博 士 （ 薬 学 ） 佐 脇 理 恵 子
学 位 論 文 題 名
含窒素ヘテロ環カルベンを配位子とした
ニッケル触媒による1 ，3 ―ジエンとカルボニル化合物の
1
． は じ め に立体選択的カップリング反応の開発 学位論文内容の要旨
1991
年 、Arduengo
ら は 含 窒素 ヘ テ ロ 環カ ル ベ ン(NHC)
を 安 定な カ ル ベ ンと し て 初 めて 単 離 す る こ と に 成 功 し たn
。NHC
は イミ ダ ゾ リ ウム 塩 を 塩 基で 処 理 す るこ と に よ って 生 成 す る 。NHC
は 空 のp軌 道と 、2
っ の 電 子で 充 填 さ れたaipL
道 を も つ 一重 項 カ ル ベン で あ る こと が 明 ら か と なっ た 。 こ のた めNHC
は 容易 に 金 属 に電 子 対 を 与え 錯 体 を 形成 す る 。 金属‑NHC
錯 体 は 従 来 のホ ス フ イ ン錯 体 と 異 なる 反 応 性 を示 す の で はな い か と 期待 さ れ 、 最近NHC
を 配 位 子 と し た 錯 体 を 用 い た 反 応 が 相 次い で 報 告 され て い る2
し し かしNHC
錯 体 がホ ス フ イ ン 錯 体 と 異 なる 反 応 性 を示 し た 例 は殆 ど 知 ら れて い な い 。著 者 はNHC
の配 位 子 と して の 性 質 に 非 常 に 興 味 を も ち 、 そ の 反 応 性 に つ い て 検 討 を 加 え た の で 以 下 順 に 報 告 し たい 。2
： 鐘佳堕 謾製塗Q
筮討： ：Ni(O)‑NHC
錯 体 は 、 単 離 し たNHCとO
価Ni
錯体 を 反 応 させ る こ と によ っ て 得 られ る4
、 。 し か しNHC
を 純 度 良 く 単 離 す るに は 煩 雑 な操 作 を 伴 う。 そ こ で まずNi(O)‑NHC
錯体 の 簡 便 な 調 製 法 の確 立 を 目 指し 検 討 を 行う こ と に した 。NiCI2
は2
当 量 の 有機金 属試薬 と反応し 、0
価Ni
錯 体 に なる こ と が 知ら れ て い る。 こ の 時 もし 有 機 金 属試 薬 が 塩 基と し て 働 き、 イ ミ ダ ゾ リ ウ ム 塩 か らNHC
が 発 生 する な ら ば 、系 中 で 一 挙にNi(O)‑NHC
錯体 が 調 製 でき る の で は な い か と 考 え ら れ る 。NiCI7
と2
当 量 の イ ミ ダ ゾ リ ウ ム 塩をTHF
に 県 系 濁さ せ 、0
℃ で4
当 量 のBuLi
を 加 え20
分 攪 拌 し た 後 、 直 ち に 反 応 溶 液 のI3C NMR
を 測 定 し た と こ ろ220.5 ppm
に カ ル ベン 中 心 炭 素に 相 当 す るピ ー ク が 観測 さ れ た 。以 上 の 結果か らNiCI2と イミダ ゾ リ ウ ム 塩 をBuLi
で 処 理 す る とNi(O)‑NHC
錯 体 が 生 成 す る こ と が 明 ら か と な っ た 。 呈 ：Ni‑NHCを 用いた アルデヒ ドとジ ェンの カZZ竺ZZ厘座Q撞 討錯 体 の 調製 方 法 が 確立 で き た ので 、 続 い てNi(O)‑NHC錯 体の 反 応 性 につ い て 検 討を 加 え る こ と に した 。 モデ ル反応 として 当研究室 で開発 された
