금속 교환

3. 유기금속 화합물의 합성

금속 교환 반응은 다양한 유기금속 화합물의 합성에 활용된다. 특히, 방향족 붕소 화합물, 아연 화합물, 주석 화합물 등은 각각 스즈키-미야우라 커플링, 네기시 커플링, 미기타-고스기-스틸 커플링의 기질로 사용되지만, 벤젠 고리에 직접 붕소, 아연, 주석 원자를 도입하는 방법은 매우 제한적이다.^[1]

따라서, 방향족 화합물을 우선 그리냐르 반응, 할로겐 금속 교환, 오르토 리튬화 등을 통해 유기 리튬 화합물이나 마그네슘 화합물로 만든 후, 금속 교환 반응을 통해 붕소, 아연, 주석 화합물로 전환한다.

일반적으로 유기기는 이온성이 높은 금속에서 낮은 금속으로 이동하기 쉽다.

3. 1. 마그네슘-붕소 (Mg - B)

3. 2. 리튬-아연 (Li - Zn)

3. 3. 리튬-주석 (Li - Sn)

4. 크로스 커플링 반응에서의 응용

금속 교환 반응은 크로스 커플링 반응의 핵심 단계 중 하나이다. 팔라듐(Pd) 촉매를 사용하는 일반적인 커플링 반응에서는 다음과 같은 단계를 거친다.^[3][4][5][6]

# Ar-I + Pd^0 -> Ar-Pd^{+2}-I (산화적 부가)

# Ar-Pd^{+2}-I + Ar'-M-X -> Ar-Pd^{+2}-Ar' + I-M-X (금속 교환)

# Ar-Pd^{+2}-Ar' -> Ar-Ar' + Pd^0 (환원적 탈리)

이러한 크로스 커플링 반응은 스틸 반응, 스즈키 반응, 소노가시라 반응, 네기시 반응 등 다양한 유기 합성 반응에 응용된다. 반응에 사용되는 금속(M)은 반응 종류에 따라 달라지는데, 스틸 반응은 주석, 스즈키 반응은 붕소, 소노가시라 반응은 구리, 네기시 반응은 아연을 사용한다.

크로스 커플링 반응은 R′–X + M–R → R′–R + M–X의 일반적인 형태를 가지며, 탄소-탄소(C-C) 결합을 형성하는 데 사용된다. 여기서 R과 R′는 다양한 탄소 화합물이 될 수 있다.

이 반응은 의약 화학 분야를 포함한 합성 화학에서 널리 사용된다. 예를 들어 스틸 반응은 항종양제인 (±)-''epi''-자트로폰^[3] 합성에, 스즈키 반응은 항종양 제제인 옥시미딘 II^[4] 합성에, 소노가시라 반응은 항암제인 에닐루라실^[5] 합성에, 네기시 반응은 카로티노이드 β-카로틴 합성에 사용되었다.^[6]

5. 기타 응용

금속 교환 반응은 란타넘족, 악티늄족, 알칼리 토금속 등 다양한 원소의 유기금속 착물 합성에 응용된다.

• 란타넘족: 란타넘족 유기금속 착물은 유기수은 화합물(예: HgPh|에이치지피에이치|^영어)이나 유기주석 화합물을 사용하여 합성할 수 있다. 특히 Hg(C^영어F^영어|에이치지시에프|}})는 금속 활성화 단계가 필요 없어 더 나은 RT 시약으로 사용된다.^[8]
• 악티늄족: 악티늄족 착물은 상온에서 우라늄 금속과 수은 할로겐화물을 반응시켜 합성할 수 있다.^[11]
• 알칼리 토금속: 알칼리 토금속 착물은 란타넘족 착물 합성과 유사한 방법을 사용하지만, 독성이 강한 수은 대신 트리페닐비스무스(BiPh|비아이피에이치|3^영어)를 사용하는 방법이 개발되었다.^[12]

5. 1. 란타넘족

5. 2. 악티늄족

5. 3. 알칼리 토금속

참조

_[1] 서적 Organometallic Chemistry Oxford University Press
_[2] 서적 Fundamentals of Molecular Catalysis https://books.google[...] Elsevier
_[3] 논문 The total synthesis of (±)-epi-jatrophone and (±)-jatrophone using palladium-catalyzed carbonylative coupling of vinyl triflates with vinyl stannanes as the macrocycle-forming step
_[4] 논문 Formal Total Synthesis of Oximidine II via a Suzuki-Type Cross-Coupling Macrocyclization Employing Potassium Organotrifluoroborates
_[5] 논문 Process Research and Development of a Dihydropyrimidine Dehydrogenase Inactivator: Large-Scale Preparation of Eniluracil Using a Sonogashira Coupling
_[6] 논문 A Novel, Selective, and Efficient Route to Carotenoids and Related Natural Products via Zr-Catalyzed Carboalumination and Pd- and Zn-Catalyzed Cross Coupling
_[7] 논문 Bis(2,6-dinitroaryl)platinum Complexes. 1. Synthesis through Transmetalation Reactions
_[8] 논문 Bis(pentafluorophenyl)mercury—a versatile synthon in organo-, organooxo-, and organoamido-lanthanoid chemistry
_[9] 논문 Synthesis and characterization of pentaphenyldiytterbium Ph₂Yb(THF)(''μ''-Ph)₃Yb(THF)_3
[10] 논문 The first neutral, mononuclear 4f metal thiolates and new methods for corresponding aryl oxides and bis(trimethylsilyl)amides
_[11] 논문 A simple redox transmetallation synthesis of uranium tetrachloride and related preparations of uranium triiodide and chlorotris(cyclopentadienyl)uranium(IV)
_[12] 논문 BiPh₃—A convenient synthon for heavy alkaline-earth metal amides
_[13] 서적 Organometallic Chemistry https://archive.org/[...]
_[14] 서적 Fundamentals of Molecular Catalysis https://books.google[...]