九州大学学術情報リポジトリ

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Kyushu University Institutional Repository

構造規制された2つのSi-H基がもたらす特異的反応性

星, 香花

https://doi.org/10.15017/4060207

出版情報：九州大学, 2019, 博士（工学）, 課程博士バージョン：

権利関係：

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構造規制された 2 つの Si-H 基がもたらす特異的反応性

星香花

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Ⅰ．序論

１．構造規制された近接官能基と反応 ··· 2

２．構造規制された近接シリル基を有する化合物の反応 ··· 3

３．ジシラメタラサイクル骨格を有する遷移金属錯体と触媒反応 ··· 6

４．本研究の動機と目的 ··· 9

５．引用文献 ··· 12

Ⅱ．カルボン酸の還元によるアルデヒド合成 Ⅱ‐１．序論 ··· 16

１１．アルデヒドの有用性 ··· 16

１２．カルボン酸誘導体のヒドリド還元 ··· 18

１３．カルボン酸誘導体のヒドリド還元によるアルデヒドの合成 ··· 20

１４．ヒドロシランを用いたカルボン酸誘導体の還元 ··· 27

１５．本研究の目的··· 34

Ⅱ‐２．結果と考察 ··· 37

２１．環状ジシリルアセタールの安定性 ··· 37

２２．環状ジシリルアセタールの合成 ··· 44

２３．カルボン酸の還元によるアルデヒド合成 ··· 52

２４．ジシリルアセタールの単離と構造解析 ··· 57

２５．考察 ··· 60

２５１．反応の特徴と観察事項に関する考察 ··· 60

２５２．反応の優れている点、今後応用が期待される点 ··· 62

２５３．反応機構の考察 ··· 63

２５４．本研究の位置付けと価値 ··· 65

Ⅱ‐３．結論 ··· 70

Ⅱ‐４．実験項 ··· 71

４１．一般 ··· 71

４２．化合物の合成とスペクトルデータ ··· 71

４３．p-アニス酸(II-3a)の還元を用いたヒドロシランの反応性の検討 ··· 73

４４．アルデヒドの合成・単離 ··· 74

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４５．-位に不斉炭素を有するカルボン酸の光学純度を保った還元 ··· 79

４６．環状シロキサンの同定 ··· 79

４７．ジシリルアセタールの単離 ··· 80

Ⅱ‐５．引用文献 ··· 82

Ⅲ．DFT 計算を用いたジシラメタラサイクル骨格錯体とアルケンの水素化反応研究 Ⅲ‐１．序論 ··· 90

１１．不飽和化合物の触媒的水素化 ··· 90

１２．1,2-ビス(ジメチルシシル)ベンゼン (III-1)を配位子とし、ジシラメタラサイクル骨格を有する錯体 M(CO)2(H)2(1,2-(SiMe2)2C6H4)2 (M=Fe (III-2)⁴, Ru (III-3))の合成、反応、理論計算 ··· 93

１３．本研究の動機と目的 ··· 96

Ⅲ‐２．結果と考察 ··· 98

２１．汎関数の設定··· 98

２１１．汎関数の設定法 ··· 98

２１２．本研究における汎関数の決定 ··· 98

２２．錯体 M(CO)2(H)2(1,2-(SiMe2)2C6H4)2 (M=Fe, Ru, Os)の構造最適化 ··· 102

２２１．6 つの安定構造 ··· 102

２２２．鉄錯体 III- 2 の構造最適化と結晶構造解析結果との比較 ··· 103

２２３．ルテニウム錯体 III- 3 の構造最適化と結晶構造解析結果の比較 ··· 105

２２４．オスミウム錯体 III- 4 の構造最適化 ··· 109

２２５．鉄錯体 III- 2、ルテニウム錯体 III- 3、オスミウム錯体 III- 4 の最適化構造比較 ··· 111

２２６．SISHA の理論的解釈と NMR ··· 113

２３．動的挙動 ··· 115

２３１．錯体 III-2、錯体 III-3、錯体 III-4 の動的挙動 ··· 115

２３２．トランス体の鉄錯体 III-2、ルテニウム錯体 III-3、オスミウム錯体 III-4 における動的挙動 ··· 116

２３３．シス構造を持つ、鉄錯体 III-2、ルテニウム錯体 III-3、オスミウム錯体 III-3 における動的挙動 ··· 120

(5)

iii

２３４．鉄錯体 III-2、ルテニウム錯体 III-3、オスミウム錯体 III-4 における動的挙動の

比較 ··· 127

２４．触媒サイクルのアウトラインと触媒活性種の発生 ··· 131

２５．シス型中間体を経る水素化の反応機構 pathway-A ··· 136

２５１．鉄錯体 III- 2 を触媒とするエチレンの水素化計算 pathway-A ··· 136

２５２．ルテニウム錯体 III- 3 を触媒とするエチレンの水素化計算 pathway-A ···· 137

２５３．オスミウム錯体 III- 4 を触媒とするエチレンの水素化計算 pathway-A ···· 141

２６．シス型中間体を経る水素化の反応機構 pathway-B ··· 144

２６１．鉄錯体 III- 2 を触媒とするエチレンの水素化計算 pathway-B ··· 144

２６２．ルテニウム錯体 III- 3 を触媒とするエチレンの水素化計算 pathway-B ···· 146

２６３．オスミウム錯体 III- 4 を触媒とするエチレンの水素化計算 pathway-B ···· 149

２７．トランス型中間体を経る水素化の反応機構 pathway-C ··· 152

２７１．鉄錯体 III- 2 を触媒とするエチレンの水素化計算 pathway-C ··· 152

２７２．ルテニウム錯体 III- 3 を触媒とするエチレンの水素化計算 pathway-C ···· 154

２７３．オスミウム錯体 III- 4 を触媒とするエチレンの水素化計算 pathway-C ···· 157

２８．水素-水素結合開裂機構に関する考察 ··· 161

２９．計算結果のまとめと考察 ··· 164

Ⅲ‐３．結論 ··· 168

Ⅲ‐４．実験項 ··· 172

４１．DFT 計算 ··· 172

４２．計算精度の検証 ··· 172

Ⅲ‐５．引用文献 ··· 174

Ⅳ．結論結論 ··· 180

謝辞謝辞 ··· 183

(6)

1

Ⅰ．序論

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2

Ⅰ．序論１．構造規制された近接官能基と反応

多くの有機反応が開発され、世の中に必要な多数の有機化合物が合成されている。一般に、有機反応を起こす鍵は有機化合物に含まれている官能基である。有機反応の中で最も簡単な反応である酸塩基反応を例に挙げると、ルイス塩基であるアミンは容易にプロトンと反応してアンモニウム塩を生じる(Scheme I-1, a)。一方、ルイス酸であるボランは容易にヒドリドと反応してボレートを生じる(Scheme I-1, b)。興味深いことに、プロトン化反応におけるアミンの塩基性は複数のアミノ基を含む化合物で、かつアミノ基どうしがある距離に存在するように構造規制されている場合に強くなることが発見され、現在では総説にまとめられているI-1, I-2, I-3。特に 1,8-ジメチルアミノナフタレン(Scheme I-1, c)は、