1
．3‐ジ ェンと アルデ ヒドの カップ リ ン グ 反 応を 選 択し た卦。 上記の 方法に従 い調製 したNi(0)ーNHC錯体 に1，3− ジエン とアル デ ヒ ド 、HSiEt3
を 加 え 、THF
中50
℃ で 攪 拌 し た と こ ろ 、 カッ プ リ ン グ体 が30
％の 収 率 で 得 ら れ た 。 興味 深 い こ とに 、 そ の オレ フ ィ ン の幾 何 配 置 は完 全 にZ
体 に 制御 さ れ て いた 。PPh3
を 配位 子 と し て同 条 件 下 反応 を 行 っ たと き 得 ら れる 生 成 物 のオ レ フ イ ンはE
配 置 で あ っ た3a）こ とから 、NHC配位 子はホ スフイン配位子と全く。異なる反応性を示したことになる。― 932 ‑
更 に 収 率 の 向 上 を 目 指 し 種 々 反 応 条 件 を 検 討 し た 結 果 、 Ni錯 体 に 対 し1当 量 の イ ミ ダ ゾ リ ウ ム 塩 か ら 調 製 し た 錯 体 は カ ッ プ リ ン グ 反 応 に 対 し 非 常 に 高 い 活 性 を 示 す こ と が 明 ら か と な っ た 。 更 に Ni(cod） 2と 窒 素 上 の 置 換 基 と し て イ ソ プ 口 ピ ル 基 を 持 っ イ ミ ダ ゾ リ ウ ム 塩1a を 炭 酸 セ シ ウ ム で 処 理 す る と 再 現 性 良 く 錯 体 が 調 製 で き る こ と が 分 か っ た 。 次 に 本 反 応 の 適 応 範 囲 の 拡 大 を 口 指 し 種 々 の カ ル ボ ニ ル f匕 合 物 を 用 い て カ ッ ブ リ ン グ 反 応 を 行 っ た 。 そ の 結 果 種 々 の 芳 香 族 ア ル デ ヒ ド や ケ ト ン を 用 い て も 反 応 は ス ム ー ズ に 進 行 し や は ル オ レ フ インがZ配置に 制御されたカ ップリング体 が良好な収率 で得られた。
4.アリルシラZ堕婁佐遷丞的 金處
こ れ ま で の 結 果 か ら1位 に シ リ ル 基 を も っ ジ ェ ン を 基 質 と し て ニ ッ ケ ル 触 媒 に よ る ア ル デヒドとのカ ップリング反 応を行うならぱNHCを配位子 としたときにはZ一アリルシ ラン
が 、 PPh3を 配 位 子 と す れ ば E― ア リ ル シ ラ ン が 立 体 選 択 的 に 合 成 で き る の で は な い か と 考 え た 。 ま ず PPh3を 配 位 子 と し 、 Et3SiH存 在 下 カ ッ プ リ ン グ 反 応 を 行 っ た と こ ろE− ア リ ル シ ラ ン が 主 生 成 物 と し て 得 ら れ る も の の 、 ビ ニ ル シ ラ ン も 生 成 し た 。 そ こ で 選 択 性 の 向 上 を 目 指 し 検 討 を 加 え た 結 果 HSirBuMe7を 用 い 卜 ル エ ン 中 加 熱 還 流 下 反 応 を 行 う とE＿ ア リ ル シ ラ ン が 単 一 生 成 物 と し て 良 好 な 収 率 で 得 ら れ る こ と が わ か っ た 。 次 に Z体 に つ い て 検 討 を 加 えた。配位子 として1aを用 いるとZ．アリ ルシランだけ でなくE体も生 成したが、窒 素上
