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새로운 촉매적 유기 합성법 개발: 락탐 합성, 사이아노하이드린 탈수소화 반응, 아릴 할라이드의 사이안화 광촉매 반응
학위논문 (박사)-- 서울대학교 대학원 : 자연과학대학 화학부, 2018. 8. Soon Hyeok Hong.보다 녹색 화학적이면서도 효율적인 화학 합성법을 개발하는 것은, 유기 합성 분야뿐 아니라 인류 사회에 있어서 매우 중요한 화두이다. 널리 이용되는 대다수의 유기 합성법은 고효율이라는 장점은 있지만 1) 반응성 향상을 위한 반응물 전처리 과정이 필요하거나, 2) 고온, 고압의 혹독한 반응 조건, 3) 독성 시약 또는 4) 과량의 시약을 사용함으로써 5) 비용 및 이에 수반된 폐기물 처리 등의 문제가 있다. 화석 원료의 고갈, 기후 변화, 환경 문제에 직면한 국제사회는 이를 해결하기 위한 녹색화학적인 유기합성법 개발을 요구하고 있다. 한편, 고분자로 대표되는 상용품 생산 공정 및 의약물 기능을 향상할 높은 선택성 및 효율을 가진 유기 합성법 개발 또한 끊임없이 요구되고 있는 실정이다.
따라서 지속 가능한 녹색 화학은 21세기 화학 연구에 있어서 필수적인 규율로 자리 잡았다. 이 개념은 분자 단위 수준에서 위험한 물질의 사용 및 생성을 줄이려는 노력에서 출발한다. 이 맥락에서 화학 공정은 다음과 같은 기준에 의거하여 수행해야 한다. 1) 폐기물 생성을 지양하고, 2) 에너지 효율과 3) 원자 및 반응 단계 경제성을 추구하며, 4) 가급적 덜 해로운 합성을 도모하고, 5) 반응물의 활성화 전처리를 피해야 한다. 이에, 유기금속 촉매법은 녹색 화학 및 효율적인 유기 합성 화학이라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있는 해결책으로 주목 받고 있다. 기존 전통적인 합성법과는 달리, 유기금속 촉매 반응은 전이 금속과 그 리간드의 상호 작용에 의한 독특한 메커니즘을 통해 촉매 조건에서 이뤄진다. 본 연구는, 정밀하게 구상된 유기 금속 촉매를 기반으로 한 알코올 활성화와 구리-광촉매 작용이라는 두 가지 반응물 활성화 방식을 도입하여, 기초 물질로부터 고부가 가치 물질을 합성하는 친환경적이면서도 효율적인 합성법 개발 과정을 다룬다. 구체적으로는 메커니즘에 기반하여 반응성 실현 전략을 구축하고 (유기화학), 핵심 단계를 매개하는 촉매와 리간드를 디자인하여 반응성을 구현하려는 과정이 담겨 있다 (유기금속화학). 더불어, 개발한 촉매 작용을 이해하고 궁극적으로 반응 개선을 위해 전자, 입체적 성질을 기준으로 수행한 메커니즘 연구 과정이 포함된다 (촉매작용).
