The vicinal-diamine functionality is widely exploited as a source of chirality in many organic chemical processes. Chiral vicinal diamines have been used to develop numerous chiral catalysts including transition metal catalysts and organocatalysts. Many of these organocatalysts combine the chiral primary amine group with another functional group (thiourea, urea, sulfonamide, etc.). Inspired by natural enzymes, urea or guanidine structure from vicinal diamine was set as the catalyst to stabilize and deliver fluoride ion in order to develop catalytic asymmetric fluorination reaction. In the chiral diamine backbone, hydrogen bonding donors and a primary amine reaction center are introduced. N-heterocyclic carbenes (NHCs) have been widely used, but the design of chiral NHCs for enantioselective reactions remains as a challenge. we are working on obtaining C2-symmetric NHCs from trans-1,2-substituted ethylendiamines by the diaza-Cope rearrangement and N-arylation. These structures can be used for organocatalysts or transition metal ligands.
효소가 관여하는 자연계의 다양한 생물학적인 반응은 높은 효율성과 구조적 선택성을 유도할 수 있는 특징을 가지며, 이 때문에 유기 화학적 반응에 도입하여 인접형 다이아민은 많은 유기화학 반응 과정에서 거울상 이성질체에 대한 선택성을 이끌어내기 위한 방법으로 폭넓게 사용되고 있다. 이미 여러 종류의 합성 효소가 개발되었지만 그 효과는 자연계에 존재하는 천연 효소들에 비해 미미하여, 합성을 통한 새로운 촉매의 개발이 그 역할을 대신할 수 있을 것으로 기대한다. 특히 그 자체로 키랄성을 가진 인접형 다이아민의 경우, 전이 금속 촉매와 유기 촉매를 포함한 수 많은 촉매 반응 시스템에 사용되도록 개발되어 오고 있다. 이러한 형태의 유기 촉매는 한 개의 아민기와 다른 유도체가 도입된 또 다른 한 개의 아민 그룹을 가진 형태로 디자인되었다. 천연 효소로부터 영감을 얻어 urea와 guanidine을 기본 구조로 삼았으며, 기능적으로는 불소 음이온을 반응 중에 전달하여 비대칭 불소화 반응에 이용할 수 있도록 하는 것을 목표로 하였다. 이 구조의 촉매는 수소결합을 제공하여 음이온을 인지할 수 있고 자유 형태로 존재하는 아민기가 반응 중심으로 설정되어 해당 반응 지점에 음이온이 전달될 수 있도록 하고 있다. 또한, 불소 음이온이 아닌 다른 친핵종에 대해서도 적용 가능하여 asymmetric conjugate addition에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
다른 한 가지의 연구로는 N-헤테로고리 카빈 구조를 개발하여 오고 있다. 이는 반응성이 좋은 카빈 구조를 촉매로 이용하는 반응은 개발이 진행중이지만 이성질체 간의 선택성을 높이는 효과가 다소 미흡한 부분을 개선하고자 하는 목표로 설정되었다. C2-symmetric 카빈 구조를 디자인 하여 진행하고 있으며 그 합성법 또한 간단한 과정을 통해 촉매 구조를 얻을 수 있도록 하는 연구를 바탕으로 하였다. 이렇게 얻어진 N-헤테로고리 카빈 촉매는 다양한 유기 반응과 전이금속 촉매의 리간드로 활용될 수 있는 가능성이 높게 평가되고 있다.