に メ シ チ ル 基 を も つ 1bを 配 位 子 と し て 用 い る と Z体 が 単 一 生 成 物 と し て 得 ら れ た 。 加 熱 還 流 し た と こ ろ 若 干 収 率 が 向 上 し た も の の 錯 体 が 不 安 定 な た め 、 失 活 し て い る こ と が う か が わ れ た 。 そ こ で Ni(O)‑NHC錯 体 を 安 定 化 す る た め にPPh3を additiveと し て 加 え れ ば よ い の ではないかと 考え、20 moI％のNi(cod)2とlb、PPh3及び40 moI％のCs2C03から調製 した
Ni錯 体 を 用 い 加 熱 還 流 下 反 応 を 行 っ た 。 そ の 結 果 反 応 終 末 ま で 錯 体 の 失 活 は 認 め ら れ ず 、 オレフインが 完全にZ配置に 制御されたア リルシランが 単一生成物とし て64%の収率 で得
ら れ た 。 次 に 種 々 の ア ル デ ヒ ド を 用 い ア リ ル シ ラ ン の 合 成 を 行 っ た 。 い ず れ の 場 合 も lbと PPh3の共存下 で反応を行う とZ体が、PPh3のみを用いる とE体が良い収 率で得られた 。
以上本研究 をまとめるとNi‑NHCを用い1;3‑ジェンとア ルデヒドの分 子間反応を検 討し
た と こ ろ 、 オ レ フ イ ン の 幾 何 配 置 が Z配 置 で あ る カ ッ プ リ ン グ 体 が 良 好 な 収 率 で 得 ら れ る こ と を 兄 い だ し た 。 PPh3を 配 位 子 と し た と き 生 成 物 の オ レ フ ィ ン は E配 置 で あ っ た こ と か ら Ni‑NHC錯 体 と Ni‑PPh3を 用 い た 場 合 と で は 幾 何 配 置 の 異 な る 生 成 物 が 得 ら れ た こ と に な る 。 ま た こ の 結 果 を 利 用 しB及 び Z， ア リ ル シ ラ ン を 立 体 選 択 的 に 合 成 す る こ と に 成 功 し た 。 References
（1）Arduengo， A． J． ， III; Harlow，R． し ；Kline，M.メAm．Chem．Soc. 1991．113． 361.
(2) For recent reviews:a）Jafarpour, L.; Nolan，S．P．Adv. Orgロnomet. Chem. 2001，46，181， b） Herrmann，W.A．イngew. Chem．Int，Ed. 2002，イ′、1290.
(3)a）Takimoto，M． ；Hiraga，Y． ；Sato，Y.; Mori，M. Tetrahedron Lett．1998，39, 4543．b）Sato．Y． ； Sawaki，R.; Saito，N．；Mori，M．メOig. Chem．2002，67，656.
(4) Sato、Y.; Sawaki，R.; Mori，M. Organometallics, 2001，20．5510.
(5) Arduengo，A．J．、III; Gamper．S．F．；Calabrese，J．C．；Davidson、F．メイm．Chem．Soc. 1994，′′6，4391.
(6) Zhang，C.; Huang，J． ；Trudell，M．L.; Nolan．S．P． ゾOig．Chem．1999，64．3804.