파트 1은 총 3가지 챕터를 통해 알코올 활성화의 개념을 소개하고 연쇄적인 탄소-질소 결합 형성 반응을 바탕으로 한 락탐 합성법 개발 및 사이아노하이드린 탈수소화 반응 개발이라는 두 적용 사례를 다룬다. 전이 금속 촉매에 의한 알코올 탈수소화 반응은 알코올 활성화 전략의 하나로서 유용한 합성 전구체인 카보닐 물질을 생성하여 추후 화학 반응에 적용할 수 있는 가능성을 열고 있다 (챕터 1). 알킬 할라이드나 산화제 등의 높은 반응성을 가진 시약을 배제한 조건에서도, 이를 적용함으로써 원자 경제적인 알코올의 탈수소화 관련 반응을 실현할 수 있다. 이에, 우리는 이리듐 촉매 하에 단계 경제적으로 질소-치환된 락탐을 합성하는 촉매법을 최초로 개발하였다 (챕터 2). 본 연구를 통해 [Cp*Ir] 유기금속 착물이 락톤과 아민으로부터 탈수소화적인 탄소-질소 결합 형성 반응을 촉매적으로 매개할 수 있음을 밝혔다. 메커니즘 연구를 통해 본 반응은 기존의 비촉매적 락탐 합성법과는 달리, 세 가지 단계(락톤으로부터 아마이드 결합 형성, 하이드록시 아마이드 중간체의 N-알킬화 반응, 아미노 아마이드 중간체의 분자 내 아마이드 교체 반응)를 통해 락탐을 생성한다는 사실을 밝혔다. 챕터 3에서는 수소 받개 없이 알코올을 탈수소화는 전략을 기반으로, 염기 없이 루테늄 촉매를 이용하여 사이아노하이드린을 탈수소화하는 촉매 반응을 최초로 개발한 과정이 서술된다. 두 자리 포스핀 리간드를 지닌 루테늄(II) 아렌 착물을 도입하여 열역학적으로 더 선호되는 방향 (시안화수소 분출을 통한 알데히드 형성 반응) 대신 반응 속도론적 지배를 통한 탈수소화 반응을 이룩하였다. 또한 촉매 활성도 및 반응 선택성 향상을 위해 루테늄 촉매를 구성하는 리간드, 배위 방식, 짝이온의 영향을 탐구하였다. 루테늄-알콕사이드 물질을 실험적으로 관찰함으로써 선택적인 탈수소화 반응이 베타-하이드라이드 제거 반응을 따름을 핵심 메커니즘으로 제시하였다.
파트 2는 두 챕터에 걸쳐 교차 짝지음 (cross-coupling) 반응을 매개하는 구리 광촉매 작용을 소개하고 방향족 할로겐 물질의 사이안화 반응에 대한 그 적용 사례를 다룬다. 전통적인 유기 반응에서 반응성 활성화를 위해 자주 사용되는 가열과는 달리, 광촉매 작용은 보다 환경 친화적인 방식으로 분자를 활성화시킬 수 있는 방법으로서 최근 주목 받고 있다. 이 방식은 빛의 조사를 통해 제공되는 광자를 이용해 광촉매를 활성화 시켜, 들뜬 광촉매로 하여금 에너지 전달 또는 단일 전자 전달(SET) 과정을 촉매적으로 매개하도록 유도한다. 한편 이 분야에서 주로 쓰이는 루테늄 및 이리듐 기반의 광-산화환원(photoredox) 촉매 작용과 비교하여, 구리 광촉매 작용은 비용, 안정성, 및 반응 활성도 면에서 그 대안으로 주목 받고 있다. 특히, 특정 구리(I) 착물의 경우 온화한 조건에서 단일 전자 전달 반응 매개뿐 아니라 교차 짝지음 반응에 직접적으로 참여하는 반응성을 가진다고 알려져 있다. 이 점에 착안하여, 챕터 5에서는 쉽게 도입 가능한 구리(I)-비스이민 촉매 하에 상온에서 방향족 할로젠 물질을 선택적으로 사이안화하는 최초의 광촉매 반응 개발을 소개한다. 기존에 개발된 이전자 전달 과정을 따르는 구리 촉매법과는 달리, 본 구리 광촉매법은 단일 전자 전달 과정을 통해 뛰어난 작용기-허용성(functional group tolerance)을 보여준다. 이 반응은 기존에 적용이 어려웠던 아민, 카르복실산 및 아미노산 등 여러 작용기의 적용이 가능하며, SN2 반응에 취약한 알킬 클로라이드에 대해 뛰어난 화학선택성 (chemoselectivity)을 보인다.
