A kinetic study on nucleophilic displacement reactions of 2-pyridyl X-substituted benzoates 1a-e with potassium ethoxide (EtOK) in anhydrous ethanol is reported. Plots of pseudo-first-order rate constants ($k_{obsd}$) vs. $[EtOK]_o$ exhibit upward curvature. The $k_{obsd}$ value at a fixed $[EtOK]_o$ decreases steeply upon addition of 18-crown-6-ether (18C6) to the reaction mixture up to [18C6]/$[EtOK]_o$ = 1 and then remains nearly constant thereafter. In contrast, $k_{obsd}$ increases sharply upon addition of LiSCN or KSCN. Dissection of $k_{obsd}$ into $k_{EtO^-}$ and $k_{EtOM}$ has revealed that ion-paired EtOK is more reactive than dissociated $EtO^-$, indicating that $K^+$ ion acts as a Lewis acid catalyst. Hammett plots for the reactions of 1a-e with dissociated $EtO^-$ and ion-paired EtOK result in excellent linear correlation with $\rho$ values of 3.01 and 2.67, respectively. The $k_{EtOK}/k_{EtO^-}$ ratio increases as the substituent X in the benzoyl moiety becomes a stronger electron-donating group. $K^+$ ion has been concluded to catalyze the current reaction by stabilizing the transition state through formation of a 6-membered cyclic complex.
양이온성 계면활성제인 tetradecyltrimethylammonium bromide (TTAB) 수용액에서 p-할로겐화 페놀유도체들의 가용화현상을 UV/Vis 분광광도법을 이용하여 연구하였다. 가용화현상에 미치는 치환기, 첨가제 및 온도의 효과를 조사하였다. 모든 페놀유도체의 가용화에 대한 ${\Delta}G^o$와 ${\Delta}H^o$ 값은 측정범위 내에서 모두 음의 값을 나타내었으며, ${\Delta}S^o$ 값은 모두 양의 값을 나타내었다. 특히 이들 열역학 함수값들은 할로겐 치환기의 크기, 전기음성도 및 소수성에 크게 영향을 받았다. n-부탄올 첨가제는 모든 페놀유도체의 가용화를 감소시켰으며, NaCl 첨가제는 오히려 가용화를 촉진시켰다. 이런 결과들로부터 페놀유도체들은 치환기의 성질에 따라 미셀 내에서 가용화되는 위치가 서로 다름을 알 수 있었다.
사염화탄소는 C-Cl결합이 끊어진 후에 생성되는 삼염화탄소 라디칼의 공명 안정성에 의해 매우 반응성이 높은 사슬이동제로 알려져 있으며, 본 논문은 벤질 라디칼과 삼염화탄소 라디칼의 안정성을 비교연구하였다. 큐밀클로라이드는 C-Cl결합이 끊어진 후에 벤질 라디칼을 생성하므로 이 연구에 적합한 구조이다. 큐밀클로라이드와 사염화탄소의 반응성은 스티렌을 단량체로 한 자유라디칼 중합을 통해 계산된 사슬 이동 상수로 비교하였다. 실험 결과에 따르면 큐밀클로라이드는 사염화탄소보다 더 반응성이 높았다. 계산된 큐밀클로라이드의 스티렌에 대한 사슬이동상수 값이 약 0.0463으로 0.0011인 사염화탄소 보다 훨씬 높았다. 이 결과는 벤질 라디칼이 삼염화탄소 라디칼보다 훨씬 높은 안정성을 보여주기 때문인 것으로 추정된다. 큐밀클로라이드의 사슬이동상수의 유효성을 조사하기 위하여 Monte Carlo 모의 실험방법을 사용하였다.