Aldrich 社から強いプロトン捕捉剤という意味で Proton Sponge という商標で市販されており、現在では一連の構造規制された 2 つのアミノ基を持ち強いプロトン捕捉効果をもつ化合物の総称として Proton Sponge が使われることが多い。Proton Sponge の特徴は、1 つのプロトンが 2 つのアミノ基で挟まれた[N…H…N]⁺ 構造を持つことであり、2 つの塩基性の官能基が 1 つのプロトンと水素結合で結合していることがプロトン捕捉効果の原因と考えられている(Scheme I-1, c)。同様な考え方で、Hydride Sponge が 1985 年に Katz により報告された。2 つのボリル基が近接した 1,2-ボリルブタンが 1,4-ジボリルブタンよりもルイス塩基と反応しやすいことは知られていたが^I-4、Katz は 1，8-ジボリルナフタレン(I-2)が KH と反応して 2 つのB が1 つのヒドリドを挟み込む形で捕捉することを見出し、

X 線結晶構造解析でその構造を確認している(Scheme I-1, d)。

Scheme I-1 酸塩基反応とプロトン/ヒドリドの補足剤

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3

２．構造規制された近接シリル基を有する化合物の反応

このような構造規制されている 2 つの官能基が 1 つの基質と相互作用して基質捕捉する例は、現在では数多くの例が知られている。その中で、本論文でとりあげるベンゼン環の 1,2-位に 2 つのシリル基を持つ化合物における特異的な反応性としては、1990 年に玉尾らが 1,2-ビス(ジフルオロフェニル)ベンゼン(I-3)が F^-の捕捉剤として有効に作用することを報告している(Scheme I-2)^I-5。先に述べたプロトンやヒドリドの捕捉剤は、1,8-位に官能基を持つナフタレン骨格を利用していた。これはプロトンやヒドリドの原子半径が小さいことに由来している。プロトンやヒドリドよりも原子半径が大きい F^-を捕捉するには、むしろ 1,2-位にシリル基をもつベンゼン骨格のほうが構造的に有利である。

Scheme I-2 フッ素イオン捕獲剤 1,2-ビス(ジフルオロフェニル)ベンゼン

1,2-位にシリル基をもつベンゼン骨格は、遷移金属の捕捉剤としても有効に作用する。

1973 年にイギリスの Eaborn により、1,2-ビスジメチルシリルベンゼン(以下、BDSB と略称する)を白金錯体と反応させると水素の発生を伴い、2 つのケイ素に金属が結合した５員環のジシラメタラサイクル化合物が生成することが報告された(Scheme I-3, a)^I-6。さらに、

1975 年にはスイスの Fink により、鉄錯体及びルテニウム錯体について同様の反応が報告された(Scheme I-3, b)^I-7。それ以降、ジシラメタラサイクルは多くの有機金属化学研究者の興味の対象となり、現在では Figure I-1 に示すような数多くの遷移金属を含む錯体が単離され、構造解析されている。^{I-8, I-9}

Si Si

H H

Si Si

H

H + M₃(CO)

1-7a(M = Fe) 1-7b(M = Ru)

Si Si

M(CO)₄ + CO + H₂

+ Pt

PPh₃ PPh₃

Si Si

Pt(PPh₃)₂ + H₂+ CH₂=CH₂

I-4 I-5 I-6

(a)

(b)

I-4

Scheme I-3 BDSB を用いたジシラメタラサイクル骨格を有する有機金属錯体の合成

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4

Figure I-1 ジシラメタラサイクル骨格を有する有機金属錯体^I-9

注目すべきことに、1,2-ビスジメチルシリルベンゼン骨格の特異的な機能が、さらに反応へと展開した例が報告されている。先に述べたように、玉尾らは 1,2-ビス(フルオロジメチルシリル)ベンゼンがフッ素アニオンの捕捉に有効であることを示したが(Scheme I-2)、

その後丸岡らは、この機能をフッ素アニオンにより誘起されるアリルシランを用いるアルデヒドへのアリルアニオン付加反応に適用すると大幅な加速効果が得られることを報告している(Scheme I-4)^I-11。すなわち、BDSB 骨格と 2 つのアリル基を持つ化合物 1,2-ビス(アリルジメチルシリル)ベンゼン(I-16)が普通のアリルシランよりもはるかに効率的に F^-と反応し、アルデヒドのアリル化が迅速に進行する。加速化機構として、I-16 の 2 つのシリル基が F^-を挟み込むように捕捉することで、フルオロシリケートが安定に生成し、アリルアニオンの容易な発生とアルデヒドへの求核付加反応が達成される。

Scheme I-4 1,2-ビス(アリルジメチルシリル)ベンゼンを用いたアルデヒドのアリル化

(10)

5

もう一つの、BDSB 骨格の利用は、向山のラクトン化反応である^I-12。ロジウム触媒は、

ヒドロシランとアルコールやカルボン酸の反応により脱水素シリル化を起こすことはよく知られている。向山らは、Table I-1 に示すように、ヒドロキシカルボン酸前駆体と BDSB から 2 つのジメチルシリル基を含む中～大環状ラクトンを合成したのちシリルジトリフレートで処理すると、中～大員環のラクトンが効率的に生成することを報告している。一般に,-ヒドロキシカルボン酸からのラクトン合成は、5～6 員環ラクトンでは容易であるが、

中～大員環のラクトン合成は分子内反応(ラクトンの生成)と分子間反応(オリゴマーの生成)が混ざるために難しい。通常の反応試薬を用いると、目的の分子内のカルボン酸とアルコールが脱水して得られるラクトン以外に、2 分子のヒドロキシカルボン酸が互いのカルボキシ基とアルコキシ基で脱水した環状エステル化であるジオリドが副生成物として発生する。Table I-1 で示すように反応は段階的に進み、1 段階目はカルボン酸のシリル化、2 段階目はアルコールのシリル化であるが、BDSB のジメチルシリル基がベンゼン環の 1,2- 位に存在しているために 2 つのジメチルシリル基を含む中～大環状ラクトンが生成しやすい。さらにシリルジトリフレートを作用させるとジシロキサンが発生してラクトンを生じるが、この 5 員環ジシロキサンが BDSB 骨格を持つために極めて安定であることから、反応は熱力学的に有利となる。このように、BDSB 骨格を用いた構造規制はラクトン合成に有効な手段として活用されている。

