중국과학기술대학교 Wang Yifeng(王義豊) 교수 연구팀은 스핀센터전이 메커니즘을 이용하여 저렴하고 쉽게 구할 수 있는 트리플루오로아세트산 유도체로 부터 용도가 광범위한 디플루오라이드(Difluoride)와 모노플루오라이드(Monofluoride) 합성하고, 새로운 불소 유기화합물 제조 방법을 개발했다. 해당 연구 성과는 2021년 3월 5일, 국제학술지 “Science”에 온라인으로 게재되었다.

불소는 주기율표에서 전기음성도가 가장 큰 원소이며 불소원자는 원자 반경이 아주 작기 때문에 불소함유 유기물은 많은 독특한 특성을 가진다. 예를 들어, 약물분자에 불소원자 또는 불소함유 그룹을 도입할 경우, 세포막 투과성, 대사 안정성 및 생체 이용률 등을 향상시킬 수 있다.

연구팀은 원가가 저렴한 트리플루오라이드(Trifluoride)로 부터 시작하여 탄소-불소 결합의 선택적 활성화를 통해 모노플루오라이드와 디플루오라이드를 합성하였다. DNA 생합성 과정에서 핵심 단계는 스핀센터전이 메커니즘을 통해 탄소-산소 결합을 차단하는 것이다. 해당 메커니즘에서 영감을 받은 연구팀은 해당 과정을 트리플루오로아세트산의 탄소-불소 결합 단열에도 이용할 수 있음을 발견하였다. 아울러 단계별 제어 가능한 탈플루오르 기능화 반응을 개발하고, 다양한 구조의 디플루오로 및 모노플루오로 유기화합물을 합성했다. 합성 방법은: 트리플루오로아세트아미드 또는 트리플루오로아세테이트 등 트리플루오로메틸기 함유 분자, 루이스 염기-보란 화합물 및 도입할 새로운 성분을 동일한 반응 시스템에 배치한다. 가열 조건에서 먼저 루이스 염기-붕소 라디칼이 생성되고, 다음, 트리플루오로메틸 분자와 작용하여 한차례의 스핀센터전이 과정이 발생하며 하나의 불소이온을 제거함과 아울러 디플루오로메틸 라디칼을 생성한다. 해당 라디칼은 도입할 새로운 성분과 반응하여 디플루오로 생성물을 획득한다. 모노플루오라이드가 필요한 경우, 다시 한번 스핀센터전이 반응이 발생하여 두번째 불소이온을 제거하고 또 다른 새로운 성분을 도입하여 모노플루오로 유기화합물을 생성한다.

연구팀은 1년 여의 연구를 통해 탄소-불소 결합 단열이 스핀센터전이 메커니즘을 겪음을 입증하고 탈플루오르 과정을 제어하는 ​​핵심 요소를 발견했다. 해당 합성 방법은 조건이 온화하고, 선택성이 좋으며 의약, 농약 및 기타 불소함유 특수 재료 등 분야에서 응용 전망이 있다.

정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/3/454010.shtm