新規 ア リル化反応剤 と しての トリア リル ブチル ス タナ ン

新規 ア リル化反応剤 と しての トリア リル ブチル ス タナ ン

長南 幸安* ･ 野上 勉 *

YukiyasuCHOUNAN*andTsutomuNOGAMI*

論文要 旨

sp2炭素 に対す るカルバニオ ンの付加反応 は炭素 ‑炭素結合生成法 として有用であ り, その 中で もア リル化反応 は医薬や天然物合成 に頻繁 に用 い られ,非常 に重要な反応 の一つである｡

ア リル化反応 において, その高い反応性 のためア リルスタナン類 はア リル化剤 として優れてい る｡ 今回,我々 は新規 なア リルスタナ ンとして トリア リルブチルスタナ ンを合成す るのに初 め て成功 し, それ を用いてアセ トフェノンに対 してア リル化 を行 ってみた｡ その結果,生成物が 四級炭素 となるケ トンに対 してア リル化 は一般 に進行 しに くいのであるが, この トリア リルブ チルスタナ ンはルイス酸触媒,或 いはルイス酸 ･ア ミン複合系触媒 において高収率で対応 する ホモア リルアル コール体 を与 えることを兄 いだ した｡ また この反応剤が他 のア リルスタナ ン類

と比較 し,非常 に高 い反応性 を持 ち,ア リル化剤 として優れていることも明 らか にした｡

キーワー ド :ア リルスタナ ン, ア リル化反応,四級炭素構築法, ホモア リルアル コール,ルイ ス酸触媒

序 論

アルデ ヒ ドやケ トン等のカルボニル化合物 と求核剤,特 にカルバニオ ンとの反応 は古 くか ら 研究 されてお り,現在 において も非常 に有効 な炭素 ‑炭素結合生成 として広 く応用 されている｡

一般 に求核剤 として用い られ るのは,主に有機 リチウムやグ リニ ヤール試薬1 3)な どの有機金 属化合物類 である｡ これ らの反応剤 は反応性が非常 に高 く,低温で も速 やかに進行す る性質 を 有 してお り,最近で は究極 の立体制御法である不斉反応2･3)において も使用 され,高選択的な合 成法の確立 に至 っている｡ しか し, これ らの有機金属類 はそれ 自身の高い反応性 のため,保存 や取 り扱 いな どの面で難 しい とい う欠点がある｡ 一方,同 じ有機金属化合物 で も有機 スズや有 機 ケイ素 は空気 ･水 に対 して比較的安定であるが,反応性 は高 くな く,求核剤 としてアルキル 基 の様 な反応不活性 な官能基の トランスファー は引 き起 こさない｡ その中で も官能基 としてア リル基 は反応活性 であ り, ア リルスズ4 6,9)やア リル シラン卜 9)はそれ 自身で は反応 しないが, 求電子剤 としてアルデ ヒ ドな ど反応活性 な基質の場合,触媒 や高温 ･高圧 を用いた反応系の活 性化 によって反応が進行す る｡ しか し,基質が電子的 ･立体的要因 によ り求電子性 の低 いケ ト

ンになる と,求核性が低 いア リルスズ との反応例 はほ とん ど知 られていなかった｡

最近,我々 はルイス酸 ･ア ミン複合系触媒 がア リルスズを用いたケ トンのア リル化反応 を促

*弘前大学教育学部 自然科学科教室

DepartmentofNaturalScience,FacultyofEducation,HirosakiUniversity

進す ることを兄 いだ した｡ その際,使用 したア リルスズ類 としてはモノア リルのア リル トリブ チルスタナ ンとテ トラア リルスズであった｡ そ こで我々 は唯一,市販 されていない トリア リル ブチルスタナ ンの合成 に着手 し, その化合物 の反応性 を比較 したので以下報告す る｡

0

R1

人

M=Li,h佃･････ 高 い反応 性 不安定 M=Sn,Si･････ 低 い反応 性 安定 0

R1

人

Rl=H Rl=アルキル

HRO.払 容易 多 くの例 困難 例無 し 図 1

実験方法

トリア リルブチルス タナ ンの合成

実験器具類 はすべて高温 のオーブンで十分乾燥 させた ものを用いた｡摸拝子 を入れた300mL の三 ロフラスコに滴下漏斗 を取 り付 け,窒素置換 をした｡ そのフラスコへMgturning2.43g