Table I-1 ロジウム触媒と BDSB を用いる中員環ラクトン合成

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6

３．ジシラメタラサイクル骨格を有する遷移金属錯体と触媒反応

遷移金属ジシラメタラサイクルの特異的な反応の最初の例は、Curtis による Ir ジシラメタラサイクルである(Figure I-1, I-8)^I-13。この錯体はジシロキサンの不均化(Redistribution) の中間体であると提案されている。一方、BDSB 骨格を含むジシラメタラサイクルの特異的な反応の最初の例は、Corriu の Scheme I-5 に示す量論反応である。2 つのジメチルシリル基が近接しているために、鉄‐ケイ素結合にニトリルの C≡N 結合が挿入した後、脱水素を起こして 5 員環ジシリルエナミンが生じる。向山ラクトン化のジシロキサンと同様に、

BDSB 骨格は 5 員環ジシリルエナミンの安定性に貢献している^I-14。

Scheme I-5 鉄カルボニル BDSB 錯体とニトリルの反応

田中、石川らは、白金及びニッケルのジシラメタラサイクルを中間体とした触媒反応を開発している。Scheme I-6 にまとめるように、ホスフィンを支持配位子とする白金やニッケル錯体は BDSB との反応でジシラメタラサイクルを生じるが、その金属‐ケイ素結合にはアルキンやアルケン等の不飽和結合を持つ化合物が挿入し、還元的脱離反応を経て 2 つのジメチルシリル基を含む環状ジシリル化合物を生じる^I-15,I-16。

Scheme I-6 ジシラメタラサイクル中間体を経由する白金、ニッケルの触媒反応

一方、永島らは 2 つの近接したシリルヒドリドがカルボニル化合物のヒドロシリル化反応を大きく加速することを発見し、これを広範に展開して新しい化学を創出している^I-17。この化学の端緒となる発見は、RhCl(PPh3)3触媒を用いるケトンのヒドロシリル化反応で

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ある。この反応は一般に 1 級、2 級、3 級のヒドロシランを用いて行われるが、1 級、2 級のヒドロシランと比較して 3 級のヒドロシランを用いた反応は遅い。反応部位が 3 級のヒドロシランであるにもかかわらず、ヒドロシランとして、1,2-ビスジメチルシリルエタン (BDSE)や 1,2-ビスジメチルシリルベンゼン(BDSB)を用いると、反応がエチルジメチルシランを用いた場合より数倍から 50 倍速く、さらに、分子内に存在する 2 つのジメチルシリル基のうち、1 つだけが反応した化合物が得られる(Scheme I-7)。2 つ目のジメチルシリル基の反応性はエチルジメチルシランと同程度であり、2 つの近接した Si-H 基が強い加速効果をもたらしている。その後の研究により、RhCl(PPh3)3と BDSB の反応からいくつかのジシラメタラサイクル錯体(Scheme I-7, I-22、I-23、I-24)が得られることが明らかとなっており、加速反応の鍵がジシラメタラサイクル中間体の生成である可能性が示唆されている^I-18。

Scheme I-7 ケトンのヒドロシリル化における近接 Si-H 基の反応加速効果

2 つの近接した Si-H 基によるヒドロシラン還元の加速効果は RhCl(PPh3)3触媒特有の反応ではなく、他の金属触媒においても広範にみられることがその後の研究で明らかになっている。例えば、アセナフチレンが配位した 3 核ルテニウムカルボニル錯体(I-25)はケトンやアルデヒド、エステルだけでなくアミドのヒドロシラン還元によるアミンの合成に良好な触媒となるが、3 級アミドと比較して反応性に乏しい 2 級アミドの 2 級アミンへの変換反応においては BDSE や 1,1,3,3-テトラメチルジシロキサン(TMDS)が優れた加速結果を与える。また、イリジウム触媒を用いる 3 級アミドのヒドロシラン還元は近接した 2 つ

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8

の Si-H を持つヒドロシランの中でも TMDS のみが高い活性を示し、かつ、生成物は 3 級アミンではなくエナミンである。白金触媒及び鉄カルボニル触媒も 3 級アミドの 3 級アミンへのヒドロシラン還元によい活性を示すが、興味深いことにこれらの触媒では他の二官能性ヒドロシランよりも BDSB のほうが良い効果を与える。二官能性ヒドロシランと有機金属触媒により達成されたカルボニル化合物の還元反応を Scheme I-8 にまとめる^I-18～I-20。

(ACE)Ru3(CO)7

Si-H

R O

R R'

O R OR'

O NR'₂ R R

O[Si]

R' R NR'2

R O[Si]

Ru CO

OC

OC CO

CO OC

O Ru Ru Rh cat. RhCl(PPh3)3

(Wilkinson's complex) Ru cat.

Ru(CO)₂(H)₂((SiMe₂)₂C₆H₄) (I-25)

Pt cat. H2PtCl6/iPrOH Pt2[(CH2=CHSiMe2)2O]3 Pt(dba)2

(dba = dibenzylideneacetone)

Ir cat. IrCl(CO)(PPh3)2 (Vaska's complex) IrCl(CO)[P(OC6F5)3]2 Fe cat. Fe(CO)4, Fe3(CO)12

[Fe3(CO)11(h-H)]2Fe(DMF)4 Fe(CO)2(H)2((SiMe2)2C6H4)

Si-H [Si]

Rh, Ru, Pt, Fe cat.

Ar-H

O NR'₂

R O[Si]

MR'₂ R

NR'2 O

R NHR'

O NH₂ R

R CN R NHR' O

R H

TsNH₂ Rh, Ru, Pt, Fe cat.

Ru, Pt, Fe cat.

Ir cat.

Ru, Pt cat.

Ru cat.

Ru, Fe cat.

R Ar

R NTs R

O[Si]

H

Scheme I-8 近接 Si-H 基を有するヒドロシランとカルボニル化合物の反応

Scheme I-8 に示した反応のうち、白金触媒を用いる BDSB と 3 級アミドの反応については有機合成化学に有用な触媒反応としての研究から中間体と強い関連を持つ白金ジシラメタラサイクル錯体の単離、構造決定、反応の研究、さらには、中谷らとの共同研究による理論計算による反応機構解析が行われ、ジシラメタラサイクル中間体が鍵中間体であることが明らかとなっている^I-21。白金触媒を用いるアミドのヒドロシラン還元は強いヒドロシラン依存性を持ち、ジメチルフェニルシランに代表されるモノヒドロシランは反応性がなく、Si-H が近接している二官能性ヒドロシランの中でも BDSB と TMDS、ポリメチルヒドロシロキサン(PMHS)のみが良好な結果を与える。ジメチルスルフィドは反応を全く阻害しないことから、ジメチルスルフィド存在下で白金前駆体と BDSB の反応を行うことにより Scheme I-9 に示す 3 つの白金錯体(I-26、I-27、I-28)が単離、構造決定された。これらはいずれも良好な触媒活性を示す。これらは触媒サイクル中間体の類縁体であり、こ