본 연구 과정을 통해, 우리는 알코올 활성화와 광촉매 작용이라는 두 종류의 반응물 활성화 전략을 통해 보다 간단한 반응물로부터 고부가 가치 물질을 생성할 수 있는 효율적이면서도 새로운 세 가지의 합성법을 구축하였다. 또한 그 합성적 효용 및 메커니즘 연구를 통해 개발된 촉매 합성법의 적용 범위를 한층 넓힐 수 있는 가능성을 제시하였다.
주요어: 유기 화학, 유기금속 촉매법, 녹색 화학, 전이 금속 촉매, 촉매-리간드 디자인, 알코올 액티베이션, 광촉매 작용, 락탐, 아실 사이아니드, 방향족 나이트릴
학번: 2013-20256Table of Contents
Abstract i
Table of Contents v
List of Tables xii
List of Schemes xiii
List of Figures xvii
List of Abbreviations xviii
Part I – Alcohol Activation and its Application for Lactam Synthesis via Tandem C–N Bond Formation and Dehydrogenation of Cyanohydrins (Chapter 1-3)
Chapter 1. Dehydrogenative Alcohol Activation for Oxidation of Alcohols and N-Alkylation of Amines
1.1 Introduction 1
1.2 Oxidation of alcohols 3
1.2.1 Traditional methods using stoichiometric oxidants and the origin of reactivity 3
1.2.2 Catalytic methods using transition metal complexes: with hydrogen acceptors or acceptorless condition 5
1.2.3 Representative methods for acceptorless alcohol dehydrogenation: Rh, Ru, Ir and 1st-row transition metal based catalytic systems 9
1.2.4 Selective AAD of primary alcohol to aldehyde 15
1.3 Redox-neutral alcohol activation: N-alkylation of amines with alcohols 17
1.3.1 Importance of organonitrogen compounds and their traditional syntheses 18
1.3.2 Representative homogeneous catalytic methods for N-alkylation of amines with alcohols: two major precious metal Ru- and Ir-based systems 20
1.3.3 Representative homogeneous catalytic methods for N-alkylation of amines with alcohols: base metal-based catalytic systems 28
1.4 Conclusion 32
1.5 References 33
Chapter 2. Iridium-Catalyzed Single-Step N-Substituted Lactam Synthesis from Lactones and Amines
2.1 Introduction 39
2.2 Results and discussion 41
2.2.1 Optimization for lactam synthesis from lactones and amines 41
2.2.2 Substrate scope 44
2.2.3 Mechanistic studies 47
2.2.4 Chemoselectivity of the reaction of alcohols and amines for two different C–N bond formations: N-alkylation and amide formation 51
2.3 Conclusion 57
2.4 Experimental section 58
2.4.1 General considerations 58
2.4.2 General procedure for lactam synthesis from lactones and amines 59
2.4.3 Procedure for kinetic study 60
2.4.4 Characterization of compounds 61
2.5 References 69
Chapter 3. Acceptorless and Base-free Dehydrogenation of Cyanohydrin with (η6-arene)halide(bidentate phosphine)ruthenium(II) Complex
3.1 Introduction 73
3.2 Results and discussion 77
3.2.1 Optimization for dehydrogenation of cyanohydrins 77
3.2.2 The effects of the nature of the catalyst on the selective dehydrogenation 81
3.2.3 Substrate scope 84
3.2.4 Mechanistic studies 86
3.3 Conclusion 90
3.4 Experimental section 91
3.4.1 General considerations 91
3.4.2 Substrate and catalyst preparation 92
3.4.2.1 Preparation of cyanohydrins 92
3.4.2.2 Preparation of catalysts 93
3.4.2.2.1 Preparation of catalyst precursors 93
3.4.2.2.2 Preparation of dppe derivatives 93
3.4.2.2.3 Preparation of catalyst 5 95
3.4.2.2.4 Preparation of trans-[RuCl2(PP)2] 99
3.4.3 General procedure for acceptorless and base-free dehydrogenation of cyanohydrin and isolation 100
3.4.4 Mechanistic investigation 101
3.4.4.1 Substoichiometric reactions of [Ru(benzene)Cl2] with dppe and 1a [Figure 3.1] 101
