博 士 （ 薬 学 ） 周 欣
学位論文題名
Synthesis and Properties of IVIulti ―substituted Aromatic Compounds
（多置換芳香族化合物の合成と物性の研究）
学位論文 内容の要旨
Introduction
Multi‑substituted aromatic compounds are useful compounds in organic synthesis, pharmaceutical and materiaT science. Our group has reported a copper‑mediated coupling reaction of zirconacyclopentadiene with dihaloarenes, which has been applied to prepare various substituted aromatic compounds such as naphthalenes, quinolines and anthracenes. However, there are some limitations of this method. In this research, I focused on finding new methods to synthesize multi‑substituted aromatic compounds. On the other hand, the study on the properties and applications of multi‑substituted aromatic compounds are also important. In this thesis, the reaction of multi‑substituted acenes with oxygen and the development of preparative method of mixed acene‑thiophene polymers were investigated.
1. Nickel(O)‑mediated aromatic ring extension from dihaloarenes rua zirconacyclopentadienes
Copper‑mediated aromatic ring extension of dihaloarenes with zirconacyclopentadienes was limited to diiodo‑ or bromoiodobenzene. Dichloro‑ and dibromobenzene could not be used for this reaction. This situation prompted me to develop a new system for the aromatic ring extension reaction. As described below, I could successfully develop a novel method using Ni reagent.
Dichloro‑ and dibromobenzene l reacted with zirconacyclopentadienes 2 in the presence of 2.0 equiv. of Ni(codh and ligands to give naphthakne 3 as desired products. For dichlorobenzene, bidentate ligtmd, such as dppb, gave the highest yield; while for dibromobenzene, PPh3 was the best ligand. Diiodobenzene was not a suitable substrate in this reaction. To make clear the reaction mechanism, organonickel(II) complexes 4a‑c were prepared from dihalobenzenes with NiX2(PPh3h in the presence of zinc powder. The structures were determined by X‑ray analysis . Then 4a‑c reacted with 2 under the same reaction conditions to afford 3 in 800d to high yields.
2. Nickel(O)‑cat?ly?efl aromatic rinX extension by the reaction of iodohalobenzenes with zirconacyclopentadienes
When iodohalobenzenes were used as substrates, this reaction could proceed in a catalytic way. In the presence of 10 rriol% of Ni(cod)2, 20 Diol% of PPh3 and 2.0 equiv. of 3‑ or 4‑trifiuoromethyl‑ styrene aclded as additives, naphthalenes 3 were obtained in high yields.
Without additives, 3 was obtained in a low yield. By far, the roles of additives are not clearly understood.
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Synthesis of octasubstituted naphthalene is a great challen8;e because the naphthalene cores are distorted from the planar geometry. Here I report a convenient method to synthesize persubstituted naphthalene starting from four alkynes and vinyl bromide via zirconacycles.
Zirconacyclopentadienes prepared in situ from CP2ZrBu2 and alkynes were coupled with vinyl bromide in the presence of NiCI2(PPh3)2 to give l,2,3,4‑tetrasubstituted benzene derivatives 5. After iodination, diiodobenzene derivatives 6 reacted with the second zirconacyclopentadienes in the presence of CuCI to afford the final products 7. Symmetrically and unsymmetrically persubstituted naphthalenes 7a‑g were formed in moderate yields .
Furthermore, functionalized naphthalenes 7h‑k were obtained when started from polyiodobenzenes. The twisting geometry of iodonaphthalene 7h was verified by X‑ray analysis . The remaining iodine on naphthalene ring allows further reaction such as coupling reactions with phenylacetylene. .
4. Regioselectivity in photooxygenation Qf multi‑substituted polyacenes
Photochemical‑induced cycloaddition of 102 to acenes was studied because of the high toxicity of 102 in biotic system. During the course of my study, I found that the regioselectivity in photooxygenation was depending on the substitution modes.
