초록 ▼

□ 연구개요
■ 광촉매 매개 수소 이동 반응을 이용한 비활성 C(sp³)-H 작용기 도입 반응 개발
- 광 에너지를 이용한 수소 이동 반응(HAT) 기반 C(sp³)-H 결합 활성화를 통해, 탄소 라디칼 중간체를 생성하고, 이를 이용한 단전자 메커니즘 직접적 작용기 도입 반응 개발.
- 광촉매와 전이금속촉매의 이중촉매 작용 등 각 반응에 맞는 적절한 메커니즘 및 전략 활용을 통해, C-C, C-CN, C-F 결합 형성 반응 등 새로운 C(sp³)-H 작용기

□ 연구개요
■ 광촉매 매개 수소 이동 반응을 이용한 비활성 C(sp³)-H 작용기 도입 반응 개발
- 광 에너지를 이용한 수소 이동 반응(HAT) 기반 C(sp³)-H 결합 활성화를 통해, 탄소 라디칼 중간체를 생성하고, 이를 이용한 단전자 메커니즘 직접적 작용기 도입 반응 개발.
- 광촉매와 전이금속촉매의 이중촉매 작용 등 각 반응에 맞는 적절한 메커니즘 및 전략 활용을 통해, C-C, C-CN, C-F 결합 형성 반응 등 새로운 C(sp³)-H 작용기 도입 반응들 개발.
- 제안된 C(sp³)-H 작용기 도입 메커니즘 연구를 진행함으로써, 새로운 유기 반응 개발에 이용될 수 있는 단전자 메커니즘 기반 반응 개발 전략 제시.

□ 연구 목표대비 연구결과
■ C(sp³)-H 반응을 통한 카보닐 화합물 합성: Ni/Ir 촉매의 이중 작용을 활용, 아미노산의 C(sp³)–H 아실레이션을 수행하여, 광학활성 아미노 케톤 화합물을 합성하는 방법 개발.
■ C(sp³)-H 결합의 활성화를 통한 트라이플루오르메틸화 반응: 구리화합물을 매개로 라디칼-극성-변환 전략으로, 기존에 유례가 없던 일반적인 C(sp³)–H 결합으로부터, C(sp³)–CF₃ 결합을 직접적으로 형성하는 합성법을 개발.
■ C(sp³)-H 시안화 반응: decatungstate 광촉매와 tosyl cyanide를 사용하여, TON 39,400의 고효율로 일반적인 C-H 결합에 시안화를 할 수 있는 방법을 개발하고, 복잡 혹은 생활성 분자에 나이트릴 후작용기 도입을 실현.
■ C(sp³)-H 불소화 반응: 플루오린아미드(N-fluoroamide) 시약의 기계적 균일 분해 반응을 통해 질소 원자 중심 라디칼을 형성하고, 이를 수소 이동 반응(HAT)에 이용하여 C-H 결합의 활성화 반응과 불소화 반응을 수행하는 합성 방법 개발.
■ 광유도된 Pd 촉매를 이용한 C-C 결합 형성 반응 개발: C(sp²)–H Alkylation: 원 목표 “직접적 sp³ C–S 작용기화 반응 개발”에서 연구 중 발견한, 광유도 Pd을 활용한 방법으로, 과제 중간 보고시 목표를 변경함. 광에너지로 유도된 Pd 촉매를 이용하여, 알킬브로마이드를 활성화시켜, 비활성화된 일반적인 방향족 화합물에 직접적 알킬기를 도입하는 고효율 친환경적 알킬벤젠 화합물 합성법을 개발.
■ 광유도된 Pd 촉매를 이용한 C-C 결합 형성 반응 개발: 염화알킬의 Mizoroki-Heck 반응: 광에너지로 유도된 Pd 시스템을 이용하여, 염화알킬을 라디칼 형태로 활성화시키고, 이중결합과의 첨가-산화-제거 반응을 통해 염화알킬의 MIzoroki-Heck반응을 개발.
■ C(sp³)-H 작용기 도입 반응의 위치 선택성 이해 데이터 구축: 전이금속 촉매의 리간드의 입체장애성 및 전자적 성질 조절을 통해 반응 선택성 스크리닝 등의 데이터 수집 및 분석을 실시하였으나, 뚜렷한 경향 및 선택성은 관찰되지 않았음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
■ 유기합성적, 촉매적으로 도전적인 새로운 C(sp³)-H 결합 작용기화 유기반응을 개발, 전통적 합성 방법에서 접근하지 못하였던 분자 합성법을 제시.
■ 제안된 C(sp³)-H 결합 활성화 기작에 대한 심도있는 메커니즘 연구를 진행함으로써, 추가적인 유기 반응 개발에 이용될 수 있는 단전자 메커니즘 기반 반응성에 대한 이해를 높이고, 이를 기반으로 새로운 합성법을 창출.
■ 촉매 작용 메커니즘 연구 및 반응 전략 개발 및 선택성의 이해를 통하여 학문적으로 도전적인 지향기 없는 일반적인 C(sp³)-H 작용기 도입에 새로운 방향을 제시.
■ 유기합성 및 분광학, 기초 광촉매 개념 등 다분야성의 연구를 통해 물리유기화학적 개념을 소양한 유기합성, 유기금속 촉매 분야 차세대 인력 양성.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• (1) C(sp3)-H 아실레이션 반응을 통한 카보닐 화합물 합성 ... 5
• (2) C(sp3)-H 결합의 활성화를 통한 트라이플루오르메틸화 반응 개발 ... 6
• (3) C(sp3)-H 시안화 반응 ... 8
• (4) C(sp3)-H 불소화 반응 개발 ... 9
• (5) 광유도된 Pd 촉매를 이용한 C-C 결합 형성 반응 개발: C(sp2)–H Alkylation ... 11
• (6) 광유도된 Pd 촉매를 이용한 C-C 결합 형성 반응 개발: 염화알킬의 Mizoroki-Heck 반응 ... 12
• (7) C(sp3)-H 작용기 도입 반응의 위치 선택성 이해 데이터 구축 ... 14
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 15
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 16
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 17
• 6. 자체점검표 ... 18
• 7. 참고문헌 ... 18
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 25
• 끝페이지 ... 35