– 12 –

３．有機金属錯体の反応

(1) 酸化的付加（oxidative addition）

特徴 ・ 原子 A–B の結合が開裂し、配位不飽和な金属に付加する。 ・ 生成する錯体中の A, B はアニオン性の配位子になる。 ・ （形式的に）電子が金属 M から A–B へ移動して、反応がおこる。 ・ 金属 M の形式酸化数は 2 増加する。 ・ 低原子価の金属錯体でおこりやすい。 ・ 金属原子 M 上の電子密度が増えると、速くなる。

(a) 協奏的機構（主に H–H, C–H, C–C, C(sp2)–X の場合）

特徴 ・ M の LUMO と A–B 結合のs軌道が相互作用する。（A–B 結合の開裂） ・ M の HOMO と A–B 結合のs*

軌道が相互作用する。 （M–A および M–B 結合の形成）

・ 原子Ａや B の立体化学は保持される。 ・ 生成する有機金属錯体はシス体になる。 ・ C(sp2)–X の場合、芳香族求核置換反応に近い。

反応性： I > Br ≈ OTf > Cl

(b) SN2 型機構

特徴 ・ M の HOMO が C–X 結合のs*

軌道と反応する。 ・ 立体化学は反転する。（M が過剰に存在するとラセミ化が進行し得る。） ・ 生成する有機金属錯体はシス体にもトランス体にもなり得る。

酢酸アリルから（p-アリル）パラジウムの生成 ・ 0 価パラジウム（Pd(0)）がアルケンに配位し、C–O 結合を活性化する。 ・ SN2’型の反応機構で進行する。

(c) 電子移動−ラジカル機構

特徴 ・ 低原子価 Fe, Co, Ni 錯体へのハロアルカンの酸化的付加にみられる。

(2) 還元的脱離（reductive elimination）

特徴 ・ 金属 M 上のアニオン性配位子 A, B が脱離し、M と分子 A–B を与える。 ・ （形式的に）電子が配位子 A, B から金属 M へ移動して、反応がおこる。 ・ 金属 M の形式酸化数は 2 減少する。 ・ 酸化的付加（協奏的機構）の逆反応。 ・ アニオン性配位子 A, B が互いにシスである必要がある。 ・ A, B の反応性： alkyl [C(sp3)] < aryl, alkenyl [C(sp2)] < H ・ 中性配位子の添加によって加速される。（生成する M の安定化）

M + AB

A, B = C, H, Cl, Br, I etc. (�����)A

MB

M + AB

AM

B

‡ AM

B

X

M +X+M

– –

+M X XM

X = I, Br, Cl, OTf

‡

aCb

c XM +aCbc

M X‡ a

Cbc+M

–X aCbcM

X

Pd(0) +b a

OAcOAcab

Pd(0) Pd(II)

b

a+

AcO–

M + X R M X R‡ M X

·+ R·

XM

R

M + AB

AM

B

– 13 –

(3) 挿入（insertion）

特徴 ・ M–R 結合に不飽和分子が挿入する。 ・ （形式的に）M–R 結合が開裂し、不飽和結合へ付加する。 ・ 金属 M の形式酸化数は変化しない。 ・ 逆反応もおこる（b水素脱離、脱カルボニル化など）。 ・ 二分子以上の不飽和化合物が挿入することがある。（ヒドロホルミル化、重合など）

(4) b水素脱離（b-hydride elimination）

特徴 ・ 金属 M とb炭素上の水素が脱離して、M–H と不飽和化合物を与える。 ・ 金属 M 上のアニオン性配位子のb炭素上に水素がある場合におこる。 ・ 金属 M の形式酸化数は変化しない。 ・ C–H 結合だけでなく、C–O や C–C 結合などもb脱離をおこす。

(5) トランスメタル化（transmetalation）

特徴 ・ 有機典型金属反応剤の有機基が遷移金属上へ移動する（ハロゲンとの交換）。

・ 典型金属のハロゲン化物（or それに類するもの）が生成する。 ・ 金属の形式酸化数は変化しない。 ・ X = OR, Cl, Br, I の場合に比較的おこりやすい。

(6) p配位子への求核攻撃（nucleophilic attack）

特徴 ・ 金属 M にp配位している配位子への求核攻撃。 ・ M の反対側から求核剤が攻撃する。（立体化学の問題） ・ p-配位子が中性の場合、金属 M の形式酸化数は変化しない。 ・ p-配位子がアニオン性の場合、金属 M の形式酸化数は 2 減少する。 ・ (h6-C6H6)Cr(CO)3 錯体 ··· 芳香族環への求核攻撃が容易になる。

(7) 酸化的環化（oxidative cyclization）

特徴 ・ 2 分子の不飽和化合物と金属 M との[2+2+1]環化付加（協奏的）。 ・ 金属原子を含む 5 員環を与える。（メタラサイクルの生成） ・ 金属 M の形式酸化数は 2 増加する。 ・ アルケン以外に、アルキン、カルボニル、ニトリルなどもメタラサイクルを与える。

M R

CR'2X

C Y:

MX CR'2

R

MC

R

Y

R = alkyl aryl, H etc.X=CR2 = alkene, imine, ketone, alkyne: C=Y = �����, ����

MX C

H

RR M H + X C

R

R X = CR2, NR, O

M X M' R+ M R M' X+

M = ���� (higher electronegativity)M' = ���� (lower electronegativity)

M+ Nu M

Nu

M+ Nu Nu + M

Nu = ���

M M

– 14 –

(8) メタセシス（metathesis）

特徴 ・ 金属–カルベン錯体とアルケンとの間でおこる二重結合の組み替え反応。 ・ [2+2]環化付加により生成するメタラシクロブタンを経由する。 ・ アルケンのメタセシスは平衡反応。 ・ アルケン以外に、アルキン、カルボニルもメタセシスをおこす。 ・ s結合でもメタセシスはおこる。（M–H と B–B 結合間など）

