도 5에 Wang resin에 대해 얻어진 13C CPMAS 스펙트럼(도 5A)과 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매에 대해 얻어진 13C CPMAS 스펙트럼(도 5B)을 도시한다.
도 6에 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매에 대해 얻어진 29Si CPMAS 스펙트럼을 도시한다.
도 7에 유기 금속 착체부의 전구체에 대해 얻어진 29Si｛1H}NMR 스펙트럼(도 7A)과 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매에 대해 얻어진 29Si CPMAS 스펙트럼(도 7 B)을 나타낸다.
도 8에 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매에 대해 얻어진 X선 광전자 분광법 분석(XPS)의 측정 결과를 도시한 그래프이다.
도 5A 및 도 5B의 비교로부터, 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매의 13C CPMAS 스펙트럼에는, Wang resin의 13C CPMAS 스펙트럼에서는 관측되지 않았던 알킬기(iPr기)에 귀속되는 피크가 30 ppm 부근에서 관측되었다.
도 6에 도시한 바와 같이 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매의 29Si CPMAS 스펙트럼에서는, 실라놀기의 Si에 귀속되는 피크가 0 ppm 부근에서 관측되었다.
도 7A 및 도 7B의 비교로부터, 식(M9)의 유기 금속 착체부의 전구체의 29Si｛1H}NMR 스펙트럼에서 관측된 실라놀기의 Si에 귀속되는 피크가, 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매의 29Si CPMAS 스펙트럼에서는, 마이너스 방향(Si의 전자 밀도가 상승하는 방향)으로 시프트되어 있다.
Wang resin와 식(M9)의 유기 금속 착체부의 전구체와의 혼합물이라면 이 Si에 귀속되는 피크는 시프트되지 않는다. 또 Si에 귀속되는 피크가 Si의 전자 밀도가 상승하는 방향으로 시프트되어 있는 것은, 식(M9)의 유기 금속 착체부의 전구체의 실라놀기의 Si가 전자 흡인성 Cl과 결합되어 있던 상태에서 식(R04)에 나타낸 축합 반응의 진행으로 Cl이 이탈하여 Wang resin의 전자 공여성 말단이 결합되어 있다고 생각할 수 있다. 즉, 식(M9)의 유기 금속 착체부의 전구체는 화학 결합에 의해 Wang resin(담체부)에 고정화되어 있다고 생각할 수 있다.
도 8의 XPS의 측정 결과로부터는, 식(P4)에 나타낸 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매의 유기 금속 착체부의 Pd가 Pd(0가(價)가 아닌, Pd(2가)의 존재가 관측되었다. 즉, 배위 중심의 Pd는 PdCl2와 유사한 상태로 존재하고 있으며, 유기 금속 착체부로부터 탈락하지 않고 유기 금속 착체부의 내부에 배위 중심으로서 존재하고 있다고 생각된다.
(비교예 1)
식(R06) 중에서 C1으로 나타낸 유기 금속 착체 촉매(와코순약 주식회사사제, 상품명 "알릴파라듐클로라이드 다이머"｝를 준비하였다.
＜크로스 커플링 반응에 의한 촉매 활성 평가(1)＞
실시예 1, 비교예 및 참고예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 사용하여 도 10에 나타낸 반응식(R1)에 나타나는 C-N크로스 커플링 반응(Buchwald-Hartwig reaction)을 실시하였다. 아울러 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매는, 도 10에서 "Pd-cat."로 표기하였다(다른 도면에서도 동일).
반응식(R1)에 나타낸 바와 같이, 기질로서 클로로벤젠, N,N-디부틸아민, 염기로서 tBuOK, 용매로서 THF를 이용하였다. 준비나 반응은, 글로브 박스 안에서 모두 불활성 가스(N2) 분위기하에서 실시했다. 내(內)표준 물질로서 도데칸을 사용하여 GC에 의해 수율을 산출하였다.
반응 조건은, 클로로벤젠 5 mmol에 대해, N,N-디부틸아민 4.9 mmol, 온도 70℃, 촉매량 0.20 mol%로 하였다. 실시예 1, 비교예 1, 및 참고예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 이용한 경우의 각각의 생성물의 수율의 시간 의존성을 도시한 그래프를 도 10에 도시한다.
도 10에 도시한 결과로부터, 비교예 21의 크로스 커플링 반응용 촉매와 비교하여 본 발명의 구성을 충족하는 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 이용한 경우, C-N크로스 커플링 반응에 대해 비교적 짧은 반응 시간에 매우 높은 수율로 목적으로 하는 생성물을 얻을 수 있다는 것이 분명해졌다.