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9

れらの構造をもとにした DFT 計算により Scheme I-9 に示すような触媒サイクルが提案されている。BDSB が高い反応性を示す鍵は中間体 I-26 であり、同一平面上に存在する 2 つのシリル基の強いトランス影響によりヒドリドとしての性質が強くなっている。

Scheme I-9 ジシラプラチナサイクル中間体を鍵とする 3 級アミドの還元

４．本研究の動機と目的

以上に述べた、2 つの近接したケイ素基が反応にもたらす特殊な効果についてまとめる。

一つは、玉尾‐丸岡のフッ素アニオン捕捉とフッ素アニオンによる炭素‐ケイ素結合活性化及び向山のマクロラクトン化における効果である。これらにおいては BDSB 骨格が 2 つのケイ素官能基を効果的に近くし、環状の反応中間体を圧倒的に有利にしている。もう一つは、遷移金属種が 2 つの近接したケイ素基の間に取りこまれ、安定なジシラメタラサイクル錯体を作ることである。特に、BDSB 骨格は BDSB がベンゼン環を介して 2 つのケイ素基を Rigid に固定することから、ジシラメタラサイクル生成に対して速度論的にも熱力学的にも有利に働く。構造的興味で開始されたジシラメタラサイクル研究は、その後 Corriu、Tanaka の先駆的な研究を経て、当研究室が系統的に開発してきた 2 つの近接した Si-H 基によるヒドロシラン還元反応の加速化を鍵にした広範な触媒反応化学へと展開している。特筆すべきことは、白金触媒に代表されるように BDSB が最も良い効果を与える例が見いだされ、これらが BDSB 骨格により速度論的にも熱力学的にもジシラメタラサイクル生成が有利になっているという点である。言い換えれば、BDSB 骨格は「構造規制さ

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れた 2 つのジメチルシリル基」を生み出し、また、これがもたらす特異的な反応の開発余地はまだまだ広く存在すると考えられる。

本論文では、BDSB を研究の出発点とした 2 つの研究成果をまとめる。１つは、有機合成化学で広く知られているカルボン酸のアルデヒドへの選択的還元反応である。有機化学の教科書にあるように、カルボン酸を LiAlH4で還元するとアルコールが得られるが、その素反応過程としては、カルボン酸の C=O 結合へのヒドリドの付加反応が第一段階、生成したアセタールアニオンの C-O 結合が還元的に切断される反応が第 2 段階である。この 2 つの素反応は、それぞれ反応速度が異なる。中間体であるアセタールアニオンはアルデヒド等価体であり、もし、第一段階の反応速度と比較して第二段階の反応速度が圧倒的に遅い場合、カルボン酸からアセタールアニオンを経てアルデヒドを選択的に生成する反応が可能である。カルボン酸をヒドロシランで還元する場合、触媒の作用で Si-H 基が開裂し、

カルボニル基に付加する反応が第一段階である。得られた中間体は酸素上がシリル基となっているジシリルアセタールであり、アセタールの中では安定なため、加水分解に気を付ければ単離可能な化合物である。先に、向山のラクトン化反応において、BDSB がベンゼン環の 1,2-の位置にジメチルシリル基を持つことが、,-ヒドロキシカルボン酸と BDSB の 1:1 反応による 2 つのジメチルシリル基を含むラクトン合成に有利であること、ならびに、ラクトン化終了後にケイ素を含む化合物として得られる環状ジシロキサンの熱力学的安定性に対して BDSB 骨格が大きな効果を持つことを示した。本論文では、このような中間体、生成物への BDSB 骨格を活用した構造規制の導入が、カルボン酸からジシリルアセタールへの選択的転換と得られた 7 員環ジシリルアセタールの安定化に極めて有効であることを明らかにした。その結果、カルボン酸からアルデヒドへの変換反応が可能となった (Scheme I-10)。

Scheme I-10 BDSB を用いたカルボン酸を原料とするアルデヒド合成

一方、先に述べてきたように、当研究室では触媒反応の中間体として一連のジシラメタラサイクル錯体の合成、構造、反応に関する研究を蓄積してきた。最近の特筆すべき成果として、鉄とルテニウムを含む新しいジシラメタラサイクル錯体

Fe (CO)2(H)2{(SiMe2)2C6H4} (I-29)^I-22と Ru (CO)2(H)2{(SiMe2)2C6H4} (I-30)が砂田により合成され、その特異的な構造が明らかとなった。この反応性の検討から、鉄錯体 I-29 がアルケンの水素化、アルケンのヒドロシリル化、ケトンのヒドロシリル化の触媒となること、活性は I-29 より低いがルテニウム錯体 I-30 もアルケンの水素化活性を持つことを明らかにしている(Scheme I-11)。田原らは、特に鉄錯体 I-29 の構造、動的挙動、水素化機

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構について、DFT 計算を用いて、H2Fe(VI)Si4コアに Si…H…Si の 2 次的な相互作用をもつこれまでにないユニークな構造及び水素の Fluctuation を含む低エネルギーでの異性体間相互変換さらに鉄中心ではなく鉄‐水素結合上での水素の H-H 結合の活性化、というこれまでにない新しい成果を報告した^I-23。これらは従来の水素化触媒にない数々の新しい事実を含んでおり、本研究開始時には、ルテニウム錯体 I-30 でも同様な現象がみられるか、

についての検討が急がれた。DFT 計算は得られた実験結果の合理的説明だけでなく、まだ実現していない実験の予測も可能である。本研究では、鉄錯体 I-29、ルテニウム錯体 I-30 に加えオスミウム錯体 I-31 の計算を、CO 配位子がcis-の位置関係にある錯体、trans-の位置関係にある錯体の合計 6 つの化合物に対して行い、田原らの H2M(VI)Si4コアに Si…

H…Si の 2 次的な相互作用をもつこれまでにないユニークな構造、水素の Fluctuation を含む低エネルギーでの異性体間相互変換、鉄中心ではなく鉄‐水素結合上での水素の H-H 結合の活性化、が一般的な現象であること、並びに錯体の幾何構造の違い、中心金属の違いが何を生み出すかについて体系的な検討をおこなった。

Scheme I-11 ジシラメタラサイクル骨格を有する有機金属錯体とエチレンの水素化反応機構

以下本論では、カルボン酸の還元によるアルデヒド合成について第二章に、DFT 計算を用いたジシラメタラサイクル骨格錯体とアルケンの水素化反応研究について第三章にまとめ、最後に第四章に本研究の結論をまとめる。

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12 ５．引用文献

I-1 総説：Staab, H. A.; Saupe, T. Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 1988, 27, 865. and references cited therein.