(9) 芳香族求電子置換反応による C–H 結合の開裂

特徴 ・ Pd(II)が芳香環に求電子攻撃することによって進行。 ・ 反応の前後で Pd の形式酸化数は変化しない（酸化的付加でない）。 ・ 触媒反応では、酸化剤の共存下で利用されている。

C

MCC

+C

M C

CC C M C+

H

+

Pd HXPd

X

X+

PdX

– H+

– 15 –

４．触媒的不斉水素化

(1) ロジウム錯体触媒によるアルケンの水素化

Nature, 208, 1203 (1965). 特徴 ・ ロジウム錯体 RhCl(PPh3)3（Wilkinson 錯体）を触媒として用いると、水素がアルケ

ンに付加する（アルケンが水素化される）。 ・ ルテニウム（Ru）やイリジウム（Ir）錯体なども水素化の触媒になる。 ・ パラジウムや白金触媒とは異なる立体選択性や位置選択性を示すことがある。

反応機構

① 配位子交換： PPh3 が Rh(I)から一つ外れ、溶媒分子（sol.）が配位。 ② 酸化的付加： 水素が Rh(I)に酸化的付加し、ジヒドリド錯体（Rh(III)）が生成。 ③ 配位子交換： 溶媒分子がアルケンに置き換わる。 ④ 挿入： Rh(III)–H 結合にアルケンが挿入。同時に、空いた配位座へ溶媒分子が

配位。アルキルロジウム(III)が生成する。 ⑤ 還元的脱離： Rh(III)上のヒドリドとアルキルが脱離し、水素化生成物を与える。

反応例

OH 基とのキレートによる立体化学の制御。

OH 基とのキレートによる位置選択性の制御。

(2) アルケンの触媒的不斉水素化 疑問 RhCl(PPh3)3 の PPh3 を光学活性リン化合物（不斉配位子）にしたらどうなる

か？ → 光学活性化合物が得られる？

初の研究

J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1445 (1968); Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 7, 942 (1968).

・ 立体選択性は低いが、光学活性体を得ることが可能なことを証明。

Bu + H2

cat. RhCl(PPh3)3

Bu

HH

Rh

sol.

HPh3P

Cl

H

PPh3Rh

Ph3P

Cl

sol.

PPh3Rh

Ph3P

Cl

PPh3

PPh3

– PPh3

Rh

HPh3P

Cl

H

PPh3

H2

Rh

sol.

HPh3P

Cl PPh3

H

– H H

sol. = ����

OHMe

MeO2COH + H2

cat. RhCl(PPh3)3

O

Me

HMe

MeO2COH

95%

TBSOTBSO TBSO TBSO

OHO

OO

Me

OTBSBnO

cat. Ru(OAc)(binap)

H2

TBSOTBSO TBSO TBSO

OHO

OO

Me

OTBSBnO88%

Ph CO2H+ H2

cat. RhCl(P*R3)

Ph

Me

CO2H

H

15 ± 4% ee

P*R3 =

Ph Et+ H2

cat. RhCl(P*R3)

Ph

Me

Et

H

7–8% ee

PhPi-Pr

Me

P*R3 =Ph

PPr

Me

– 16 –

その後の発展（デヒドロアミノ酸の触媒的不斉水素化）

・ 光学活性a-アミノ酸の合成法として有用。 ・ この反応の改良とともに、不斉配位子が進歩していった。

(a) 単座配位子の改良（1968–1972）

(b) キレート配位子の利用（1971–1980）

(c) 高活性触媒の登場

デヒドロアミノ酸の触媒的不斉水素化に優れた不斉配位子の特徴 ・ 5 員環のキレートを形成する二座ホスフィン配位子。 ・ リン原子上にアルキル基を 2 つ以上もつ。 ・ 触媒の反応場周りに、しっかりとした不斉反応場を構築できる。

現状 ・ 単座配位子でも 99% ee 以上の立体選択性が達成。 ・ P–N, P–O 結合をもつ化合物でも、優れた不斉配位子になっている。

反応機構

J. Am. Chem. Soc., 109, 1746 (1987).

・ (R,R)-DIPAMP–Rh 触媒を用いて研究 ・ 不斉触媒（Rh）に基質が配位する。 ・ Ｒ体を与える中間体 2maj

が主に生成する。 ・ 2maj

は安定なため、H2 と反応できない。 ・ 平衡によって、2maj

は S 体を与える中間体 2minへ異性化する。

・ 2minは水素と速やかに反応するため、S 体が主生成物になる。

アルケンの触媒的不斉水素化の応用例

抗炎症剤ナプロキセンの合成

NHAc

CO2R+ H2

cat. [Rh] – �����NHAc

CO2R

H

(R = H, Me, Et)

Pi-Pr

MePh P Me

Ph

OMeP Me

Cy

OMe

28% ee 50–60% ee 80–88% ee

OO

Ph2P PPh2

MeMeP

P

Ph o-Anis

Pho-Anis71% ee(DIOP)

Fe PPh2PPh2

NMe2

HMe PPh2

PPh2

Me

Me

95% ee(DIPAMP)

93% ee(DPPFA)

99% ee(CHIRAPHOS)

PPh2PPh2

>99% ee(BINAP)

P P

R

RR

R

99% ee(DuPHOS)

NPh

O

PPh2

PPh2

99% ee(DeguPHOS)

P

P

t-Bu Me

t-BuMe99% ee(BisP*)

1748 J. Am. Chem. Soc., Vol. 109, No. 6, 1987 Landis and Halpern

p a y 4

Me

HN 0 k

MeOOC yfH Ph

H min MeOOC.JNHrMe '.I P h 4,

(S) MAJOR

(R ) MINOR

PRODUCT PRODUCT Figure 2. Mechanistic scheme for the [Rh(dipamp)]+-catalyzed hydrogenation of mac.

back-flushed with N2. The reaction was monitored by measuring the decrease in absorbance at 435 nm. Three kinetic traces were obtained for each set of conditions with typical reproducibility of the rate constants of * I % of the mean value.