― 933 ‑
学位論文審査の要旨 主査 教授 森 美和子 副 査 教授 橋 本俊一 副査 助教授 佐藤美洋 副査 助教授 中島 誠
学 位 論 文 題 名
含窒素ヘテロ環カルベンを配位子とした
ニッケル触媒による1 ，3 ―ジエンとカルボニル化合物の 立体選択的カップリング反応の開発
佐 脇理恵子 さんの 上記題名 の博士 論文が提 出され
2
月5日論文 審査会 が開かれた．そ の提出論 文の内 容は以下 の通り である．
1991
年、Arduengo
ら は 含 窒素 ヘ テ ロ環 カ ル ベン(NHC)
を 安定な カルベン として 初 め て単離す ること に成功し た。NHCはイミ ダゾリ ウム塩を 塩基で処 理する ことに よ っ て 生成 す る 。NHCは空 のp
軌道 と2
っ の電 子 で 充填 さ れ たo
軌 道 をも つ 一 重項 カ ル ベン で あ るこ と が 明ら か と な った 。 こ のた めNHC
は 容 易に金属 に電子 対を与 え 錯 体を 形 成 する 。 金 属‑NHC錯体は 従来のホ スフイ ン錯体と 異なる 反応性を 示す の で はな い か と期 待 さ れ、 最 近NHC
を 配 位子 と し た錯 体 を 用いた反 応が相 次いで 報 告 され て い る。 し か しNHC錯 体が ホ ス フィ ン 錯 体と 異 な る反応性 を示し た例は 殆 ど 知られて いない 。佐脇さ んはNHCの配位 子とし ての性質 に非常に 興味を もち、そ の 反応 性 に つい て 検 討を 加 え た 。
1
． 錯 体 の調 製 法 の検 討Ni(O)‑NHC
錯 体 は 、 単 離 し たNHC
と0
価Ni
錯 体 を 反応 さ せ るこ と に よっ て 得 ら れ る 。 し か しNHC
を純 度 良 く単 離 す るに は 煩 雑 な操 作 を 伴う 。 そ こでNi(O)‑NHC
錯体 の 簡 便な 調 製 法の 確 立 を目 指し 検討した 。NiCl2
は2当 量の有機 金属試 薬と反 応し 、0価Ni
錯 体になる ことが知 られて いる。こ の時も し有機金 属試薬 が塩基と し て 働 き 、 イ ミダ ゾ リ ウム 塩 か らNHC
が発 生 す る なら ば 、 系中 で 一 挙にNi(O)‑NHC
錯体 が調 製でき るのでは なぃかと 考えた 。その結 果、反 応溶液の'3C NMR
を 測定し たと ころ220.5 ppm
に カルベン 中心炭 素に相当 するピ ークが観 測され た。以上 の結 果か らNiCl2とイ ミダゾリ ウム塩 をBuLi
で処理 するとNi(0)
―NHC
錯体 が生成す るこ‑ 934
―とが 明らかとなった。
2
．Ni‑NHC
を 用 い た ア ル デ ヒ ド と ジ エ ン の カ ッ プ リ ン グ 反 応 の 検 討Ni(O)‑NHC
錯 体 の 反 応 性 に つ い て 検 討 を 加 え ． モ デ ル 反 応 と し て 当 研 究 室 で 開 発 さ れ たI
，3
‐ ジ ェ ン と ア ル デ ヒ ド の カ ッ プ リ ン グ 反 応 を 選 択 し た。 上記 の方 法に 従 い調 製 したNi(0)ーNHC錯体にI、3−ジェン とアルデヒト、HSiEt、をカ ‖え、THF【t150ニく丶で 反 応 さ せ 、 カ ッ プ リ ン グ 体 を30c70
の凵 乂 率で 得た 。驚 くべ き こと にオ レフ イン の 幾何 配 置 はZ
体 に 制 御 さ れ て い た 。PPh3
を 配 位 子 に 剛 い る と オ レ フ ィ ン はE
配 置 に 制 御 さ れ る 。 そ れ ゆ えNHC
配 位 子 は ホ ス フ イ ン 配 位 子 と 全 く 異 な る 反 応 性 を 示 し た こ と に な る 。Ni
錯 体 に 対 し1
当 量 の イ ミ ダ ゾ リ ウ ム 塩 か ら 調 製 し た 錯 体 は 非 常 に 高 い 活 性 を 示 す こ と を 明 ら か に し た 。 更 にNi(cod)z
