광산화환원 촉매 및 산촉매를 이용한 피페리딘 및 피롤리딘 유도체의 효율적 합성법 개발 = Development of Efficient Synthetic Methods for Piperidine and Pyrrolidine Derivatives via Photoredox and Acid Catalysis

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서는 다양한 생리학적 활성을 가지는 질소를 포함하는 헤테로 고리 화합물중 피페리딘(piperidine)과 피롤리딘(pyrrolidine)을 저렴하고 구하기 쉬운 알켄으로부터 합성하는 새로운 합성법을 개발하려고 하였다. 피페리딘 화합물의 경우 광산화환원 촉매를 이용하여 질소 중심 라디칼을 형성한 뒤 4+2 고리화 반응을 유도하는 반응 경로를 설계하였다. 그러나 출발 물질의 급격한 분해로 인해 목표 화합물의 분리, 확보가 제한되는 한계를 확인하였다. 다음으로, 피롤리딘 화합물의 경우 알켄을 출발 물질로 하여 1-[(4-methylphenyl)sulfonyl]-2,3-dipropylaziridine과 같은 aziridine을 성공적으로 합성하였고, 이를 기반으로 산촉매(TfOH)를 이용한 C–N 결합 활성화를 통해 고리 개방 후 두 단계의 hydride shift가 연속적으로 진행되는 새로운 고리 형성 경로를 확립하였다. 이를 통해 2- methyl-1-[(4-methylphenyl)sulfonyl]-5-propylpyrrolidine과 같은 피롤리딘 화합물을 성공적으로 합성하였다. 이러한 연구는 aziridine을 중간체로 활용한 피롤리딘 형성을 가능하게하고, 향후 다양한 치환 패턴을 갖는 기질에 적용 가능한 확장성 높은 질소 헤테로고리 합성 전략으로 발전할 수 있을 것으로 기대된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

We aimed to develop a novel synthetic method for synthesizing piperidine and pyrrolidine, two nitrogen-containing heterocyclic compounds with diverse physiological activities, from inexpensive and readily available alkenes. For piperidine compounds, a reaction pathway was designed that uses a photoredox catalyst to form a nitrogen-centered radical followed by a 4+2 cyclization. However, the rapid decomposition of the starting material limited the isolation and acquisition of the target compound. Next, for pyrrolidine compounds, we successfully synthesized aziridines from alkenes. Based on this, we established a novel ring formation pathway that involves C–N bond activation using an acid catalyst (TfOH) followed by two consecutive hydride shifts after ring opening. Through this, pyrrolidine compounds were successfully synthesized. This research enables the formation of pyrrolidines using aziridine as an intermediate and is expected to lead to the development of a highly scalable nitrogen heterocycle synthesis strategy applicable to substrates with diverse substitution patterns.

목차 (Table of Contents)

• 표 목차 iii
• 그림목차 iv
• ABSTRACT ⅵ
• 제1장. 서론 1
• 1. 질소를 포함한 헤테로고리 화합물 1
• 1.1 헤테로고리 화합물 1
• 1.2 질소가 포함된 헤테로고리 화합물의 중요성 2
• 2. 피페리딘과 피롤리딘 화합물 3
• 2.1 피페리딘 화합물의 중요성 3
• 2.2 피페리딘 화합물의 기존 합성법 4
• 2.3 피롤리딘 화합물의 중요성 9
• 2.4 피롤리딘 화합물의 기존 합성법 10
• 3. 광산화환원 촉매 13
• 3.1 광산화환원 촉매의 활용 13
• 3.2 PCET 반응 14
• 제2장. 결과 및 고찰 18
• 1. 광산화환원 촉매를 이용한 피페리딘 합성 18
• 2. 산촉매를 이용한 피롤리딘 합성 22
• 2.1 Alkene을 통한 아지리딘 합성 22
• 2.2 피롤리딘 합성 25
• 제3장. 실험 28
• 1. 시약 28
• 2. 분석기기 28
• 3. 합성방법 29
• 제4장. 결론 42
• 참고문헌 43
• 국문 초록 47