学位論文内容の要旨

博 士 （ 工 学 ） 大 村 智 通

    

学 位 論 文題 名

Iridium‑and Rhodium‑Catalyzed C‑H Activation fortheSynthesis     OfEnolEtherS

，

EnyneS

，

andVinylboroniCESterS     

（ エ ノ ー ル エ ー テ ル 、 エ ン イ ン 、 お よ び ビ ニ ル ホ ウ 酸 エ ス テ ル 類 合成 の た め のイ リジ ウム および ロジ ウム 触媒C―

H

活 性化 ）

学位論文内容の要旨

  

炭素―水素結合（C−H）の活性化は炭素ー炭素結合の形成と同様に有機合成にお ける重要な研究課題である。特に遷移金属触媒によるC−H活性化は、ハ口ゲンの ような脱離基を足掛かりとする置換反応やカップリング反応に比べ、簡便でクリ ーン、かつ経済的な合成手法として有用であると考えられる。近年広域な触媒お よび反応系の探索が行われた結果、比較的反応性の高いアルキン末端C−Hやアリ ル位C−

H

のみならず、不活性な芳香環C―Hや単純アルカンC一Hが触媒的な活性 化 を 鍵 段 階 と し て 有 機 変 換 反 応 に 利 用 さ れ る よ う に な っ た 。

  

本研究は、イリジウムおよび口ジウム錯体によるアリル位

C

−Hおよびアルキン 末端

C

−Hの触媒的活性化を鍵段階とするアルケン類の立体選択的合成に関するも のである。これらのC‑Hは比較的反応性が高く遷移金属錯体により容易に活性化 可能であると考えられ、数多くの研究がなされてきたが、生成物を高選択的に制 御した例は未だ少ない。本研究では、有用な合成中間体であるエノールエーテル、

エンイン、およびビニルホウ酸エステルの立体選択的な合成について研究を行っ た。

  

序論では、本研究の背景と目的について述べた。

  

第一章では、カチオン性イリジウム触媒を用いるアリルシリルエーテルの立体 選択的異性化反応について述べた。シリルエノールエーテルはェノラー卜等価体 としてアルドール反応など様々な有機反応に利用される重要な合成中間体であり、

一般にカルボニル化合物を塩基で処理し発生するエノラートをシリル求電子剤で 捕捉することにより合成される。しかし、この手法では反応性の高いエノラート を経由することに起因する副反応や立体化学の制御がしばしば問題となる。一方、

遷移金属触媒による異性化反応を利用したシリルエノールエーテルの合成は、入 手容易なアルルシリルエーテルを出発原料とし中性条件下で行えることから、工 業スケールに適した手法であると考えられる。今回、この異性化反応に対し高い 活性を示すカチオン性イリジウム触媒および反応系を見いだした。本触媒系によ

り1級アリルシリルェーテルから（めーシリルェノールエーテルを、既知の系では 異性化に適用できない2級アリルシリルエーテルから（勿―シリルエノールェーテ ルをそれぞれ立体選択的に合成できることを明らかとした。また、アリル位C−H のイリジウムヘの酸化的付加により生成する兀一アリル錯体を鍵中間体として経由 す る 反 応 機 構 を 提 案 し 、 立 体 選 択 制 の 発 現 に つ い て 考 察 を 行 っ た 。   第二章では、イリジウム触媒を用いる末端アルキンの立体選択的二量化反応に ついて述べた。遷移金属触媒を用いる末端アルキンの二量化は共役工ンイン骨格 構築の簡便かつ経済的な方法であり、非常に多くの例が報告されているが、生成 物の立体制御や反応機構の解明という点において未だ課題が残されている。今回、

アミンの存在下イリジウム―ホスフィン錯体が末端アルキンのニ量化に有効な触媒 となることを見いだした。反応の選択性は用いるホスフイン配位子の性質に大き く依存し、電子供与性が低くかさ高いトリアリールホスフインではE体の直鎖型 エンインが、電子供与性が高いトリプ口ピルホスフィンではZ体の直鎖型工ンイ ンまたは1，2，3―ブ夕卜リエンが立体選択的に生成する事を明らかとした。また 本反応の機構として、アルキン末端C−H活性化により生成したnl一アルキニル錯 体と、さらに異性化したピニリデン錯体のそれぞれを鍵中間体として経由するニ つの触媒サイクルを提案した。

  第三章では、口ジウムおよびイリジウム触媒を用いた末端アルキンのtrans‑ヒ ド口ホウ素化について述べた。有機ホウ素化合物はパラジウム触媒による有機求 電子剤とのク口スカップリング反応をはじめ精密合成反応における有用な反応剤 であり、その効率的な合成法の開発は重要な課題である。アルケニルホウ素化合 物の合成には末端アルキンのヒド□ホウ素化を用いるのが最も簡便であるが、反 応はan ti‑Markovnikov則に従いsyci付加で進行し、(E)―1一アルケニルホウ素化 合物を高選択的に与える（〔ふヒド口ホウ素化）。このため、対応する（Z)‑l一ア ルケニルホウ素化合物の合成には多段階合成法が用いられてきた。今回、アミン 存在下口ジウムおよびイリジウム触媒を用いて検討を行い、末端アルキンのtrans− ヒド口ホウ素化の開発に成功した。この反応を用いることで、種々の末端アルキ ンから（Z)−1―アルケニルホウ酸エステルを一段階で収率よく合成できることを明 らかとした。また、重水素標識実験の結果を基に、アルキン末端C―H活性化によ る ビ ニ リ デ ン 錯 体 の 形 成 を 鍵 段 階 と して 経 由す る 反応 機 構を 提 案 した 。

