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L-Ribose 및 카바졸 유도체 합성 그리고 불균일 지지체에 담지된 촉매의 표면에 따른 물속에서의 커플링 반응 연구

Title
L-Ribose 및 카바졸 유도체 합성 그리고 불균일 지지체에 담지된 촉매의 표면에 따른 물속에서의 커플링 반응 연구
Other Titles
Synthesis of L-Ribose, Carbazole Derivatives and Study of Pd-Catalyzed Coupling Reaction in Water on the Surface of Support
Author
반재영
Alternative Author(s)
Ban, Jae Young
Advisor(s)
이학준
Issue Date
2020-02
Publisher
한양대학교
Degree
Doctor
Abstract
요 약 Part I. 순차적 락톤화 반응을 통한 D-ribose으로부터 L-ribose의 전합성 살아있는 생명체는 세포(Cell)로 구성되어 있으며, 세포의 모든 활동을 규정하는 세포핵(Nucleus)은 그 안에 수많은 유전정보를 포함하는 염색체(Chromosome)로 이루어져 있다. 모든 염색체는 DNA(Deoxyribonucleic Acid), RNA(Ribonucleic Acid)를 기초로 하여 생명의 기원이 되며, DNA는 β-D-deoxyribofuranose을, RNA는 β- D-ribofuranose를 기본 골격으로 구성되어진다. 자연계에서 쉽게 얻을 수 있는 D-ribose의 광학이성질체인 L-ribose는 자연계에서 발견되지 않기 때문에 실험실에서 합성을 통해서만 얻을 수 있다. 최근 들어, L-ribose의 생물학적 활성 그리고 L-nucleoside의 주요 전구체 및 기초물질로 인식됨에 따라 많은 수요와 관심이 증가하였고, 이는 새로운 제약 산업의 연구 분야로 자리잡게 되었다. L-ribose는 다양한 당을 시작물질로 하여 얻을 수 있으며, 당이 아닌 물질을 사용해서도 합성이 가능하다. 우리는 총 5 단계의 합성과정을 통해 D-ribose로부터 L-ribose를 합성하였으며, hydroxyl group의 protection, oxidation, deprotection 과정이 포함되어 있고, 가장 중요한 반응 단계인 sequential lactonization 과정에는 deprotection, reduction, lactonization, TBDMS protection이 포함되어 있다. 얻어진 TBDMS protected lactone (I-4)으로부터 DIBAL-H reduction을 통하여 lactol (I-5)을 얻은 뒤, TBDMS deprotection을 통해 최종 생성물인 L-ribose (I-6)를 얻었다. L-Ribose의 전합성에 대한 선행연구에서는 oxidation 반응에 고가의 시약 또는 가혹한 반응조건을 필요하지만, 우리의 L-ribose 합성 방법은 물속에서의 반응, 저가의 시약 사용 등 다양한 장점을 가지고 있다. 우리가 개발한 방법은 column chromatography를 통한 정제 공정을 최소화하였고, 온화한 반응조건, 보다 저렴한 시약을 사용하였으며 고가의 카이랄 보조제 사용 없이 효율적으로 L-ribose로의 전환할 수 있다. Part II. OLED의 기초 유기소재로 사용될 수 있는 다양한 카바졸 유도체의 효율적인 합성 및 scale-up 반응 최근 들어, 차세대 평판 디스플레이로 OLED(Organic Light Emitting Diodes: 유기발광 다이오드)가 떠오르고 있다. OLED는 평판 디스플레이보다 더 두께를 얇게 만들 수 있으며, 특수 유리나 플라스틱을 이용한다면 구부리거나 휘어지는 디스플레이도 구현이 가능하다. 많은 유기화합물 중에서도 카바졸은 OLED에 들어가는 기초 물질이다. 카바졸에 아무것도 작용기가 도입되어있지 않은 경우에는 상업적으로 저렴한 가격으로 구입이 가능하나, 작용기가 도입되어 있는 카바졸은 가격이 비교적 높고 구입하기가 어렵다. 