3.4.4.2 Catalytic activity of trans-[RuCl2(PP)2] 102
3.4.4.3 Coordination mode: the reaction of [Ru(benzene)Cl(dppe)]Cl with cyanohydrin 1m [Figure 3.2–3.3] 103
3.4.5 Calculation 104
3.4.5.1 General computational method 104
3.4.5.2 References for computation 105
3.4.5.3 Raw energy data 107
3.4.6 Characterization of products 109
3.5 References 116
Part II – Copper-based Photocatalyst for Cross-Coupling Reactions and its Application for Cyanation of Aromatic Halides (Chapters 4-5)
Chapter 4. Copper-based Photocatalysis for Cross-Coupling Reaction
4.1 Introduction 121
4.2 Copper photocatalysis for organic synthesis 123
4.2.1 Electronic, geometric, and photophysical properties of copper(I) complexes 124
4.2.2 Copper photocatalysis for [2+2] cycloaddition and atom transfer radical addition (ATRA) 126
4.3 Copper-based photocatalysis for cross-coupling reactions 129
4.3.1 Pioneering works of Fu and Peters groups in copper photocatalysis for cross-coupling reactions 129
4.3.2 Mechanistic investigation of copper photocatalysis for cross-coupling reactions by Fu and Peters groups 140
4.3.3 Contributions of other groups in copper photocatalysis for cross-coupling reactions 145
4.4 Conclusion 147
4.5 References 148
Chapter 5. Photoinduced Copper(I)-Catalyzed Cyanation of Aromatic Halides at Room Temperature
5.1 Introduction 152
5.2 Results and discussion 154
5.2.1 Optimization for cyanation of aromatic halides 154
5.2.2 Substrate scope 156
5.2.3 Chemoselectivity of the method 160
5.2.4 Mechanistic investigation 161
5.3 Conclusion 165
5.4 Experimental section 166
5.4.1 General considerations 166
5.4.2 Catalyst and substrate preparation 167
5.4.2.1 Preparation of bisimines 167
5.4.2.2 Preparation of CuX-bisimine complexes 170
5.4.2.3 Preparation of substrate 172
5.4.3 Experimental setup and general procedure for photoinduced copper catalyzed cyanation of aryl halides 175
5.4.3.1 Photoreaction setup 175
5.4.3.2 General procedure 176
5.4.4 Additional screening tables 177
5.4.5 Reactivity comparison ([CuI(bisimine-CN)] and [CuI]) 180
5.4.6 Mechanistic investigation (light-dark experiment, radical scavenger, kinetic profile, and kinetic order) 181
5.4.6.1 Light-dark experiment (Figure 5.1) 181
5.4.6.2 Inhibition by radical scavenger 182
5.4.6.3 Kinetic profile (Figure 5.1) 182
5.4.6.4 Kinetic order 183
5.4.7 Characterization of products 185
5.4.7.1 Protection of carboxylic groups 185
5.4.7.2 Protection of amino acid 186
5.4.7.3 Characterization of products 188
5.5 Notes and References 204Docto
Practice of integrated sportsmanship education in the school sports club and changes in students
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 체육교육과, 2011.2. 최의창.Maste
Effects of Volume Ratio of Lower Bainite and Tempered Martensite on the Strength of Valve Spring Steel
Maste
(A) study on the development of the statistical information system on health and welfare based on the Enterprise Information Portal (EIP) approach. : 보건복
보건정보관리학과/석사[한글]
국민의 「삶의 질」향상을 위해서는 국가의 합리적이고 효율적인 보건복지 정책의 수립이 무엇보다도 중요하다 할 수 있으며, 이러한 국가 정책의 효율성 확보를 위한 기초적인 역할을 하는 것이 통계이다.
보건복지부 또한 매우 광범위한 분야의 업무를 수행하고 있으며, 점차 다양화되어 가는 보건복지사업의 효율적인 추진을 위해서는 각 사업분야에서 필요로 하는 통계정보를 신속하고 편리하게 활용할 수 있는 새로운 정보시스템이 요구되어 진다.
