高難度物質変換反応の開発を指向した

精密制御反応場の創出

文部科学省科学研究費補助金

新学術領域研究（平成 27－31 年度）

領域略称名「精密制御反応場」

領域番号 2702 http://precisely-designed-catalyst.jp/

News Letter Vol. 38 February, 2019

Precisely Designed Catalysts

目次：

(1) 研究紹介

• 電子豊富な鉄反応場の構築と新規反応開発

産業技術総合研究所・研究チーム長

A02 班 中島 裕美子

• 精密環化反応場の設計に基づく四置換不斉炭素構築 京都大学大学院工学研究科・助教

A04 班 浅野 圭佑

(2) トピックス • 論文表紙掲載

• 受賞、記事掲載、アウトリーチ活動

「精密制御反応場」

News Letter Vol. 38

1

電子豊富な鉄反応場の構築と新規反応開発

産業技術総合研究所・研究チーム長

A02 班 中島 裕美子

E-mail: yumiko-nakajima@aist.go.jp

１．はじめに

本研究では、強いσ供与性を示す四座 PNNP配位子(2,9-bis((diphenylphosphino)methyl)-1,10

-phenanthroline)1 を支持配位子として電子豊富な鉄錯体反応場を創出し、それを用いて不活性

結合の切断反応や、新規触媒反応を開発することを目的とする。以下に最近得られたいくつ

かの成果を紹介する。2

２．反応活性な鉄(0)錯体の合成とクロロシランの Si–Cl結合切断

PNNP配位子を有する鉄(II)ジクロロ錯体[FeCl2(PNNP-Ph)] (1)は、室温で瞬時に 2倍モル量

の NaBEt3H と反応して、窒素架橋二核鉄(0)錯体[{Fe(PNNP-Ph)}2(µ-N2)] (2) へと変換された

(Scheme 1)。機構解析により、本反応は、ジヒドリド錯体 3を中間体として経由し、引き続き

ホスフィンの解離を伴って水素分子が還元的脱離することで、最終的に鉄(0)錯体 2が生成す

ることが明らかとなった。以上の結果から、これまでいくつかの触媒反応において鍵段階と

して提唱されてきた鉄(II)ジハライド錯体のヒドリド還元反応の経路が実験的に明らかにさ

れた。

錯体 2 における窒素配位子は置換活性であり、容易に種々の基質を鉄反応場に取り込むこ

とが可能となる。例えば、錯体 2とフェニルシランとの反応では、配位子交換が進行し、ヒ

「精密制御反応場」

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2

ドロシラン錯体 [Fe(µ-H–SiH2Ph)(PNNP-Ph)] (4)が生成した(Scheme 2)。一方でテトラクロロ

シランとの反応では Si–Cl 結合の切断が進行し、対応する酸化付加体[FeCl(SiCl3)(PNNP-Ph)]

(5) が定量的に得られた。本反応は、強固な Si–Cl結合(113 kcalmol–1)を酸化的付加反応により

切断した極めて珍しい例である。3これは、錯体 2における PNNPに支持された電子豊富な鉄

金属が、電子陽性であるテトラクロロシランのケイ素原子に高い親和性を示すことにより反

応が有利に進行したことによるものと考えている。興味深いことに、本酸化的付加反応はラ

ジカル機構で進行し、9,10-ジヒドロアントラセン(DHA)存在下で反応を行うと、シリルラジ

カルの DHA からの水素引き抜きにより、系中でヒドロシラン HSiCl3が生成した。クロロシ

ランを原料とするヒドロシラン合成は、ケイ素化学工業において最も重要な反応の一つであ

る。本反応は、強固な Si–Cl結合の切断を伴うため、 LiAlH4 などの高反応性試薬を量論量用

いた手法が一般的である。これに対し、本研究では、クロロシランの酸化付加反応がラジカ

ル機構により進行することで、容易に Si–H結合形成が達成されることが明らかとなった。

３．ヒドロシランとシラノールの脱水素カップリングによる選択的ヒドロシロキサン合成

反応性官能基である SiH 末端を有するヒドロシロキサン化合物は、シリコーンポリマーの

精密合成における鍵原料として重要な化合物である。本研究では、錯体 4 がシランとシラノ

ールの脱水素カップリング反応による選択的ヒドロシロキサン合成の良い触媒となることを

見出した(Scheme 3)。

各種測定から、錯体 4 のシラン配位子は鉄中心からの逆供与により十分な活性化を受けて

おり、これがアルコールによるプロトン化を受けることで反応が選択性よく進行することが

示唆された。

以上に示した通り、PNNP‐鉄錯体の、電子豊富な反応場を活かした種々の新しい反応が

見出されつつある。今後は、コバルト類縁体を含め、これらを用いてさらに触媒反応開発を

展開する。

４．参考文献

(1) (a) Miura, T.; Naruto, M.; Toda, K.; Shimomura, T.; Saito, S. Sci. Rep. 2017, 7, 1586. (b) Langer, R.; Fuchs, I.; Vogt, M.;

Balaraman, E.; Diskin-Posner, Y.; Shimon, L. J. W.; Ben-David, Y.; Milstein, D. Chem. Eur. J. 2013, 19, 3407.