I-2 総説：Alder, R. W. Chem. Rev. 1989, 89, 1215. and references cited therein.

I-3 総説： Llamas-Saiz, A. L.; Faces-Focesa, C.; Elguerob, J.; Struct, J. M. 1994, 328, 297.

I-4 Shriver, D. F.; Biallas, M. J. J. Am. Chem. Soc. 1967, 89. 1078.

I-5 Tamao, K.; Hayashi, T.; Ito, Y.; Shiro, M. J. Am. Chem. Soc. 1990, 112, 2422.

I-6 Eaborn, C.; Metham, T. N.; Pidcock, A. J. Organomet. Chem., 1973, 54, C3 I-7 a) Fink, W. Helv. Chim. Acta, 1975, 58, 1464.

b) Fink, W. Helv. Chim. Acta, 1976, 59, 606.

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(19)

14

(20)

15

Ⅱ．カルボン酸の還元によるアルデヒド合成

(21)

16

Ⅱ‐１．序論１１．アルデヒドの有用性^II-1

カルボニル化合物のうちアルデヒドとケトンは、それぞれ RHC=O、R2C=O (R=アルキル基、アリール基等の炭化水素基)という一般式で表され、天然に存在する化合物に多く含まれている官能基である。特にアルデヒドは、シトロネラールやバニリン等、香料の芳香を与える官能基として知られている(Figure II-1)。

Figure II-1 代表的なアルデヒド

アルデヒド、ケトンの炭素‐酸素二重結合は炭素(⁺)と酸素(^-)に分極しており、反応性に富む。特に、求核剤との反応はこれらカルボニル化合物に特徴的なものである。アルデヒドは一般的にケトンよりも求核反応を受けやすく、さらに、カルボニル化合物に分類されるカルボン酸誘導体の多くと比較しても反応性が高い。この性質を利用して、アルデヒドは多くの有機合成反応における反応中間体として広く利用されている。Scheme II-1 に、

その代表的な例を示す。アルデヒドは、Grignard 試薬やアルキルリチウム(Scheme II-1, a) やエノレート(Scheme II-1, b)と反応して 2 級アルコールを与えるÎI-2。硫黄やリンを含むイリドのような求核剤との反応では、エポキシド(Scheme II-1, c)、アルキン(Scheme II-1, d)、アルケン(Scheme II-1, e)を合成することも可能であるÎI-3。また、Scheme II-1 の(f) はアルカロイド骨格を形成する有名な反応であるが、この反応では、まずアルデヒドがアミンと反応してイミンが生成し、酸性条件下でイミニウム塩が求電子置換反応を起こして複素環骨格を生成する。電子供与基を有するアリールエチルアミンにおいて、高収率でイソキノリン骨格が形成されるÎI-4。

アルデヒドの一般的合成法としては、アルケンのオゾン酸化とオゾニドの還元分解 ÎI-1、末端アルキンのヒドロホウ素化・酸化反応ÎI-1、1 級アルコールの酸化反応ÎI-1、カルボン酸誘導体の還元反応等が知られているÎI-1。このうち、1 級アルコールの酸化反応とカルボン酸誘導体の還元反応はアルデヒドの合成にしばしば用いられる反応であるが、ともに反応選択性に問題がある。すなわち、1 級アルコールを酸化すると、第一段階ではアルコール

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17

Scheme II-1 代表的なアルデヒドの反応

がアルデヒドに酸化(脱水素)されるが、アルデヒドが多くの酸化剤に活性であることから第二段階のアルデヒドからカルボン酸への酸化反応がしばしば併発する。そのため、第二段階目の酸化反応を抑制する酸化剤の研究が古くからおこなわれている。

比較的収率のよいアルコールの部分酸化の 3 つの代表例を、Scheme II-2 に示すÎI-5。(a) は Swern 酸化と呼ばれる、ジメチルスルホキシド(DMSO)を酸化剤とするアルデヒド合成であるが、水に対して不安定な酸塩化物を使用することや厳密な温度コントロールが必要であるという問題点があるÎI-5a,b。(b)は Oppenauer 酸化と呼ばれる、アルミニウム触媒を用いる水素移動反応であるが、基質によっては副反応としてアルドール反応やアリルアルコールの二重結合転移反応が起こるÎI-5c。(c)は、Dess-Martin ペルヨージナン(DMP)と呼ばれる高原子価ヨウ素を含む酸化剤を用いる Dess-Martin 酸化であるが、水気を含んだ DMP には爆発性があること等の問題点が残されているÎI-5d。

一方、カルボン酸誘導体である、カルボン酸、エステル、アミドの還元も二段階で進行する。第一段階はこれらからアルデヒド、あるいはアセタールのようなアルデヒド等価体

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18

Scheme II-2 アルコールの酸化反応によるアルデヒドの合成

に還元する反応であるが、生成したアルデヒドが還元剤に対する反応性が高いことから反応は第一段階で止まらず、さらに 1 級アルコールまで還元されることが多い。本博士論文研究ではこのカルボン酸の部分還元によるアルデヒドの合成手法の開発を行ったが、その鍵となるのは、いかにして第一段階の反応を速やかに行い、かつ第二段階の還元を抑制するかである。次節ではこのようなカルボン酸誘導体の選択的還元によるアルデヒド合成の例を挙げ、これまでの手法ではどのようにして高選択性を達成してきたのかについてまとめる。

１２．カルボン酸誘導体のヒドリド還元^II-6

１１で述べた通り、一般に酸ハロゲン化物及び酸無水物を除くカルボン酸誘導体はケトンやアルデヒドに比べてヒドリド反応剤による還元を受けにくい。これらカルボン酸誘導体の還元には、LiAlH4のような還元力の強いヒドリド還元剤を用いる例、NaBH4のような弱いヒドリド還元剤に Lewis 酸等を加えて活性化したものを用いる例、BH3や AlH3等それ自体が Lewis 酸性を有する金属中心を含む還元剤を用いた例、等が知られている。

強いヒドリド還元剤の代表例である LiAlH4はエステル、カルボン酸、アミドを還元することができる。LiAlH4は Li⁺と[AlH4]^-からなるアート錯体であり、Al 上のヒドリドがカルボニル炭素に対して求核攻撃することで還元反応が進行する。Scheme II-3 にまとめるようにこの反応は二段階で進行するが、過剰の LiAlH4との還元反応ではカルボン酸、エステルの還元における生成物は、第一段階で止めることができず 1 級アルコールになる。同様に、アミドの還元では対応する 1 級アミンが生成物となる。

(24)

