Cyclopentadienone Propargyl Amine および類とのカスケード反応

(1)

熊本大学学位論文

類と

Cyclopentadienone Propargyl Amine および類とのカスケード反応

Alcohol

山口幸輝

2005

(2)

熊本大学学位論文

類と

Cyclopentadienone Propargyl Amine および類とのカスケード反応

Alcohol

山口 2005

幸輝

Cascade Reactions of Cyclopentadienones with Propargyl Amines and Alchols

2005

Koki Yamaguchi

(3)

Cascade Reactions of Cyclopentadienones with Propargyl Amines and Alchols

Koki Yamaguchi

Pericyclic reactions have been extensively studied from green chemistry viewpoint because they show pronounced stereo-, regio- and periselectivities under mild reaction conditions. Cyclopentadienones are powerful 4p-synthones having very low lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy levels, although there are not many cyclopentadienones existing as monomers. Of those, 2,5-bis(methoxycarbonyl)-3,4-

diphenylcyclopentadienone (1a) exists as a monomer. The pericyclic reactions of 1a with various olefins involving medium-sized ring polyenes have been studied systematically. On the other hand, it is well-known that 1a also shows high reactivity toward alcohols or amines to give the 1,4-adducts. The preconception about the priority of 1,4-addition over cycloaddition seems to prevent the detailed study of the cycloaddition reaction of 1a with unsaturated compounds bearing a hydroxy or an amino group. Based on these backgrounds, the cascade reactions of 1a with propargyl amines and alcohols were investigated.

1. Reaction of 1a with 2-propynylamines.

The pericyclic reactions of 1a with propargylic amines have been investigated. The reaction proceeded via initial formation of the 1,4-adducts followed by the ene cyclization and/or sequential pericyclic reactions

depending upon the structures of the amines. The reaction of 1a with 2-propynylamine (2c) gave exclusively the bicyclic compound (3). In the reactions with the secondary 2-propynylamines, the tetracyclic compounds (4) were exclusively formed. The reactions of 1a with α, α -disubstituted primary propargyl amines (1,1-dialkyl-2- propynylamines) gave mixtures of 3- and 4-type compounds. The tetracyclic compounds were formed from the intramolecular [4+2] π cycloadditions of the [1,5]-sigmatropic rearrangement products of the 1,4-adducts of 1a and 2, followed by the [1,5]-sigmatropic rearrangement of hydrogen and dehydrogenation. The bicyclic compounds 4 were derived from the [2 π +2 π +2 σ ] reaction of the 1,4-adducts of 1a and 2. The one-pot multistage sequential pericyclic reactions were discussed based on the X-ray crystal structures and the DFT calculation data.

O

Z Z H

N R1

Z Z

N R₁ OH

Ph O H

Z Z

Ph Ph N R₁

IMDA OH

Z Z

Ph Ph N

R₁ [1,5]

N O

CH₂

R Z

Ph Z

Ph

O

Z Z

Ph N

R1

Ph Ph

2

ene

TS2 +

1a: Z=CO₂Me

1,4 addition

-H₂ R₂

R₂

R2

R₂

R₂ O

Ph Ph

Z

Z NH

R1

R₂ DA

4

4' Z

Ph Ph

Z NH R1

R₂

O H Z

Ph Ph Z N

R₁ R₂

OH Z

N Ph

Z R₁

R₂

(4)

2. 1,5-Sigmatropic Rearrangement of the 1,4-Addition Products of Amines.

Cyclopentadienone 1a with aniline gave the stereoisomeric 2-anilino-2,5-dimethoxycarbonyl-3,4- diphenylcyclopentenones.

¹

H-NMR Spectroscopic monitoring of the reaction indicates that both compounds are derived from the 1,5 sigmatropic rearrangement of the 1,4-addition products. The sequential pericyclic reaction behavior of 1a with amines is discussed based on the X-ray crystal structures and the optimized structures of the transition state at the B3LYP/6-31G(d) level of theory.

3. Cycloaddition Behavior of Unsymmetric Cyclopentadienone with 2-propynylamines.

To know the details of the 1,5-sigmatropic rearrangement, unsymmetrically substituted cyclopentadie- none, 2-methoxycarbonyl-5-methyl-3,4-diphenylcyclopentadienone (1b) was synthesized and its reaction behavior was qualitatively analyzed in terms of FMO theory. The reaction 1b with 2c gave the tetracyclic compound which was assumed to be formed via intramolecular aromatic DA reaction of the corresponding 1,5-sigmatropic rearrangement product at the C(5) position. On the other hand, the reaction 1b with dipropargylamine (2b) gave the bicyclic compound derived from ene reaction of the corresponding 1,4-adduct at the C(3) position. In view of the FMO theory, the 1,4-adduct at the C(3) position is a common intermediate of both cascade reaction,

indicating the presence of 1,5-walk in formation of the 1,5-sigmatropic rearrangement product at the C(5) position.

4. Theoretical Consideration of the Reaction Behavior of Cyclopentadienone (1a) toward Propargyl alcohols.

In order to apply ene/IMDA reaction to unsaturated compounds, reactivity of propargyl alcohols were investigated . The frontier molecular orbital (FMO) energy levels and coefficients of 1a and propargyl alcohol (2j), 2-propynolate anion (2j’) indicate the interaction between the LUMO of 1a and the HOMOs of the olefins plays a leading role in the reactions. The HOMO of 2-propynolate anion is localized at the lone pair of the nitrogen atom (n-HOMO), whereas the HOMO of 2j is π -HOMO. This implies that propargyl alcohols undergo [4+2] π cycloaddition and 2j’ undergo 1,4-addition in the presence of amines (DABCO etc..) which stabilize 2- propynolate anion. The reaction of 1a with 2 in CHCl

₃

gave the DA adducts, whereas in the presence of catalytic amounts of amine gave the cyclization products via 1,4 addition. These results agree well with the theoretical consideration.