분광 광도법을 이용하여 ${\beta}$-CD와 $[Cu(dien)(sub-py)]^{2+}$ 이온 간의 복합체 형성에 관한 연구를 하였다. ${\beta}$-CD와 $Cu^{2+}$ 착물이 복합체를 형성 할 때 ${\gamma}_{max}$은 리간드에 전자 주는기($CH_3$)가 치환 된 경우는 $^2T_2{\rightarrow}^2E$로 한 곳에서, 전자 끄는기(Cl)가 치환된 경우는 $^2T_2{\rightarrow}^2E$와 MLCT에 의하여 두 곳에서 나타났다. 형성상수는 온도가 올라가면 결합에너지의 감소로 작아졌다. 모든 반응은 엔트로피의 감소를 보였으나 큰 발열반응으로 자발적 반응이었다. 치환기 상수(${\sigma}_x$)에 따른 Hammett plot 결과 좋은 직선성(${\gamma}=0.996$)을 보여 형성상수를 정량적으로 설명할 수 있었다.
기질 화합물로써 26종의 2-thienyl 및 2-furyl 등 헤테로 고리($R_{l}$)가 치환된 방향족 ${\alpha},{\beta}$-불포화 케톤 유도체를 합성하고 벼도열병균(Pyricularia oryzae)과 토마토 역병균(Phytophtora infestans) 및 보리횐가루병균(Erysiphe graminis)에 대한 항균활성을 측정하여 치환($R_{2}$)-phenyl backbone의 변화에 따른 물리화학 상수들 사이의 정량적 구조-활성관계 (QSAR)를 검토하였다. 2-thienyl 치환체, 1-10의 벼도열병균에 대한 항균활성은 공명효과(R>0)와 분자굴절상수$M_{R}<0$)가 토마토 역병균의 경우에는 공명효과(R<0)와 입체효과(Es>0) 그리고 보리횐가루병균에 대하여는 치환기의 길이 ($L_{lopt.}=5.54{\AA}$)에 의존적이었다. 2-furyl 치환체, 11-26은 벼도열병균과 보리횐가루병균에 대하여는 공통적으로 적정값의 장효과 ($F_{opt}=0.49{\sim}l.11$)가 그리고 토마토 역병균에 대하여는 적정값의 입체효과($Es_{opt}=1.78$)와 지시변수들이 항균활성을 개선하는 요인으로 각각 영향을 미친다는 사실을 알았다. 그리고 2-thienyl 치환체들의 벼도열병균과 토마토 역병균에 대한 항균활성은 반비례 관계를 보이는 경향이었다.
CTABr 미셀용액속에서 benzimidazole 및 naphth-2,3-imidazol 음이온($BI^-$ 및$NI^-$)에 의해 추진되는 p-nitrophenyldiphenylphosphate (p-NPDPP)의 탈인산화반응에 대한 속도론적 연구에서 이들 음이온은 친핵체로 작용하며 미셀은 반응을 급격히 촉진시킨다는 연구 결과를 밝힌바이다. 본 연구에서는 $BI^-$의 2위치에 알킬기가 치환된 음이온(R-$BI^-$)들에 의한 탈인산화반응을 다루었다. 미셀 용액속에서 R-$BI^-$에 의해 추진되는 반응은 $BI^-$에 의해 추진되는 반응보다 약 3배 느리게 일어난다. 이러한 속도의 감소효과를 밝히기 위하여 미셀의사층(micellar pseudophase) 내에 존재하는 $BI^-$와 R-$BI^-$의 농도비와 이들에 의해 추진되는 반응의 1차 및 2차 속도상수의 비를 비교하였다. 음이온 농도의 비([R-$B^-$]/[$BI^-$])에 비하여 반응의 1차 속도상수의 비$(k'_{R-BI^-}/k'_{BI^-})가 훨씬 적었다. 예를 들면$5 {\times}10^{-4}$M butyl-BI 용액속에서의 반응에서 농도의 비는 0.430인데 반하여 반응속도의 비는 0.089였다. 이 두 값의 차이(0.0341)는 butyl기의 영향이 70%에 이른다는 계산이 가능하다. 이것은 미셀의사층속에서 R-$BI^-$의 반응성이 그들의 알킬기의 영향으로 말미암아 $BI^-$의 반응성보다 작음을 의미한다. 또한 $10^{-4}$M R-BI 용액에서의 이 반응의 2차 반응속도 상수도 알킬기의 사슬이 길어질수록 미셀 의사층에서 R-$BI^-$에 의해 추진되는 반응이 $BI^-$에 의한 반응보다 현저하게 감소하였다. 