싸이오우레아의 유산소 산화적 탈황반응을 통한 구아니딘의 친환경 합성법 연구

국문 초록 (Abstract)

싸이오우레아의 유산소 산화적 탈황반응을 통한 구아니딘의 친환경 합성법 연구 구아니딘 (guanidine) 유도체는 생화학 및 의약화학 분야에서 중요한 질소 함유 화합물이다. 구아니딘 유도체는 강염기성 특성과 다중 수소결합 능력을 지니고 있어 단백질-리간드 상호작용에서 중요한 역할을 하며 효소 억제제, 항바이러스제, 항암제 등 다양한 의약품에 핵심적인 구조로 주목받고 있다. 또한, 기능성 재료와 고분자 화학에서도 구아니딘기의 활용 가능성이 확대되고 있어 보다 효율적이고 지속 가능한 합성법의 개발이 필요하다. 지금까지 보고된 구아니딘 합성법은 주로 당량의 금속 촉매를 활용하거나, 과량의 유기 산화제 (HgCl2, NaBiO3, H2O2)를 필요로 하는 접근이 많았다. 이는 반응성이 높지만, 과산화 부산물이나 과도한 산화 반응으로 인해 기질의 선택성이 저해되는 문제가 존재한다. 또한 이러한 조건들은 친환경적이지 않으며 후처리 과정에서 다량의 유해 폐기물을 발생시켜 산업적 응용으로 확대하기에는 한계가 있다. 이에 본 연구에서는 손쉽게 구할 수 있는 싸이오우레아 (thiourea)와 다양한 아민 기질로부터 구아니딘을 합성하는 최초의 유산소 산화반응 (aerobic oxidation)을 보고하고자 한다. 산소는 풍부하고 값이 저렴하며, 산화반응 후 물 (H2O)만을 부산물로 제공하는 이상적인 산화제이다. 그러나 구아니딘 합성에서 유산소 산화를 직접 적용한 예는 지금까지 보고된 바 없었다. 본 연구에서는 최적화된 촉매 시스템과 반응 조건을 통해 이러한 문제를 극복하였으며 산소 분자를 직접 산화제로, 촉매량의 촉매를 사용하여 간단하면서도 지속 가능한 합성법을 확립하였다. 주제어: 구아니딘, 싸이오우레아, 탈황, 유산소 산화 반응, 산소

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 i
• 목차 ii
• 표목차 iii
• 그림목차 iv
• 수식목차 v
• 제 1장 Introductions 1
• 1.1. Guanidines 1
• 1.2. Precursors for guanidine synthesis 2
• 1.3. Thiourea 4
• 제 2장 Development of aerobic oxidative desulfurization of thiourea 6
• 2.1. Previous works 6
• 2.1.1. Stoichiometric metal oxidants 6
• 2.1.2. Stoichiometric non-metallic oxidants 8
• 2.1.3. External energy-assisted conditions 11
• 2.2. Aerobic oxidation as a green synthetic strategy 14
• 2.2.1. Limitations of previous desulfurization strategies 14
• 2.2.2. Why O2 as an oxidant? 14
• 2.2.3. This work: O2-enabled catalytic synthesis of guanidines 15
• 제 3장 Green synthesis of guanidines 16
• 3.1. Optimizations 16
• 3.1.1. Catalyst screening and loading effect 16
• 3.1.2. Solvent screening 18
• 3.1.3. Substrate ratio and reaction time 19
• 3.1.4. General optimization conditions 20
• 3.2. Develop optimizations 21
• 3.2.1. Base screening on aniline model 21
• 3.2.2. Time screening 23
• 3.2.3. Intensified optimization conditions 24
• 3.3. Substrate Scope 25
• 3.3.1. Amine scope 25
• 3.3.2. Thiourea scope 27
• 3.3.3. Challenging amine scope 29
• 3.4. Scale-up 31
• 3.5. Mechanism Studies 32
• 3.5.1. Control experiments 32
• 3.5.2. Radical inhibition test 33
• 3.5.3. Intermediate trapping experiments 35
• 3.6. Conclusion 37
• 제 4장 Experimental 38
• 4.1. General consideration 38
• 4.2. Preparation of thiourea (starting materials) 39
• 4.2.1. Method A (EtOH, rt) 42
• 4.2.2. Method B (t-BuOH, reflux) 42
• 4.2.3. Method C (solvent-free or CH2Cl2-assisted, rt) 42
• 4.3. Optimizations of reaction conditions 43
• 4.3.1. Catalyst test and amount test 43
• 4.3.2. Solvent test 44
• 4.3.3. Amine amount test 45
• 4.3.4. Base test 46
• 4.4. General procedures for guanidines 47
• 4.5. Intesified procedures for guanidines 48
• 4.6. Scale-up procedures for guanidines 48
• 4.7. Mechanistic Studies 49
• 4.7.1. Control experiments 49
• 4.7.2. Radical inhibition tests 49
• 4.7.3. Intermediate trapping experiments 50
• 제 5장 Spectral data 51
• 5.1. Spectral data of compounds synthesized in this Study 51
• 5.2. 1H, 13C, 19F NMR spectra 73
• 참고문헌 111
• Abstract 113