Self‑sensitized photooxygenation of l,2,3,4,5,6,7,8‑octaalkyl substituted anthracenes 8a‑f (R= Bu, Pr, Et, Me) were carried out in air saturated benzene solution under UV irradiation (365 nm). Two kinds of endoperoxides 9a‑f and 10a‑f were formed in different ratios, which are mainly depending on the substituent employed. Phenyl substituted anthracene gave only one product 9f, while alkyl substituted anthracenes gave 9 and 10 in ratios of about 3:1. In the case of octamethylanthracene 8a, when irradiated for 15 minutes, 10a was the main product; while under irradiation for l h, a novel diendoperoxide Il was formed as a main product (64% NMR yield) instead. To the best of my knowledge, this is the first example of a diendoperoxide.
5. Preparation of mixed acene‑thiophene'polymers
rc‑Conjugated aromatic compounds are of great interest because of their numerous properties in material science. In this work, I developed an efficient synthetic method to introduce acenes into thiophene oligomers. Zirconocene‑promoted intramolecular cyclization of diynes followed by coupling reaction with alkynes or diiodoarenes afforded mixed acene‑thiophene oligomers. Final polymers were obtained by Stille coupling reaction of these oligomers with thiophene linkers . The UV absorption and photoluminescence (PL) of these polymers were also investigated.
Conclusion
In this work, new synthetic methods of multi‑substituted aromatic compounds were developed and their properties were investigated. First, novel nickel(O)‑mediated and ‑catalyzed reactions of zirconacyclopentadiene with dihaloarenes are reported. Tetraalkylsubstituted naphthalenes could be obtained in good to high yields from dihalobenzenes including dichlorobenzene and dibromobenzene. In the second part, persubstituted naphthalenes were prepared stepwisely fiom four molecules of alkynes and one vinyl bromide via zirconacycles. In the third part, regioselectivity in photooxygenation of multi‑substituted anthracenes was found to be dependent on the substitution modes; a novel diendoperoxides was obtained from octamethylanthracene. In the last part, mixed acene‑thiophene polymers were prepared via zirconacycles and their fluorescence properties were examined.
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学 位論文審査の要旨 主査
副査 副査 副査
教授 教授 助教授 助教授
高橋 森 小笠原 佐藤
保 美和子 正道 美洋
学位論文題名
Synthesis and Properties of lVIulti‑substituted Aromatic Compounds
