바이오/재료/화학

Fine Chemical _2017.3 특집요약 (p5~56)

유기분자 촉매에 의한 새로운 유기합성

● 특집에 있어서
(Introduction)
Takahiko Akiyama / 가쿠슈인 대학 이학부 화학과 교수

2000년에 List, Lerner, Barbas 등에 의한 L-프로린을 사용한 분자간 알돌 반응(Aldol reaction)이 보고되어, 또한 올해 MacMillan등에 의해 MacMillan 매체를 사용한 비대칭 Diels-Alder 반응이 보고되자, 촉매 활성을 가진 유기소분자, 즉「유기분자 촉매」를 촉매로 사용한 합성반응의 개발 연구가 폭발적으로 확산되었다.

즉, 유기분자 촉매는 금속 촉매와 생체 촉매의 뒤를 잇는 제 3의 촉매로써, 1)금속을 포함하지 않기 때문에 생성물 안에서의 잔류 금속의 문제가 없다, 2)금속 촉매에 비해, 일반적으로 안정화되어 있으며, 취급이 용이하다, 3)일반적으로 가격이 저렴하며, 4)금속 촉매 반응 등과 조합하여 탠덤형(型)의 반응을 원 포트(One-pot)로 시행할 수 있다는 특징을 가지고 있다.

유기분자 촉매는 지금까지 15년간 큰 발전을 이뤄왔으며, 이번 특집에서는 대학의 연구자 및 기업의 연구자에 의한 유기분자 촉매를 사용한 최첨단의 연구 성과에 대해 소개하려고 한다. 앞으로, 더욱 많은 연구자가 유기분자 촉매에 관심을 가지고 유기분자 촉매를 사용한 새로운 실용적인 촉매 프로세스가 만들어져, 기업의 프로세스 연구 및 대량 합성 등에 사용되는 것을 기대해 본다.

● 비대칭 브론스테드산 촉매를 사용한 수소 이동형 환원 반응
(Enantioselective Transfer Hydrogenation Reaction by Means of Chiral Bronsted Acid)
Takahiko Akiyama / 가쿠슈인(学習院) 대학 이학부 화학과 교수

이 글에서는 (R)-BINOL 유래의 비대칭 인산을 비대칭 브론스테드산으로 사용한 케토이민(Keto-Imine)의 수소이동형 비대칭 환원반응에 대하여 소개한다. Hantzsch 에스테르가 수소공여체로 사용되지만, 벤조티아졸린도 뛰어난 수소공여능력을 나타내며, 대응하는 아민을 높은 광학 순도로 얻을 수 있었다.

● 유기분자 촉매에 의한 비대칭 브로모 고리화(化) 반응의 개발
(The Development of Organocatalytic of Enantioselective Bromocyclization)
Yuji Kawato 외 1명 / 시즈오카 현립(県立) 대학 약학부 교수

알켄의 구(求)전자적 할로겐화 반응은 탄소-탄소 이중결합에 대해 2개의 관능기를 동시에 도입할 수 있는 유용한 반응이다. 최근, 비대칭 할로겐 관능기 도입법으로써 촉매적 비대칭 할로겐 고리화 반응이 활발하게 연구되고 있다. 이 글에서는 최근 저자들이 개발한 비대칭 아민 촉매를 사용한 비대칭형 브로모 고리화 반응 및 비대칭 포스핀 촉매를 사용한 비대칭 브로모 고리화의 반응에 대하여 설명하겠다.

● 초 강산성 탄소산의 합성과 촉매 이용
(Superacidic Carbon Acids : Synthesis and Catalysis)
Hikaru Yanai / 도쿄 약과 대학 약학부 조교수

불용성 수소를 탄소원자에 가져가는 탄소산은 유기합성에 있어서의 기본적인 합성 수소로써 널리 이용되고 있으나, 일반적으로 산 (Acid)촉매로써 이용 가능한 정도이나, 강한 산은 아니다. 그러나 예외적으로 비스(트리플로로메틸술포닐이미드(bis(trifluoromethylsulfonyl)) 메탄 및 그 치환체가 황산에 필적하는 강산성화합물이라는 것이 알려져 있다. 이 글에서는 이 새로운 산(酸)구조를 지닌 강산성(强酸性) 화합물의 합성과 촉매 이용을 정리하겠다.