と イ ソ プ ロ ビ ル 基 を 持 っ イ ミ ダ ゾ リ ウ ム 塩la
を 炭 酸 セ シ ウ ム で 処 理 す る と 再 現 性 良 く 錯 体 が 調 製 で き る こ と を 明 ら か に し た 。 本 反 応 の 適 応 範 囲 の 拡 大 を 目 指 し 種 々 の カ ル ボ ニ ル 化 合 物 を 用 い て カ ッ プ リ ン グ 反 応 を 行 い 、Z
配 置 に 制 御 さ れ た カ ッ プ リ ン グ 体 を 良 好 な 収 率 で 得 た 。3
． ア リ ル シ ラ ン の 立 体 選 択 的 合 成1
位 に シ リ ル 基 を も っ ジ ェ ン と ア ル デ ヒ ド と の カ ッ プ リ ン グ 反 応 を 行 う な ら ばNHC
を 配 位 子 と し た と き に はZI
ア リ ル シ ラ ン が 、PPh3
を 配 位 子 と す れ ばEl
ア リ ル シ ラ ン が 立 体 選 択 的 に 合 成 で き る の で は な い か と 考 え た 。PPh3
を配 位子 とし 、Et3SiH 存 在 下 カ ッ プ リ ン グ 反 応 を 行 っ た と こ ろE
‐ ア リ ル シ ラ ン が 主 生 成 物 と し て 得 ら れ る が 、 ビ ニ ル シ ラ ン も 生 成 し た 。 そ こ で 選 択性 の向 上を 目 指し 検討 を加 え 、HSi BuMeっ を 用 い ト ル エ ン 中 加 熱 還 流 下 反 応 を 行 う とB
ア リ ル シ ラ ン が 単 一 生 成 物 と し て 良 好 な 収 率 で 得 ら れ る こ と が わ か っ た 。 次 に 配 位 子 と し て1a
を 用 い る とZI
ア リ ル シ ラ ン だ け で な くE
体 も 生 成 し た が 、 窒 素 上 に メ シ チ ル 基 を も つ1b
を 配 位 子 と し て 用 い る とZ
体 が 単 一 生 成 物 と し て 得 ら れ た ： 加 熱 還 流 し た と こ ろ 若 干 収 率 が 向 上 し た も の の 錯 体 が 不 安 定 な た め 、 失 活 し て い る こ と が わ か っ た 。 そ こ でNi(O)‑NHC
錯 体 を 安 定 化 す る た め にPPh3
をadditive
と し て 加 え 、 同 条 件 下 反 応 を 行 っ た 。 そ の 結 果 反 応 終 末 ま で 錯 体 の 失 活 は 認 め ら れ ず 、 オ レ フ イ ン が 完 全 にZ
配 置 に 制 御 さ れ た ア リ ル シ ラ ン が 単 一 生 成 物 と し て 得 ら れ た 。 次 に 種 々 の ア ル デ ヒ ド を 用 い ア リ ル シ ラ ン の 合 成 を 行 っ た 。 い ず れ の 場 合 も1b
とPPh3
の 共 存 下 で 反 応 を 行 う とZ
体 が 、PPh3
の み を 用 い る とE
体 が 良 い 収 率 で 得 ら れ た 。以 上 の よ う に 佐 脇 さ ん は
Ni‑NHC
を 用 い1
，3
‐ ジ ェ ン と ア ル デ ヒ ド の 分 子 間 反 応 を 検 討 し 、PPh3
とNHC
を も つNi
錯 体 が 同 じ 基 質 を 用 い た カ ッ プ リ ン グ 反 応 で 異 な る 経 路 で 反 応 が 進 行 す る こ と を 見 い だ し た 。 ま た こ の 結 果 を 利 用 しB
及 びZ
一 ア リ ル シ ラ ン を 立 体 選 択 的 に 合 成 す る こ と に 成 功 し た 。 更 にNHC
とPPh3
が 共 存 す る 時 、PPh3
は 錯 体 の 安 定 化 に の み 働 く こ と を 見 い だ し た 。審 査 委 員 会 は こ れ ら の 結 果 は 佐 脇 理 恵 子 さ ん の 博 士 論 文 が 博 士 の 学 位 を 得 る に 十 分 な 内 容 で あ る と 判 断 し た ．
‑ 935―