Constant Pressure Cas Uptake Measurements of the Catalytic Hy- drogenation Rates. The H, gas uptake was measured with an apparatus comprising a magnetically stirred reactor, a pressure reference bulb, an oil manometer configured to indicate the reactor pressure relative to the reference bulb pressure, a calibrated gas piston, and a mercury manom- eter. All joints and valves were sealed with "0" rings. The entire ap- paratus was submerged in a constant temperature water bath. Reaction solutions were loaded into the reactor vessel in an inert atmosphere glovebox. The vessel was sealed by a high-vacuum valve and then con- nected to the gas uptake apparatus. Two freeze-pump-thaw cycles were performed, and the reactor was then thermally equilibrated for 5 min. When thermal equilibrium was reached, the apparatus was filled with a measured pressure of H,, and agitation of the reaction solution was started. After 30 s of equilibration, the reference bulb was isolated from the reaction vessel by closing the interconnecting valve. Gas uptake, as indicated by displacement of the oil manometer levels, was offset by lowering the reaction vessel volume through compression of the calibrated piston. The piston volume displacement required to maintain constant pressure was measured as a function of time. The plots of gas uptake vs. time obtained in this manner were linear over 95% conversion of mac to the phenylalanine product enantiomers, and the slopes of these plots were reproducible to within *5% of the mean value. The standard reaction rate was calculated from the following equation

-d(vol H,)/dt X P,,(atm) vol solution X R X T(K) rate (M s-l) = -d[mac]/dt = (1)

Calculations of rate constants utilized the H 2 solubilities in methanol determined by Cham8

Measurement of High-pressure Hydrogenation Rates. A Fisher- Porter pressure bottle fitted with a pressure gauge and a sampling septum was charged with catalyst, substrate, and methanol in an inert atmo- sphere glovebox. The bottle was then connected to a vacuum line and a regulated hydrogen source via a T-connector. The solution was cooled

(8) Chan, A. S. C. Ph.D. Dissertation, The University of Chicago, 1979.

min

A E

8 (PPM)

Figure 3. 3iP(1H) N M R spectra of [Rh(dipamp)(mac)]+ (2) at 29.6 " C A, major diastereomer (2maj) 6pl = 51.3 ppm, Jp+, = 150 Hz, 39.5 Hz; 6,, = 74.7 ppm, JP2-Rh = 162 Hz. B, minor diastereomer (2"''") bPl = 60.5 ppm, JpI-Rh = 167 Hz,+JPI_p2 = 36.5 Hz; bp2 = 72.7 ppm, Jp2+h = 160.5 Hz. * = [Rh(dipamp), ] impurity (PI is trans to O=C; P2 is trans to C=C).

to -80 "C, and the bottle was evacuated. The bottle was then placed in a temperature-controlled bath for a 20-min equilibration period. The reaction was initiated by the introduction of H, gas. At timed intervals samples were removed by means of a gas-tight syringe and quenched by exposure to air. The reaction was followed by measuring the conversion of mac to N-acetylphenylalanine methyl ester by NMR. Plots of N- acetylphenylalanine methyl ester vs. time were linear over 95% conver- sion, and the rate constants determined from the slopes of such plots were reproducible to within *lo% of the mean value.

Results Determination of the Diastereomer Equilibrium Constant (Kas) .

Dissolution of authentic [Rh(dipamp)(mac)] [BF,], or addition of 1 or more equiv of mac to a yellow solution of [Rh(dipamp)]+, in methanol results in a deep red solution exhibiting the 31P NMR spectrum shown in Figure 3. Two species having ABX spectral patterns with relative intensity patterns of ca. 1O:l are ob~erved.~

MeO

CO2H

cat. Ru(OAc)2[(S)-binap]

MeO

Me

CO2HH2

92%, 97% ee

– 17 –

モルフィナン類（モルヒネも含まれる）の触媒的不斉合成に利用される。 J. Am. Chem. Soc., 108, 7117 (1986); J. Org. Chem., 59, 297 (1994).

ジヒドロジャスモン酸メチル（香料）の製造に利用されている。

(2) ケトンの触媒的不斉水素化 配位性官能基をもつケトンの触媒的不斉水素化

J. Am. Chem. Soc., 109, 5856 (1987); 110, 629 (1988).

・ 動的速度論的光学分割

J. Am. Chem. Soc., 111, 9134 (1989).

動的速度論的光学分割のメカニズム

J. Am. Chem. Soc., 115, 144 (1993).

・ 立体選択性発現のメカニズム (S)-BINAP–Ru 錯体の立体構造

BINAP による立体障害を避けるようにして、ケトンのカルボニル酸素と配位性

官能基で Ru に対しキレート配位する。

・ 応用例

カルバペネム系抗生物質の製造に利用されている。 J. Am. Chem. Soc., 111, 9134 (1989).

N CHOOMe

OMe

MeO

MeOcat. Ru(OAc)2[(R)-binap]

H2

N CHOOMe

OMe

MeO

MeO

100%, >99.5% ee

CO2MeMe

O

cat. Ru–Josiphos

H2

CO2MeMe

O 90% ee

Fe PPh2

PCy2

HMe

Josiphos

O

Me OMe

O cat. RuCl2[(R)-binap]+ H2 MeOH

OH

Me OMe

O

>99% ee PPh2PPh2

Ph

OHNMe2

95% eeMe

OHOH

92% ee

OH

Me

Br

92% eeMe

OH

Me

OH

100% ee(R)-BINAP

Me

OCO2Me

NHAc

cat. RuBr2[(R)-binap]

CH2Cl2+ H2 Me

OHCO2Me

NHAcsyn/anti = 99/198% ee (2S,3R)

Dynamic Kinetic Resolution of Chirally Labile Enantiomers

SeLWc 111

PRR PRS W X

SS

Ru ligand: a PAr,

Ar C6H,: (R)-BINAP A r 3,5-(CH,),C,H,: (R)-3,5-XylylBINAP A r 3,5-(1-CdH,),C6H,

quantitative analysis of such a dynamic kinetic resolution is de- sirable, no mathematical treatment has been made.'* We here present for the first time a quantitative expression for a kinetic resolution of this type. Mathematical Treatment

Stereoselective hydrogenation of racemic 2-substituted 3-oxo carboxylic esters catalyzed by BINAPRu(I1) complexes,4 outlined in Scheme 111, provides a typical example of dynamic kinetic re~olution.~ Hydrogenation of the 2R oxo ester S R cccurs at rate kR to give diastereomeric 2R,3R and 2R,3S hydroxy esters, Pm and Pm, and the reaction of the 2s enantiomer Ss at rate ks gives the 2S,3R and 2S,3S diastereomers, PsR and Pss. P R R and Pss or Pm and PsR are enantiomers having 2,3-anti and 2,3-syn relative configuration, respectively. Here w, x, y , and z are partition coefficients of these isomers (w + x + y + z = l), where SR and Ss are assumed to be present in equal amounts.