19

Scheme II-3 カルボン酸のヒドリド還元

NaBH4は典型的な弱い還元剤であり、単独ではカルボン酸誘導体を還元する力はないが、

Lewis 酸を添加することで反応が進行する。代表例として、NaBH4に AlCl3を添加した系が挙げられる。Scheme II-4 に示すように、Lewis 酸がカルボニル酸素に配位することで炭素‐酸素二重結合が活性化され、弱い還元剤である NaBH4がカルボン酸誘導体と反応することができるようになる。この反応では、Lewis 酸のカルボニル基活性化が鍵となるが、

カルボン酸だけでなく中間体に生成するアセタール類も Lewis 酸で活性化されるため、この場合も第一段階と第二段階の反応速度を制御することは難しい。

Scheme II-4 ルイス酸により活性化されたカルボニル化合物のヒドリド還元

(25)

20

Lewis 酸添加によるカルボニル基の活性化は、ボランやアラン還元剤でも重要な役割を果たす。Scheme II-5 に示すように、これらのホウ素あるいはアルミニウム中心はそれ自体が空軌道を有するため、カルボニル酸素がこれに配位することで基質が活性化されたのちにカルボニル炭素にヒドリドが攻撃することで還元反応が進行する。この場合も、一般的には還元反応の第一段階と第二段階を制御することは難しい。

R OR'

O

R OR'

OBH₂ H

R OH

H H

R OR'

O BH₃ BH₃

+HOR' lone pair

vacant orbital

activation reduction

reductive C-O bond cleavage hydrolysis

Scheme II-5 ボランによるエステルの還元

第一段階と第二段階の選択性を、ヒドリド還元剤のヒドリド性を弱める、あるいは立体障害でカルボニル基の活性化を阻害する等の試みは古くから行われている。例えば、

LiAlH4の誘導体である LiAl(OtBu)3H はtBuO 基の電子供与性と立体障害による効果に特徴があり、また、ホウ素上に置換基を導入した 9-ボラビシクロ(3.3.1)ノナン(9-BBN) 等は立体障害が BH3よりも大きいため反応選択性が異なる。これらを利用すると、場合によりアルデヒドやケトンとカルボン酸誘導体との反応性を逆転させるような例も存在する。

しかしながらこれらの還元剤が普遍的にカルボン酸誘導体からアルデヒドを選択合成する例は多くない。

カルボン酸誘導体の還元とその還元に用いられる主な反応剤、及び反応生成物を Table II-1 にまとめた。A はアルコールが生成することを示す。B はアミンが、C はアルデヒドが生成することを示す。なお、A’は RCH2OH と R’OH の二種類のアルコールが生成することを示している。空欄は反応が進行しないことを示す。後述するが、アミドの還元では同じ還元剤を用いた場合でも適当な反応条件を選択することでアミンとアルデヒドを作り分けることができる場合がある。B and/or C の表記はそれが可能な還元剤との組み合わせであることを示す。

１３．カルボン酸誘導体のヒドリド還元によるアルデヒドの合成

前述の通りアルデヒドはカルボン酸誘導体よりも還元を受けやすい。しかしながら基質によっては反応条件を制御することで、これらの還元によりアルデヒドを得ることも可能

(26)

21

Table II-1 種々のヒドリド還元剤によるカルボニル基の選択的還元反応

である。エステルの還元でアルデヒドを得るには、-70 ^oC でジイソブチルアルミニウムハイドライド(DIBAL-H)を用いる反応が一般的である(Scheme II-6)^II-7。先に述べたように、

エステルの還元は 2 段階で進行する。DIBAL-H とエステルの反応では、第一段階でアルミノヘミアセタールが生成したのち、第二段階でもう 1 分子の DIBAL-H による炭素‐酸素結合の還元的切断が起こる。アルミニウム‐酸素結合が強くアルミノヘミアセタールの安定性が高いことと、2 つの立体障害が大きいイソブチル基が立体的にもう一分子の DIBAL-H との第二段階を起こしにくくすると考えることができる。低温で反応を行うことにより第二段階の反応の速度を下げることで選択的にアルミノヘミアセタールが生成し、

加水分解することで対応するアルデヒドが得られる(Scheme II-6)。

(27)

22

Scheme II-6 DIBAL-H を用いるエステルからアルデヒドへの還元

また、エステルに対しジアミノアルミニウムハイドライドを用いることで対応するアルデヒドを選択的に得ることができる^II-8。アルミニウム上に導入された窒素上の不対電子がアルミニウムの Lewis 酸を弱めているため反応全体も遅くなるが、特に第二段階が相対的により遅くなるために選択的なアルミノヘミアセタールの生成が可能である (Scheme II-7)。

Scheme II-7 ジアミノアルニウムヒドリドを用いるエステルからアルデヒドの生成

過剰のジエチルアミン存在下にペンタン中で LiAlH4を用いた還元も可能である

(Scheme II-8)^II-9。これは、一段階目の還元後に生じるアランがジエチルアミンと反応してペンタンに不溶のアラン-アミン化合物が生じるためであると述べられている。

Scheme II-8 ジエチルアミン存在下でのエステルからアミドへの LiAlH4還元

一方、アミドのヒドリド還元においては、１２で触れているように、一段階目の還元によりヘミアミナールが生じ、これを加水分解することでアルデヒドが得られる。この反応では、中間体である金属ヘミアミナールの窒素原子が還元剤に由来する金属と分子内相

(28)

23

互作用することで安定化され、二段階目の還元が遅くなることによりアルデヒドを選択的に得ることができる。この反応では主に反応系中のアミドと還元剤の当量を制御することが重要となる(Scheme II-9, a)。還元剤としては、LiAlH4、DIBAL-H、LiAlH(OtBu)3等が用いられる^II-10。さらに、Weinreb アミドと呼ばれる N-メトキシ-N-メチルアミドを用いたヒドリド還元では、一段階目の還元で生じたヘミアミナール上の還元剤に由来する金属と窒素上にあるメトキシ基の酸素が相互作用することで、安定な中間体を生じるため、それ以上の還元は起こらない (Scheme II-9, b)^II-11。

Scheme II-9 アミドからのアルデヒドへの還元

一方カルボン酸の還元では、一般に生成物は 1 級アルコールとなりアルデヒドを得ることは難しい。ただし、カルボン酸を基質とし添加剤によって系中でカルボン酸をアミド等に変換し二段階目の還元を抑制する方法^II-12、あるいは酸無水物等カルボン酸よりも反応性の高い化合物に変換することで一段階目の還元を加速しアルデヒドを選択的に得る手法

II-13はある程度知られている。中間体を安定化する方法の例としては、先に述べた Weinreb

アミドを経由し DIBAL-H を用いる還元がある(Scheme II-10)^II-12a。Deoxo-Fluor®は市販されている脱酸素フッ素化試薬である。この手法では、系内でカルボン酸からカルボン酸フッ化物を発生させ、そこにアミンを反応させることで Weinreb アミドに変換したのち還元を行うことで、二段階目の還元を抑えることに成功している。

