Click chemistry 'CuAAC' 반응 매커니즘

 

안녕하세요, 라브입니다.

오늘은 2022년 노벨 화학상 수상 분야인 클릭 화학(Click chemistry)과 CuAAC 반응 매커니즘에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

| Click chemistry란?

Click chemistry는 주로 아래와 같은 조건들을 충족하는 반응들을 일컫습니다.

 

1. 화합물의 수득률(yield)이 높음
2. 반응 가능한 범위(scope)가 넓음
3. 부산물이 없거나 쉽게 제거할 수 있는 부산물을 만듦
4. 입체선택적임(stereospecific)
5. 손쉽게 할 수 있음
6. mild condition에서 수행 가능함

 

즉, 버튼을 클릭하듯이 화합물을 손쉽고 빠르고 정확하게 합성할 수 있는 반응을 Click chemistry에 해당하는 반응이라고 합니다.

대표적인 클릭 화학의 반응으로 'Copper(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition (CuAAC)'이 있습니다.

 

 

| CuAAC 반응 매커니즘

CuAAC 반응의 매커니즘은 아래 그림과 같습니다.

 

 

과정을 하나하나 설명드리도록 하겠습니다.

 

(1) 먼저 구리(Cu) 촉매와 알카인이 만납니다.

(2) 알카인의 삼중 결합에 구리(Cu)가 coordination됩니다.

(3) 알카인의 한쪽 끝 수소가 2번에서 붙었던 구리로 대체되고, 다른 구리가 삼중 결합에 coordination됩니다.

(4) 아자이드가 다가와 1,3-cycloaddition됩니다. 이때 ring formation이 바로 되는 것이 아니라 질소가 (3)에서 붙은 구리를 attack하여 immediate이 형성됩니다.

(5) 다시 ring formation을 위해 질소가 구리 쪽 이중결합 탄소를 attack하고, (3)에서 붙은 구리가 제거됩니다.

(6) ring formation이 되었으나 구리가 붙어있는 상황입니다.

(7) 3번에서 제거됐던 수소가 다시 구리를 대체하면서 최종 화합물이 생성됩니다.

 

구리 촉매 클릭 반응 매커니즘에서 보시다시피 반응이 끝난 후 생성되는 부산물이 없다는 점이 가장 큰 장점입니다.

또한, 반응 조건 또한 mild 하여 상온에서도 반응이 가능합니다.

 

 

지금까지 클릭 화학과 CuAAC 반응 매커니즘에 대해 알아보았습니다.

감사합니다.