（ 多 置 換 芳 香 族 化 合 物 の 合 成 と物 性 の 研究 ）
周欣 さんの
Synthesis and Properties of Multi‑substituted Aromatic Compounds
（多置換芳香族化 合 物 の 合 成 と そ の 物 性 の 研 究 ） と 題 さ れ た 博 士 論 文 は 、 全5
章 か らな り 、 多 数 の置 換 基 が 導 入さ れた 縮合多 環式化 合物の 合成と 、そ の性質 につい て述べ られ ている 。第
1
章 は 序 章 で あ る 。 多 置 換 芳 香 族 化 合 物 は 、 医 薬 品 や 有 機 機 能 性 材 料 な どに 見 ら れ る 重要 な 化 合 物 群 で あ り 、 そ れ を 合 成 す る こ と の 重 要 性 に つ いて 触 れ て い る。 そ し て 、 既存 の 合 成 法 を紹 介 し な が ら 、 克 服 さ れ る ぺ き 問 題 点 を 提 示 し て い る 。ま た 、 多 置 換芳 香 族 化 合 物が 持 つ 多 彩 な物 性に ついて も注目 してい る。第
2
章 で は 、 ニ ッ ケ ル 錯 体 を 用 い た ジ ル コ ナ シ ク ロ ペ ン タ ジ ェ ン と ジ ハ ロ グン 化 芳 香 族 化合 物 と の カ ッ プ リ ン グ 反 応 に つ い て 述 べ ら れ て い る 。 従 来、 こ の 型 の 反応 は 、 ジ ョ ード ベ ン ゼ ン を用 い て 行 わ れ て い た 。 こ れ に 対 し 、 量 諭 量 の ニ ッ ケ ル を用 い る こ と によ っ て 、 よ り反 応 性 の 低 いブ ロ モ 、 お よ び ク ロ ロ ベ ン ゼ ン 誘 導 体 で も 、 同 様 の 反 応が 進 行 し 、 芳香 環 の 増 環 反応 を 行 う こ とに 成 功 し た 。 様 々 な 条 件 検 討 の 結 果 、 ハ ロ ゲ ン の 種 類 とニ ッ ケ ル 上 の配 位 子 と の 間に 適 切 な 組 み合 わせ がある ことを 見出し ている 。さ ら に 、 こ の 反 応 は 、 ニ ッ ケ ル に つ い て の 触 媒反 応 に 展 開 され て 茄 り 、 合 成的 価 値 が 高 めら れ て い る 。 こ の 場 合 、 添 加 剤 と し て （ ト リ フ ル オ ロ メ チル ） ス チ レ ンが 適 し て い るこ と が 見 出 され て い る 。 ま た 、 ハ ロ ベ ン ゼ ン が ニ ッ ケ ル に 酸 化 的 付 加 し た 中 間 体 を単 離 し 、
X
線結 晶 構 造 解 析に よ り そ の 構 造 を 明 確 に し 、 そ の 結 果 な ど か ら 反 応 機 構 に つ い て の 考 察 が な さ れ て い る 。第
3
章 で は 、 ジ ル コ ナ シ ク ロ ペ ン タ ジ エ ン を 用 い た 、 全 置 換 ナ フ タ レ ン の 合成 に つ い て 述べ ら れ て い る 。 す べ て の 位 置 が 置 換 さ れ た ナ フ タ レ ン は 、立 体 障 害 に 起因 す る 歪 み 構造 や 、 そ れ によ る 高 い 反 応 性 な ど の 点 か ら 、 興 味 が も た れ て い る 化 合物 で あ る が 、限 ら れ た 合 成法 し か 知 ら れて―946―
い なかっ た。ここ では、 ジルコ ナシク ロベンタジエンを用いることで、種カの置換基を持った全 置 換ナフ タレンが 容易に 調製で きるこ とが示されている。さらに、新規に合成した全置換ナフタ レンのX線結晶構造解析もなされている。
第
4
章では 、多置 換アン トラセ ン誘導体 の、光 照射下 におけ る酸素分子との付加反応について 述 べられ ている。 通常、 アント ラセン は9，10‑位の反応性が高く、酸素の付加もその位置で起こ ることが多い。しかし、多置換アントラセンの場合には、9，10‑位よりも、1，4．または5，8‐位での 反 応性の ほうが高 いこと が見出 されて いる。また、付加の位置選択性は、置換基の種類、および 溶媒の種類に依存して変化する。さらに、オクタメチルアントラセンでは、1，4−および5，8‐位の 両 方に酸 素の付加 した、 ジェン ドペル オキシド誘導体が単離された。これは、ジェンドペルオキ シドとしてはじめての例である。第
5
章では 、ジル コナシ クロペ ンタジェ ンから 合成さ れる多 置換芳香族化合物と、オリゴチオ フ ェンと の交互共 重合体 の合成 にっい て述べられている。重合は、Stilleカップリング反応によ り 行われ 、芳香環 、およ ぴオリ ゴチオ フェンの数が異なる一連の共重合体が合成されている。ま た 、 そ れ ら の 吸 収 お よ ぴ 発 光 ス ペ ク ト ル の 測 定 か ら 、 光 物 性 につ い て 考 察さ れ て い る。以 上、本 論文に は、一 連の多置 換芳香 族化合物について、合成法の開発、反応性の検討、およ び 機能性 材料とし ての応 用など 、系統 的な研究がなされている。その中で見出された知見は、こ の 分野に おける重 要な発 見を含 んでい る。よって、本論文は、博士の学位に十分値すると判断し た。
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