따라서, 본 연구는 보건복지 통계정보 구축 및 활성화를 위하여 EIP의 개념을 보건복지 통계분야에 적용한 통계정보포탈의 모형을 구현해봄으로써, 효율적인 보건복지정책 수립을 지원하기 위한 보건복지부의 EIP 구축 전략을 제시하고자 하였다.
보건복지와 관련한 통계정보의 생산현황과 관련 정보시스템을 분석하여 현 시스템을 평가하고, 사용자 요구분석을 통하여 업무담당자가 필요한 통계정보를 하나의 포탈화면에서 검색하고 활용할 수 있는 EIP 개념의 통계정보포탈에 모형을 제시하였다. 또한, 구축된 모형을 사용자관점과 데이터베이스관점 등에서 기존 시스템과 비교하여 제시함으로써, 통계정보의 활용방안과 EIP 도입 필요성을 제시하였다.
제시된 통계정보포탈의 모형은 구축된 통계정보의 효율적 사용방안과 향후 전체 업무 및 시스템을 대상으로 한 EIP 도입시 선행연구로 활용될 수 있을 것이다.
[영문]
In order to improve "Quality of Life" of the people, there is a need to develop rational and effective policies for health and welfare based on accurate and timely statistics. The Ministry of Health and Welfare (MOHW) is carrying out a wide-range of policies and projects. To provide necessary statistics to support these policies, there is a need for an effective information system that collects and produces key statistics for health and welfare policies in a timely manner.// This paper presented a model for a web-based statistical information system based on the Enterprise Information Portal (EIP) approach. Specifically, we presented the concept of EIP as well as the model system by expanding the existing statistical system using EIP approach. Distinct feature of this approach is that a number of portal sites are integrated in one system and therefore user can access a variety of statistics from a single screen. In this study, we selected one department, as a case study, and developed sample screens based on the user information requirements obtained by systems analysis.
While there were several studies on statistical information system in public sector, most of them have only focused on the need for user friendly such system, rather than presenting a detailed description of the system. The EIP statistical information system and work classification system presented in this paper can be used as a model for developing an actual statistical information system at MOHW in the future.ope
kim ki-cheol
학위논문(석사)--아주대학교 산업대학원 :화학생명공학과,2006. 8우리나라는 불과 33년 만에 국민소득 1만 불 국가 대열에 올라섰지만, 중국․인도 같은 후발국의 추격과 선진국의 견제 사이에 위치해 있다. 지속적인 경제성장을 위해서는 과학기술혁신에 기반을 둔 창조적인 성장엔진의 창출이 필수 불가결한 요소라 할 것이다. 이를 위해서는 무엇보다도 과학기술의 발전을 뒷받쳐 줄 수 있는 체계적인 시스템이 선결되어야 한다. 우리나라처럼 규모는 작으나 우수한 과학기술 수준을 가지고 있는 유럽의 강소국들은 일찍이 이같은 점에 주목하여 산업-대학-연구소-정부가 유기적으로 과학기술발전을 도모하는 국가기술혁신체제(National Innovation System)을 구축하였다.
핀란드, 네덜란드, 스웨덴 등이 이러한 유럽 강소국인데, 이들은 IT 등 특정분야의 산업을 집중적으로 발전시키고, 시스타 같은 연구중심 집적시설들을 활성화 시키는 한편, 기업의 연구소와 산학협력을 적극 지원하는 등 각 혁신주체가 긴밀하게 협조하여 시너지 효과를 창출할 수 잇는 기반을 마련하였다. 다행히 우리나라에서도 유럽의 강소국 들을 벤치마킹하여 국가기술혁신 체계를 구축(2003)하였으며 국가기술혁신체계를 원활히 추진하기 위해 과학기술행정체계를 대대적으로 개편(2004.11)하였다. 새로운 과학기술행정체제에서는 과학기술부가 부총리 부처로 격상되고, 청와대에 정보과학기술보좌관(차관급)이 신설되었으며, 전 부처의 국가연구개발사업을 기획․조정․평가하는 과학기술혁신본부가 신설되었다. 특히 과학기술혁신본부는 국가연구 개발사업 예산을 조정하는 역할을 하고 있는데, 이는 한정된 자원을 최적으로 분배하여 연구개발의 효율성을 극대화하겠다는 의도로 보인다. 유럽 강소국을 모델로 발전한 우리나라의 국가기술혁신체계 구축과 과학기술행정체제 개편은 국민소득 2만 불 국가로 도약하기 위한 시스템을 마련했다는 점에 그 의의가 있으며 그렇기 때문에 OECD를 비롯한 세계 각국이 주목하고 있다.