또 본 발명의 구성을 충족하는 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매는, 그 유기 금속 착체부의 부분과 구조가 유사한 참고예 1의 유기 금속 착체 촉매와 비교하더라도 동일한 정도로 높은 수율로 목적으로 하는 생성물을 얻을 수 있다는 것이 분명해졌다.
＜크로스 커플링 반응에 의한 촉매 활성 평가(2)＞
실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 사용하여 도 11에 도시한 반응식(R2)에 나타나는 C-N크로스 커플링 반응을 실시하였다.
반응식(R2)에 도시한 바와 같이, 기질로서 각종 아릴 염화물과 모르포린, 염기로서 tBuOK, 용매로서 THF를 이용하였다. 준비나 반응은, 글로브 박스 안에서 모두 불활성 가스(N2) 분위기하에서 실시했다. 내표준 물질로서 도데칸을 사용하여 GC에 의해 수율을 산출하였다.
반응 조건은, 각종 아릴 염화물 5 mmol에 대해 모르포린 4.9 mmol, 온도 70℃, 촉매량 0.20 mol%로 하였다. 각 크로스 커플링 반응에 대해 얻어진 목적 생성물｛식(D1)~식(D8)에 나타나는 화합물｝의 수율을 도 11에 도시하였다.
도 11에 도시한 결과로부터, 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매는 비교적 적은 사용량으로 또한 비교적 짧은 반응 시간에 목적물을 고수율로 용이하게 얻을 수 있다는 것이 분명해졌다.
특히 목적으로 하는 생성물이 (D7)인 반응은 비특허 문헌 11에 기재된 크로스 커플링 반응과 비교하여 보다 저온에서 적은 촉매 사용량으로 그리고 짧은 반응 시간에, 또한 보다 곤란한 아릴 염화물을 반응물로 하여 실시하여, 목적물을 비특허 문헌 11에 보고된 수율보다 높은 수율로 얻을 수 있었다.
또한 목적으로 하는 생성물이 (D3)인 반응은 비특허 문헌 12에 기재된 크로스 커플링 반응과 비교하여 보다 저온에서 적은 촉매 사용량으로 그리고 짧은 반응 시간에, 또한 보다 곤란한 아릴 염화물을 반응물로 하여 실시하여, 목적물을 비특허 문헌 12에 보고된 수율보다 높은 수율로 얻을 수 있었다.
또한, 목적으로 하는 생성물이 (D2)인 반응은 비특허 문헌 12에 기재된 크로스 커플링 반응과 유사한 반응을 실시하고 있으며, 적은 촉매 사용량으로 그리고 짧은 반응 시간에 목적물을 높은 수율로 얻을 수 있었다.
＜크로스 커플링 반응에 의한 촉매 활성 평가(3)＞
실시예 1 및 참고예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 사용하여 도 12에 도시한 반응식(R3)에 나타나는 C-N크로스 커플링 반응을 실시하였다.
도 12에 도시한 결과로부터, 또 본 발명의 구성을 충족하는 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매는, 그 유기 금속 착체부의 부분과 구조가 유사한 참고예 1의 유기 금속 착체 촉매와 비교하더라도 동일한 정도로 비교적 적은 사용량으로 그리고 비교적 짧은 반응 시간에 목적물을 고수율로 얻을 수 있다는 것이 분명해졌다.
＜크로스 커플링 반응에 의한 촉매 활성 평가(4)＞
실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 사용하여 도 13에 도시한 반응식(R4)에 나타나는 C-N크로스 커플링 반응을 실시하였다.
도 13에 도시한 결과로부터, 또 본 발명의 구성을 충족하는 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매는 비교적 적은 사용량으로 그리고 비교적 짧은 반응 시간에 목적물을 고수율로 얻을 수 있다는 것이 분명해졌다.
＜크로스 커플링 반응에 의한 촉매 활성 평가(5)＞
실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 사용하여 도 14에 도시한 반응식(R5)에 나타나는 C-N크로스 커플링 반응을 실시하였다.
도 14에 도시한 결과로부터 또, 본 발명의 구성을 충족하는 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매는, 비교적 적은 사용량으로 그리고 비교적 짧은 반응 시간에 목적물을 고수율로 얻을 수 있다는 것이 분명해졌다.
＜크로스 커플링 반응에 의한 촉매 활성 평가(6) 및 (7)＞
실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매를 사용하여 도 15에 도시한 반응식(R6) 및(R7)에 나타나는 C-N크로스 커플링 반응을 실시하였다.
도 15에 도시한 결과로부터 또, 본 발명의 구성을 충족하는 실시예 1의 크로스 커플링 반응용 촉매는 비교적 적은 사용량으로 그리고 비교적 짧은 반응 시간에 목적물을 고수율로 얻을 수 있다는 것이 분명해졌다.
본 발명의 촉매는, 유기 금속 착체가 담체에 충분히 고정화되어 있으며 비교적 적은 사용량으로 그리고 비교적 짧은 반응 시간에 목적물을 고수율로 용이하게 얻을 수 있다. 따라서 본 발명은, 목적으로 하는 생성물(예를 들면, 방향족 아민류)의 합성에 크로스 커플링을 이용할 수 있는 의약, 농약, 전자 재료 분야의 양산 기술의 발달에 기여한다.