Suppose that (1) S R is the fast-reacting enantiomer giving Pm as the most abundant stereoisomer, (2) rates of hydrogenation, kR (&) and ks (kd& and stereoinversion of the substrate, ki,, are the pseudo-first order in substrate concentration: (3) SR and Ss racemize at the same rate, and (4) the reaction is irreversible and the products are stable under reaction conditions. Since S R is consumed at kR and kinv and supplied from Ss at kin,, the rate equations of eqs 2 and 3 are derived:

(4) Noyori, R. Science 1990, 248, 1194. Noyori, R.; Kitamura, M. In Modern Synthetic Methods; Scheffold, R., Ed.; Springer Verlag: Berlin, 1989; p 115. Noyori, R.; Takaya, H. Acc. Chem. Res. 1990,23,345. Noyori, R.; Takaya, H. Acc. Chem. Res. 1990,23, 345. Noyori, R. Chemrech 1992,22, 360.

( 5 ) (a) Noyori, R.; Ikeda, T.; Ohkuma, T.; Widhalm, M.; Kitamura. M.; Takaya, H.; Akutagawa, S.; Sayo, N.; Saito, T.; Taketomi, T.; Kumobayashi, H. J. Am. Chem. Soc. 1989, I l l , 9134. (b) Kitamura, M.; Ohkuma, T.; Tokunap, M.; Noyori, R. Tetrahedron: Asymmetry 1990, I , 1. (c) Tai, A,; Watanabc, H.; Harada, T. Bull. Chem. Soc. Jpn. 1979,52, 1468. Reviews on the biological dynamic kinetic resolution of 2-substituted 3-oxo carboxylic esters: Seebach, D. Angew. Chem., Inr. Ed. Engl. 1990,29, 1320. Csuk, R.; GIHnzer, B. I. Chem. Rev. 199L91.49. Nakamura, K.; Ohno, A. J. Sun. Org. Chem. Jpn. 1991,19, 110. Other examples of the dynamic kinetic resolution follow. Grignard coupling reaction: Hayashi, T.; Konishi, M.; Fukushima, M.; Kanehira, K.; Hioki, T.; Kumada, M. J . Org. Chem. 1983, 48, 2195. Stllrmer, R. Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 1990, 29, 59. Lipase-catalyzed acetylation of cyanohydrins: Inagaki, M.; Hiratake, J.; Nishioka, T.; Oda, J. J. Am. Chem. Soc. 1991. 113, 9360. Enzymatic hydrolysis of ketorolac esters. hydantoins, or oxazolinones: Fillling, G.; Sih, C. J. J. Am. Chem. Soc. 1987,109,2845. Cecere, F.; Galli, D.; Morisi, F. FEBS Lett. 197557, 192. Gu, R.; Lee, 1.; Sih, C. J. Tetrahedron Lerr. 1992, 33, 1953.

(6) Resolution with the second-order kinetics: Annunziata, R.; Borgogno, G.; Montanari, F.; Quici, S. J. Chem. Soc., Perkin Trans. I 1981, 113. Sepulchre, M.; Spassky, N.; Sigwalt, P. Isr. J. Chem. 1976, 15, 33.

J. Am. Chem. SOC., Vol. 115, No. I, 1993 145

-d[SRl/dt = ( k R + kinv)[SR] - kinv[SSl (2) -d[S,S]/dt (ks + kinv)[SSl - kinv[SR] (3)

Their transformation affords eqs 4 and 5 which state the substrate concentrations as a function of time elapsed:

(4)

( 5 )

Integration of these equations gives two sets of product concen- trations given by eqs 6 and 7, where CI, C2, C,, C,, XI, and X2 are coefficients correlating with kR, ks, and kinv (eqs 8-13, for details see Appendix):

S,&) = CleAlf + C2eAzf

Ss(t) = C3eA11 + C4eA2I

- ( k R - ks) - 2ki, + d ( k R - k,y)2 + 4kinv2

2.\l(kR - k ~ ) ~ + 4kin: c4 = (13)

Although kinetic behavior of chiral substrates leading to two sets of product enantiomers is well described by eqs 4-7, the dynamic kinetic resolution giving four stereoisomers must be treated by introduction of product distribution factors, w, x , y , and z. Thus the amounts of these four isomeric products at time f are written by:

The quantities of the chiral compounds, s R ( f ) , Ss(t), P R R ( t ) r PRIs ( f ) , P S R ( f ) , and Pss(t), relate to the ee of the unreactad slow-reacting substrate [-(t)],' ee's of the major and first minor

304 J. Org. Chem., Vol. 59, No. 2, 1994 Kitamura et al.

elucidated,5* this general sense of asymmetric induction can be understood in terms of chelate model 31 [M = Ru(BINAP)X2]. The standard enamide substrate (23-8

31

is rather unambiguous structurally. The reacting C=C linkage is directly connected with an aryl group and a constrained 6/6 bicyclic system, while the N-acyl directing group is conformationally flexible. In hydrogenation, the BINAP-Ru template23 efficiently recognizes a chirality of the enamide in the enantio-determining step by forming a stereo-complementary complex 31 or a transition state which approximates it.