그러나 이러한 변화가 실효성 있는 성과를 거두기 위해서는 국가연구개발사업을 실질적으로 조정하고 있는 국가기술혁신본부에 많은 힘이 실려야 할 것이다.Ⅰ. 서론 1
1. 우리나라의 경제 발전과 과학기술혁신 1
1.1. 33년만에 일궈낸 국민소득 1만불 신화 1
1.2. 우리 경제가 직면한 대내외적 여건 4
1.3. 경제발전의 새로운 엔진 과학기술혁신 5
Ⅱ. 본론 7
2. 주요국의 과학기술 동향과 우리나라의 현황 7
2.1. 선진국의 동향 7
2.2. 후발국의 추격 10
2.3. 우리나라의 과학기술에 대한 평가 12
2.4. 과학기술 연구개발 흐름과 우리의 현 주소 14
3. 과학기술혁신을 위한 국가기술혁신체계 19
3.1 지속적인 성장을 위한 시스템 19
3.2 국가기술혁신 체계의 등장 20
3.3 국가혁신체계의 개념 및 변천과정 22
3.4 국가기술혁신체계의 의미 및 정책적 함의 26
3.5 국가기술혁신체계 구성 혁신주체 및 핵심요소 29
3.6 핀란드의 국가기술혁신 시스템 33
3.7 스웨덴 국가혁신시스템 55
3.8 네덜린드 국가혁신시스템 73
3.9 강소국 국가혁신시스템의 시사점 91
4. 우리나라의 과학기술혁신 94
4.1 우리나라의 변화 94
4.2 성과와 평가 106
Ⅲ. 결론 114
Ⅳ. 참고문헌 117MasterKorea's GDP has become 10,000 in no more than 33 years. And now we are among developed countries' check and developing countries' - China, India, etc. - chase. For persistent economic development, it is essential to make creative growth-engine which is based on science technological innovation. For this, first of all organizational system which can support the development of science technology have to be set up. European countries which is small like Korea but having excellent science technology has focused on that and set up National Innovation System that enable companies, academies, labs and government to develope science technology.
These European small countries are Finland, Holland and Sweden. They made foundation for synergy between companies, academies, labs and government by focusing on some industries like IT, vitalizing R&D-focused facilities like Sistar, and supporting companies' lab and academic-industrial cooperation. Fortunately, Korea set up the system for National Technology Innovation by benchmarking those European countries and reorganized the science technology administration to support that system more effectively. In new science technology administrative system, the Ministry of Science and Technology was promoted to the Vice Prime Minister-level, there established a presidential aide for information science technology in the Blue House, and the Science Technology Innovation Center was founded, which deals planning, coordination and assesment of National R&D. Especially, the Science Technology Innovation Center coordinates budget for national R&D and this is for maximizing effectiveness of R&D by distributing limited resource effectively. Our model which is based on European small but strong countries has made foundation that will enable us to achieve GDP 20,000 and many countries including OECD members are paying attention to our model.
But, for practical effect the Science Technology Innovation Center have to get more power to coordinate national R&D
Insulin-like growth factors and their binding proteins in uterine leiomyoma from patient treated with gonadotropin releasing hormone agonist
학위논문(박사)--서울대학교 대학원 :의학과 산부인과학전공,1997.Docto
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