Part 1. A Versatile Rh(I) Catalyst System Enabling the Addition of Heteroarenes to both Alkenes and Alkynes via C-H Bond Activation Pathway
A highly efficient and convenient rhodium catalyst system was developed for the direct hydroheteroarylation of unsatuated compounds with heteroarenes. A base cocatalyst was found to facilitate the key arene C-H bond activation step which is believed to proceed via a base-assisted pathway. Substrate scope was very broad to include both electron-deficient pyridine N-oxides and electron-rich azoles. The identical catalytic system was successfully applied to the hydroheteroarylation of both alkenes and alkynes with excellent regio- and stereoselectivity.
Part 2. Rhodium-Catalyzed Direct C-H Amination of Benzamides with Aryl Azides: A Novel Synthetic Route to Diarylamines
Direct amination of arene using aryl azides was developed for yielding structurally interesting diarylamine derivatives which have versatile synthetic and medicinal utilities. This can be the first example of rhodium catalyzed direct amination method for delivering anilino group into (hetero)arenes. A range of arene substrates were selectively aminated in high yields with excellent functional group tolerance. The amination requires no external oxidants releasing N2 as the single by-product, thus offering an environmentally benign procedure.
본 연구에서는 다른 성격의 로듐 촉매 시스템을 각각 적용하여 탄소-수소 결합 활성화 방법에 따른 탄소-탄소, 탄소-질소 간 결합 형성 반응을 개발할 수 있었다.
첫째로, 로듐(I) 촉매 시스템을 이용하여 알켄과 알카인을 일련의 헤테로 고리화합물에 동시에 첨가시킬 수 있게 하는 방법론을 개발하였다. 지향성기 없이 직접적으로 알킬기 또는 알케닐기가 치환된 헤테로고리화합물을 생성시킬 수 있는 반응은 지향성기의 도움을 받는 첨가반응에 비해 희소했을 뿐만 아니라 여러 가지 반응조건의 한계로 인해 개선의 여지가 필요했다. 본 연구에서는 적절한 두자리 포스핀 리간드의 선택과 촉매량 만큼의 염기 첨가제의 역할을 통해 촉매 시스템의 높은 반응성을 획득할 수 있었다. 전자가 상대적으로 부족한 N-옥사이드 형태의 피리딘이나 퀴놀린, 그리고 피라진과 같은 헤테로 고리화합물 뿐만 아니라 전자가 풍부한 아졸류 형태의 헤테로 고리화합물 모두 높은 수득율을 보였다. 또한, 다양한 종류의 알켄과 알카인 모두 위치선택적으로, 입체선택적으로 첨가될 수 있음을 확인하였다. 메커니즘 연구를 통해 촉매량 만큼의 염기 첨가제는 중심 로듐 촉매와 매개되어 탄소-수소 결합 활성화 단계를 촉진시킨다는 것을 간접적으로 확인했다.
둘째로, 로듐(III) 촉매 시스템하에 아릴 아자이드를 반응제로 이용한 바이아릴 화합물의 합성과 관련된 방법론을 개발하였다. 카보닐 그룹을 지향성기로 이용하여 ortho위치에 선택적으로 아미네이션 시키는 전략은 부산물을 오로지 질소 가스만으로 제한시킴과 동시에 구조적으로 매우 유용한 ortho-카보닐 바이아릴 유도체를 제공해준다. 이는 생체내에서 작동하는 억제제 및 비스테로이드성 항염제의 핵심 주요골격이 됨과 동시에 수 많은 헤테로 고리화합물의 합성 전구체가 된다. 본 촉매시스템은 높은 기질 적용성 및 작용기 내구성뿐만 아니라 제거 가능한 피리미딜 그룹의 지향효과를 통해 인돌의 위치선택적인 아미네이션 역시 가능하게 하였다. 더욱이 본 반응은 팔라듐촉매의 짝지움 반응과 연계되어 카바졸의 합성을 매우 효율적으로 이룩하게 하였다.