学位論文審査の要旨

    学 位論 文 題名

Iridium‑and Rhodium‑Catalyzed C‑H Activation for the Synthesis     of Enol Ethers， Enynes， and Vinylboronic Esters     （ エ ノ ー ル エ ー テ ル 、 エ ン イ ン 、 お よ び ビ ニ ル ホ ウ 酸 エ ステ ル 類合 成 の ため の イリ ジ ウム お よび ロ ジウ ム 触媒C−H活性化）

  炭素―水素結合（CーH）の活性化は炭素―炭素結合の形成と同様に有機合成における 重要な研究課題である。特に遷移金属触媒によるCーH活性化は、ハ口ゲンのような脱 離基を足掛かりとする置換反応やカップリング反応に比ベ、簡便でクリーン、かつ経済 的な合成手法として有用であると考えられる。近年広域な触媒および反応系の探索が行 われた結果、比較的反応性の高いアルキン末端C―Hやアリル位C―Hのみならず、不活 性な芳香環C一Hや単純アルカンC−Hが触媒的な活性化を鍵段階として有機変換反応に 利用されるようになった。本論文において筆者は、イリジウムおよびロジウム錯体によ るアリル位C−Hおよびアルキン末端CーHの触媒的活性化を鍵段階とするアルケン類の 立体選択的合成を達成した。これらのC―Hは比較的反応性が高く遷移金属錯体により 容易に活性化可能であると考えられ、数多くの研究がなされてきたが、生成物を高選択 的に制御した例は未だ少ない。本論文において筆者は、有用な合成中間体であるエノー ルエーテル、エンイン、およびピニルホウ酸エステルの立体選択的な合成について研究 を行っている。

  遷移金属触媒による異性化反応を利用したシリルェノールエーテルの合成は、入手容 易なアリルシリルェーテルを出発原料とし中性条件下で行えることから、工業スケール に適した手法であると考えられる。筆者は、この異性化反応に対し高い活性を示すカチ オン性イリジウム触媒および反応系を見いだした。この触媒系により1級アリルシリル エーテルから(E)―シリルェノール工一テルを、既知の系では異性化に適用できない2級 アリルシリルエーテルから（勿一シリルエノールエーテルをそれぞれ立体選択的に合成で きることを明らかとしている。また、アリル位C―Hのイリジウムヘの酸化的付加によ り生成する兀―アリル錯体を鍵中間体として経由する反応機構を提案し、立体選択制の 発現について考察している。

夫 彦生 憲徳 昌 浦 田田 宮米 缶 授授 授 教教 教 査査 査 主副 副

  遷移金 属触媒を 用いる末 端アルキ ンの二量 化は共役エ ンイン骨 格構築の 簡便かつ 経済 的な方 法であり 、非常に 多くの例 が報告さ れているが 、生成物 の立体制 御や反応 機構の 解明と いう点に おいて未 だ課題が 残されて いる。筆者 は、アミ ンの存在 下イリジ ウム―

ホスフ ィン錯体 が末端ア ルキンの 二量化に 有効な触媒 となるこ とを見い だした。 反応の 選択性 は用いる ホスフイ ン配位子，の性質に大きく依存し、電子供与性が低くかさ高いト リ ア リ ール ホ スフ ィ ン ではE体 の 直鎖 型 工 ンイ ン が 、電 子 供与 性 が 高い ト リプ 口 ピ ル ホスフ インで｜ まZ体の直 鎖型エン インまた は1，2，3‑ブタトリエンが立体選択的に生成 す る事 を 明 らか に して い る 。ま た 本反 応 の 機構 と し て、 アルキ ン末端C―H活性化に よ り生成 した111一ア ルキニル 錯体と、 さらに異 性化したピ ニリデン錯体のそれぞれを鍵中 間体として経由するニつの触媒サイクルを提案している。

  有 用 な 反応 中 間体 で あ るア ル ケ ニル ホ ウ素 化 合 物の 合 成には末 端アルキ ンのヒド 口 ホ ウ 素 化 を 用 い る の が 最 も 簡 便 であ る が 、反 応 はan ti‑Markovnikov則に 従 いsyn付 加で進行し、（D―1―アルケニルホウ素化合物を高選択的に与える(cis−ヒドロホウ素化）。

このた め、対応 する（Z)−1―アルケ ニルホウ 素化合物の 合成には多段階合成法が用いら れてき た。筆者 は、アミ ン存在下 ロジウム およびイリ ジウム触 媒を用い て検討を 行い、

末 端ア ル キ ンのtrans‐ ヒ ド口 ホウ素化 の開発に 成功した。 この反応 を用いる ことで、

種々の 末端アル キンから （Z）−1―アルケニルホウ酸エステルを一段階で収率よく合成で き るこ と を 見い だ して い る 。ま た 、重 水 素 標識 実 験 の結 果を基 に、アル キン末端C―H 活性化 によるビ ニリデン 錯体の形 成を鍵段 階として経 由する反 応機構を 提案して いる。

  以 上 、 申請 者 はイ リ ジ ウム お よ び口 ジ ウム 錯 体 によ るC−H活性化 を鍵段階 とする触 媒反応 を開発し 、工ノー ルエーテ ル、エン イン、およ びピニル ホウ酸工 ステルの 立体選 択的合成に成功した。

  これを 要するに 、著者は 、アルケ ンの異性 化、末端ア ルキンヘ の付加を 利用する 立体 選択的 なアルケ ン類の合 成を遷移金属触媒を用いて達成したものであり、有機合成化学、

有 機 金 属 化 学 、 触 媒 化 学 の 分 野 に 対 し て 貢 献 す る と こ ろ 大 な る も の が あ る 。   よって 著者は、 北海道大 学博士（ 工学）の 学位を授与 される資 格あるも のと認め る。