5. A novel clathrate host allowing structural adjustment during the inclusion of 1,2- diaminoethanes.

Dimethyl 5-hydroxy-2-oxo-4,5-diphenylcyclopent-3-ene-1,3-dicarboxylate (1a_OH) forms relatively

stable inclusion complexes with compounds having 1,2-diaminoethane moiety. Based on X-ray crystalline

analysis, the host molecule is considered to have induced-fit type binding ability toward 1,2-ethanediamines,

regardless of the type of the diamines, in which two >O-H••N hydrogen bonds between the C5-OH and diamines

play a leading role in recognition of the 1,2-diaminoethane moiety. With primary and secondary 1,2-diaminoethan

e, the host molecule isomerizes to the enol form acting as hydrogen-bond donor towards the diamines. In both

cases, the conformational flexibility of the methoxy carbonyl groups plays an important role for the effective

(5)

略語表

本論文中では以下の略語を使用した．

AcOEt ethylacetate

AM1 austin model 1

B3LYP Becke's three-parameter nonlocal exchange and Lee-Yang-Parr (1988) nonlocal correlation functional

CDCl

₃

chloroform-d

CH

₃

CN acetonitrile

CHCl

₃

chloroform

COSMO conductor-like screening Model

CT charge transfer

DA Diels-Alder

DABCO 1,4-diazabicyclo[2.2.2]-octane DFT density functional theory DMF N,N-dimethylformamide

DMSO dimethyl sulfoxide

Et

₃

N triethylamine

EtOH ethanol

FMO frontier molecular orbital

GS ground state

HOMO highest occupied molecular orbital IMDA intramolecular Diels-Alder reaction IRC intrinsic reaction coordinate LDA lithium diisopropylamide

LUMO lowest unoccupied molecular orbital

MeOH methanol

MgSO

₄

magnesium sulfate

MO molecular orbital

NaOH sodium hydroxide

PM3 parametric method 3

TD-DFT time-dependent DFT

THF tetrahydrofuran

TLC thin-layer chromatography

TS transition state

UV ultraviolet

Z CO

₂

Me

(6)

第１章緒言

第１節研究の背景および目的 ...1

第２節著者の研究方針 ...6

第２章原子を含む四環性，二環性化合物の構築 ...7

第１節 N 対称型 Cyclopentadienone 類と三重結合を有する類との環化付加反応 ...8

１-１ amine 1 級との反応 ...8

１-２ amine α 置換 1 級との反応 ...9

１-３ amine 級 2 との反応 ...11

１-４含窒素四環性化合物の生成機構 ...11

１-４-１脂肪族 amine 類との反応 ...12

１-４-２ amine との反応を利用した反応機構解析 Aniline ...13

１-４-３ ... シグマトロピー転位反応の計算化学的検討 ...17

１-４-４分子内環化付加反応 ...21

１-４-５脱水素反応 ...22

１-５含窒素二環性化合物の生成機構 ...25

１-５-１分子内 [1,5] 反応 Ene ( 三重結合 ...25

１-５-２分子内 ) 反応 (二重結合) ...27

１-６四環性，二環性化合物の生成の選択性 ...29

第２節非対称型 Ene 類と三重結合を有する Cyclopentadienone 類との環化付加反応 ...30

第３章 amine Cyclopentadienone 類 (1a) と 2-propyn-1-ol 類との反応 ...34

第１節無触媒反応 ...34

第２節 (2) 反応によるフラン縮環二環性化合物の合成 ...37

２-１ Ene 溶媒中での反応 ...37

２-２ Triethylamine 触媒下での反応 Triethylamine ...40

２-２-１ Triehylamine 触媒による cyclopentadienone (1a) と propargylalcohol (2j) との ene 反応の速度論的検討 --- 1a と 2j の反応速度 (triethylamine 触媒 ...41

２-２-２ 30 °C) --- と 1a 2j, 2r の反応速度 (triethylamine 触媒 60 °C) ...42

２-３ . . 触媒下での反応 ...44

２-３-１ DABCO 1a と 2-butyn-1-ol (2m), 2-pentyn-1-ol (2n) との反応 ...45

２-４ . . 反応に対する Ene allyl alcohol の反応性 ...47

第３節フラン縮環型四環性化合物の合成 ...48

３-１存在下での反応 ...48

３-２ Lithium diisopropylamide (LDA) 1a ととの反応 ...50

３-３

2,5-dimethyl-3-hexyne-2,5-diol (2q)

四環性，二環性化合物の生成の選択性 ...51

(7)

第４章 Cyclopentadienone 前駆体とエチレンジアミン類との相互作用 ...59

第１節 donor - acceptor 類と三重結合を有する Cyclopentenone 類との環化付加反応 ...59

第２節 amine 類の分子認識能 ...61

２-１ Cyclopentenone ，及び 2,5-Dicarbomethoxy-4-hydroxy-3,4-diphenylcyclopenten-1-one (1a-OH) 2,5- の溶液中での安定性 ...61

２-２ Dicarbomethoxy-4-hydroxy-3,4-dipyridylcyclopenten-1-one (1d-OH) 類 Cyclopenetenone (1a-OH, 1d-OH) との錯体形成 ... 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane (DABCO) ...61

２-３時間密度汎関数法 . を用いた電荷移動吸収帯スペクトルの解明 (TD-DFT) 65 ２-４ ... Cyclopenetenone 類 (1a-OH, 1d-OH) と piperazine の分子認識 67 ２-５ ... 類 Cyclopenetenone (1a-OH, 1d-OH) と quinuclidine の分子認識 68 ２-６ ... 法による相互作用 (安定化) エネルギーの計算 ...70

２-７フロンティア軌道論による分子認識予測 ...70

２-８ DFT 分子認識能の評価 ...71

総括 ...75

実験の部 ...77

第２章に関する実験 ...77

第３章に関する実験 ...83

第４章に関する実験 ...92

単結晶線構造解析 ...95

引用文献 ...160

化合物一覧 ... 163

謝辞 ... 165

X

(8)

本論文は学術雑誌に収載された次の論文を基礎とするものである．

(1) Cyclization of Electron-Deficient Cyclopentadienone with 2-Alkenyl and 2-Alkynylamines via Sequential Pericyclic Reaction Pathway

J. Org. Chem. 2001, 66(26), 8902-8911

Yasuyuki Yoshitake, Kouki Yamaguchi, Chika Kai, Takayo Akiyama, Chiaki Handa, Tamaki Jikyo and Kazunobu Harano

(2) Another Aspect of the Reaction Behavior of Cyclopentadienones. 1,5-Sigmatropic Rearrangement of the 1,4-Addition Products of Amines

Eur. J. Org. Chem. 2004, 4 (February), 826-834.

Koki Yamaguchi, Chika Kai, Yasuyuki Yoshitake and Kazunobu Harano

(3) A Novel clathrate host allowing structural adjustment during the inclusion of 1,2- diaminoethanes

Tetrahedron Lett. 2005, 46(7) 1087-1090.

Koki Yamaguchi, Saori Nakatomi, Yasuyuki Yoshitake and Kazunobu Harano

(4) Amine-catalyzed Cascade Reaction of Cyclopentadienone with 2-Propyn-1-ols.

Manuscript in preparation.