(2) (a) Takeshita, T.; Sato, K.; Nakajima, Y. Dalton Trans. 2018, 47, 17004. (b) Takeshita, T.; Nakajima, Y. Chem. Lett. in

press.

(3) (a) Zlota, A. A.; Frolow, F.; Milstein D. J. Chem. Soc., Chem. Commun. 1989, 0, 1826. (b) Yamashita, H.; Tanaka, M.;

Goto, M. Organometallics 1997, 16, 4696. (c) Gatard, S.; Chen, C.-H.; Foxman, B. M.; Ozerov, O. V. Organometallics 2008,

27, 6257.

2 R3SiOH + PhSiH3

4 / 2 NaBEt3H (0.01 mol%)

THF, RT, 12 h OSi

O

Ph HR3Si SiR3

Scheme 3. Dehydrogenative Coupling of Silanols with Hydrosilanes Catalyzed by 4

R = Me, iPr, tBu,S

92 - >99%

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3

精密環化反応場の設計に基づく四置換不斉炭素構築

京都大学大学院工学研究科・助教

A04 班 浅野 圭佑

E-mail: asano.keisuke.5w@kyoto-u.ac.jp

１．緒言

一度の反応で複数の不斉炭素を一挙に構築しながら複雑な有機骨格をつくり上げる有機合

成手法は、機能性分子合成の短工程化に直結するため重要である。特に、高難度な四置換不

斉炭素の構築を伴う分子変換には技術革新が必要である。我々は、水素結合による穏和な活

性化をもたらす触媒活性部位を複数配置した有機触媒を設計することで、触媒による多点活

性化に必然性を与え、分子内環化反応に

効果的な不斉環境を提供する触媒的手法

を開発してきた（Scheme 1）。さらに最近、

この手法を発展させ、四置換不斉炭素を

含む複数の不斉炭素を持つ複素環化合物

を一段階で高立体選択的に合成する触媒

反応の開発に取り組んでいる。その中で、

以下に示すような精密環化反応とそれを

応用した速度論的分割反応を開発した。

２．キラルシアノヒドリンの動的速度論的分割を経由する不斉シクロエーテル化反応

分子内ヘテロマイケル付加反応は複素環を簡便に構築できる有用な反応である。我々は、

水素結合による穏和な活性化を多点で複合的に利用できる二官能性有機触媒に着目して、適

切なキラル骨格に水素結合供与部位と水素結合受容部位を配置したアミノチオ尿素触媒によ

り様々な不斉環化反応を開発してきた。特に 6 員環形成反応では、相対立体化学を制御しや

すい椅子型遷移状態の特徴を利用することで、複数の不斉炭素を一挙に構築しながら高立体

選択的に複素環を形成できることも見いだした。この中で最近、ケトンの可逆的なシアノ化

を利用することで、形式的にラセミ化する第三級アルコールを系内で発生させ、その動的速

度論的分割を伴う不斉環化により、高収率・高立体選択的に四置換不斉炭素を含む複数の不

斉炭素をテトラヒドロピラン環に一挙に構築する反応を実現した（Scheme 2）1。

３．不斉シクロエーテル化を利用したアシルシランシアノヒドリンの速度論的分割反応

ケトンの触媒的不斉シアノ化反応は四置換不斉炭素を構築する有効な手法である。しかし、

Scheme 1. Multipoint Recognition with Organocatalysts

「精密制御反応場」

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4

アシルシランの触媒的不斉シアノ化反応は酵素触媒による手法しかなく、基質は一例に限定

されていた。そこで、シリル基、シアノ基、ヒドロキシ基が置換した四置換不斉炭素を有す

る光学活性アシルシランシアノヒドリンを触媒的に与える反応の開発を目指し、アシルシラ

ンから形成したシアノヒドリンのシクロエーテル化を利用した速度論的分割反応を検討した。

アシルシランは一般的なケトンよりも求電子性が高いためシアノヒドリンが不可逆的に形

成し、二官能性有機触媒を用いたシクロエーテル化はキラルシアノヒドリンの片方のエナン

チオマーから選択的に進行して、もう一方のエナンチオマーが高エナンチオ選択的に得られ

ることを見いだした（Scheme 3）2。キラル有機ケイ素化合物は医薬候補分子として近年注目

を集めており、これらの化合物の触媒的不斉合成法は今後さらに重要になる。

Scheme 2. Asymmetric Cycloetherification via Dynamic Kinetic Resolution of Chiral Cyanohydrins

Scheme 3. Kinetic Resolution of Acylsilane Cyanohydrins via Asymmetric Cycloetherification

４．参考文献

(1) Yoneda, N.; Fujii, Y.; Matsumoto, A.; Asano, K.; Matsubara, S. Nat. Commun. 2017, 8, 1397. (2) Matsumoto, A.; Asano, K.; Matsubara, S. Chem.—Asian J. 2019, 14, 116.

