최초로 합성된 벤젠 유사 분자

[아이팍스]

최초로 합성된 벤젠 유사 분자

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-01-07

최근 전자 및 구조적으로 벤젠(benzene)과 유사한 유기-무기 하이브리드 화합물(organic-inorganic hybrid compound)이 최초로 합성되어, 분자 성질이 분석되었다. 비균질고리 화합물인 1,2-디히드로-1,2-아자보린(1,2-dihydro-1,2-azaborine)은 벤젠과 전자적으로 유사하다. 즉, 공유 전자 수가 벤젠과 같고, 몇몇 원자가 다를지언정 원자 결합성 또한 유사하다. 한편 이번에 개발된 벤젠 유사 화합물을 통해 과학자들은 비균질 방향족 분자에 대한 심도 있는 이해가 가능하며, 생의료 및 재료 응용을 위한 새로운 분자와 재료의 개발이 가능할 것으로 기대되고 있다.

전형적인 방향족 유기 화합물인 벤젠은 콘쥬게이트된 이중 결합(conjugated double bonds)덕택으로 뛰어난 안정성을 갖고 있다. 한편, 보론-질소 무기 화합물인 보라진(Borazine)은 벤젠과 전자적으로 유사하여 방향성을 갖고 있지만, 벤젠에는 미치지 못한다.

수십 년 동안 화학자들은 벤젠과 보라진의 중간체 구조를 갖는 탄소-보론-질소 화합물인 1,2-디히드로-1,2-아자보린을 합성하려고 노력해왔다. 다양한 1,2-아자보린(1,2-azaborines)이 제조되었지만, 모 화합물인 1,2-디히드로-1,2-아자보린의 합성은 그 동안 성공하지 못했었다. 하지만, 최근 오레곤대(University of Oregon, Eugene) 유기-유기금속 화학자인 쉬이-유안 리우(Shih-Yuan Liu), 알라바마대(University of Alabama) 계산 화학자인 데이비드 디손(David A. Dixon) 연구진은 1,2-디히드로-1,2-아자보린을 합성할 수 있었다(Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.200805554).
1,2-디히드로-1,2-아자보린을 합성하기 위한 시도는 40년을 거슬러 올라가, 논벤제노이드 방향성(nonbenzenoid aromaticity)에 대한 연구를 마련한 이론 화학자인 마이클 드워(Michael J. S. Dewar)를 회자해야 한다. 탈수소화 반응(dehydrogenation)을 통해 1,2-디히드로-1,2-아자보린을 제조하려는 그의 실험에선 고온이 필요했었다. 하지만, 리우 연구진의 목표는 고온이 요구되지 않는 합성법을 개발하는 것이었다. 이번에 연구진이 성공할 수 있었던 핵심은 방향족 비균질고리 화합물의 제조에 필요한 산성 조건에서도 안정한 N-보호 그룹인 터셔리-부틸디메틸실릴 알릴 아민(tert-butyldimethylsilyl allyl amine)을 이용한 점이다. 이 화합물은 매우 안정하지만, B-H 그룹이 형성된 후에는 쉽게 제거되는 특성을 갖고 있다.

연구진은 개발된 화합물의 방향성이 두 가지 측면에서 벤젠과 닮아있다는 것을 알 수 있었다. 화합물의 방향성 안정화 에너지는 21 kcal/mol로 벤젠(34)과 보라진(10)의 중간 정도를 나타낼 뿐 아니라, 벤젠과 동일한 냄새를 갖고 있다. 연구진은 화합물의 적외선 스펙트럼을 측정하면서 우연히 냄새를 맡게 되어 위와 같은 성질을 발견해낼 수 있었다.

1,2-아자보린 합성의 개척자인 미시건대(University of Michigan) 유기금속 화학자인 아써 아쉬 III(Arthur J. Ashe III)는 모 화합물의 합성이 최근 아자보린 연구의 절정이며, 이에 대한 상세한 연구가 진행되어야 한다고 논평하였다. 이번 연구 성과는 생의료 용도의 보론 기반 제약, 표지자, 중성자-포획 시약 그리고 재료 응용을 위한 광전자 및 수소 저장 화합물의 합성에 도움이 될 것으로 기대되고 있다.

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