Scheme II-10 カルボン酸からアルデヒドへの 2 段階還元

(29)

24

カルボン酸を酸無水物に変換する例としては、山本らによるパラジウム触媒による水素化(Scheme II-11)^II-13a、同じく辻らによるパラジウム触媒によるヒドロシリル化 (Scheme II-12)^II-13b等がある。これらの反応では、系中にピバル酸無水物を添加することで平衡により生じた基質のカルボン酸無水物が還元されることで目的のアルデヒドが得られる。水素化反応では、パラジウムに対して酸化的付加した基質の酸無水物が立体障害の大きいピバル酸無水物よりも優先して水素化でアルデヒドが生成し、触媒と基質のカルボン酸が再生する。一方ヒドロシリル化反応では、パラジウムに対して酸化的付加した基質のカルボン酸とピバル酸の酸無水物にヒドロシランが反応することでシリルエステルとアルデヒドが生成する反応サイクル、及びパラジウムに対して酸化的付加したヒドロシラン酸無水物が反応してシリルエステルとアルデヒドが生成する反応サイクルが提唱されている。

Scheme II-11 パラジウム触媒を用いるカルボン酸からアルデヒドへの水素化還元

また、カルボキシメチレンイミニウム塩化物を経由する LiAlH(OtBu)3 による還元 (Scheme II-13)^II-14aやカルボキシスルホニルメタンイミニウムの LiBH(Et)3による還元 (Scheme II-14)^II-14bは、カルボン酸を混合酸無水物に変換することで一段階目の還元を加速し、かつ基質上に窒素を含む官能基を導入することで中間体を安定するという手法を用いている。

直接カルボン酸を還元してアルデヒドを得る手法として、ヒドロボランに嵩高い置換基を導入してジボリルアセタールの還元を抑制することで選択的にアルデヒドを得る手法も報告されている(Scheme II-15, a, b)^II-15。エステルの還元と同様にジアミノアルミニウムハイドライドを用いてアルミニウムの Lewis 酸性を下げることによるアルデヒドの選択的合成も報告されている(Scheme II-15, c)^II-16。

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Scheme II-12 パラジウム触媒と Ph2SiH2を用いるカルボン酸無水物からアルデヒドの合成

Scheme II-13 カルボン酸の活性化/ヒドリド還元によるアルデヒドの合成（1）

Scheme II-14 カルボン酸の活性化/ヒドリド還元によるアルデヒドの合成（2）

その他にカルボン酸を活性化せずに直接還元する方法としては、Wagenknecht による電気化学を用いた還元 (Scheme II-16, a)^II-17、固体触媒による水素化 (Scheme II-16, b)^II-18 等が存在する。しかしながらそれぞれ反応に高温を要する、電気化学という特殊な手法を用いる必要がありまた脂肪族のカルボン酸には適用できない、等問題も多く一般的に有用な反応とは言い難い。

以上述べてきたように、カルボン酸誘導体の還元は本質的にヘミアセタールやヘミアミナール誘導体への第一段還元と炭素‐酸素結合の還元的切断の第二段還元の二段階からなる。言い換えれば、第一段還元の反応速度k1と第二段還元の反応速度k2の制御が選択的な

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Scheme II-15 ジボリルあるいはジアルミノアセタールを経由するカルボン酸からアルデヒドの選択合成

Scheme II-16 その他のカルボン酸からアルデヒドへの直接還元

部分還元を達成する鍵である。これには、大別して 2 つの手法がある。1 つは中間体を安定化してk²を抑制する方法で、エステルやカルボン酸の還元では中間体が安定になるよう設計された置換基を有するホウ素やアルミニウムを用いることで二段階目の還元を抑えることが可能である。アミドの還元における中間体であるヘミアミナールは中間体の窒素と還元剤に由来する金属との分子内相互作用で安定化されている場合が多く、還元剤を過剰量用いなければ、比較的高選択性的に部分還元が達成できる例がある(Scheme II-17)。このため、カルボン酸の還元では一旦系中でアミドを発生し、部分還元を達成する手法も開発されている。もう 1 つは、カルボン酸基質をさらに反応性の高い誘導体に変換すること

(32)

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により、k2よりもk1を圧倒的に増大させる手法であり、特にカルボン酸では系中でアルデヒドよりも反応性の高い酸無水物やその等価体に変換することが一般的に行われている。

Scheme II-17 アミドからアミンへの還元に必要な 2 段階反応間の速度調整

１４．ヒドロシランを用いたカルボン酸誘導体の還元^II-19

１２及び１３で述べたヒドリド還元剤の多くは水に対して不安定である。例えば、

LiAlH4や BH3は水と激しく反応して水素を発生する。NaBH4はこれらと比較して安定性が高いが、水と穏やかに反応し水素を発生する。一方、ヒドリド還元剤の一種であるヒドロシラン(R3SiH)は水や酸素に対して極めて安定であり、⾧期間湿気のある空気中に暴露しても分解しない。一般にヒドロシランはそのままでは還元剤として作用しないが、カルボニル基が強い Brønsted 酸や強い Lewis 酸で活性化されている場合、あるいはフッ素試薬や遷移金属触媒を用いてヒドロシランが活性化されている場合には、カルボニル基の還元に優れた効果を発揮する。ヒドロシランとしては、PhSiH3のような 1 級ヒドロシラン、

Ph2SiH2のような 2 級ヒドロシラン、R3SiH のような 3 級のヒドロシランが用いられる。

これらの活性化剤を必要としない特殊な例としては、後に触れる 5 配位ヒドロシランを用いた還元反応がある。ヒドロシランはこれらの触媒や活性化剤の存在下でそのヒドロシリル基が炭素‐酸素二重結合に付加し H-C-O-Si 結合を作る、いわゆるヒドロシリル化反応として、古くからケトンやアルデヒドのアルコールへの還元に利用されてきた^II-19。カルボン酸誘導体をヒドロシランでアルコールやアミンに還元するには、ヒドロシリル化に加えて炭素‐酸素結合や炭素‐窒素結合の水素化分解が必要である。このため、ヒドロシランを用いたカルボン酸誘導体の還元反応に関する研究は最近まであまり例がなかった。

しかしながらそれまでケトンやアルデヒドの還元に限られていた遷移金属触媒を用いるヒドロシリル化研究は、1990 年代以降になると、アミドやエステル等のカルボン酸誘導体のヒドロシラン還元に展開されるようになった。1991 年には Buchwald らによって Cp2TiCl2を用いたエステルのヒドロシラン還元が報告されている(Scheme II-18)^II-20a。この反応は、Cp2TiCl2から-78 ^oC でnBuLi を用いて系中で活性種を発生させるものであり、

