博 士 （ 工 学 ） 山 本 靖 典
学位論文題名
Synthesis of Allyl ‐and Alkenylboron Reagents and their Addition to Carbonyl Compounds
（アリルおよびアルケニルホウ素試薬の合成と カ ル ボ ニ ル 化 合 物 へ の 付 加 反 応 ）
学位論文内容の要旨
近 年有 機合 成 を用 いる 機能性分子や機能性材料 の開発において標的分子に対する 要 求は 多岐 にわ た る。 これ にともない合成ステップ の省略化や、不斉合成などの高度 な 立体 制御 など 、 より 効率 的な反応の開発が大きく 進んできた。特に、有機金属化合 物あるし 丶は金属錯体触媒を用し丶る反応開発は極めて有用かつ重要な方法論を提供して き た。 本研 究に 用 いた 有機 ホウ素化合物は水、空気 などに安定で取り扱いやすく遷移 金属触媒 による活性化が容易であるため優れた反応剤として注目されてし丶る。中でも ア リル およ びア ル ケニ ルホ ウ素化合物は、アリルホ ウ素化反応やク口スカソプリング 反応など に代表される炭素ー炭素結合形成反応に欠くことのできない反応剤である。こ れ らの 合成 は不 飽 和炭 化水 素への付加反応や他の有 機金属試薬とのトランスメタル化 反 応な どに より 行 われ てき たが、有機リチウム化合 物やグリニヤール試薬など官能基 に対する 制約の多い金属試薬を用いて多官能性ホウ素化合物を合成することは難しい。
従 って 、有 機合 成 に対 する 多様化、多機能化に対応 するアリルおよびアルケニルホウ 素 化合 物合 成法 の 開発 は有 機合成において重要な課 題と考えられる。本研究は、これ ら の官 能性 アリ ル およ びア ルケニルホウ素試薬を簡 便に合成するするための方法論と そ の応 用に 関す る もの であ る。様々な置換基を有す るアリルおよびアルケニルホウ素 試 薬の 簡便 かつ 立 体選 択的 な合成を達成し、アルデ ヒド、ケトンへの付加反応を用い た 鎖 状 お よ び 環 状 化 合 物 の 立 体 選 択 的 合 成 に 関 す る 研 究 を 行 っ た 。 本 論文 は序 論 およ び6章で 構成 され てお り 、序 論で は研究の背景と目的について 述べた。
第1章で はブ ロモ ホウ 素化 反応 によ るア リ ルボ 口ン 酸エステルの合成について述 べた。ア レンおよび1−アルキンのブ 口モボウ素化により、2ーブ口モアリルボ口ン酸工 ステルお よび3，3―ニ置換アリルボロン酸エステルの合成を達成した。3，3ーニ置換アリ ル ボ口 ン酸 エス テ ルは ブロ モホウ素化反応、パラジ ウム触媒による有機亜鉛試薬との ク口スカ ップリング反応、ハ口メチルリチウムを用いた俄転移反応を連続して行うこと に より 合成 でき る こと を明 らかとした。これらのア リルボランの光学活性酒石酸エス テ ルと アル デヒ ド との 付加 反応により、2ーブロモホモアリルアルコ―ルおよび4級炭 素 を 有 す る ホ モ ア リ ル ア ル コ ール の不 斉合 成に 成功 した 。ま た、 反応 を psenol， Ipsdi enolの 不 斉 合 成 に 応 用 し 、 反 応 の 一 般 性 と 実 用 性 に つ い て 調 査 し た 。 第2章で は、 触媒 的二 重結 合異 性化 反応 を 用い た、rア ルコ キシ アリ ル ボロ ン酸 工 ステ ルの 立体 選 択的 合成 について述ぺた。イリジ ウム触媒による非対称ジアリルエ ー テル のア リル ビ ニル エー テルへの異性化を調査し て、異性化反応に有効な触媒、温
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度 、溶 媒 など反 応に必 要な条件 の最適 化を行っ た。次に 、これ をrア ルコキ シアルケ ニルボ 口ン酸 エステル の異性化 反応に 適用して 、ジオ ール誘導 体のジアステレオ選択 的合成 試薬と して重要 なY― アルコ キシアリルボ口ン酸エステルの合成を行った。この 反応は さらに 、酒石酸 エステル 誘導体 の合成に 発展さ せ、アル デヒドの付加反応によ り1，2− ジオー ル類の不斉合成を達成した。本異性化反応は環化反応としても利用可能 であり 、分子 内にアル デヒド部 位を有 する化合 物に適 用すると 、異性化に続く分子内 環 化反 応 により6、7およ び8員 環エー テルを立 体選択的 に合成 できるこ とを明 らかに した。