예컨대 butyl-BI의 경우 이들의 반응속도의 비$(k_{m(R-BI^-)}/k_{m(BI^-)})$가 약 10배 감소하였다. R-$BI^-$들의 알킬기의 변화에 따른 1차 및 2차 반응속도의 변화를 정밀히 분석하여 다음과 같은 모델을 제시한다. 즉 미셀내에 존재하는 R-$BI^-$의 알킬기는 그들의 소수성과 입체장해 때문에 Stern층내에 자리하지 못하고 미셀의 핵(core)속으로 침투해 들어가게 될 것이며, 그 결과 분자 전체가 자유롭게 움직이지 못하고 한 곳에 고정될 것이다. 따라서 기질(p-NPDPP)과의 충돌빈도(collison frequency)가 감소하게 되고, 이로 말미암아 반응속도가 감소하게 될 것이다. 본인들은 이 효과를 "닻줄 효과"(anchor effect)라 명명하고자 한다. 이 효과는 R-$BI^-$의 알킬기가 길수록 그리고 이들의 농도가 증가할수록 현저하게 증가하였다.
일련의 헤테로 고리 치환(X) chalcone 유도체들에 의한 farnesyl protein transferase(FPTase) 저해활성을 측정하여 분자내 styryl group의 치환기(Y) 변화에 따른 정량적인 구조와 FPTase 저해 활성과의 관계(QSARs)를 modified Free-Wilson(F-W)방법 및 Hansch 방법으로 분석 검토하였다. F-W 분석에 따르면 (X)-치환기는 FPTase 저해 활성에 기여하지 않았다 그러나 (Y)-치환기들은 ortho>meta>para 치환체의 순서로 ortho-치환체와 ${\alpha}$탄소의 알짜 전하$(C_{\alpha})$가 활성에 기여하였다. 모든 헤테로 고리 치환체에 대한 Hansch 분석에 의하면 전자 밀게(R<0)의 폭$(B_1)$이 작은 ortho-치환체로서 적정값, $(R)_{opt.}=-0.35$를 갖는 공명상수가 저해활성에 영향을 미친다는 사실을 알 수 있었다. 그리고 헤테로 치환체들 사이의 FPTase 저해활성은 모두 비례관계를 보임으로써 같은 경향으로 저해활성이 발현되었으며 비(H)치환체 45가 제일 높은 FPTase 저해활성$(pI_{50}=4.30)$을 보였다.
Aryl backbone의 ortho-위치에 (1,1-ethylenedioxy-2-fluoro)ethyl group이 치환된 일련의 제초성 (4,6-이치환-pyrimidin-2-yl)aminocarbonyl-2-(1,1-ethylenedioxy-2-fluoro)ethylbenzenesulfonamides, 1과 N-(4,6-이치환-triazin-2-yl)aminocarbonyl-2-(1,1-ethylenedioxy-2-fluoro)ethylbenzenesulfonamides, 2 유도체들을 합성하고 벼(Oryza sativa L.)를 위시하여 논 잡초인 피(Echinochloa crus-galli)와 올챙이 고랭이(Scirpus juncoides) 및 물달개비(Monochoria vaginalis pre니.)를 대상으로 측정된 제초활성$(pI_{50})$과 헤테로 고리 및 헤테로 고리상 4,6-이치환기의 변화에 따른 구조활성 관계(SAR)를 검토하였다. 그 결과 특히, 피에 대한 제초활성 조건으로 헤테로 고리는 소수성(log P<0)이, 그리고 4,6-이치환기는 분자굴절$((M_R)_{opt.}=14.58cm^3/mol)$상수가 가장 큰 영향을 미치는 요인이었다. 이들 두 상수(log P 및 MR)의 적정값(optimum value)을 만족하는 4,6-이치환기(X 및 Y)로는 dimethoxy group(1a 및 2c)이었으며 pyrimidine-치환체(1a)는 triazine-치환체(2c)보다 피에 대하여 선택적으로 양호한 제초활성$({\Delta}obs.pI_{50}=1.12)$을 나타내었다. 그리고 벼와 피에 대한 sulfonyl urea계 화합물의 선택성은 ortho-치환된 aryl backbone보다 4,6-이치환된 헤테로 고리의 구조에 의존적이었다.
