博 士 （ 薬 学 ） 佐 藤 公 彦
学 位 論 文 題 名
チ タ ノ セ ン を 用 い た 新 し い 反 応 の 開 発 学 位 論 文 内 容 の 要 旨
有機合成化学では、炭素炭素結合の立体選択的、位置選択的な合成が求められているが、
メタラサイクルはこれらを効率良く合成するための鍵となる錯体として、広く利用されてい る。そのため、今まで、メタラサイクルには様々な金属が用いられており、研究されてきた。
チタンもそのひとっであり、Rothwell、佐藤らにより、チタナサイクルを有機合成に利用す る反応が報告されている。しかし、これまで有機合成に用いられてきたチタナサイクルは、
配位子にアリーロキシド、アルコキシドを用いたものがほとんどであり、シクロペンタジェ ニル（以下、Cp)基を持ルチタナサイクルを有機合成に利用した反応は、一酸化炭素やイソ ニトリルとの反応、ハロゲンや酸による加水分解といった単純な反応が知られているのみで あり、Cp環をもっチタナサイクルの錯体の反応性についてはあまり報告されていない。そと で今回、このCp環を持っチタナサイクル錯体を合成し、反応性についての研究を行った。
その結果、今まで報告されているメタラサイクルには見られなかった、大変興味深い反応性 を見出すことができた。
1
第一章では、まず、Cp環を持っチタナサイクルについて、ロ・ブチルリチウム、臭化エチル マグネシウムを用いることにより、効率的な合成法を確立した（第ー章）。今までも、チタ ナサイクルの合成法は数多く報告されているが、いずれの方法も反応時間が長くかかること や、収率が低いことなど、課題を抱えていた。その一方、同族のジルコナサイクルでは、皿‐
ブチルリチウム、臭化エチルマグネシウムを用いる方法が、非常に簡便な合成方法として用 いられている。今回、このジルコナサイクルの合成方法と同じように、皿・ブチルリチウム、
臭化エチルマグネシウムとチタノセンジクロリド、アルキン類の反応によって、それぞれチ タナシクロペンタジェン、チタナシクロペンテンの合成を検討した。高い収率で合成するた めには、低い温度で反応させることが重要であることを見出した。チタナシクロペンテンに ついては、結晶を得ることができたので、X線によってその構造を解析することに成功した。
次に、こうして合成したCp環を持っチタナシクロペンタジェンの反応性について検討し た。その結果、同族のジルコナサイクルとは全く異なった反応性をもっていることが分かっ た。
はじめに、Cp環をもっチタナシクロペンタジェンを金属塩化物と反応させることにより、
新規インデン誘導体が生成することを見出した（第二章）。この反応は、チタナシクロペン タジエンのCp環とブタジェン骨格が反応する、という非常に珍しい反応である。塩化亜鉛、
｀塩化ビスマス、塩化鉄、塩化チタンなど、様々な金属塩化物によってこの反応は促進される ことが分かった。最も効率的であったのは、四塩化チタンを用いた場合であり、過剰量の4 当量を用いると、室温、1時間という短い時間で90％近くの収率で、インデン誘導体が生成 していることを確認した。さらに、注意深く反応溶液を観察していると、塩化亜鉛を用いた ときに、金属亜鉛が生成していることがわかった。この結果から、金属ハロゲン化物の還元 を伴う反応であることが分かった。反応機構の考察の手がかりとして、このカップリングが 分子内で起こっているのか、分子間で起こっているのかを追跡した。その結果、本反応は前 者、分子内カップリングで生成していることを実験により証明した。反応のメカニズムとし て は、加 えた金属 ハロゲ ン化物が チタノ センのCp環 を押し出すことによって、分子内
― 812−
Diels‑Alder反 応 を ひ き 起 こ し て い る の で は な い か と 推 測 し て い る 。 さらに、Cp環を持っチタナシクロペンタジェンの反応性について検討したところ、ニト リルを加えるという単純な反応によって、Cp環の解裂を伴うベンゼン誘導体とピリジン誘 導体が生成する、という大変興味深い反応を見出すことができた（第三章）。本当にCp環 の解裂が起きているのかどうかを調べるために、Cp環を13Cで標識したチタノセンジクロ リドの合成法を検討し、合成し、これを用いて反応の検討を行ったところ、ベンゼン骨格の 6炭素の うちの2炭素、 そして ピリジン骨格の5炭素のうちの3炭素が13Cで標識された。
これ より、確かにCp環が2炭素部分と3炭素部分に解裂し、ベンゼン骨格、ピリジン骨格 に組み込まれたことを明らかにした。さらに、反応機構を知る手がかりを得るための実験を いくっかおこなった。ーつ目の手がかりとして、インデン合成の場合と同様に、本反応が分｀