第3章では 、アルコ キシア レンの触 媒的ヒド ロホウ 素化によ る（の−rアルコキシ アリル ホウ素 化合物の 合成につ いて述 べた。触 媒的ヒ ドロホウ 素化反応は不飽和結合 に対す る付加 選択性が 無触媒反 応と大 きく異な ること が知られ ている。アレン類の触 媒的ヒ ドロホ ウ素化反応に関する研究は過去報告されていないカ；、各種リン配位子に より配 向性を 制御する ことがで き、ビ ニル型、 アリル 型ホウ素 化合物が選択的に合成 できるできること明らかにした。また、ピナコーノレボランを用いるアノレキン、アノレケ ンのヒ ド口ホ ウ素化反 応につい ても調 査し、そ れぞれ 白金、イ リジウム触媒が高活性 を示すことを明らかとした。
第4章 では、 ルテニ ウム触媒 による ク口スメ タセシ ス反応を 用いたア リルホ ウ素 化合物 の合成 について 述べた。 合成容 易なアリ ルボラ ンとアル ケンとのク口スメタセ シスは 、種々 の官能基を有するアルケンに対して高収率かっトランス選択的に進行し、
これま でにな い簡便な アリルボ ランの 合成法と なる。 反応を光 学活性酒石酸エステル 誘 導 体 の 合 成 に 応 用 し て 不 斉 ア リ ル 化 反 応 に 発 展 さ せ る こ と に 成 功 し た 。 第5章 で は 、'ボ ツ ルア リ ル ホ ウ素化 合物の合 成およ びアルデ ヒドと のドミノ ア リル化 反応に よる1，5一 ジオー ル類の合 成について述ぺた。rボリルアリルホウ素化合 物 の合 成 は、3章で 開発した ヒド口ホ ウ素化 反応をピ ナコー ルアレニ ルボ口 ン酸エス テ ルに 対 して、 また4章で開 発したク 口スメ タセシス 反応を アルケニ ルボ口 ン酸エス テルに 対して 適用する ことで達 成した 。また、3ーボリル塩化アリルとボランあるいは ジボ口 ンとの ク口スカ ップリン グ反応 によって も合成 できる。 アルデヒドとのドミノ アリル 化に於 けるジアステレオ選択性などについて調査し、1，5ージオール類の立体選 択 的な 合 成 を開 発 す るこ と に 成功 し た。以 上、第1章か ら第5章では、 新規な アリル ホ ウ 素 化 合 物 合 成 法 の 開 発 と そ れ ら を 用 い た 付 加 反 応 に つ い て 述 ぺ た 。 第6章では 、ロジウ ム触媒 を用しヽ たアルケニルホウ素化合物のカルボニル化合物 への付 加反応 について 述べた。 すでに 、アリー ルおよ びアルケ ニルホウ素化合物がロ ジウム 触媒に トランス メタル化 して、 カルボニ ル化合 物に付加 することが知られてい る。この反応を利用して3一シリル―1−アルケニルホウ素化合物を既B―不飽和ケトンに 1，4ー付加することで、カルボニル基を有するアリルシランを合成することに成功した。
得 られ た ア リル シ ラ ンをBuiNFで 処 理すると 過去に報 告例の ない4員環環 化反応が 進 行して ビニル シク口ブ タノール 類が高 収率、高 選択的 に生成す ることを見いだした。
反応を さらに 、アルケ ニルホ ウ素化合 物の分 子内環化 付加反応 に発展させた。従 来アル ケニル ボランの グリニヤ ール型 付加反応 はアル デヒドに 対して限定的に用いら れてき た。こ れに対し て、分子 間反応 はケトン に対し ても低温 で容易に進行して環化 付加体であるアリルアルコールを高収率で与えた。
以上、 申請者 は官能性 アリル およびア ルケニ ルホウ素 反応剤の 新規な合成法を開 発し、 それら のカルポ ニル化合 物への 付加反応 により 鎖状およ び環状化合物の立体選 択的合成を達成した。
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学位論文審査の要旨