Koki Yamaguchi, Kenji Utsumi, Akira Fujikawa, Tomohito Yamasaki, Kenta Higashi,

Yasuyuki Yoshitake and Kazunobu Harano

(9)

第章緒言

第１節

1 研究の背景および目的

化学技術が人間・社会・地球環境のあり方に強い影響を与えつつある今日，その本来の姿を探求する上で，前世紀の化学・技術を体系化し，「もの作り」に付随する化学の功罪に目を向け，その全貌を明らかにすることは意義あるものと思われる．今世紀は高い効率性と環境適応性を兼ねそろえた有機合成化学，すなわちグリーンケミストリーへの転換が迫られており，特に，多段階反応を有する医薬品合成において，各段階の中間化合物の高収率，高選択的な合成は省資源や環境汚染の観点から必須である．そのような中で近年，従来行われてきた試行錯誤的合成法に代わる方法として，理論的に分子を設計する方法，すなわち軌道相互作用を考慮した分子軌道理論がコンピューターの発達で飛躍的に有用性を高めている．化学者は計算機という新たな「武器」を用いて，有機分子や分子集合系の電子構造（物性）を求め，反応特性を予測し，反応経路のシュミレーションや合成設計を動的に行う計算有機化学という新しい研究手法を手に入れたのである．

分子軌道計算法は半経験的分子軌道法，非経験的分子軌道法 (ab initio 法 ) ，および密度汎関数法に大別できる．固有値（軌道エネルギー）と固有ベクトル（分子軌道）が重要な意味を持ち，どちらに注目するかによって流れが二つに分かれる．固有値から全電子に注目すれば，反応の道筋や中間体の有無といったポテンシャル曲面の形が重要な意味をもつテーマに結びつく．このテーマには，

(density functional theory : DFT)

ab initio 法および法による定量化が要求される．

もう一つの流れは，固有ベクトル（分子軌道）をきめ細かく解析する方向で，軌道の位相空間的広がり方が重要になる．この場合，分子軌道計算の精度はあまり問題とならない．これは，

DFT

FMO 理論

¹⁾

や

(frontier molecular orbital : FMO) W-H 則などの軌道相互作用への流れ

である．この様な背景のもとに、各種の有機反応の機構について分子軌道理論による解釈が試みられ，なかでもペリ環状反応の分野で数多くの成功をおさめてきた。

ペリ環状反応の系統的な研究のひとつとして，

2)

(Woodward-Hoffmann : W-H )

類のペリ環状反応を挙げることができる．

cyclopentadienone 類は，環状共役理論

Cyclopentadienone によれば，反芳香族性を有する化合物であり，ポリ

エン類との環化付加体は残存するπ系の相互作用により多様な熱および光ぺリ環状反応を利用した炭素骨格の設計が期待できる．

当研究室では，不飽和中員環化合物との環化付加反応および付加体のシグマトロピー反応

3)

，また，非共役ジエン類との

4)

double Diels-Alder 反応

⁵⁾

(Diels-Alder 反応→キレトロピー反応→分子内 Diels- 反応を経る連続ペリ環状反応

Alder ) などを報告している．また、連続ペリ環状反応研究の

一環として，隣接位にジエンを有する

(Scheme 1) 類のジチオ炭酸エステル

alcohol ( キサンテート類を単に加熱

することにより、三連続ペリ環状反応

) シグマトロピー→逆エン反応→分子内環化反応

6)

([3,3] が起こ

り

) 類を与えること

isobenzothiophene , さらに，類のペリ環状反応についても詳細な研

究を行っており，

pyridine N-oxide 類との反応では

allene 1,3- 双極性環化付加 → [1,5] シグマトロピー転位 → [2 π +2 π ]

7)

(10)

O

X

O

X O

X

O

X

O O

X

O X

O

exo [4+6]

[3,3]

endo [4+2]

+

endo [4+2]

[1,5]

s yn-endo [2+4]

anti-endo [2+4]

[3,3]

hv

hv 1A

このように、ペリ環状反応を連続的に配置することにより、中間生成物を単離することなく、効率的かつ立体選択的に分子骨格を構築することができる。

ところで，

Scheme 1

類は極めて低い最低空軌道 cyclopentadienone

を有しているため，付加反応における

(lowest unoccupied molecular orbital : LUMO)

Sustmann の分類

⁸⁾

において，逆電子要請型型の反応

挙動を示すことが知られている．そのため，無置換あるいは置換基の小さい

(inverse)

類は非解離型のダイマーを形成する．解離性ダイマーあるいは解離型

cyclopentadienone は少なくとも

cyclopentadienone 二個の

フェニル基を持つ必要がある．解離型の中でも電子吸引基を有する類は，多くの不活性な不飽和化合物に対し，高い付加反応性を示す．ところが，水酸基やアミノ基を持つ

cyclopentadienone

類や

alcohol 類とは

amine 1,4 付加を行うことが報告されている (Scheme 2).

⁹⁾

この事実が先入観となり ,

類や

allylalchol allylamine 類との環化付加反応についての系統的な研究は殆ど行われていない．

O Z

Ph Ph Z

O Z

Ph Ph Z

H XR RX-H

1a : Z=CO Me

R: Me, Et , Pr

-

Scheme 2

(11)

当研究室では， allylalcohol 類の詳細なフロンティア軌道解析結果から，と水酸基を有するジエノフィルとの反応において環化付加反応が進行することを明らかにしている

1a

(Scheme 3).

¹⁰⁾

R'

nOH ^Ph Ph Z

Z

HO O

R' n

O Ph Ph Z

Z R'

O H n

O Ph Ph

O R' Z

Z H

n O

Z Z

Ph Ph

+

1a : Z=CO OMe

Scheme 3

に，

Fig. 1 allylalchol および Diallylamine の FMO エネルギー準位および係数を示した (Fig. 1).

O

CO2Me MeO₂C

Ph Ph

OH

HOMO OH

OH

NHOMO Dial lylam ine (1 a)

-1.9

-9.6

1.1 LUMO LUMO

HOMO 1.2

-10.0 -10. 2

1a

10.8 8.1

10.7 7.3

NHOMO -11.6 All yl al cohol

HOMO (eV)

LUMO

-0.64

-0.56 -0.26

-0.36 0.78 -0.30

+0.42 -0.43

-9.2

H N

HN -0.62

-0.15 -0.21

0.45

0.48

Fig. 1. AM1 (Austin Model 1)

¹⁴⁾

– Calculated FMO energy levels and coefficients.

エネルギー準位に注目すると，不飽和

FMO alcohol 類である allylalcohol では， HOMO は π 軌道に，

は不対電子の

NHOMO n 軌道に局在化している．さらに，二重結合部位の Pz 軌道係数 [HOMO (p)] は

および

-0.635 –0.563 であり，酸素原子上の係数は –0.288 を示す．これより， allylalcohol の HOMO

( π ) と 1a の LUMO との相互作用により，環化付加反応が付加反応に優先して進行することが示

唆された．

一方，同様に活性水素を持つ

1,4

diallylamine について FMO エネルギー準位を考察すると，

と異なり

allylalcohol は窒素の不対電子に局在化しており，二重結合の

HOMO π 軌道はに下降してい

る．このことは，不飽和

NHOMO 類との反応においては，不飽和

amine alcohol 類とは異なり，反応初期段階

(12)

行ったところ，二重結合への環化付加は認められず，新規骨格を有する含窒素四環性化合物を反応で得ることができた

one pot (Scheme 4).