The chiral environment created by an (S)-BINAP-Ru element approximates C2 symmetry and is schematically illustrated in Figure 4.*&ve The chirality originally issued from the binaphthyl skeleton is transmitted to the coordination sites, shown by 0 and m, through the P-phenyl rings. The sites in the P1-Ru-P2 plane, 0, are significantly

euuatonal d h

32 (top view)

rial

0 32 (side view)

R'Q PR'

33s (side view) 331, (side view)

taMIed unfavored

a a R'O

OR' R'O

Figure 5. Enantioface discrimination of (23-2-acyl-l-ben- zylidene-1,2,3,4-tetrahydroisoquinolines by the (S)-BINAP-Ru element.

affected by the "equatorial" phenyl substituents, while the out-of-plane sites, m, are influenced by the "axial" phenyls. Thus, the two sets of quadrants of 32 (first and third vs second and fourth) are clearly differentiated spatially. Since d6 Ru(I1) complexes normally have an octahedral geometry and the central metal can accom- modate up to six ligands, a variety of diastereomers are conceivable for the enamide chelate complex. Actually, however, simple model inspection suggests that the structure 33s in Figure 5 is highly favored for the simultaneous complexation of the congested (S)-BINAP and enamide ligands to the Ru(I1) center. The enamide occupies the in-plane sites, 0, of 32, where the C(l)re= C,iHAr face and C=O oxygen have interaction with Ru; the out-of-plane coordination sites, m, are used for ac- commodation of the dihydrogen molecule, hydride, and other anions or solvent molecules. Delivery of hydrogen atoms from the Ru center to the coordinated olefin face leads to the 1s product. The diastereomeric complex 3 3 ~ using the enantiomeric C ( l ) , 1 4 r e H A r face and C=O is highly unlikely because, in the first quadrant, the tet- rahydroisoquinoline aromatic ring suffers serious non- bonded interaction with the equatorial phenyl substituent in (S)-BINAP. In a like manner, steric constraints caused by the P-phenyl groups do not allow the substrate accommodation in the out-of-plane sites, m. Thus, hy- drogenation of the enamide occurring in such a coordi- nation sphere consistently explains the general sense of asymmetric induction, S to S or R to R.

Mnemonic device A in Figure 6 is convenient for the prediction of enantioface selection.52 Model B is its extension for explaining the general behavior of related

0 = coordination site in the P'-Ru-P2 plane = coordination site out of the P'-Ru-P2 plane

Figure 4. Chiral environment of an (SI-BINAP-Ru(I1) complex. All atoms are shaded by depth. In the side view, the binaphthyl skeleton is omitted.

(51) For the mechanism of the hydrogenation of a,&unsaturated carboxylic acids, see: Ohta, T.; Takaya, H.; Noyori, R. Tetrahedron Lett. 1990,31,7189. Ashby, M. T.; Halpern, J. J. Am. Chem. SOC. 1991,113, 589.

(52) A related model was given for the Sharpless asymmetric dihydroxylation: Sharpless, K. B.; Amberg, W.; Beller, M.; Chen, H.; Hartung, J.; Kawanami, Y.; Ltibben, D.; Manoury, E.; Ogino, Y.; Shibata, T.; Ukita, T. J. Org. Chem. 1991,56,4585.

304 J. Org. Chem., Vol. 59, No. 2, 1994 Kitamura et al.

elucidated,5* this general sense of asymmetric induction can be understood in terms of chelate model 31 [M = Ru(BINAP)X2]. The standard enamide substrate (23-8

31

is rather unambiguous structurally. The reacting C=C linkage is directly connected with an aryl group and a constrained 6/6 bicyclic system, while the N-acyl directing group is conformationally flexible. In hydrogenation, the BINAP-Ru template23 efficiently recognizes a chirality of the enamide in the enantio-determining step by forming a stereo-complementary complex 31 or a transition state which approximates it.

The chiral environment created by an (S)-BINAP-Ru element approximates C2 symmetry and is schematically illustrated in Figure 4.*&ve The chirality originally issued from the binaphthyl skeleton is transmitted to the coordination sites, shown by 0 and m, through the P-phenyl rings. The sites in the P1-Ru-P2 plane, 0, are significantly

euuatonal d h

32 (top view)

rial

0 32 (side view)

R'Q PR'

33s (side view) 331, (side view)

taMIed unfavored

a a R'O

OR' R'O

Figure 5. Enantioface discrimination of (23-2-acyl-l-ben- zylidene-1,2,3,4-tetrahydroisoquinolines by the (S)-BINAP-Ru element.

affected by the "equatorial" phenyl substituents, while the out-of-plane sites, m, are influenced by the "axial" phenyls. Thus, the two sets of quadrants of 32 (first and third vs second and fourth) are clearly differentiated spatially. Since d6 Ru(I1) complexes normally have an octahedral geometry and the central metal can accom- modate up to six ligands, a variety of diastereomers are conceivable for the enamide chelate complex. Actually, however, simple model inspection suggests that the structure 33s in Figure 5 is highly favored for the simultaneous complexation of the congested (S)-BINAP and enamide ligands to the Ru(I1) center. The enamide occupies the in-plane sites, 0, of 32, where the C(l)re= C,iHAr face and C=O oxygen have interaction with Ru; the out-of-plane coordination sites, m, are used for ac- commodation of the dihydrogen molecule, hydride, and other anions or solvent molecules. Delivery of hydrogen atoms from the Ru center to the coordinated olefin face leads to the 1s product. The diastereomeric complex 3 3 ~ using the enantiomeric C ( l ) , 1 4 r e H A r face and C=O is highly unlikely because, in the first quadrant, the tet- rahydroisoquinoline aromatic ring suffers serious non- bonded interaction with the equatorial phenyl substituent in (S)-BINAP. In a like manner, steric constraints caused by the P-phenyl groups do not allow the substrate accommodation in the out-of-plane sites, m. Thus, hy- drogenation of the enamide occurring in such a coordi- nation sphere consistently explains the general sense of asymmetric induction, S to S or R to R.