역상 액체크로마토그래피에서 벤젠 일치환체들의 머무름 메카니즘과 머무름예측을 연구하기 위하여 크로마토 그래피 파라미터로 극성지표(P') 분자량(MW), 치환기 상수(${\pi}$ ) 및 분자간 연결지수$(^1{\chi}^{\nu})$를 머무름 데이터와 관련지어 상관관계를 조사하였다. 벤젠을 기존으로 하여 각 치환체의 크기인자와 비인 상대적 머무름$(log k'_S/k'_B)$과 각 치환체의 극성의비 $(P'_S/P'_B)$ 사이에는 상관관계가 있다. 치환기가 극성인 치환체들은 상관관계가 비교적 좋았으나 비극성 치환기를 갖는 치환체들은 분자량을 함께 고려함으로써 좋은 상관관계를 얻을 수 있다. 또한 상대적 머무름과 극성인자 및 분자량의 상관관계를 다변수 회귀분석으로 구하였다. 문헌적 머무름 자료와 소수성 파라미터로부터 유도된 치환기 상수(${\pi}$)와 분자간 연결지수$(^1{\chi}^{\nu})$ 간에는 메탄올의 이동상에서 가장 좋은 상관관계를 얻었다. $C_{18}$ 컬럼의 미반응된 실란올 기를 끝막음(end capping) 시키지 않은 컬럼에서는 이러한 상관관계가 감소되었다. 벤젠 일치환체들의 머무름과 관련지어 고려할 수 있는 파라미터는${\pi}$, P', $(^1{\chi}^{\nu})$ 및 MW 순으로 그 관련성이 감소됨을 알았다.
새로운 6종의 제초성, N-(2,6-dimethoxypyrimidin-2-yl)aminocarbonyl-2-치환(Z)-6-(1-hyd roxy-2-fluoroethyl)benzenesulfonamide 유도체(S)를 합성하여 $45^{\circ}C$의 15%(v/v) acetonitrile 수용액속에서 일어나는 가수분해 반응상수를 측정하고 pH-효과, 용매효과, ortho-치환기 효과, 열 역학적 활성화 파라미터(${\Delta}H^{\neq}$및${\Delta}S^{\neq}$) 등의 반응 속도론적인 자료들과 pKa상수(4.80) 및 가수분해 반응 생성물(2-(1-hydroxy-2-fluoroethyl)benzenesulfonamide 및 4,6-dimethoxyaminopyrimidine) 분석 등의 비 반응 속도론적 결과로부터 반응속도식을 유도하고 반응메카니즘을 제안하였다. pH 8.0 이하에서는 일반 산-촉매반응($A-S_E2$)과 특정 산-촉매 반응으로 conjugate acid ($SH^+$)와 사면체 중간체(I)를 경유하는 A-2형(또는 $A_{AC}2$형)반응 그리고 pH 9.0 이상에서는 물 분자가 일반염기(B)로 작용하여 conjugate base (CB)를 경유하는 $(E_1)_{anion}$ 반응으로 진행되는 가수분해 반응 메카니즘을 검토하였으며 pH $7.0{\sim}9.0$사이의 용액중에서는 이들 두 반응이 경쟁적으로 일어남을 알았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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