O

Z Z

Ph Ph

H

N N

O Z

Ph Z

DMF, rt, 2day, deairi ng

N O

Z Z

Ph

O

Z Z

Ph Ph 1a : Z = CO₂Me

+

H HO

+ O O

この事実は、先の

Scheme 4

論による予想通り、不飽和アルコールとは全く異なる反応挙動、すなわち、

FMO

の付加反応が起こっていることを示唆した。甲斐ら

amine は，この四環性化合物について，多段階

連続ペリ環状反応の中間に介在する反応の検討を行った．すなわち，

11)

等のアニリンとの反応を追試し，彼らが得た付加体とは異なる化合物を単離し，それが

Eistert

⁹⁾

付加体であることを単結晶Ｘ線構造解析により確認した．このことは，

1,6 の付加反応は，

amine 1,4 付加後，シグマトロピー転位

による二段階反応によって生成することを強く示唆するものとなった．その後、半経験的 [1,5]

法 MO

、非経験的

(AM1, PM3) MO 法である ab initio 法および密度汎関数 (DFT) 法による考察を行い、

aromatic 分子内 Diels-Alder 反応 (IMDA) はに進行する可能性が高いことを示唆する結果を

得、最後の段階である脱水素反応には

stepwise

類が脱水素剤として関与している可能性を得るなど、四環性化合物の生成機構をほぼ明らかにし、新たな連続ペリ環状反応の可能性を拓いた

cyclopentadienone

．その際，

(Scheme 5) についても同様の反応が進行する事実を確認したが，詳細な検討

は行っていない．

dipropargylamine

(13)

O Z Ph Ph Z

H N R

O

Z Z

Ph N R

Z Z

Ph NR OH

Z Z

Ph NR OH Ph

Z Ph N

R OH

Z Z

Z N OH

R

Ph

O

Z Z

Ph N

R

OH H

Z Z

Ph N R OH

H O H

H

H H

H [1,5]

CT com plex 1,4-addition +

pseudoexcitation

Scheme 5 -H₂ IMDA

TS

@

このような背景を踏まえ，本連続ぺリ環状反応の最大の問題点である収率の向上と更なる適用性の拡大を計る為，反応基質として，三重結合を持つ amine 類，中でも本格的研究がなされていない 1 級

類に着目し検討を行った．その結果，四環性化合物形成反応とは異なる新規のカスケード型反応を見出した．次に，

amine

類と反応挙動を異にする

propargylamine propargyl alcohol 類についても，

エネルギー準位のコントロールによって反応機構が制御できると期待し分子設計を行った．すなわち，三重結合を持つ

FMO

1 級 2-proynylamine 類の反応機構を基に，類において未だ得られて

いない二環性や四環性化合物の合成を試みた．また, カルバニオンによる 2-propyn-1-ol

付加が期待できる Michael

を用いて，類似のカスケード反応を利用した分子設計を試みた．さらに，本研究途上，

触媒として用いた 3-butyn-2-one

と

DABCO cyclopentadienone 前駆体である類との間の安定

結晶複合体（クラスレート）形成を発見し，上記の環化反応における反応機構上の役割（分子認識機構）についても構造化学的検討を行った．

以下，各章節に分けて詳述する．

4-hydroxycyclopentenone

(14)

第 2 節著者の研究方針

近年，有機合成化学において環境調和型有機合成反応の実現が望まれている．

合成反応の究極の目的は，動物，植物の生体内反応を模範として，バイオミメティクに反応を進行させることであり，触媒などを利用した緩和で立体選択的かつ効率的な合成手法の開発の努力がなされている．その実現の為，著者は，ペリ環状反応の特性に注目し，タイプの異なるペリ環状反応を連続的に配置した「カスケード反応」を用いることにより，立体選択的かつ効率的に分子を構築する手法の確立を目指し，基礎的研究を実施した．具体的な研究例として，非常に低い最低空軌道エネルギーレベルを持つ環状ジエン化合物

(LUMO) 類を用いた連続ぺリ環状反応が挙げられる．本反応は室温で連続的に進行することから低コスト，低エネルギー，高収率を兼ね揃えた代表的なグリーケミストリーと言える．また，本連続反応を構成する各単位反応は，協奏的な遷移状態を経由する為，溶媒の影響が少なく，気相反応を計算対象とする分子軌道法による遷移状態計算が適用できるメリットがあり，計算機による模擬実験によって一連の反応挙動を予測できる可能性がある．具体的には，反応部位の触媒による制御を

cyclopentadienone

エネルギーから推測し，その計算機の予測結果を理論設計段階にフィードバックして分子設計を精密化することで環境に配慮した

FMO

世紀型合成化学の構築を目指し，研究を行った．

21 近年，分子認識に関してはこれまでの大雑把な分子間相互作用（水素結合，静電相互作用，ファンデルワールス力）を見直し，弱い相互作用を軌道レベルで捉えながら，その集積効果を分子設計に組み込んでいく必要が指摘されるようになってきた．本研究途上， cyclopentadienone の前駆体である

類が分子認識研究の計算モデルとして利用できることを見出した．ホストーゲスト相互作用解析においては，反応基質間の主軌道相互作用に加え，種々の副次効果を含めた非反応部位間相互作用を位相幾何学的に解明することが必須であり，結晶構造解析を基に密度汎関数法による理論的な考察を行った．

hydroxycyclopentenone

(15)

第 2 章 N 原子を含む四環性、二環性化合物の構築

著者の属する研究室では，類を用いたペリ環状反応（環化付加，シグマトロピー，レトロエン，キレトロピー反応等）を連続的に配置することにより，中間生成物を単離することなく，効率的かつ立体選択的に分子骨格を構築する方法について検討してきた．

cyclopentadienone

O

[3 ,3 ]

n= 0, 1, 2, 3 1a : R1,2= CO2Me

1b : R₁= CO₂Me R₂ = Me 1c : R_1,2= Et

n n

n

endo [4+2]π endo [2+4]π

end o [4+2]π

Scheme 6

-CO IM D A

R₁ R₂

Ph Ph

O O O

O

[3,3]

O O

H

H H

exo [4+6 ]π endo [2+8]π

青木らは cyclopentadienone 類と共役ポリエンや非共役ジエンの 4 π +2 πあるいは 4 π π様式の環化付加反応を経由する連続ペリ環状反応（カスケード反応）を報告している．

+6

その後，中本，治京らは，アルケン鎖に

5)

基を有する非共役ジエンである

NH との反応に

おいて

diallylamine 四環性化合物が生成することを見出した (Sheme 7).

^12,13)

その際， FMO 計算において，

の電子密度が窒素原子上に局在化することを確認した．また

HOMO との反応においても同様の生成物が認められた事から，これまで系統的な研究がなされていない三重結合を有する

dipropargylamine

級，

1 級

2 類を用いて

anine cyclopentadienone 類との反応を行った．

O

Z Z

Ph Ph +

HN

NH

N O Z

Ph Z

N O Z

Ph Z Dial lylamine (2a)

Dipropargylamine (2b)

Scheme 7 DMF, rt, 2day, deairing

Benezne, 0°C, 5day, deairing

37 %

45 %

(16)

第１節対称型 Cyclopentadienone 類と三重結合を有する類との環化付

Amine 加反応

一級

1 - 1 との反応

amine

と

1a propargylamine (2c) を中，脱気条件下，室温で攪拌すると新規骨格である二環性化合

物

benzene が得られた

(4ac) (Scheme 8).

