초음파 처리는 Suzuki 커플링 반응을 가속한다
Suzuki 교차 커플링(Suzuki–Miyaura 커플링이라고도 함)은 비페닐 유도체, 비닐 방향족 화합물(예: 스티렌류), 폴리올레핀 및 브로민화 알킬을 합성하기 위한 유기 반응이다. 반응 출발 물질은 아릴보론산 또는 비닐보론산과 아릴 할라이드 또는 비닐 할라이드이며, 팔라듐(0) 착물이 촉매로 작용한다. 이 촉매는 나노소재 기반 촉매의 형태일 수도 있다.
Suzuki 커플링 반응에서는 초음파가 전체 반응을 가속하는 것으로 밝혀졌다. 이 글에서는 초음파를 통한 Suzuki 커플링 반응의 개선에 관한 여러 연구 결과를 개괄한다.
Zhang 등(2008)의 연구는 순수한 물에서 쉽게 얻을 수 있는 리간드가 없는 사이클로팔라듐화 페로세닐이민을 이용하면, TBAB 존재하에서 초음파가 페닐보론산과 아릴 할라이드의 불균일계 Suzuki 커플링 반응을 촉진한다는 것을 입증했다. 아릴 클로라이드의 커플링에서는 중간 수준에서 우수한 수준의 수율이 보고되었다. 기존 가열 방식과 비교했을 때 초음파 보조 커플링 반응은 크게 가속되었다. 또한 이 반응 개선 방법은 무독성·불연성 용매를 사용하여 합성 작업을 용이하고 안전하게 한다는 큰 장점이 있다.
Rajagopal 등은 연구에서 클로로벤젠을 포함한 할로벤젠과 페닐보론산의 팔라듐 촉매 Suzuki 교차 커플링 반응이 포스핀 리간드 없이 주변 온도(30 °C)에서 초음파 조사하에 공용매인 메탄올과 함께 이온성 액체인 1,3-다이–부틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트 [bbim][BF4]를 사용하여 달성되었음을 살펴보았다. [Rajagopal et al. 2002, p. 616]
반응식 1: 초음파 보조 Suzuki 커플링 [Rajagopal et al. 2002, p. 616]
Hielscher의 UIP1500hd에는 플로우 셀이 장착되어 있으며, 이는 유통식 모드의 화학 공정을 위한 강력한 1.5kW 초음파 처리 장치이다
Sonogashira 교차 커플링 반응
초음파는 Sonogashira 커플링 반응도 매우 효과적으로 촉진하는 것으로 밝혀졌다. Sonogashira 교차 커플링 역시 팔라듐을 촉매로 사용하며, 실온, 수성 매질, 온화한 염기의 사용과 같은 온화한 조건에서 탄소–탄소(C-C) 결합을 유기 합성하는 데 사용된다. 이 반응은 복잡한 분자를 합성하기 위해 제약 및 화학 산업에서 널리 사용된다.
리간드, 구리 및 아민 없이 팔라듐 촉매를 사용하여 단일 용기에서 벤조[b]퓨란/나이트로 벤조[b]퓨란을 주변 온도에서 초음파 처리를 이용한 Sonogashira 커플링–5-endo-dig 고리화를 통해 간편하게 합성한다. 초음파화학적 효과는 이 반응에 매우 긍정적인 영향을 미쳤다. [참조: Palimkar et al. 2008]
문헌 및 참고자료
- Oxley, J. D.; Prozorov, T.; Suslick, K. S. (2003): 실온 이온성 액체의 초음파화학 및 초음파발광. 수록: Journal of American Chemical Society 125/2003. pp. 11138–11139.
- Palimkar, S. S.; More, V. S.; Srinivasan, K. V. (2008): 초음파로 촉진되는 구리, 리간드 및 아민을 사용하지 않는 벤조[b]퓨란/나이트로 벤조[b]퓨란 합성: Sonogashira 커플링–5-endo-dig 고리화를 통한 합성. 수록: Ultrasonics Sonochemistry 15/2008. pp. 853–862.
- Rajagopal, R.; Jarikote, D. V.; Srinivasan, K. V. (2002): 주변 조건에서 이온성 액체 내 초음파로 촉진되는 Suzuki 교차 커플링 반응. 수록: Chemical Communications 6/2002. pp. 616–617.
- Zhang, J.; Yang, F,; Ren, G.; Mak, Th. C. W.; Song, M.; Wu, Y. (2008): 순수한 물에서 사이클로팔라듐화 페로세닐이민을 촉매로 사용하는 Suzuki 반응의 초음파 조사에 의한 가속. 수록: Ultrasonics Sonochemistry 15/2008. pp. 115–118.