(100mmol)とベ ンゾフェノンケチル よ り蒸留 した無水 ジェチルエーテル5mL,少量 の ヨウ素 を入れ,再 び窒素置換 をした｡窒素雰囲気下,褐色の ヨウ素 の色が消 えるまで激 し く擾拝 を行 った｡完全 にヨウ素の色が消失 した ら反応容器 を‑15度 まで冷却 した｡滴下漏斗 に無水 ジェチ ルエーテル100mLと臭化 ア リル8,7mL(100mmol)をシ リンジで入れた｡反応容器が完全 に冷 却 された ら,前述 の混合溶液 を滴下漏斗 を用いて2時間かけて滴下 した｡滴下中は反応溶液 を‑

15度 に保 った｡滴下終了後,更 に‑15度で30分間獲拝 し, その後 ゆっ くりと室温へ戻 した｡ こ の段階で,滴定 を行 い,allylmagunesiumbromideが収率38%で生成 した ことを確認 した｡続 いて,塵水n‑pentanelOmLとn‑BuSnC131.05mL (6.33mmol) を滴下漏斗 にシ リンジを用 いて入れ,室温で滴下 を行 った｡滴下終了後,1時間還流 させ, その後室温へ戻 した｡反応容 器 を 0度 に冷却 し10% HClで反応停止 を行 った｡その反応液 を一旦渡過 し,その漬液 をジエチ ルエーテルで3回抽 出 し,有機層 を無水Na2S04で乾燥 させ,溶媒 を溜去 した｡得 られた粗生成 物 を減圧蒸留 し, トリア リルブチルスタナ ンを収率48%で得 た｡

その1H‑NMRチ ャー トを示す｡4.7ppmと5.8ppmにア リル基特有 の ピー クが見 られ,積 分比 も2:1と生成物 と一致する｡ また1.8ppmの ピー クはスズ と水素 とのカ ップ リングが見 られア リル炭素がスズ と直接結合 していること示 している｡1ppm付近 に見 られ るブチル基 の ピー クとア リ)i,基 との積分比 は1:3となってお り, スズに対 してア リル基 :ブチル基‑3:

1の比 で存在 していることがわかる｡ 以上 よ り, ここで得 られた化合物が トリア リルブチルス タナンである事 はNMRスペ ク トル よ り明 らかである｡

ア リル化反応

求核剤 ･ルイス酸 ･添加剤 のケ トンのア リル化 の効果 について比較検討す るため実験操作 は

全て同 じ方法で行 った｡典型的な例 としてZn(OTf)2と2,6‑1utidineを触媒 としたアセ トフェノ ンと トリア リルブチルスタナ ンの反応 について述べ る｡

バ イアルにZn(OTf)2の粉末14.6mg(0.04mmol)を取 り,窒素置換す る｡ それに水素化 カル シ ウム よ り蒸 留 した無 水CH2C12を4mL入 れ撹 拝 す る｡次 に ア セ トフ ェ ノ ン48JLl(0.4 mmol), トリア リルブチルスタナ ン90JLl(0.44mmol),2^,611utidine4.7IL1(0.04mmol)を順次 加 え1日間室温で摸拝す る｡その後,丸底 フラスコに反応溶液 を移 し,飽和NaHCO3水溶液 を 10mL加 えて撹拝 し加水分解 を行 った｡その溶液 をジェチルエーテルで三 回抽出 し,有機層 を無 水Na2SO｡で乾燥 させ,溶媒 を溜去 した｡この段階で1H‑NMRを測定 し生成比 の確認 を行 っ た｡引 き続 き, シ リカゲルのシ ョー トカラムによ り無機塩 と未反応 のスタナンを取 り除 き,原 料 と生成物 のみ とし,1H‑NMRを測定 し生成比 を求 めた｡以上が反応 の手順 であるが,ルイ ス酸やア ミンを加 えない場合 は上記の手順 よ りその部分 の操作 を省略す ることで実際の反応 を 行 った｡

図2

勺も′へ )3SnnBu

9 日

i ー̲̲̲二に̲̲̲̲

PPM

5 ∠1 つ 2 1 0

結果 と考察

新 たに合成 した トリア リルブチルスタナ ンを反応剤 として用いたアセ トフェノンのア リル化 反応 を検討 した｡その結果 を表1に示 した｡Entrylか ら4まで はルイス酸 としてSc(OTf)3を 触媒 として用いた｡Sc(OTf)3は非常 に強いルイス酸であることが知 られてお り,ア リル化 にお いて もentrylの ように95%とい う高収率でホモア リルアル コールを与 えた｡ また少量 のルイ ス塩基であるア ミンの添加がア リル化 を促進 す る ことを我々 は兄 いだ してお り,entry2や4 の ように2,6‑lutidineやDBUの場合 は収率 の改善が見 られ た｡ しか しentry3の 2,6‑di‑tert‑ butylpyridineにおいて はむ しろ81%と収率 の低下 を招 く事がわか った｡

ph且 cH3･ ttm snnBu

図3

10mol% LewisAcid

10moJ%Amine

CH2C12,1day "peⁿ

ル イス酸 ア ミン 収率 (%)