O

Z Z

Ph Ph

+ NH₂ ^{Benz ene}

Deairing 0 °C, 7 da y

O

Z Z

Ph N H

1a 2c 4ac

75 %

Scheme 8

O NH

Z Z

Ph IMDA adduct

4ac のスペクトルにおいて，特徴的なパターンとして末端ビニルオレフィンのピークがそれぞれ

1

H-NMR

doublet で 5.29, 5.38 ppm に確認され，分子内 aromatic Diels-Alder 反応成績体において見られるメチンピークは認められなかった．次に，質量分析スペクトル

(IMDA)

(MS) において m/z 404 にイオンピークが観測されたことから，四環性化合物生成の最終段階である脱水素反応も起こっていないことが判明した．さらに，構造を明確にする為に単結晶

(M

⁺

+1)

線構造解析を行った．測定に用いた単結晶は

X

混合溶媒から，室温で溶媒を徐々に蒸発させることにより得た．

AcOEt-EtOH に

Fig. 2 スペクトルデータと

1

H-NMR X 線解析によって得られた構造を示す． Fig. 2 の窒素原子の位置より

は

2c 1,4 付加後，シグマトロピー反応を起こさず分子内環化反応が進行している可能性が示唆

された．この新規骨格を形成する反応機構については [1,5]

にて詳述する．

1-5

O

Z Z

Ph NH H H 5.38

5.29

Hβ Hα

3.62 3.92 3.78

3.14

1 2 4 3 5 3a

Fig. 2. 500 MHz

¹

H-NMR chemical shifts ( δ ) and X-ray crystal structure of 4ac (crystal data are listed in Table

67 in experimental section).

(17)

1 - 2 α 置換一級との反応

次に

amine

位に置換基を有する

α を用い，更

なる反応を検討した．

1,1-diethylpropargylamine (2d), 1-ethynylcyclohexylamine (2e)

1a と 2d, 2e とをそれぞれ benzene あるいは中，脱気条件下，室温

で攪拌すると四環性および二環性化合物の両者を得ることができた

acetonitrile

(Scheme 9) ．にそれぞれの

収率を示す．

Table 2

NH2

Et Et

NH2

N H O

Z Z

Ph

N H O

Z Z

Ph

NH O Z

Ph Z

NH O Z

Ph Z O

Z Z

Ph Ph +

Et Et

1a : Z = CO₂Me

+

+ 4ae 2e

2d 4ad 4ad'

4ae'

Scheme 9

Table 2. Product distribution for the reaction of 1a with 2

--- Ratio

Diene Dienophile Solvent Temp (°C) Time (day) Yield (%) --- 4 : 4 ’ ---

1 a 2d CH

3

CN rt 4 35 25 : 10

Benzene rt 4 70 46 : 24

2 e CH

3

CN rt 4 59 51 : 8

優位に生成した

--- の構造については，単結晶

4ad, 4ae 線構造解析を行い，その結果にもとづい

て，

X スペクトルデータの帰属を行った

1

H-NMR

(Fig. 3).

のピークはそれぞれ

C3a-CO

₂

Me, C5-CO

₂

Me δ 3.03 および δ 3.81 に認められた．のピー

クが約

C3a-CO

₂

Me 高磁場シフトしているのは，

0.8 ppm cis に位置する C6a-Ph の環電流の影響であり，また， 2-

Et β は CH---O 型水素結合や edge-to-face 相互作用を受けている C6-Ph の環電流効果により，より

約

2-Et α 高磁場シフトして観測された．また

0.6 ppm に関しても同様なスペクトルパターンが観察され

た．

4ae

(18)

1 2 4 3

3a 5

O

Z Z

Ph N H

H H 5.44

5.17 3.80

3.08

0.67

1.08-2.01 O

Z Z

Ph N H

H H 5.08

5.48

Etβ Etα 3.81

3.03

1.61 1.04 1.46 0.47

4ad 4ae

1 2 4 3

3a 5

6 6a

Fig. 3. 500 MHz

¹

H-NMR Chemical shift ( δ ) and X-ray crystal structures of 4ad and 4ae (crystal data are

また，四環性化合物である

listed in Table 67 in experimental section).

についても類似化合物

4ad’, 4ae’ 4aa’ の単結晶線構造解析の結果に

基づいて，

X スペクトルデータの帰属を行った

1

H-NMR (Fig. 4) ． 4ad’ の構造はの環電流の影響

をうけ，

C9c-Ph 位

2a CO

₂

Me 基由来のピ−ク (3.24) が， 1 位基に比べて高磁場シフトして観測された．また，

CO

₂

Me

4-Et ( β) のピ−クが δ 1.62-1.78, 0.86, また， 4-Et( α) が δ 1.90-2.14, 1.11 に観測された．

においては，

MS にイオンピークが観測され，

m/z 456 (M

⁺

-1) 4ad’ の構造を支持した．またに関して

も同様なスペクトルパターンを示した

4ae’

． (Fig. 4)

NHEtα Ph

O

Z Z

Etβ 9

NH Ph

O

Z Z

4ae' 1.62- 1.78 0.86

1.90-2.14 1.11 3.85 3.24

7.74

6.17 4ad' 5 9c

1 2 2a

4

9 7.74 3.84

1 2 9c

2a 3.26

4 5 6.33

1.32-2.26 -

Fig. 4. 500 MHz

¹

H-NMR Chemical shifts ( δ ) of 4ad’ and 4ae’.

(19)

二級

1 - 3 との反応

次に，

amine

級

2 amine である N-propyl-N-propargylamine (2f), N-Methylpropargylamine (2g)

NH Z

Ph Ph Z

O

O Z

N Z

Ph +

1a: Z= CO₂Me

4ag 2g

N H 2f

O Z

N Z

Ph

4af'

+ O

Z

Ph N

4ag'

Scheme 10

-

を用い，反応を

行った． 1a と 2 g では前項同様に四環性および二環性化合物の両者を得，に関しては四環性化合

物のみが生成した

2f

(Scheme 10) ． Table 3 にそれぞれの収率を示す．

Table 3. Product distribution for the reaction of 1a with 2

--- Ratio

Diene Dienophile Solvent Temp (°C) Time (day) Yield (%) --- 4 : 4 ’

---

1 a 2 f CH

3

CN 0 4 44 0 : 44

2 g CHCl

3

rt 7 54 13 : 40

---

-

1 含窒素四環性化合物の生成機構

@ これまで述べたように

4 類と不飽和二級

cyclopentadienone との反応機構は逆合成解析によりほ

ぼ確立されてきた

amine しかし，通常

(Scheme 11).