子内カップリングであるか、分子間カップリングであるかの検討を行った。その結果、イン デン誘導体の生成の場合と同じように、分子内カップリングで生成していることが分かった。
二つ目の手がかりとして、このベンゼン誘導体とピリジン誘導体が同時に生成しているのか、
別個の反応なのか、を検討するために、反応時間と生成物の収率の関係を追跡した。その結 果、このチタナシクロペンタジェンにニトリルを加えると、まずインデン誘導体が生成し、
続いてベンゼン誘導体、そして最後にピリジン誘導体が生成してくることが分かった。これ らの結果より、本反応のメカニズムは、はじめにCp環とブタジェン骨格の分子内カップリ ングが起こり、ジヒドロインデニル・チタン錯体が生成するものと考えている。ここから、ベ ンゼン誘導体が切り離され、最後に残ったC3部分とニトリルのカップリングによって、ピ リジン誘導体が生成したのではないか、と考えている。
このように、Cp環を持っチタナサイクルの反応性は、ジルコナサイクルとは全く異なる 反応性を示すことがわかった。
最後にチタノセンジクロリドを触媒として用い、グリニヤール試薬存在下で芳香族塩化物 を還元する反応について詳述する（第四章）。ダイオキシン類、PCBをはじめとする芳香族 塩化物には、環境汚染物質として広く知られるものが多く、その処理方法が社会的な問題に もなっている。こうした背景から、芳香族塩化物の無毒化、すなわち還元処理は大きな課題 となっており、様々な方法による無毒化方法が検討されている。化学的手法を用いて、芳香 族塩化物の毒性を軽減させるには、これらの化合物から塩素を取り除くことが、鍵となって k）るが、今まで知られている方法では、なかなか良い方法が開発されていない。特に、前周 期遷移金属を用いたものはほとんど報告されてはいなかった。今回、反応をチタノセンジク ロリドを触媒量、そしてグリニヤール試薬を3当量用いると、速やかに芳香族塩化物の還元 ができることを見出した。反応条件としては、室温という穏やかな条件でも反応は問題なく 進行し、50℃まで過熱することにより、反応はさらに速やかに進行した。反応溶媒には、THF が最も適しており、ヘキサンやエーテルとは大きな反応性の違いがあった。1分子に塩素を 複数持つ芳香族塩化物に対しても、反応は起こり、特にーつ日の塩素が速やかに還元された。
反応機構の詳細は不明であるが、チタノセン￣ヒドリド、あるいは2価チタノセンの酸化的付 加などが考えられる。
このように、Cp環をもっチタナサイクルの合成、そしてその今まで知られていなかった 新しい反応性を発見することができた。
ー 813ー
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 佐藤 小笠原
学 位 論 文 題 名
保 美和子 美洋 正道
チタノセンを用いた新しい反応の開発
有 機 合 成 化 学 で は 、 炭 素 炭 素 結 合 の 立 体 選 択 的 、 位 置 選 択 的 な 合 成 が 求 め られ て い る が 、 メ タ ラ サ イ ク ル は こ れ ら を 効 率 良 く 合 成 す る た め の 鍵 と な る 錯 体 と して 、 広 く 利 用 さ れ て い る 。 そ の た め 、 今 ま で 、 メ タ ラ サ イ ク ル に は 様 々 な 金 属 が 用い ら れ て お り 、 研 究 さ れ て きた 。チ タン もそ の ひと つで あり 、Rothwell、 佐藤 らに より 、 チ タ ナ サ イ ク ル を 有 機 合 成 に 利 用 す る 反 応 が 報 告 さ れ て い る 。 し か し 、 こ れ まで 有 機 合 成 に 用 い ら れ て き たチ タナ サイ クル は 、配 位子 にア リー 口キ シド 、ア ルコ ´キ シ ド を 用 い た も の が ほ と ん ど で あ り 、 シ ク 口 ベ ン タ ジ ェ ニ ル （ 以 下 、Cp)墓 を 持 っ チ タ ナ サ イ ク ル を 有 機 合 成 に 利 用 し た 反 応 は 、 単 純 な 反 応 が 知 ら れ て い る の み で あ り 、Cp環 を も つ チ タ ナ サ イ ク ル の 錯 体 の 反 応 性 に つ い て は あ ま り 報 告 さ れ て い な い 。 そ こ で 今 回 、 こ のCp環 を 持 つ チ タ ナ サ イ ク ル 錯 体 を 合 成 し 、 反 応 性 に つ い て の 研 究 を 行 っ た 。
