구리 촉매를 이용한 효율적인 phenol 및 thiophenol 합성법 연구

Abstract

Phenol과 thiophenol은 천연 또는 합성 물질들의 중요한 중간체로 효율적 합성법이 지속적으로 연구되고 있다. 특히 최근에는 팔라듐, 구리와 같은 전이금속을 촉매로 하여 온화한 합성법이 활발히 연구 개발되고 있다. 본 연구에서는 2-dimethylaminoethanol을 이용하여 C-O 결합반응 및 절단반응을 한 단계로 진행시켜 페놀을 합성하였다. Cu2O를 촉매로 하고 KOH와 DMSO/H2O를 각각 염기 및 용매로 이용하여 100 ℃에서 아릴 할라이드와 2-dimethylaminoethanol을 반응하면 C-O 결합반응으로 아릴-OCH2CH2NMe2가 생성되고, 이 생성물은 곧바로 분자 내 절단반응으로 페놀로 전환되었다. 그 결과 단일 단계 반응으로 다양한 작용기(알킬기, 하이드록시기, 니트로기 등)를 갖는 페놀을 합성할 수 있었다. Thiophenol은 금속에 독성을 보일 뿐 아니라 높은 반응성으로 쉽게 산화되어 sulfide 또는 disulfide로 전환되는 경향이 강하다. 그렇기 때문에 phenol에 비해 전이 금속을 이용한 합성이 어려운 것으로 알려져 있다. 그러나, 본 연구에서는 phenol의 합성법과 유사하게 아릴 할라이드와 1,2-ethanedithiol을 촉매(CuSO4·5H2O)를 이용한 염기 조건(KOH 또는 Cs2CO3)에서 반응시켜 C(aryl)-S 결합 생성물을 얻고 바로 S-C(alkyl)의 절단으로 다양한 thiophenol을 부반응 없이 단일 단계로 합성할 수 있었다.|Phenols and thiophenols are important synthetic intermediates in organic transformation and also frequently occurring in biologically active natural products. In recent years, transition metal catalyzed coupling reactions have made a huge progress in developing new methods for the synthesis of phenols and thiophenols. In this thesis, copper catalyzed single-step synthetic protocols for phenols and thiophenols are studied. 2-Dimethylaminoethanol was used as coupling partner with aryl halides in the presence of Cu2O as catalyst and KOH as base in aqueous DMSO at 100 ℃. The resulting coupled product, aryl 2-dimethylaminoethyl ethers, were in situ cleaved and afforded phenols in single step. Aryl halides including iodides, bromides and chlorides were effectively converted to corresponding phenols in good to excellent yields. A broad range of functional groups, such as alkyl, hydroxy group and nitro group were tolerated in this reaction protocol. Thiophenols are more difficult to be synthesized than phenols because sulfur is considered “poisonous” to transition metal catalysts and thiophenols are suffered from oxidation to form disulfides or sulfides. Encouraged by our work in phenols, thiophenols are expected to be synthesized in a similar way. In fact, an efficient synthetic route for thiophenols from aryl halides was also developed using copper catalyst and 1,2-ethanedithiol. The reaction occurred at 90 ℃ in DMSO employing CuSO4·5H2O as catalyst and KOH or Cs2CO3 as base and thiophenols are predominately formed without any side product. Various thiophenols were obtained in satisfying yields in a very simple way.