¹¹⁾

1a のような enone 構造を有する化合物は，付加反

応を起こすことが知られているが，

1,4 と不飽和

1a 類との反応によって得られる四環性化合物は，

カルボニル基の

amine

α 位に amine が付加している．このことより， 1a と amine 類は，直接付加する

経路と，一段階目に

1,6 付加，または

1,2 1,4 付加が進行し，その後，シグマトロピー転位する二種

類の二段階経路が考えられる．そこで本項では，初期反応経路解明ため，

[1,5]

類および

amine を用

いて反応解析を行った．

aniline

(20)

O

Z Z

Ph Ph H N R +

OH

Z Z

Ph N R

OH

Z Z

Ph N

R

O H

Z Z

Ph

N R H N

OH Z

Ph Z

R

H N

OH Z

Ph Z

R

H

OH

Z Z

Ph

N R H H H

O N

O Z Z R

Ph H

OH

[1,5]

CT comp lex 1,4-addition

p seudoexcit ati on 4C

2C

-H₂ IMDA

TS

Scheme 11

1 - 4 - 1 脂肪族類との反応

脂肪族

amine 類について

amine 1a との反応性を検討した (Scheme 12, Table 4) ．

Scheme 12

O

Z Z

Ph Ph +

1a : Z = CO₂Me

NH R R

Table 4. Reaction condition for reaction of 1a with amines

---

R Solvent Temp (°C) Time (hr) Yield (%)

---

-CH

₂

CH

₂

CH

₃

CH

₃

CN rt 0.5 71

-*)

rt 72 64

-CH(CH

₃

)

₂ _-

0 24 71

-CH

₂

CH

₂

CH

₂

CH

_{3 -}

rt 72 62

-CH

₂

CH(CH

₃

)

₂ _-

rt 72 59

-CHCH

₃ _-

rt 72 74

-CH

₂

CH

₂

NH- Benzene rt 0.25 48

---

(21)

いずれの反応においても淡黄色結晶が得られたが，溶液中で生成物が容易に原料に解離するため，

スペクトルによる検討が行えなかった．しかし，

NMR スペクトルにより原料とは異なるカルボニ

ル基の吸収を確認し，

IR スペクトルにおいて，

MS 1a に amine が分子付加した分子量に分子イオン

ピークが観測された．さらに，結晶が淡黄色であることより，

1 構造の存在が予測できた．その結果，

enone と脂肪族

1a amine との反応によって得られる生成物は，アルコール類と同様に， 1a に

が

amine 分子付加した構造であることが予測できた．しかし，

1 1a のカルボニル基の α 位または位のど

ちらに

β が付加しているかを確認することはできなかった．

amine

-

1 4 - 2 との反応を利用した反応機構解析

脂肪族

Aniline

との反応で得られた結晶が不安定であったため，

amine 法による構造決定は不可能で

あった．そこで，付加体において脂肪族

NMR 類より安定性が高い芳香族

amine amine であるを

用いて検討を行った

aniline (2h) (Sheme 13).

⁹⁾

O

Z Z

Ph Ph

+ NH2

O

Z Z

Ph

O

Z Z

Ph

O

Z Z

Ph Ph N

H Ph

NH

Ph Ph

Ph N

H Ph 5 °C

trans 3h trans 4h cis 4h

+ +

CH₃CN

1a anil ine (2h)

H H

scheme 13

1a と aniline を， CH

₃

CN 溶媒中，氷浴下 24 hr 撹拌したところ黄色結晶が析出し，により三つ

の生成物を確認した．結晶を吸引ろ取し

TLC を得，その濾液に残存する二つの生成物

trans 3h trans 4h,

は溶媒留去後，シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより分離し，

cis 4h スペクトルにより

構造を検討した．いずれの生成物も

NMR が付加していることを確認したが，

aniline MeOH や類と同

様，それぞれの構造がカルボニル基の

amine 位置換体または

α 位置換体であるかを確定する決定的な証拠が得られなかった．そこで，三つの生成物の構造を単結晶

β

線解析によって決定した．単結晶は X

溶媒から室温で溶媒を緩やかに蒸発させることにより得た．

解析結果より EtOH

は，

trans 3h 1a のカルボニル基の β 位に， trans 4h, cis 4h は α 位にが付

加していることが確認された．また，

aniline trans 3h と trans 4h は C(2)-CO

₂

Me 基と基が同面上に位置していることが明らかとなった．この事は，

C(3)-phenyl スペクトルにおいて，

1

H-NMR 基の環電

流の影響により

phenyl のピークが，

C(2)-CO

₂

Me C(5)-CO

₂

Me より，それぞれ高磁場シフトして

観測されたことと符合している

0.55, 0.52 ppm .

(Fig. 5a)

trans 3h は二つの phenyl 基間の edge-to-face 相互作用に加え，分子間にも同様の相互作用

が確認された．さらに，

(2.52 Å)

trans 4h は aniline の窒素上の水素とカルボニル酸素が N-H … O 水素結合を形成し，

(2.310 Å) cis 4h においては PhNH と enone C=O との水素結合の形成を確認し

た

(2.276 Å)

．また

(Fig. 5b) -CH … O= 型の水素結合の影響によりシクロペンテノン環の二面体角 (18.9 °) はかな

(22)

り歪んだ構造を示した．これら三つの構造とも窒素上の不対電子と phenyl 基の軌道が平行であり，共役安定化を示唆した．一方，このような安定化構造をとり得ない脂肪族アミン付加体は極めて不安定な化合物であり，共役安定化が両者の安定性の違いに大きく寄与していると考察した．

π

O

O O O

O O

O

O O

N

00 00

00

00 00 00

00

00 00

0 0

00 00

00

0 0

00 00

0 0

0 0 00 00

00 00

00 00 00 00 00 00

00 00

00

0 0 00 00 00

00

00 00 00 00

00 00

0 0

00 00

00 00 00 00 0

0

00

00 00 00 00

00 00 00

000 000 000

00 00 00 00

00 00

000 000

0 0

00 00

000 000

00 00

00 00 00 00 00

00 00

00 00 00

00 00 00 00

000 000 000

00 00 00 00

00 00

00

00 00 00 000

000

00 00

00 00 00 00

N

ring current effect in ¹H-NMR 2.67 Å N-H··O 2.31Å

O O O O

O

Fig. 5a. Intra- and intermolecular edge-to-face interactions of trans 3h in crystal.

Fig. 5b. Computer-generated representation of the X-ray structures. (left : trans 4h, right : cis 4h) The thermal ellipsoids are omitted for clarity. Atomic distances are represented in Å.