Mnemonic device A in Figure 6 is convenient for the prediction of enantioface selection.52 Model B is its extension for explaining the general behavior of related

0 = coordination site in the P'-Ru-P2 plane = coordination site out of the P'-Ru-P2 plane

Figure 4. Chiral environment of an (SI-BINAP-Ru(I1) complex. All atoms are shaded by depth. In the side view, the binaphthyl skeleton is omitted.

(51) For the mechanism of the hydrogenation of a,&unsaturated carboxylic acids, see: Ohta, T.; Takaya, H.; Noyori, R. Tetrahedron Lett. 1990,31,7189. Ashby, M. T.; Halpern, J. J. Am. Chem. SOC. 1991,113, 589.

(52) A related model was given for the Sharpless asymmetric dihydroxylation: Sharpless, K. B.; Amberg, W.; Beller, M.; Chen, H.; Hartung, J.; Kawanami, Y.; Ltibben, D.; Manoury, E.; Ogino, Y.; Shibata, T.; Ukita, T. J. Org. Chem. 1991,56,4585.

O

Me OMe

O

O

Me OMe

O S

R

Me

NHBz

CO2MeO cat.

RuCl2[(R)-binap]

CH2Cl2+ H2 Me

NHBz

CO2MeOH

syn/anti = 94/698% ee (2S,3R)

MeN

H H Me

SR

CO2HO

OH

– 18 –

単純ケトンの触媒的不斉水素化

J. Am. Chem. Soc., 117, 2675 (1995); 120, 13529 (1998).

・ 光学活性ジアミンが配位した Ru–BINAP 錯体を不斉触媒にすると、配位性官能

基をもたないケトン（単純ケトン）でも高立体選択的に水素化される。 ・ 反応機構

H–H 結合がヘテロリティックに開裂する。（通常の水素化の機構とは異なる）

J. Am. Chem. Soc., 125, 13490 (2003).

水素化以外のケトンの不斉還元 (a) CBS (Corey-Bakshi-Shibata) 還元

J. Am. Chem. Soc., 109, 5551 (1987); 109, 7925 (1987); Angew. Chem. Int. Ed., 37, 1986 (1998). ・ 光学活性オキサザボロリジン 1 を不斉触媒とする。 ・ 還元剤は BH3•THF を用いる。

(b) 触媒的不斉水素移動

J. Am. Chem. Soc., 117, 7562 (1995); Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 36, 285 (1997).

Acc. Chem. Res., 30, 97 (1997). ・ もっとも簡便なケトンの触媒的不斉還元法。 ・ 2-プロパノールを還元剤とし、光学活性 Ru 触媒を不斉触媒とする。 ・ 平衡反応なので、反応時間を長くすると立体選択性が低下する。 ・ ギ酸（HCO2H）も還元剤として利用できる。 ・ イミン（C=N）の不斉還元にも利用できる。

PRu

P

NH2

H2N

Cl

Cl i-Pr

R2R2

Ru–Xyl-BINAP ��

R1 = 3,5-Me2C6H3R2 = p-Anis

Me

O cat. Ru–Xyl-BINAP

+ H2KO(t-Bu), i-PrOH

Me

OH

Me

OH 99% ee

97% ee

Me

OH

95% ee

R12

R12

RuH

HNNH2

PP

HRuH

NNH2

PP

HRuH

NNH2

PP

+

H HH HO

HRuH

NNH2

PP

H H

H2

O

OH

N BO

H PhPh

Me

O

Me + BH3cat. 1

THF, 2 °C

OH

Me

196.5% ee

RuClH2NNTs

PhPh

Me Me

chiral Ru cat.

O

Mechiral Ru cat.

OH

Mei-PrOH

95%, 97% ee

Me Me

MeMe

– 19 –

５．クロスカップリング反応

(1) 特徴

参考資料； J. Organomet. Chem., 653, 1–303 (2002).

・ 有機ハロゲン化物（R–X）と有機金属化合物（R’–M）との結合形成反応 ・ 一般に、触媒がない条件ではこの反応は進行しない。（R’–Cu を除く） ・ 触媒として主に Pd, Ni が利用される。 ・ sp2

混成炭素上（特に R–X 側）での結合形成に威力を発揮する。 ・ 使用する有機金属反応剤ごとに反応名がある。

反応機構

i) R–X がパラジウム（0）へ酸化的付加（ほとんどの場合、ここが律速段階）。 ii) 中間体 A の Pd–X と R’–M との間でトランスメタル化。 iii) 中間体 B からの還元的脱離により、R–R’が生成すると同時に Pd0

が再生。 (2) Tamao–Kumada–Corriu 反応（M = MgX）

J. Am. Chem. Soc., 94, 4374 (1972); Bull. Chem. Soc. Jpn., 49, 1958 (1976).

特徴 ・ R’–M としてＧｒｉｇｎａｒｄ反応剤を用いるクロスカップリング反応 ・ 触媒はニッケル錯体。 ・ R–X の反応性： R–Cl > R–Br ≈ R–I >> R–F （ラジカル機構の可能性） ・ 有機ハロゲン化物の R としては、aryl, alkenyl が一般的。 ・ R’ = 2° alkyl の場合、中間体 B の異性化やb-水素脱離が優先する。

J. Am. Chem. Soc., 106, 158 (1984).

有機金属反応剤が 2° alkyl の場合、Pd–DPPF 触媒により副反応が低減される。 (3) Negishi 反応（M = ZnX etc.）

J. Org. Chem., 42, 1821 (1977).

特徴 ・ 一般に、R’–M として有機亜鉛反応剤を用いるクロスカップリング反応。 ・ 触媒はパラジウム錯体。 ・ 有機亜鉛反応剤は Grignard 反応剤と ZnCl2 とのトランスメタル化によって合成。

・ FG = -CO2R, -NO2, -CN, ケトンなどが利用可能 ・ Zn の代わりに Al や Zr を用いる反応も Negishi 反応とよばれる場合がある。