第 一 章 で は 、 ま ず 、Cp環 を 持 つ チ タ ナ サ イ ク ル に つ い て 、 伊 プ チ ル リ チ ウ ム 、 臭 化 エ チ ル マ グ ネ シ ウ ム を 用 い る こ と に よ り 、 効 率 的 な 合 成 法 を 確 立 し た （ 第 一 章 ） 。 今 ま で も 、 チ タ ナ サ イ ク ル の 合 成 法 は 数 多 く 報 告 さ れ て い る が 、 い ず れの 方 法 も 課 題 を 抱 え て い た 。 今 回 、 こ の ジ ル コ ナ サ イ ク ル の 合 成 方 法 と 同 じ よ う に 、0 ブ チ ル リ チ ウ ム 、 臭 化 工 チ ル マ グ ネ シ ウ ム と チ タ ノ セ ン ジ ク ロ リ ド 、 ア ル キ ン類 の 反 応 に よ っ て 、 そ れ ぞ れ チ タ ナ シ ク 口 ペ ン タ ジ エ ン 、 チ タ ナ シ ク 口 ベ ン テ ン の合 成 を 検 討 し た 。 高 い 収 率 で 合 成 す る た め に は 、 低 い 温 度 で 反 応 さ せ る こ と が 重 要で あ る こ と を 見 出 し た 。
は じ め に 、Cp環 を も つ チ タ ナ シ ク 口 ベ ン タ ジ ェ ン を 金 属 塩 化 物 と 反 応 さ せ る こ と に よ り 、 新 規 イ ン デ ン誘 導体 が生 成す る こと を見 出し た（ 第二 章） 。こ の反 応は 、 チ タ ナ シ ク ロ ペ ン タ ジ エ ン のCp環 と ブ タ ジ エ ン 骨 格 が 反 応 す る 、 と い う 非 常 に 珍 し い 反 応 で あ る 。 塩 化 亜 鉛 、 塩 化 ピ ス マ ス 、 塩 化 鉄 、 塩 化 チ タ ン な ど 、 様 々 な金 属 塩 化 物 に よ っ て こ の 反 応 は 促 進 さ れ る こ と が 分 か っ た 。 最 も 効 率 的 で あ っ た のは 、
l 四塩 化チ タン を用 いた 場合 であり、過剰量の4 当量を用いると、室温、1 時間とい I う短い時間で90 ％近くの収率で、インデン誘導体が生成していることを確認した。
反応 機構 の考 察の 手が かりと して 、こ のカ ップ リン グが 分子内で起こっているの か、分子間で起こっているのかを追跡した。その結果、本反応は前者、分子内カッ プリングで生成していることを実験により証明した。
さらに、Cp 環を持つチタナシク口ペンタジェンの反応性について検討したところ、
二ト リル を加 える とい う単純 な反 応に よっ て、 Cp 環 の開 裂を伴うべンゼン誘導体 とピリジン誘導体が生成する、という大変興味深い反応を見出すことができた（第 三 章 ） 。 本当 にCp 環 の開 裂が 起き てい るの かど うか を調 べる ため に、 Cp 環を 13C で標識したチタノセンジク口リドの合成法を検討し、合成し、これを用しゝて反応の 検討 を行 った とこ ろ、 ベンゼ ン骨 格の 6 炭 素の うち の2 炭 素、そしてピリジン骨格 の 5 炭 素 の う ち の 3 炭 素 が 13C で 標 識 さ れ た 。 こ れ よ り 、 確 か に Cp 環 が 2 炭 素 部 分と 3 炭素 部分 に開 裂し 、ベ ンゼン骨格、ピリジン骨格に組み込まれたことを明ら かにした。さらに、反応機構を知る手がかりを得るための実験をいくつかおこなっ たと ころ 、本 反応 がCp 環とプ タジ ェン 骨格 の分 子内 カッ プリングによって生成し て い る こ と 、 ア ン モ ニ ア が 生 成 し て い る こ と 、 な ど が わ か っ た 。 最後にチタノセンジクロリドを触媒として用い、グリニャール試薬存在下で芳香 族塩 化物 を還 元す る反 応につ いて詳述する（第四章）。ダイオキシン類、PCB をは じめとする芳香族塩化物には、環境汚染物質として広く知られるものが多く、その 処理方法が社会的な問題にもなっているため、様々な方法による無毒化方法が検討 されている。化学的手法を用いて、芳香族塩化物の毒性を軽減させるには、これら の化合物から塩素を取り除くことが、鍵となっているが、今まで知られている方法 ではごなかなか良い方法が開発されていない。特に、前周期遷移金属を用いたもの はほとんど報告されてはいなかった。今回、反応をチタノセンジク口リドを触媒量、
そし てグ リニ ヤー ル試 薬を3 当量用いると、速やかに芳香族塩化物の還元ができる ことを見出した。反応条件としては、室温という穏やかな条件でも反応は問題なく 進 行 し 、 50 ℃ ま で 過 熱 す る こ と に よ り 、 反 応 は さ ら に 速 や か に 進 行 し た 。 こ の よ うに 、佐藤 君の 研究 では 、Cp 環を 2 ケ所 で切 断し 、有 用な 有機 物へ 変換 するなど、博士の学位に十分値するものと判断した。
− 815―