2. 37

2.28 N O

O 2.98

O O

O

0 0

00 00 00 00 0

00 00

00 00 00

00

00 00

00 00 00 00 00

00

00 00 00 00 00

00

00 00 0

0 00 00

00

000 000

0 0

00

00 00

00 00 0

0

00 00 0

00 00 00

00

00 00 00

00

0 0

00 00

0 0 00 00

00 00

0

0 0 00

00 0 0

00

00 00

00 00 00

000 000

0 0

00

00 00

(23)

また X 線構造から得られた各種の相互作用からも予想できるように， 3h はと比較して溶液中で非常に不安定な為，室温で原料系への

4h

反応が進行する．そこで次に反応中間体の構造を確認するため，

retro 等の報告に準じて

Eistert diazomethane を用いた実験

⁹⁾

を行った (Scheme 14).

と

trans 3h diazomethane を， ether 溶媒中，氷浴下 3 hr 撹拌したところ黄色結晶が析出し，により二つの生成物を確認した．結晶を吸引ろ取し

TLC を得，その濾液に存在する生成物

3h-Enol-Me 4 h -

は溶媒留去後，シリカゲルカラムクロマトグラフィーにより分離し，

Enol-Me スペクトルおよ

び単結晶

NMR 線構造解析により構造を決定した

X (Fig. 6) .

0

0 00 00

00

0 0 00 00 0

00

0 00

0 0

00 00 00

00 00

00 00 0

0 0

0

00

00 00

00

0 0

00 00

00 00 0

0

00 00

00

00 00 0

0

00

00 00 0

00 00

0 0

00 00

0 0

00 00

0 0 00 00

0 0

0

0 0

00 00 0

00

N

O

O O

O O 2.420Å

Fig. 6. Computer-generated representation of the X-ray structure of 3h-Enol-Me; the thermal ellipsoids are

O

Z Z

Ph Ph N

H Ph ⁰ ^{3 hr}

OMe

Z Z

Ph Ph N H Ph 3h-Enol -Me

O Me

Z Z

Ph Ph N H Ph

4h-Enol-Me OH

Z Z

Ph Ph N H Ph di azomet hane

Scheme 14

+

14-Enol

これら二種の生成物の単離により反応中間体である omitted for clarity.

付加体

1,4 の存在が明らかになった．

次に，

14-Enol

1a と aniline との反応の経時変化を 300 MHz

¹

H-NMR スペクトルにより追跡した． 1 a , c i s の比率は，

3h, trans 3h, cis 4h, trans 4h

¹

H-NMR スペクトル上，それぞれの基のメチルシ

グナルの面積積分比を指標とした．

CO

₂

Me にそれぞれの

Scheme 15 スペクトルの化学シフ

ト値を示した．

300 MHz

¹

H-NMR

(24)

O

Z Z

Ph Ph N H H

Ph O

Z Z

Ph Ph N H H

Ph

O

Z Z

Ph Ph H NH Ph

O

Z Z

Ph Ph H NH Ph O H

Z

P h Ph Z NH Ph

O H Z

Ph Ph Z N H

Ph

O H Z

P h Z

Ph NH P h

Z

P h Ph Z

O N

H H

Ph

Z

Ph Ph

Z HO H

N Ph Z

h Ph

Z N Ph

TS1

TS2

π-HOMO

[1,3] [1,3]

1a: Z=CO₂Me 1a + 2h

[1,5]

[1,5] [1,5]

[1,5]

Scheme 15

cis 3h trans 3h

4h-Enol 3h-Enol

trans 4h cis 4h

5a 1 + 2a

1H-NMR(CDCl₃) 3.73 (6H, s, -OMe)

1H-NMR (CDCl₃) 3.26 (3H, s, -OMe) 3.81 (3H, s, -OMe) 4.46 (1H, s, C-H) 4.67 (1H, s, N-H)

1H-NMR (CDCl₃) 3.68 (3H, s, -OMe) 3.79 (3H, s, -OMe) 5.02 (1H, s, C-H) 5.36 (1H, s, N-H)

1H-NMR (CDCl3) 3.61 (3H, s, -OMe) 3.82 (3H, s, -OMe) 4.93 (1H, s, C-H) 5.45 (1H, s, N-H) H-NMR (CDCl₃)

.38 (3H, s, C2-OMe) .90 (3H, s, C5-OMe) .29 (1H, s, C-H) .40 (1H, s, N-H)

σ-LUMO Frontier orbital for supra- facial [1,5] sigmatropic rearrangement

NHPh

100

80

60

40

10

0

0 20 40 60 80 (hr)

(% )

1 cis 3h trans3h trans 4h cis 4h

Fig. 7.

¹

H-NMR spectroscopic monitoring

of the reaction between 1a and 2h.

と

1a aniline との反応における経時変化の結果を， Fig. 7 に示す．反応の初期は， trans 3h, cis 3h,

cis 4h の濃度がの減少とともに最大値まで急速に上昇し，その後，時間の経過と共に徐々に減少

し，

1a

の量が増大した．このことから

trans 4a aniline との反応は，まず 1,4 付加が付加より優先的

に進行した後，

1,2

シグマトロピー転位反応がおこる二段階反応であることが判明した．その際

[1,5]- c i s

は速度論的，

4h trans 4h は熱力学的支配を受けていることが判明した．

(25)

-

1 4 - 3 シグマトロピー転位反応の計算化学的検討

[1,5]

シグマトロピー転位反応の実験事実を詳細に検討する為，

[1,5] PM3 (Modified Neglect of Diatomic

Overlap Parametric Method 3) 法

¹⁴⁾

および B3LYP/6-31G* レベルの計算を用い，反応機構につい

て検討を行った．計算結果を

DFT

¹⁵⁾

また遷移状態構造を

Table 5, Fig. 8 に示した．半経験的計算手法である

による最適化構造を初期入力座標として用い

PM3 DFT 計算を行ったところ，その構造はアニ

リン分子が

(TS1) C4 から C5 へシフトする唯一の虚のベクトルを有しており，さらに IRC (intrinsic reaction 計算から反応経路を調べることで本構造が遷移状態であることを確認した．

coordinate)

00 00

0 00 00

00 00

00 00 0

00 00

00

0 00 00

00 00

0

0 0

00

00 00

00

00 00

00 00 00

00

00 00

00 00 00

00 0 0

00 000 000 000 00 00

000 000 00

00

00 00

0

00 00 00

000 000

0 0

00 00 00

00 00

0 0

00 00 00

0

00 00 00

0 0

00 00

0

00 00

v ^‡= 289.4133i cm^-1 1.581

1.643

2.000

1.812

O H Ph Z

Ph N

Ph H

-0.502 -0.503 -0.504 -0.505 -0.506 -0.507 -0.508 -0.509 -0.51

TS

reverse forward

Energy + 1473 (Hartree)

Reaction Path

Fig. 8. TS geometry of the 1,5-sigmatropic rearrangement of 3h (enol form) calculated at the B3LYP/6-31G(d) level. Atomic distances are represented in Å.