1 Sc(OTf)3

2 Sc(OTf)3

3 Sc(OTf)3

4 Sc(OTf)3

5 Zn(OTf)2 6 Zn(OTf)2 7 Zn(OTf)2 8 CpZZr(OTf)2･THF 9 CpZZr(OTf)2･THF 10 Cp2Zr(OTf)2･THF

2,6‑1utidine 2,6‑di‑tert‑butylpyridine

DBU 2,6‑1utidine 2,6‑di‑tert‑butylpyridine

2,6‑1utidine 2,6‑di‑tert‑butylpyridine

qq 川川川川

959881uan57756186uan92

ルイス酸 としてZn(OTf)2を用 いた例 はentry5か ら 7まで示 した｡ Zn(OTf)2は弱 いル イ ス酸 として知 られているが, トリア リルブチルスタナ ンで はア ミンを添加 せず57%とい う収率 でア リル化 を起 こした｡ア ミンの添加 においてentry 6や7の ように2,6‑1utidineや2,6‑di‑terト butylpyridineいずれの場合 も収率の向上 が見 られ たが,2,6‑1utidineを用 いた場合 の方が収率 が良 い ことが明 らか になった｡

ルイス酸 としてCp2Zr(OTf)Z･THFを用いた例 はentry8か ら10まで示 した｡Cp2Zr(OTf)2 はルイス酸 として は比較的強 い ことが知 られてい る｡ そのためかルイス酸 だけで も収率86%と い う比較的高 い収率で ア リル化が進行 した｡ ア ミンを添加 した場 合 においてZn(OTf)2の時 と 同 じように,無添加 に比 べ収率 は2,6‑1utidine,2,6‑di‑tert‑butylpyridineいずれ において も向上 す るが,2,6‑1utidineの方が収率が高 い｡

以上 の ように3種 のルイス酸 を用 いて反応 の比較 を行 ったが, いずれの場合 もル イス酸 に対 す るア ミンの添加効果が出てお り,またア ミンとして は2,6‑1utidineを用 いた場合,最 も効果が ある とい う結果であった｡

このア ミンの添加効果 にお ける反応機構 の詳細 について はい まだ明確 で はない｡ルイス酸 と ルイス塩基 の複合系であるので,酸 一塩基反応 を起 こしている可能性 もあるが, それが ア リル 化 の反応促進 に どの ように働 くのかわか らない｡一般 に この ような複合系の場合,push‑pull機 構 によ り反応が活性化 され ることが あるが, この反応 系 においてそれ を裏付 ける分光学的 デー タ も残念 なが ら得 る ことが出来 なか った｡ この反応機構 を明 らか にす る ことが今後 の課題 であ る と考 えている｡

次 にスズ上 のア リル基 の数 による反応性 の比較 を行 った｡ その結果 を表2に示 した｡ ルイス 酸 としてZn(OTf)2を用 いて,そのホモア リルアル コール体 の生成比 を比較 してみた｡す る とス ズ上 にア リル基が一 つ しかないア リル トリブチルスタナ ンで は僅 か13%の収率 であった｡ また スズ上 にア リル基 を4つ持 つテ トラア リルスタナ ンにおいて も16%の収率 で しかない｡一方, ア リル基 を3つ持 つ トリア リルブチルスタナンで は57%とい う他 のア リルスタナ ン類 に比べ,

非常 に反応性 が高 くなってい る ことがわか る｡

図4

10moI%LewisAcid

10mol%Amine

CH2Cl2,1day Hp?粟 R b

entry ル イ ス酸 ア リル ス タナ ン 収率 (%)

123

Zn(OTf)2 (allyl)SnBu3 Zn(OTf)2 (allyl)3SnBu Zn(OTf)2 (allyl)4Sn

376151

以上 の ように今 回初 めて合成 に成功 した トリア リルスタナ ンは従来用 い られていたア リルス タナ ン類 に比 べ,非常 に高 い反応性 を有 してお り, ア リル化試薬 として優 れた ものである こと が明 らかになった｡

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(1999.7.30受理)