R X M R'+��

R R'X = I, Br, Cl, OTf etc. (���)M = MgX, B(OH)2, ZnCl etc. (��)

Pd0R X

�����

RPdII

X

R' M

��� ���

RPdII

R' ����R R'

A B

Cl + BrMg R Rcat. NiCl2(dppp)

Et2OR = aryl, alkenyl, 1° alkyldppp = Ph2P(CH2)3PPh2

Ph Br + BrMgMe

Me cat. PdCl2(dppf)

Et2OPh

Me

Medppf = Fe

PPh2

PPh2

FGX + R ZnCl

cat. PdCl2(PPh3)2 — 2(i-Bu)2AlH

THFR

FG

X = I, Br R = aryl, benzyl

R XMg

R MgXZnCl2

R ZnCl

– 20 –

(4) Kosugi–Migita–Stille 反応（M = SnR3）

Chem. Lett., 6, 301 (1977); J. Am. Chem. Soc., 101, 4992 (1977).

総説： J. Organomet. Chem., 653, 50 (2002).

特徴 ・ R’–M として有機スズ反応剤を用いるクロスカップリング反応。 ・ 触媒はパラジウム錯体。 ・ C(sp2)–C(sp2)結合の形成に広く利用されている。 ・ 有機スズ反応剤は Grignard 反応剤と Bu3SnCl とのトランスメタル化、あるいはア

ルキンへのヒドロスタニル化によって合成。（水、酸素に対し安定） ・ 天然物合成などに広く利用されている。（様々な官能基との共存が可能） ・ 副生するスズ化合物の分離が厄介。（KF 水溶液で不溶化後、ろ過）

(5) Suzuki–Miyaura 反応（M = BR2, B(OR)2 etc.）

Tetrahedron Lett., 20, 3437 (1979).

総説： Chem. Rev., 95, 2457 (1995).

特徴 ・ R’–M として有機ホウ素反応剤を用いるクロスカップリング反応。 ・ 触媒はパラジウム錯体。 ・ 有機ホウ素反応剤に対し等モル量以上の塩基を添加する必要がある。 ・ 有機ホウ素反応剤は Grignard 反応剤と B(OMe)3 とのトランスメタル化などによっ

て合成。（水、酸素に対し安定） ・ 有機合成で も広く利用されているクロスカップリング反応。（様々な官能基との共

存が可能であり、有機ホウ素反応剤の入手が容易。） ・ 副生するホウ素化合物の分離は容易。

(6) Hiyama 反応（M = SiR3 etc.）

J. Org. Chem., 53, 918 (1988).（参考 Organometallics, 1, 542 (1982).）

特徴 ・ R’–M として有機ケイ素反応剤を用いるクロスカップリング反応。 ・ 触媒はパラジウム錯体。 ・ 有機ケイ素反応剤に対し等モル量以上のフッ素イオンを添加する必要がある。（ケ

イ素上の置換基を変えることによって状況は変わる）

R Br + Ph4Sncat. (PhCH2)PdCl(PPh3)2

HMPA (= (Me2N)3P=O)R Ph R = aryl, benzyl

R1 X + R2 SnR'3cat. [Pd] – phosphine

R1 R2

R1 = alkenyl, aryl, benzylR2 = alkynyl, alkenyl, aryl(, alkyl?)R' = Bu or Me

R1Br

R2

R3

X2B R4+cat. Pd(PPh3)4

NaOEt, EtOHR1

R2

R3

R4

R1 X + R2 Bcat. [Pd] – phosphine

R1 R2

R1 = alkenyl, arylR2 = alkenyl, aryl(, alkyl)X = I, Br, OTf

B =O

BO

OB

O

MeMe

MeMe

Bbase

I Me3Si+cat. [Pd(η3-C3H5)Cl]2

F–, HMPA

– 21 –

(7) Buchwald–Hartwig 反応

Tetrahedron Lett., 36, 3609 (1995); Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 34, 1348 (1995).

総説： Acc. Chem. Res., 31, 805 (1998); 31, 851 (1998); Angew. Chem. Int. Ed., 47, 6338 (2008).

特徴 ・ ハロアレーンとアミンとのクロスカップリング反応。 ・ 触媒はパラジウム錯体。 ・ アミンに対し等モル量以上の塩基（主にアルコキシド）を添加する必要がある。

反応機構

(a) i) ハロアレーン（R1–X）のパラジウム(0)への酸化的付加。 ii) X とアルコキシドとの配位子交換。 iii) アミンとアルコキシドとの配位子交換。 iv) 還元的脱離によるアリールアミンの生成と、パラジウム(0)の再生。

(b) i) ハロアレーン（R1–X）のパラジウム(0)への酸化的付加。 ii) アミンのパラジウムへの配位。 iii) 塩基によるアミンからの脱プロトン化。 iv) 還元的脱離によるアリールアミンの生成と、パラジウム(0)の再生。

(8) Sonogashira 反応

Tetrahedron Lett., 36, 4467 (1975).

総説： Chem. Rev., 103, 1979 (2003).

特徴 ・ ハロアレーン or アルケンとアセチレンとのクロスカップリング反応。 ・ 触媒はパラジウム錯体。共触媒として CuI を用いる。 ・ アセチレンの C–H は pKa（≈ 25）が低いため、有機金属を用いる必要がない。 ・ 生成するハロゲン化水素を中和するために、アミンを添加する。 ・ 機能性分子、天然物の合成に多用される。

反応機構

i) ハロアレーン（R1–X）のパラジウム(0)への酸化的付加。 ii) CuI とアミンによるアセチリドの生成。（CuI の添加が必要な理由） iii) Pd–X とアセチリドとのトランスメタル化。 iv) 還元的脱離によるカップリング体の生成と、パラジウム(0)の再生。

RBr +

R1

HNR2

cat. Pd[P(o-Tol)3]2

NaO(t-Bu), toluene, 100 °C

RN

R1

R2

LPd0

LPdR1

XLPd

R1

OR

LPdR1

NR'2

LPd0

LPdR1

XLPdR1

X

LPdR1

NR'2

R1 X R1 X

NaORNR'2

NaXHNR'2ROH

R1 NR'2 R1 NR'2

HNaORROHNaX HNR'2

(a) (b)