学位論文題名
Synthesis of Allyl‑ and Alkenylboron Reagents and their Addition to Carbonyl Compounds
（ ア リ ル お よ び ア ル ケ ニ ル ホ ウ 素 試 薬 の 合 成 と カ ル ボ ニ ル 化 合 物 へ の 付 加 反 応 ）
近年 機能 性分 子や 機 能性材料の開発 において標的分子に対する要求は多岐にわたる。これに と もな い合 成ス テッ プ の省略化や不斉 合成における高度な立体制御など効率的な反応や反応剤 の 開発 が進 み、 有機 合 成における技術 は格段に簡便化されてきた。特に、有機金属化合物ある い は金 属錯 体触 媒を 用 いる反応開発は 極めて有用かつ重要な方法論を提供してきた。本研究に 用 いた 有機 ホウ 素化 合 物は水、空気な どに安定で取り扱いやすく、また遷移金属触媒による活 性 化が 容易 であ るた め 優れた反応剤と して注目されている。中でもアリルおよびアルケニルホ ウ素化合物 は、アリルホウ素化反応やクロスカップリング反応など に代表される炭素‐炭素結合 形 成反 応に 欠く こと の できない反応剤 である。これらは不飽和炭化永素への付加反応や他の有 機 金属 試薬 との トラ ン スメタル化反応 などにより合成されてきたが、有機リチウム化合物やグ リ ニヤ ール 試薬 など 官 能基に対する制 約の多い金属試薬を用いて多官能性ホウ素化合物を合成 す るこ とは 難し い。 従 って、有機合成 に対する多様化、多機能化に対応するホウ素化合物合成 法 の開 発は 有機 合成 に おいて重要な課 題と考えられる。本論文において著者は、これら官能性 ア リル およ びア ルケ ニ ルホウ素試薬を 簡便に合成するするための方法論とその応用に関する調 査 を行 って いる 。様 々 な置換基を有す るアリルおよびアルケニルホウ素試薬の簡便かつ立体選 択 的な 合成 を達 成し 、 アルデヒド、ケ トンへの付加反応を用いた鎖状および環状化合物の立体 選択的合成 に成功している。
論文 は序 論お よび6章で 構成されており、序論では研究の背景とB．的について述べている。
第1章 では ブロ モホ ウ素 化反 応に よる アリ ルボ ロ ン酸エステルの合成について述べている。
ア レン およ び1− アル キン のブロモホウ素化により、2―ブロモアリルボロン酸エステルおよび 3，3―二置 換アリルボロン酸エステルの合成を達成した。これらア リルボランの光学活性酒石酸 エ ステ ルと アル デヒ ド との付加反応に より、2―ブロモホモアリル アルコールおよび4級炭素を 有するホモ アリルアルコールの不斉合成に成功した。また、反応をIpsenol，Ipsdi enol．の不斉 合成に応用 し、反応の一般性と実用性について明らかにしている。
第2章 では 、触 媒的 二重 結合異性化反応を用いた、Y・アルコキシアリルボロン酸エステルの 立 体選 択的 合成 につ い て述べている。 イリジウム触媒を用いる非対称ジアリルエーテルのアリ ル ビニ ルエ ーテ ルへ の 異性化を研究し 、異性化反応に有効な触媒、温度、溶媒など反応に必要 な 条件 の最 適化 を行 っ てい る。 次に 、こ れを'ア ル コキシアルケニルポロン酸エステルの異性 化反応に適 用して、ジオール誘導体のジアステレオ選択的合成試薬 として重要なY一アルコキシ
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夫 生
治
憲 昌
正
浦 田
宮 徳
原
授 授
授
教 教
教
査 査
査
主 副
副
アリルボ ロン酸 工ステル の合成を 行った 。イリジ ウム触 媒では卜 ランス 選択的に 、ニッケル触 媒ではシ ス選択 的に異性 化が進行 するこ とを明ら かにし た。この 反応は さらに、 酒石酸エステ ル誘導体 の合成 に発展さ せ、アルデヒドへの付加反応により1，2一ジオール類の不斉合成を達成 した。本 異性化 反応は環 化反応と しても 利用可能 であり 、分子内 にアル デヒド部 位を有する化 合物 に 適 用す る と、異性 化に続 く分子内 環化反 応により6、7およ び8員 環エーテ ルを立 体選択 的に合成できることを明らかにした。