NNH

NH

S

CF3

F3C

R1

O

R2

CNHO

R1

O

R2

CNHO

fast

slowother

stereoisomers

bifunctional catalyst up to 99% yield

>20:1 dr98% ee

OR1

OR2

CN

bifunctional catalyst

! Small steric effect & anomeric effect induced by cyano group

! Multipoint recognition of molecular conformation by chiral bifunctional organocatalyst

via

O

CN

R2"*C#C

no

H

R1

HO

N

N

SAr

NR2

H

H

$

Large

Small

dynamic kinetic resolutionvia cycloetherification

R1

O

R2

O

CNHO+

R

O

Si

O

R

O

Si

CNHO

otherstereoisomers

high ee & dr

OR

OSi

CN

R

O

Si

CNHO

acylsilane cyanohydrinup to 98% ee

N

N

NHS

NH

OMe

H

H

F3C

F3C

in situ cyanation&

kinetic resolutionvia cycloetherification

bifunctional catalyst

fast

bifunctional catalyst

slow

CNHO+

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◆トピックス

【業績、報道、活動等の紹介】

論文表紙掲載：

• 藤原哲晶氏（A04 班、京大院工・准教授）らの研究論文（Asian J. Org. Chem., 2018, 7,

2456-2458）が Front Cover に採用されました。（上左図）

• 久枝良雄氏（A03 班、九大院工・教授）らの研究論文（ChemPhotoChem, 2018, 2, 416 - 420）

が Front Cover に採用されました。（上右図）

• 久枝良雄氏（A03 班、九大院工・教授）らの研究論文（Chem. Eur. J., 2018, 24, 17487-17496）

が Front Cover に採用されました。（下左図）

• 久枝良雄氏（A03 班、九大院工・教授）らの研究論文（Dalton Trans., 2019, 48, 872-881）

が Inside Front Cover に採用されました。（下右図）

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• 石原一彰氏（A04 班、名大院工・教授）らの研究論文（Eur. J. Org. Chem., 2019, 27-31）

が Front Cover に採用されました。（上左図）

•斎藤 進氏（A01 班、名大院理・教授）および有澤光弘氏（A04 班、阪大院薬・准教授）らの共同研究成果(Org. Lett., 21, 341-344)が Cover Art に採用されました。（上右図）

• 浅野圭佑氏（A04 班、京大院工・助教）らの研究論文（Chem. Asian J., 2019, 14, 116-120）

が Cover Feature に採用されました。（下図）

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受賞、表彰：

• 野崎京子氏（A01 班、東大院工・教授）が Max Plank 研究所の The Karl-Ziegler Guest

Professorship を受賞しました。本賞の受賞は、日本人では野依良治先生、山本尚先生につ

いで３人目となります。

http://kofo.mpg.de/en/news-events/ziegler-lectures

• 本領域の関係者多数が有機合成化学協会および日本化学会の各賞を受賞することが決まり

ました。

第６０回有機合成化学協会賞（五十音順）

市川淳士氏（A01 班、筑波大数理物質系・教授）

「フッ素置換基の特性に基づく有機合成反応の促進と制御」

https://www.ssocj.jp/wp-content/uploads/2018/12/Junji_Ichikawa.pdf

澤村正也氏（A02 班、北大院理・教授）

「炭素－炭素結合形成不斉銅触媒反応の開発」

https://www.ssocj.jp/wp-content/uploads/2018/12/Masaya_Sawamura.pdf

平成３０年度（2018 年）有機合成化学協会企業冠賞

東ソー・環境エネルギー賞

斎藤 進氏（A01 班、名大院理・教授）

「有機金属錯体を用いる安定カルボン酸誘導体の触媒的水素化法の開拓」

https://www.ssocj.jp/award/company-prize/

第６８回日本化学会進歩賞

浅野圭佑氏（A04 班、京大院工・助教）

「有機触媒を利用した分子配座の多点認識に基づく不斉合成反応」

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記事掲載 • 西林仁昭氏（A01 班、東大院工・教授）が編集者を務めた「Transition Metal-Dinitrogen

Complexes: Preparation and Reactivity」（Y. Nishibayashi Editor, Wiley-VCH, 2019）

が Wiley-VCH より出版されました。

https://www.wiley-vch.de/en/areas-interest/natural-sciences/transition-metal-dinit

rogen-complexes-978-3-527-34425-3

アウトリーチ活動：

• 浅野圭佑氏（A04班、京大院工・助教）が本新学術領域研究のアウトリーチ活動の一環とし

て研究室見学と研究紹介を行いました。

イベント名：高津高校 京都大学研究室訪問

場所：京都大学桂キャンパス

開催日：2018年11月12日

参加人数：7 名

発行・企画編集 新学術領域研究「精密制御反応場」http://precisely-designed-catalyst.jp/

連 絡 先 領域代表 真島 和志 （mashima@chem.es.osaka-u.ac.jp）

広報担当 松永 茂樹（smatsuna@pharm.hokudai.ac.jp）