Selective dearomatization of N-heteroarenes has recently attracted much interest from researchers because the resulting products are useful building blocks to synthesize valuable pharmaceutical or natural compounds. In this context, the catalyst plays the key role to control the selectivity. In this thesis, we developed 1,2-selective dearomatizations of N-heteroarenes using iridium and N-heterocyclic carbene catalysts. We studied functional group tolerance, mechanism determining the selectivity, and the applicability in our catalytic systems.
In the first study, we developed 1,2-hydrosilylation of pyridines and quinolines via transition metal catalyst. While several catalytic systems have been developed for the selective dearomatization of pyridines via 1,4-hydrosilylation, but no catalytic system through 1,2-hydrosilylation has been reported. On the basis of mechanistic assumption, we discovered the first catalytic system for 1,2-hydrosilylation of pyridines and quinolines using commercially available iridium precursor and silane.
In the second study, we developed 1,2-hydroboration of quinolines with N-heterocyclic carbene. The previous catalytic systems were problematic in applications toward dearomatization of complex N-heterocycles due to the low regioselectivity and lack of functional group tolerance. To overcome these issues, we developed 1,2-hydroboration of quinolines using neutral Lewis base, N-heterocyclic carbene, displaying the high regioselectivity and good functional group compatibility.
질소 헤테로 방향족의 선택적인 탈방향족화 반응은 그 생성 물질 혹은 변형된 화합물이 의약 혹은 천연물 합성에 중요한 구성 물질이 될 수 있기 때문에 많은 연구자의 관심을 끌고 있다. 이러한 선택적 탈방향족화 반응을 개발하는 데 있어 촉매는 선택성에 가장 큰 영향을 주는 요소 중 하나이다. 본 연구에서는 이리듐 금속과 질소 고리 카빈을 촉매로 사용하여 질소를 함유하는 헤테로 방향족 화합물의 1,2-위치를 선택적으로 탈방향족화하는 반응을 개발하였다. 이 촉매 시스템이 다양한 작용기에 주는 영향, 선택성의 근원이 되는 핵심 메커니즘, 그리고 반응의 응용성을 연구하였다.
첫째로, 리간드가 필요 없는 이리듐 이합체를 이용하여 피리딘과 퀴놀린의 1,2-선택성을 가진 수소규소화 반응을 개발하였다. 지금까지 피리딘 기질을 사용하여 1,4-선택성을 가진 탈방향족화 수소규소화 반응을 위한 촉매는 개발되어 왔지만, 1,2-선택성의 수소규소화 반응을 보내는 촉매 시스템은 아직 개발되어 있지 않았다. 메커니즘적 설계로, 상업적으로 쉽게 구할 수 있는 이리듐 전구체와 규소를 이용하여 피리딘과 퀴놀린의 1,2-수소규소화 반응을 개발하였다.
둘째로, 비전이금속 촉매인 질소 고린 카빈을 사용하여 퀴놀린의 1,2-선택성을 가진 수소붕소화 반응을 개발하였다. 기존에 알려진 촉매 시스템은 낮은 구조 및 작용기 선택성 때문에 실제 복잡한 유기합성에 적용하기 어려운 문제가 있다. 이를 극복하고자, 중성 루이스 염기인 질소 고리 카빈과 붕소를 이용하여 높은 구조 선택성을 가지며 다른 작용기에도 영향이 적은 퀴놀린의 1,2-수소붕소화 반응을 개발하였다.