第3章 では、 アルコキ シアレン の触媒 的ヒドロ ホウ素 化による （の―fアル コキシアリルホウ 素化合物 の合成 について 述べてい る。触 媒的ヒド ロホウ 素化反応 は不飽 和結合に 対する付加選 択性が無 触媒反 応と大き く異なる ことが 知られて いる。 アレン類 の触媒 的ヒドロ ホウ素化反応 に関する 研究は 過去報告 されてい ないが 、各種リ ン配位 子により 配向性 を制御す ること成功し
、ビニル 型、ア リル型ホ ウ素化合 物が選 択的に合 成でき るできる こと明 らかにし た。また、ピ ナコール ボラン を用いる アルキン 、アル ケンのヒ ドロホ ウ素化反 応につ いても研 究し、それぞ れ白金、イリジウム触媒が高活性を示すことを明らかとした。
第4章で は 、 ルテニウ ム触媒 によるク ロスメ タセシス 反応を 用いたア リルホウ 素化合 物の合 成につい て述ぺ ている。 合成容易 なアリ ルボラン とアル ケンとの クロス メタセシ スは、種々の 官能基を 有する アルケン に対して 高収率 かっ卜ラ ンス選 択的に進 行し、 これまで にない簡便な アリルボ ランの 合成法と なること を明ら かにして いる。 反応を光 学活性 酒石酸エ ステル誘導体 の合成に応用して不斉アリル化反応に発展させることに成功した。
第5章で は 、rボ リ ル アリ ル ホ ウ素 化 合 物の合 成および アルデ ヒドとの ドミノ アリル化 反応 による1，5−ジオ ール類の 合成に ついて述 べている 。rポリルア リルホ ウ素化合 物の合成は、3 章で 開 発 した ヒ ドロホウ 素化反 応をピナ コール アレニル ボロン 酸工ステ ルに対し て、ま た4章 で開発し たクロ スメタセ シ、ス反応をアルケニルポロン酸エステルに対して適用することで達成 した。ま た、3−ポリ ル塩化ア リルと ボランあ るいは ジボロンとのクロスカップリング反応によ っても合成できる。アルデヒドとのドミノアリル化におけるジアステレオ選択性を研究し、1，5− ジオール類のジアステレオ選択的な合成に成功した。
第6章で は 、 ロジウム 触媒を 用いたア ルケニ ルホウ素 化合物 のカルポ ニル化合 物への 付加反 応につい て述べ ている。 すでに、 アリー ルおよび アルケ ニルホウ 素化合 物がロジ ウム触媒に卜 ランスメ タル化 して、カ ルボニル 化合物 に付加す ること が知られ ている 。この反 応を利用して 3一シリル―1−アルケニルホウ素化合物をa,p―不飽和ケトンに1，4―付加することで、カルボニル基 を有する アリル シランを 合成する ことに 成功した 。得ら れたアリ ルシラ ンをBu。NFで処理する と過 去 に 報告 例 のない4員環 環化反応 が進行 してビニ ルシクロ ブタノ ール類が 高収率 、高選択 的に生成することを見いだした。
反応をさ らに、 アルケニ ルホウ 素化合物 の分子内 環化付 加反応に 発展さ せた。従来アルケニ ルポラン のグリ ニヤール 型付加反 応はア ルデヒド に対し て限定的 に用い られてき た。これに対 して、分 子間反 応はケト ンに対し ても低 温で容易 に進行 して環化 付加体 である環 状アリルアル コールを高収率で与えた。
これを要 するに 著者は、 触媒反 応を駆使 して精 密有機合 成に価値 ある官 能性アリルおよび アルケニ ルホウ 素反応剤 の新規な 合成法 を開発し 、それ らのカル ボニル 化合物へ の付加反応に より鎖状 および 環状化合 物の立体 選択的 合成を達 成した ものであ り、有 機合成化 学、有機金属 化学、触媒化学の分野に対して貢献するところ大なるものがある。
よ っ て 著 者 は 、 北 海 道 大 学 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る資 格 あ るも の と 認め る 。
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