우리는 카바졸에 다양한 작용기가 도입되어 있는 카바졸 유도체를 합성하기 위하여 새로운 프로세스를 개발하였고 많은 유도체들을 합성하여 다양성을 주고자 하였다. 다양한 분야에서 카바졸에 대한 수요가 많기 때문에 아직까지도 카바졸 합성에 대한 다양한 합성법들이 개발되고 있다. 우리는 가격 경제적이며 효율적이고 scale-up이 가능한 반응 조건을 개발하였다. 카바졸 합성에 관련하여 우리가 개발한 방법은 N-acetylation, copper(0) mediated Ullmann homocoupling reaction, 분자 내 아민화 반응으로 총 3 단계를 포함하고 있다. 특히, 분자 내 아민화 반응은 Täuber 카바졸화 반응이며 site-specific한 합성법이다. 시작물질은 다양한 작용기가 도입되어 있는 2-bromoaniline 유도체를 사용하며, 상업적으로 구입이 매우 용이하다. 개발한 방법으로 다양한 위치에 작용기가 도입되어 있는 카바졸 유도체 11개를 합성하였다. 또한, scale-up 반응을 통해 공정 규모의 합성이 가능함을 증명하였다. Part III. 팔라듐을 담지할 수 있는 새로운 지지체 합성, 팔라듐 촉매 합성 및 이를 이용한 물속에서의 다양한 커플링 반응 촉매를 이용한 반응은 크게 두 가지로 분류할 수 있다. 촉매가 반응 용매에 잘 용해되어 균일한 상태에서 반응이 진행되는 균일 촉매(homogeneous catalyst), 지지체에 담지 되어 있는 촉매를 사용하여 반응 용매에 녹지 않아 불균일한 상태에서 반응이 진행되는 불균일 촉매(heterogeneous catalyst)로 나눌 수 있다. 균일 촉매는 반응 시 높은 선택성과 반응성을 가지고 있으며 상업적으로 구입이 용이한 장점이 있지만, 반응 후 회수할 수 없어 모두 버려지고, 촉매 자체에 비싼 리간드가 붙어 있어 가격이 매우 값비싸며 독성이 강하기 때문에 사용에 주의를 요구한다. 더욱이, 반응 종료 후에 잔류금속의 제거가 쉽지 않기 때문에, 이를 제거하기 위한 정제과정이 요구된다. 이러한 단점들을 극복하기 위해서는 촉매의 회수 및 재사용, 분리의 용이성 등을 고려하여 불균일 촉매의 개발이 가속화 되었다. 불균일 촉매는 균일 촉매에 비해 선택성이 뒤떨어지고 반응성이 낮은 단점을 가지고 있지만 재사용이 가능하며 생성물과의 분리가 쉽다는 아주 큰 장점을 가지고 있다. 우리는 물속에서 재사용이 가능하며 반응성이 우수한 촉매를 개발하고자 하였다. 금속 촉매를 담지할 수 있는 지지체 연구를 중점적으로 연구하였고, 다양한 리간드와 반응하여 다양한 지지체를 합성하였다. 순상, 역상 지지체를 각각 합성하여 물속에서지지체의 표면에 따른 반응성 차이를 비교하였다. 또한 지지체에 더 많은 금속 촉매를 담지하고자 chain extender를 사용하여 더 많은 리간드를 결합하였다. 시작 물질로 3-aminopropyl으로 functionalization 되어 있는 reverse phase silica를 이용하여 가장 반응성 좋은 팔라듐 촉매를 합성하였고, 물속에서 Suzuki-Miyaura coupling reaction, Sonogashira coupling reaction 반응을 성공적으로 수행하였고, 대부분의 결과에서 아주 좋은 수율로 생성물을 얻을 수 있었다. 또한, 개발한 촉매의 재사용 반응 실험을 통해 여러 차례 반응을 진행해도 팔라듐이 거의 leaching out 되지 않고 반응성이 계속 유지됨을 확인하였다.
URI
http://dcollection.hanyang.ac.kr/common/orgView/000000111912http://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/123407
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GRADUATE SCHOOL[S](대학원) > BIONANOTECHNOLOGY(바이오나노학과) > Theses (Ph.D.)
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