Gold-Catalyzed Reactions via Gold-Carbenoid

Abstract

환원 반응의 합성적 활용도를 넓히기 위해 알킨의 말단 치환체로 3차 알코올을 가진 기질을 이용하여, redox-pinacol-Mannich-Michael 연속반응을 개발하였다. 이 반응을 통해서 생리활성물질에서 쉽게 찾아 볼 수 있는 4차 입체중심을 가진 스피로고리, 1-아미노인단, 5,6-fused azabicycles을 쉽고 빠르게 합성할 수 있었다. 또, sp3– 탄소 연결고리를 가진 알키닐 나이트론에서 보여진 동일한 반응성은 본 연구진에서 제시한 골드 카빈 중간체를 통한 N-O결합 파괴의 메카니즘을 뒷받침 해준다. 나이트론과 옥심 외에도 히드록실아민 역시 산소 전달 물질로써 사용가능 하다는 것을 발견하였다. 다만 N-O결합 끊어짐을 위해서는 N-술포닐 작용기가 반드시 필요하며, 질소 원자의 보호그룹이 Cbz 작용기 일 땐, 단순 첨가 반응을 통해 isoxazolidine이 생성 되었다. N-술포닐 유도체의 경우에는 6-endo-dig N-attack과 골드 카베노이드 중간체의 N-H 첨가 반응을 통해 3-pyrrolidinone 유도체를 생성하게 되며, 알킨 말단에 치환체가 존재할 경우에는 5-exo-dig N-attack과 1,3-술포닐 이동을 통해 술폰 작용기를 가진 고리 나이트론 화합물을 생성하게 된다. 금 촉매 하에서의 N-O결합파괴를 이용한 산화∙ 환원 반응은 기존의 방법들과 차별화된 이점을 가진다. 기질에 존재하는 모든 원자들이 전략적으로 활용되며, 골드 카베노이드의 생성을 통해 분자구조의 복잡성을 쉽고 빠르게 증가 시킬 수 있다. 또, N-O결합을 가진 기질들은 값 싼 히드록실 아민으로부터 쉽게 합성이 가능하기 때문에 당량의 유독한 산화제의 사용을 피할 수 있다는 이점도 지니고 있다. 앞서 보고한 연구결과를 토대로 앞으로는 N-O결합을 가진 산화제를 분자 간 반응에 이용하기 위한 지속적인 연구가 진행될 것이다.

제2부. 금 촉매에 의한 알킨과 알켄의 분자 간 반응에 관한 연구

1,n-enyne의 분자 내 반응에 관해서는 많은 연구들이 진행 되어 왔지만, 금 촉매를 이용한 알킨과 알켄간의 분자 간 반응은 그것의 폭넓은 응용 가능성에도 불구하고 보고 된 결과가 많지 않다. 본 연구에서는 선택성을 동반한 분자간 반응을 진행 시키기 위해 propiolic acid나 알키닐 술폰과 같이 acceptor-polarized alkynes의 사용을 제안하였다. 그 결과로 propiolic acid와 알켄을 이용한 [4+2] annulation 반응을 발견하였다. 이 반응은 금 촉매에 의해 활성화 된 알킨에 전자가 풍부한 알켄의 친핵성 공격을 통해 cyclopropyl gold carbenoid를 형성함으로써 진행된다. 이 반응을 토대로, 금촉매에 의해 직접 활성화된 알킨과 알켄 사이의 비대칭반응도 최초로 이루어졌다. Ethyl propiolate와 술포닐 알키닐을 사용한 금 촉매 반응에서는 흥미로운 metathesis 반응성이 발견 되었다. 1,2-치환된 알켄을 사용할 경우 ethyl propiolate 와의 formal enyne cross metathesis 반응을 통해 2-carbethoxy-1,3-dienes을 형성하게 된다. 이 반응의 가장 큰 특징은 시작 알켄에 따른 높은 입체 선택성이며, 본 연구에서DFT-computational study를 통해 이 반응의 메커니즘이 Ru 촉매에 의한 metathesis 반응과 다른 dyotropic sigma-bond rearrangements에 의한 것임을 밝혔다. 아직 비대칭 알켄과의 반응에서 낮은 regioselectivity는 한계점으로 남아있지만, 반응 결과물에서의 E/Z 선택성을 조절하는 측면에서 Ru 촉매를 사용한 enyne cross metathesis의 한계점을 보완할 수 있다고 여겨진다.; 제1부. 금 촉매를 이용한 N-O 결합파괴에 의한 분자 내 산화-환원 반응에 관한 연구

금 촉매를 사용한 다양한 산소 전달 물질과 알킨의 산화∙ 환원 반응은 합성적으로 유용한 a-옥소 골드 카베노이드 중간체를 제공한다. 전통적으로 전이금속 카베노이드는 Rh2(OAc)4와 같은 금속염을 사용하여 디아조카보닐 화합물로부터 합성하였다. 하지만 a-디아조 카보닐 화합물은 폭발의 위험성을 가지고 있으며, 금속 카베노이드의 합성을 위해서 diazo-transferring agent를 필요로 하기 때문에 원자 경제성의 감소라는 한계점을 가지고 있다. 따라서, 알킨과 산소 전달 물질을 이용한 산화∙ 환원 반응을 이용하여 a-옥소 금속 카베노이드의 합성한다면 원자 경제적, 단계 경제적, 그리고 산화∙ 환원 반응의 효율성 측면에서 효과적인 방법이라고 본다. 본 연구실에서는 최근 금 촉매를 이용하여 산소 전달 물질로써 나이트론을 이용해 산화∙ 환원 반응을 통한 아조메틴 일리드의 합성과 그것의 [3+2] 쌍극자 고리화 반응을 보고한 바 있다. 본 연구에서는 N-O결합 파괴의 메커니즘을 명확히 하고, 생성된 골드-카베노이드 중간체의 활용성을 넓히기 위하여 다양한 N-O결합을 가진 친핵성 산화제를 금 촉매 반응에 사용하였다. 그결과 나이트론 뿐만 아니라 이와 유사한 구조를 가진 옥심 유도체 역시 산화제로 이용 될 수 있음을 발견하였다. 특히 옥심 유도체의 경우에는 그것의 기하학적인 구조가 반응의 방향을 결정하여 (Z)-옥심으로부터는 이소인돌을 선택적으로 합성할 수 있었고, (E)-옥심으로부터는 이소퀴놀린-N-옥사이드를 합성할 수 있었다. 나이트론을 이용한 산화&#8729