Claims (5)

  1. 크로스 커플링 반응에 사용되는 크로스 커플링 반응용 촉매로서,
    합성 수지로 이루어진 담체부와,
    상기 담체부에 화학 결합에 의해 고정화된 유기 금속 착체부,
    를 가지고 있으며,
    유기 금속 착체부의 배위 중심이 Pd이고,
    상기 유기 금속 착체부의 전구체의 유기 금속 착체가 하기 식(M1)으로 표시되는 구조를 가지고 있으며,
    상기 담체부의 전구체의 합성 수지 전구체가 하기 식(M2)로 표시되는 구조를 가지고 있으며,
    상기 유기 금속 착체와 상기 합성 수지 전구체를 반응물로 하는 하기 식(M3)로 표시되는 축합 반응의 생성물에 상당하는 하기 식(P1)으로 표시되는 구조를 가지고 있는,
    크로스 커플링 반응용 촉매.
    [화학식 1]
    Figure pct00031

    [화학식 2]
    Figure pct00032

    [화학식 3]
    Figure pct00033

    [화학식 4]
    Figure pct00034

    ［식(P1) 중,
    R1 및 R2는 동일해도 좋고 달라도 좋고, 각각 수소 원자, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 알키닐기, 및 아릴기로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 치환기이며,
    R3, R4, R5, 및 R6, R8 및 R9은 동일해도 좋고 달라도 좋고, 각각 수소 원자, 할로겐 원자, 알킬기, 알콕시기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 히드록시기, 히드록실레이트기, 티오카복시기, 디티오카복시기, 술포기, 술피노기, 옥시카르보닐기, 카르바모일기, 히드라지노카르보닐기, 아미디노기, 시아노기, 이소시아노기, 시아나토기, 이소시아나토기, 티오시아나토기, 이소티오시아나토기, 포르밀기, 옥소기, 티오포르밀기, 티옥소기, 메르캅토기, 아미노기, 이미노기, 히드라지노기, 알릴옥시기, 술피드기, 니트로기, 및 실릴기로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종의 치환기이며,
    X 및 R7은 동일해도 좋고 달라도 좋고, 각각 상기 배위 중심의 Pd에 배위 가능한 할로겐 원자, 상기 배위 중심의 Pd에 배위 가능한 π결합을 가진 탄소수 3~20의 치환기, 또는 아민 화합물, 포스핀 화합물, 니트릴 화합물, 유황 화합물 혹은 이소시아니드 화합물로부터 선택되는 배위자를 나타내고 있으며,
    RS1은, 상기 식(M2)로 표시되는 말단에 -CH2OH기를 가진 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타내며,
    식(M1) 및 식(M3) 중 X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, 및 R7, R8 및 R9은 상기 식(P1) 중의 X, R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7, R8 및 R9과 동일한 치환기를 나타내며,
    식(M3) 중 RS1은, 상기 식(P1) 중의 RS1과 동일한 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타낸다.]
  2. 청구항 1에 있어서,
    하기 식(P2)로 표시되는 구조를 더 가지고 있는 크로스 커플링 반응용 촉매.
    [화학식 5]
    Figure pct00035

