Ruthenium Olefin Metathesis Catalysts Bearing Chelating N-Vinyl Lactam Ligands: Synthesis, Structure, and Reactivity

Abstract

올레핀 메타테시스 반응은 탄소간의 이중 결합을 재배치하여 새로운 이중 결합 분자를 형성하는 반응이다. 이 반응에는 루테늄, 텅스텐, 몰리브데늄 등의 금속 촉매가 널리 알려져 있으며, 특히 루테늄 촉매는 공기 또는 수분과의 접촉에 다른 금속보다 덜 민감하므로 유기화학 분야에서 널리 사용되고 있다. 본 연구에서는 N-비닐 락탐을 리간드로 사용하여 전자밀도가 풍부한 금속 중심 원자를 지님과 동시에 락탐의 키톤기가 금속 중심 원자에 배위하여 빠른 초기 속도를 가지도록 촉매 구조를 고안하였다. 다른 고리 크기를 가진 두 종류의 락탐을 이용하여 촉매를 합성하였을 때, 기대한 바와 같이 메타테시스 반응성이 관찰되긴 하였으나 상용화된 촉매들보다 우수하지 않은 수율을 나타내었다. 반응성을 증대시키기 위해 고온에서 반응을 진행하면 메타테시스 수율은 낮아지고 고리이성질화 반응을 촉매하였으며, 반응의 최대 수율은 84%이다. 또한 본 연구에서 합성된 촉매는 용매의 극성에 따라 용액 상에서 시스-디클로로 또는 트랜스-디클로로 구조를 갖는다. 이러한 구조 변화는 기존 연구에서 종종 보고되었으나, 용매에 의존하여 이성질화가 이루어지는 것은 드물게 관찰되지 않았던 특징이다. 본 연구를 통해 N-비닐 락탐이 올레핀 메타테시스 촉매의 리간드로 사용될 수 있음을 보였다. 키톤기의 배위, 피셔 카빈에서 기인하는 전자가 풍부한 루테늄 등의 특징이 새로운 형태의 메타테시스 촉매 개발을 가능하게 하였다. 리간드로 사용되는 아마이드의 전자적 성질을 변화시키는 차후 연구를 통해 이러한 촉매의 반응성의 증대가 기대된다.