케톤은 유기 분자 전반에 걸쳐 나타나기 때문에 화학자들은 화학 결합을 형성할 때 케톤을 활용하는 새로운 반응을 만들고 싶어합니다. 특히 어려운 반응 중 하나는 케틸 라디칼을 생성하는 데 필요한 케톤의 1전자 환원입니다. 이러한 라디칼은 천연물 합성 및 제약 연구에서 매우 유용한 중간체이지만, 대부분의 사용 가능한 기술은 단순한 알킬 케톤보다는 아릴 케톤용으로 설계되었습니다. 알킬 케톤은 훨씬 더 일반적이지만 아릴 케톤보다 자연적으로 환원하기가 더 어렵습니다. 이러한 과제를 염두에 두고 홋카이도 대학 WPI-ICReDD의 유기 및 컴퓨터 화학자 팀은 최종적으로 알킬 케틸 라디칼의 형성을 가능하게 하는 촉매 전략을 개발했습니다. 이 연구는 미국 화학 학회지 오픈 액세스가 가능합니다.
이전 연구에서 WPI-ICReDD 과학자들은 포스핀 리간드와 쌍을 이루는 팔라듐 촉매가 아릴 케톤의 광 활성화(빛을 발산하여 활성화되는 반응) 변환을 유도할 수 있지만 동일한 시스템이 알킬 케톤에는 작동하지 않는다는 것을 보여주었습니다. 그들의 데이터는 알킬 케틸 라디칼이 잠시 형성되었음을 나타냅니다. 그러나 이러한 라디칼은 유용한 반응이 진행되기 전에 즉시 전자를 팔라듐 중심으로 되돌려보냈는데, 이는 역전자 이동(BET)으로 알려진 현상입니다. 그 결과 출발물질은 변하지 않았다.
전통적인 팔라듐 기반 촉매작용과 유사하게, 광여기 팔라듐 촉매의 거동은 금속에 부착된 포스핀 리간드에 크게 의존합니다. 연구팀은 올바른 리간드를 선택하면 알킬 케톤과의 반응성이 해제될 수 있다고 의심했습니다. 어려움은 규모였습니다. 수천 개의 포스핀 리간드가 존재하며 익숙하지 않은 반응에 대해 실험적으로 스크리닝하는 것은 느리고 노동 집약적이며 불필요한 화학 폐기물을 생성합니다.
이러한 한계를 극복하기 위해 연구자들은 후보 리간드의 범위를 좁히기 위해 컴퓨터 화학으로 전환했습니다. 그들은 WPI-ICReDD의 마츠오카 와타루 부교수와 마에다 사토시 교수가 개발한 가상 리간드 보조 스크리닝(VLAS) 접근법을 사용했습니다. 38개의 포스핀 리간드에 VLAS를 적용한 이 방법은 전자 및 입체 특성을 분석하여 각 리간드가 원하는 반응성을 얼마나 잘 촉진할 수 있는지 예측하는 히트 맵을 생성했습니다.
이러한 예측에 따라 팀은 실험실 테스트를 위해 세 가지 리간드를 선택했으며 궁극적으로 L4가 가장 효과적인 옵션인 트리스(4-메톡시페닐)포스핀(P(p-OMe-C6시간4)3). 이 리간드는 BET를 성공적으로 억제하여 알킬 케톤이 케틸 라디칼을 생성하고 고수율 변환에 참여할 수 있도록 했습니다.
결과 방법은 화학자에게 알킬 케틸 라디칼을 사용하여 작업할 수 있는 접근 가능한 방법을 제공하고 VLAS가 새로운 화학 반응의 개발 및 최적화를 신속하게 안내할 수 있는 방법을 보여줍니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/11/251125081936.htm
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