    ［식(P2) 중, X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9은, 상기 식(P1) 중의 X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9과 동일한 치환기를 나타내고,
    RS2는, 상기 식(P1) 중의 RS1과 동일한 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타낸다.］
  3. 청구항 2에 있어서,
    하기 식(P3)로 표시되는 구조를 더 가지고 있는 크로스 커플링 반응용 촉매.
    [화학식 6]
    Figure pct00036

    ［식(P3) 중, X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9은, 상기 식(P1) 중의 X, R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8 및 R9과 동일한 치환기를 나타내고,
    RS3는, 상기 식(P1) 중의 RS1과 동일한 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타낸다.］
  4. 청구항 3에 있어서,
    하기 식(P4)로 표시되는 구조를 더 가지고 있는 크로스 커플링 반응용 촉매.
    [화학식 7]
    Figure pct00037

    ［식(P4) 중, iPr은 이소프로필기를 나타내고, Me는 메틸기를 나타내고,
    RS3는, 상기 식(P1) 중의 RS1과 동일한 상기 합성 수지 전구체의 주쇄를 나타낸다.］
  5. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 있어서,
    C-N크로스 커플링 반응에 사용되는 크로스 커플링 반응용 촉매.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118475584A (zh) * 2022-01-14 2024-08-09 富士胶片株式会社 由式（i）表示的化合物的制造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070073055A1 (en) * 2005-08-24 2007-03-29 Total Synthesis, Ltd. Transition metal complexes of N-heterocyclic carbenes, method of preparation and use in transition metal catalyzed organic transformations
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005037500A1 (de) 2005-08-09 2007-02-15 Merck Patent Gmbh Immobilisierbare N-heterozyklische Carben-Metall-Komplexe mit Alkoxysilylgruppen
CA2551412A1 (en) * 2005-08-24 2007-02-24 Total Synthesis, Ltd. Transition metal complexes of n-heterocyclic carbenes, method of preparation and use in transition metal catalyzed organic transformations

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070073055A1 (en) * 2005-08-24 2007-03-29 Total Synthesis, Ltd. Transition metal complexes of N-heterocyclic carbenes, method of preparation and use in transition metal catalyzed organic transformations
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Non-Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Rajendra S. Ghadwal 외, Dalton Trans., 2014, 43, 13704~13710 (2014.07.24.) *
비특허 문헌 1 : Kosugi, M., Kameyama, M., Migita. T. Chem. Lett. 1983, 927
비특허 문헌 10 : Navarro, O., Marion, N., Mei, J., Nolan, S. P. Chem. Eur. J. 2006, 12, 5142
비특허 문헌 11 : Sk. Manirul lslam, Noor Salam, Paramita Mondal, Anupam Singha Roy, J. Mol. Catal.A: Chemical 2013, 366, 321-332
비특허 문헌 12 : Cynthia A. Parrish, Stephen L. Buchwald, J. Org. Chem. 2001, 66, 3820-3827
비특허 문헌 13 : Antonio Leyva, Hermenegildo Garcia, Avelino Corma, Tetrahedron 2007, 63, 7097-7111
비특허 문헌 2 : Guram,A. S., Rennels, R.A., Buchwald, S. L.Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1995, 34, 1348
비특허 문헌 3 : Louie, J., Hartwig, J. F. Tetrahedron Lett. 1995, 36(21), 3609
비특허 문헌 4 : Louie, J.,Arduengo,A. J.Am. Chem. Soc. 1991, 113, 361
비특허 문헌 5 : Organ, M. G. Rational catalyst design and its application in sp3-sp3 couplings. Presented at the 230th National Meeting of the American Chemical Society, Washington, DC, 2005; Abstract 308.
비특허 문헌 6 : Organ, M. G., Avola, S., Dubovyk, L., Hadei, N., Kantchev, E.A. B., OBrien, C., Valente, C. Chem. Eur. J. 2006, 12, 4749
비특허 문헌 7 : Ray, L., Shaikh, M. M., Ghosh, P. Dalton trans. 2007, 4546
비특허 문헌 8 : Obrien, C. J., Kantchev, E.A. B., Valente, C., Hadei, N., Chass, G.A., Lough, A., Hopkinson, A. C., Organ, M. G. Chem. Eur. J. 2006, 12, 4743
비특허 문헌 9 : Marion, M., Navarro, O., Stevens, J. M, E., Scott, N. M., Nolan, S. P. J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 4101

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