Table 5. Energies of the GS and TS structures for the reaction between 1a and 2h

---

Compound cis 3h 3h-Enol trans 3h T S 1

---

PM3

^[a]

-85.9 -84.8

^[b]

-86.5 -36.6

^[b]

B3LYP/6-31G(d) -1473.5781 -1473.5746 -1473.5785 -1473.5030

-1473.1087

^[d,e]

-1473.5781

^[f]

-1473.0409

^[d,e]

-1473.4971

^[f]

-1473.4880

^[f]

---

Compound trans 4h 4h-Enol cis 4h

---

PM3 -87.7 -84.9 -87.7

B3LYP/6-31G(d) -1473.5909 -1473.5631 -1473.5920 -1473.1087

^[d,e]

-1473.5925

^[f]

Cyclopentadienone Propargyl Amine および 類とのカスケード反応

熊本大学学位論文

類と

Cyclopentadienone Propargyl Amine および 類とのカスケード反応

Alcohol

山口 幸輝

2005

熊本大学学位論文

類と

Cyclopentadienone Propargyl Amine および 類とのカスケード反応

Alcohol

山口 2005

幸輝

Cascade Reactions of Cyclopentadienones with Propargyl Amines and Alchols

2005

Koki Yamaguchi

Cascade Reactions of Cyclopentadienones with Propargyl Amines and Alchols

Koki Yamaguchi

1. Reaction of 1a with 2-propynylamines.

The pericyclic reactions of 1a with propargylic amines have been investigated. The reaction proceeded via initial formation of the 1,4-adducts followed by the ene cyclization and/or sequential pericyclic reactions

2. 1,5-Sigmatropic Rearrangement of the 1,4-Addition Products of Amines.

Cyclopentadienone 1a with aniline gave the stereoisomeric 2-anilino-2,5-dimethoxycarbonyl-3,4- diphenylcyclopentenones.

3. Cycloaddition Behavior of Unsymmetric Cyclopentadienone with 2-propynylamines.

indicating the presence of 1,5-walk in formation of the 1,5-sigmatropic rearrangement product at the C(5) position.

4. Theoretical Consideration of the Reaction Behavior of Cyclopentadienone (1a) toward Propargyl alcohols.

gave the DA adducts, whereas in the presence of catalytic amounts of amine gave the cyclization products via 1,4 addition. These results agree well with the theoretical consideration.

5. A novel clathrate host allowing structural adjustment during the inclusion of 1,2- diaminoethanes.

Dimethyl 5-hydroxy-2-oxo-4,5-diphenylcyclopent-3-ene-1,3-dicarboxylate (1a_OH) forms relatively

stable inclusion complexes with compounds having 1,2-diaminoethane moiety. Based on X-ray crystalline

analysis, the host molecule is considered to have induced-fit type binding ability toward 1,2-ethanediamines,

regardless of the type of the diamines, in which two >O-H••N hydrogen bonds between the C5-OH and diamines

play a leading role in recognition of the 1,2-diaminoethane moiety. With primary and secondary 1,2-diaminoethan

e, the host molecule isomerizes to the enol form acting as hydrogen-bond donor towards the diamines. In both

cases, the conformational flexibility of the methoxy carbonyl groups plays an important role for the effective

略語表

本論文中では以下の略語を使用した．

AcOEt ethylacetate

AM1 austin model 1

B3LYP Becke's three-parameter nonlocal exchange and Lee-Yang-Parr (1988) nonlocal correlation functional

CDCl

chloroform-d

CH

CN acetonitrile

CHCl

chloroform

COSMO conductor-like screening Model

CT charge transfer

DA Diels-Alder

DABCO 1,4-diazabicyclo[2.2.2]-octane DFT density functional theory DMF N,N-dimethylformamide

DMSO dimethyl sulfoxide

Et

N triethylamine

EtOH ethanol

FMO frontier molecular orbital

GS ground state

HOMO highest occupied molecular orbital IMDA intramolecular Diels-Alder reaction IRC intrinsic reaction coordinate LDA lithium diisopropylamide

LUMO lowest unoccupied molecular orbital

MeOH methanol

MgSO

magnesium sulfate

MO molecular orbital

NaOH sodium hydroxide

PM3 parametric method 3

TD-DFT time-dependent DFT

THF tetrahydrofuran

TLC thin-layer chromatography

TS transition state

UV ultraviolet

Z CO

Me

目次

第１章 緒言

第１節 研究の背景および目的 ...1

第２節 著者の研究方針 ...6

第２章 原子を含む四環性，二環性化合物の構築 ...7

第１節 N 対称型 Cyclopentadienone 類と三重結合を有する 類との環化付加反応 ...8

１-１ amine 1 級 との反応 ...8

１-２ amine α 置換 1 級 との反応 ...9

１-３ amine 級 2 との反応 ...11

１-４ 含窒素四環性化合物の生成機構 ...11

Cyclopentadienone Propargyl Amine および類とのカスケード反応

Cyclopentadienone Propargyl Amine および類とのカスケード反応

山口幸輝

Cyclopentadienone Propargyl Amine および類とのカスケード反応

第１章緒言

第１節研究の背景および目的 ...1

第２節著者の研究方針 ...6

第２章原子を含む四環性，二環性化合物の構築 ...7

第１節 N 対称型 Cyclopentadienone 類と三重結合を有する類との環化付加反応 ...8

１-１ amine 1 級との反応 ...8

１-２ amine α 置換 1 級との反応 ...9

１-４含窒素四環性化合物の生成機構 ...11

１-４-１脂肪族 amine 類との反応 ...12

１-４-４分子内環化付加反応 ...21

１-４-５脱水素反応 ...22

１-５含窒素二環性化合物の生成機構 ...25

１-５-１分子内 [1,5] 反応 Ene ( 三重結合 ...25

１-５-２分子内 ) 反応 (二重結合) ...27

１-６四環性，二環性化合物の生成の選択性 ...29

第２節非対称型 Ene 類と三重結合を有する Cyclopentadienone 類との環化付加反応 ...30

第３章 amine Cyclopentadienone 類 (1a) と 2-propyn-1-ol 類との反応 ...34

第１節無触媒反応 ...34

２-２-１ Triehylamine 触媒による cyclopentadienone (1a) と propargylalcohol (2j) との ene 反応の速度論的検討 --- 1a と 2j の反応速度 (triethylamine 触媒 ...41

第３節フラン縮環型四環性化合物の合成 ...48

３-１存在下での反応 ...48

３-２ Lithium diisopropylamide (LDA) 1a ととの反応 ...50

第４章 Cyclopentadienone 前駆体とエチレンジアミン類との相互作用 ...59

２-２ Dicarbomethoxy-4-hydroxy-3,4-dipyridylcyclopenten-1-one (1d-OH) 類 Cyclopenetenone (1a-OH, 1d-OH) との錯体形成 ... 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane (DABCO) ...61

２-７フロンティア軌道論による分子認識予測 ...70

単結晶線構造解析 ...95

第章緒言