Ruthenium-Catalyzed Oxidative Kinetic Resolution of Secondary Alcohol with Molecular Oxygen
Oxidation of alcohol to ketone is one of the most useful transformations in organic reactions and natural product synthesis. To carry out these types of oxidation, several oxidants are devised and, among those, catalytic methods using transition metal species are regarded as the most efficient procedure. In our laboratory, we have reported the oxidation of sec-alcohol with ruthenium catalysis. The significance of these experiments is to separate the enantiomers based on the difference of the oxidation rate, not just simply converting alcohol to ketone. Separation of enantiomers by rate difference of reaction is known in the case of palladium system. Because ruthenium catalyst has various oxidation states, we used ruthenium catalyst for the oxidation of alcohols under oxygen atmosphere. Ruthenium is able to carry out the oxidation reaction of alcohol efficiently. However, separation of enantiomers based on the difference in the rate of reaction was somewhat difficult with ruthenium. This limitation is due to the fact that when ruthenium catalyst participates in the oxidation reaction, the catalyst remains in reduced form, unable to carry out next catalytic cycle. Also, the reversibility of the reaction under the catalysis causes racemization of the enantiomers. We tried to design an efficient system with ruthenium which has various oxidation states, however, ended up being retarded by the oxo-philic characteristic and racemization ability of ruthenium catalyst.
대표적인 작용기인 알코올을 케톤으로 산화시키는 반응은 유기화학의 여러 반응이나 천연물의 합성에서도 매우 중요한 과정이다. 이런 산화반응을 수행하기 위한 여러 가지 산화제를 사용하는 방법이 개발되어있지만, 그 중에서 전이금속 촉매를 적은 량 사용하여 효과적으로 반응을 수행 할 수 있는 반응방법은 경제적으로나 환경적인 면에서도 매우 매력적인 반응으로 여겨진다. 실험실에서 이전에 보고한 루테늄 촉매를 이용한 2차 알코올의 산화를 이용하여 2차 알코올의 카이랄 분리반응방법을 개발하고자 하였다. 산화반응에서 반응 속도 차이를 이용한 이성질체 분리 반응은 최근에 팔라듐 촉매를 이용하여 보고 되었으나, 다양한 산화상태를 가지는 루테늄 촉매를 이용하여 산소 조건 하에서의 반응을 확인해보았다. 루테늄 전이금속 촉매를 이용한 알코올의 산화 반응은 효과적으로 수행되지만, 이성질체를 분리하기 위한 반응에서는 그 한계를 나타내었다. $[RuCl_2(p-cymene)]_2$ 촉매가 반응에 참여한 후 재생되어서 계속해서 반응에 참여하지 못하고 촉매 자체가 산화된 형태로 쉽게 전환되었으며, 반응의 가역성 때문에 촉매의 존재 하에서 라세미화를 일으키는 것을 확인하였다. 팔라듐 시스템에 비하여 좀 더 다양한 산화상태를 가지는 유리한 반응을 설계하고 실험을 수행하였으나, 루테늄 시스템 자체가 가지고 있는 라세미화와 친산소적인 성질로 인하여 효율적이며 선택적인 이성질체 분리에는 다소 한계가 있음을 확인하였다.