比較的温和な条件で内部及び末端オレフィン、アミン、チオフェン、エチレンオキシド等の多様な官能基の存在下にエステルのみを還元できるのが特徴である。ただし、この報告

(33)

28

の条件下でケトンは還元される。この報告以降、チタン触媒に安価な Ti(OiPr)4を用いた反応や、ヒドロシランに毒性の低い PMHS を用いた系も報告されているII-20b,c,d,e。

Scheme II-18 チタノセン触媒によるエステルのシリルエーテルへのシラン還元反応

1994 年には、1 当量の Ti(Oi^Pr)4と 10 当量の PMHS を用いたカルボン酸のアルコールへの還元も報告されている^II-20d。また、1995 年には 5 員環、6 員環ラクトンの還元によるラクトールの選択的合成も報告されている^II-20f。これらの報告では、ヒドロシランとアルコキシシランのbond metathesis によって生じるチタニウムヒドリドが鍵中間体となっていると述べられている。1995 年には Cutler らによってマンガンカルボニル触媒 (L)(CO)4MnC(O)CH3 (L=PPh3 or CO)とトリエトキシシランを用いて脂肪族エステルを対応するエーテルへ比較的良好な収率で還元する反応が報告されている(Scheme II-19)

II-21。ただし、ラクトンの還元では収率が低下している。

Scheme II-19 マンガン触媒によるエステルのシリルエーテルへのシラン還元反応

1998 年には桑野、伊藤らによってロジウムホスフィン触媒とジフェニルシランを用いた温和な条件における 3 級アミドのアミンへの還元が報告されている(Scheme II-20)^II-22。カルボニル炭素やアミドの窒素上の置換基が嵩高い基質においては反応速度が落ちるものの、

反応終了後には高い単離収率を得ることに成功している。5 員環ラクタムにも適用可能であり、エステルやエチレンオキシドの存在下にアミドのみを選択的にアミンへと還元することが可能である。ただし、アルケン及びアルキンを有する基質には適用することができない。

1999 年には古川らによって、同じくロジウムホスフィン触媒とジフェニルシランを用いるエステルのアルコールへの還元が報告されている(Scheme II-21)^II-23。この報告では、

(34)

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Scheme II-20 マンガン触媒によるアミドのアミンへのシラン還元反応

Wilkinson 錯体 RhCl(PPh3)3がエステルのヒドロシラン還元に対し高い活性を示すことが明らかにされた。反応は室温で進行する。反応終了後に水酸化ナトリウムを用いた加水分解を行うことによって、¹H NMR による内部標準法で良好な収率で目的生成物が確認されている。

Scheme II-21 ロジウム触媒を用いるエステルのアルコールへのシラン還元

さらに 2001 年には、渕上らによって Ru3(CO)12または[RuCl2(CO)3]2 / EtI, Et2NH のルテニウムカルボニル触媒とトリエチルシランを用いた系で単純なエステルを中から高程度の転化率及び変換収率で対応するアルキルシリルアセタールに変換可能であるとの報告がなされている(Scheme II-22)^II-24。生成したアルキルシリルアセタールは、塩酸を用いて対応するアルデヒドへと加水分解が可能である。

Scheme II-22 ルテニウム触媒を用いるエステルのアルデヒドへのシラン還元

本研究発表後に報告された研究であるが、2016 年には、モリブデンカルボニル触媒 Mo(CO)6と TMDS を用い、反応温度を変えることで 3 級アミドからアルデヒドとアミンをそれぞれ選択的に合成する反応も報告されている(Scheme II-23)^II-25。この反応はケトンや末端オレフィンやエステル、イミン、ニトリル、カルボン酸等を還元することなくアミドのみをアルデヒドへと還元することができるという大きな特徴を有する。フランやチオフェンの含ヘテロ芳香族アミドにも適用が可能である。さらに、非常に嵩高いアダマンタ

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ン酸アミドのアルデヒドへの還元も可能である。ただし、直鎖脂肪族アミドの還元では対応するエナミンとアミンの混合物が生成するため、これらの基質には適さない。アミンへの還元では、アルデヒド存在下にアミドのみを選択的にアミンへと還元することも可能である。アルデヒドへの還元と同様、末端オレフィンやエステル、イミンの存在下にアミドを選択的にアミンへと還元が可能である。ニトロ基や共役内部オレフィンを有する基質にも適用可能である。また、塩酸存在下にカルボキシル基を有する基質の還元も可能である。以上の反応をまとめたものを、Table II-2 に示す。

Scheme II-23 モリブデン触媒とヒドロシランによるアミドのアルデヒドあるいはアミンへの選択還元

Table II-2 カルボン酸誘導体のヒドロシラン還元のまとめ

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これらと比較して活性や基質の汎用性の上で優れた触媒に、当研究室で開発されたルテニウム錯体(_^^^-Acenaphthylene)Ru3(CO)7、以下(ACE)Ru3(CO)7 (II-1)がある^II-26a。この錯体は空気に対し極めて安定であり、⾧期間大気に曝露しても分解しないという大きな特⾧を有する。錯体合成及びこの錯体を用いた触媒反応時の取り扱いにおいても、グローブボックス等の設備を必要としない。(ACE)Ru3(CO)7は原料の Ru3(CO)12に対し 90%

以上の収率で合成することが可能である。また、大スケールの合成も可能である。さらに、

ケトンやアルデヒドだけでなく通常遷移金属錯体ではなく Lewis 酸を触媒とするアセタールの還元が可能であるという特徴がある。ケトンやアルデヒドのヒドロシリル化に用いられる Wilkinson 触媒と同様に反応性は用いるヒドロシランに大きく依存するが、Wilkinson 触媒と異なりジヒドロシランよりもビスヒドロシリル化合物を用いた場合のほうが反応性が高くなる。また、不飽和ケトンでは還元に用いるヒドロシランを変えることで、1,4-付加と 1,2-付加を高い選択性で制御することができる。また、2002 年にはこの触媒とエチルジメチルシランを用いてエステルのアルキルエーテルまたはシリルエーテルへ

の還元ÎI-19x、カルボン酸のシリルエーテルへの還元ÎI-19x、アミドのアミンへの還元ÎI-19xも

達成している(Scheme II-24)。

Scheme II-24 ルテニウムクラスター触媒を用いるカルボン酸誘導体のヒドロシラン還元

エステルの還元では、脂肪族を中心に二重結合を含むオレイン酸メチルや 5 員環、6 員環ラクトンについても検討を行っており、加水分解後は中から高程度の収率で目的とするアルコールまたはエーテルを得ることに成功している。また、反応性は下がるものの芳香族カルボン酸のエステルである安息香酸メチルの還元においても中程度の収率で目的生成物を得ることに成功している。カルボン酸の還元においても同様に、安息香酸では反応性が下がる傾向にあるが、脂肪族カルボン酸では良好な収率で目的のアルコールを得ること