● 비대칭 유기 초강 염기 촉매가 펼치는 새로운 에난치오 선택적 부가 반응
(Enantioselective Addition Reaction by Chiral Organosuperbase Catalyst)
Azusa Kondoh 외 1명 / 토호쿠(東北) 대학원 이학연구과 부속 거대분자 해석 연구센터 조교수

비대칭 유기염기촉매를 사용한 에난치오 선택적 부가 반응은 광학활성화합물을 간편하면서도 효율적으로 제공하는 방법론으로써 유기합성에 있어서 상당히 유용하다. 이 글에서는 기존의 촉매에 비해 강력한 염기성을 부여한「비대칭 유기 초강 염기촉매」를 사용하여 달성된 새로운 에난치오 선택적 부가반응에 대하여 서술하겠다.

● 유기분자 촉매를 사용한 광(光) 퍼플루오로알킬화(化) 반응의 개발
(Photoinduced Perfluoroalkylation Using Organocatalyst)
Tomoko Yajima / 오차노미즈(御茶ノ水) 여자대학 기간연구원 자연과학계 조교수

최근, 유기색소를 산화환원촉매로 하는 가시광 퍼플루오로알킬화 반응의 개발이 시행되고 있다. 그 방법은 저(低)에너지, 저 비용으로 금속의 혼입 걱정이 없는 불소함유 화합물의 합성법으로 주목 받고 있다. 이 유기촉매를 사용한 광 퍼블루오로알킬화 반응에 관한 우리의 어프로치에 대해 소개하겠다.

● 프로린 유도체를 촉매로 한 직절적 비대칭 알돌 반응을 이용한 항(抗) 에이즈 치료제 중간체의 프로세스 개발
(Process Development of a Key Building Block for Anti-AIDS Drugs by Proline-Derivatives Catalyzed Enatioselective Direct Cross Aldol Reaction)
Tetsuya Ikemoto / 스미토모 화학㈜ 건강∙농업관련 사업연구소 상임연구원

프로린 유도체를 촉매로 한 비대칭 알돌 반응을 이용한 항 에이즈 치료제 중간체의 프로세스 개발에 대해 설명하겠다. 프로린을 촉매로 하는 방법에 있어서는 부분입체(Diastereo) 선택성에 문제가 있었으나, 디아 릴 프로 리놀레산 유도체를 촉매로 한 비대칭 알돌 반응을 열쇠로 함으로써, 선택성이 크게 개선되어 보다 효율적인 프로세스 개발이 가능해졌다.

● 비대칭 유기촉매를 사용한 이고리식 케톤의 실용적인 속도론적 분해법의 개발
(Practical Organocatalytic Kinetic Resolution of Bicyclic Ketone at Large Scale)
Takeshi Kaneda / 다이이치 산쿄(第一三共) 제약기술 본부 프로세스 기술 연구소 연구원

(-)-3-Ethylbicyclo[3.2.0]hept-3-en-6-one (-)-1은 3개의 sp²탄소를 가진 4개 고리와 5개 고리가 축환된 bicyclo[3.2.0] 햅탄 골격을 형성한 크게 구부러진 이고리식 화합물이며, 광학활성인 본 화합물의 대량 합성법의 구조는 상당히 도전적인 과제였다. 이번에 광학 활성체의 취득 방법으로 비대칭 염기 촉매를 사용한 실용적인 속도론적 분할법을 개발하여, (-)-1을 중간 시험단계(Pilot plant)에서 고수율 및 고(高)선택적으로 합성하는 것에 성공했다.

  -- 끝 --