I + HC C

cat. PdCl2(PPh3)2 – 2CuI

Et2NHC C

R1 X +cat. [Pd] – phosphine

R1 C R1 = alkenyl, arylX = I, Br, OTfcat. CuI, base

HC C R2 C R2

LPd0

LPdR1

XLPd

R1

R2CuI

Et2NH2+X– R2 C CH Et2NH

R1 XR1 C C R2

– 22 –

(9) クロスカップリング反応の傾向 (a) 有機ハロゲン化物（R–X）の反応性 ・ X: F << Cl < OTf ≈ Br < I ・ R: 電子供与性 < 電子求引性 （酸化的付加に有利） ・ R = alkyl の場合は、b水素脱離が優先してアルケンが生成。

(b) Pd vs Ni ・ Pd ··· 一般に、安定（長寿命）。反応性は低い。 ・ Ni ··· 一般に、不安定（短寿命）。反応性は高い。

(c) リン配位子 ・ 電子供与性 大 ··· 酸化的付加を加速。 ・ 配位挟角（二座配位子の場合） 大 ··· 還元的脱離を加速。

(10) かさ高いリン配位子の利用（1998〜） (a) クロスカップリング反応の問題点 ・ 入手容易かつ安価な有機塩化物の利用が困難。 ・ 触媒量が 2–5 mol% 必要。 ・ ハロアルカンを利用できない（ただし、需要は大きくない）。

(b) t-Bu3P 配位子の発見

Tetrahedron Lett., 39, 617 (1998); 39, 2367 (1998).

・ クロロアレーンを用いてもスムーズに反応。 ・ 触媒量を 0.025 mol% まで低減。 ・ t-Bu 基の電子供与性 ··· 酸化的付加を加速 ・ t-Bu 基のかさ高さ ··· 還元的脱離を加速

・ t-Bu3P の発見後に開発されたクロスカップリング用配位子

総説： Angew. Chem. Int. Ed., 41, 4176 (2002); 47, 6338 (2008).

Adv. Synth. Catal., 346, 1553 (2004); 346, 1599 (2004).

Cl HN

Me

+

0.025% cat. Pd(OAc)2 – 4 P(t-Bu)3

NaO(t-Bu)o-Xylene, 130 °C

N

Me

(t-Bu)3P

(t-Bu)3P·HBF4

PR2

R = t-Bu, Cy

i-Pr i-Pr

i-Pr

PR2

RO ORPCy2

Ph PhPhPh

Ph

FeP(t-Bu)2

N N

i-Pr

i-Pr i-Pr

i-Pr

BF4–

+

PhCH2P 2

NPR2

R = t-Bu, Cy

R = Me, i-Pr

– 23 –

６．Mizoroki–Heck 反応

(1) 特徴

Bull. Chem. Soc. Jpn., 44, 581 (1971); J. Org. Chem., 37, 2320 (1972).

総説； Chem. Rev., 100, 3009 (2000); Tetrahedron, 57, 7449 (2002).

・ 有機ハロゲン化物（R1–X）とアルケンとの結合形成反応 ・ 形式的にアルケンの C–H 結合、C–R1

に置き換わり、置換アルケンを与える。 ・ 触媒はパラジウム錯体。 ・ ハロゲン化水素を中和するため、当量の塩基（主に、第３級アミン）を添加。 ・ 場合によって、位置選択性や立体選択性（E or Z）を制御する必要がある。

反応機構

i) R1–X がパラジウム（0）へ酸化的付加（ほとんどの場合、ここが律速段階）。 ii) 中間体 A の Pd– R1

にアルケンが挿入。（この段階で位置選択性が決まる） iii) 中間体 B からのb水素脱離により、目的の置換アルケンが生成。 iv) 段階 iii)と同時に中間体 C が生成。 v) 中間体 C からの還元的脱離によりパラジウム（0）が再生。 vi) v)に伴って生成する HX は、第３級アミンによって中和。

注）第３級アミンは Pd(II)に対し還元剤として作用することが知られている。（イミニウム塩が生成）

(2) Mizoroki–Heck 反応の例 (a) 発見から触媒反応まで ・ Fujiwara–Moritani 反応

Tetrahedron Lett., 9, 633 (1968); J. Am. Chem. Soc., 91, 7166 (1969).

R1–X の代わりにベンゼン（溶媒）が反応する。 スチレンに対し１当量以上のパラジウムを使用する。

・ Mizoroki–Heck 反応の原型

J. Am. Chem. Soc., 90, 5518 (1968).

R1–X の代わりに有機水銀を用い、１当量以上のパラジウムを使用する。 1) Ph2Hg と Pd–Cl とのトランスメタル化、2) アルケンの Pd–Ph への挿入、3) b水素脱離を経て生成物を与えている。

・ パラジウム触媒による Mizoroki–Heck 反応

Bull. Chem. Soc. Jpn., 44, 581 (1971); J. Org. Chem., 37, 2320 (1972).

(b) 変型 Mizoroki–Heck 反応 ・ アリルアルコールの Mizoroki–Heck 反応

Synthesis, 869 (1989).

Hb でb水素脱離するとエノラートが生じる。互変異性によってケトンへ異性化。

R1 X + R2cat. [Pd]

Et3N, solvent R2R1R1 = aryl(, alkenyl)R2 = electron-withdrawing groupX = I, Br, OTf

���� �

Pd0R1 X

�����

R1

PdII

XA

R2

��PdIIR1

X

R2

Hβ�

R2R1

HPdII

X

R3N

– R3NH+·X–

B

C

+

(solvent)

Pd(OAc)2

AcOH, reflux90%

CO2MePh2Hg +LiPdCl3

MeCNPh CO2Me 88%

Ph I Ph+cat. Pd(OAc)2

Bu3N, 100 °CPh Ph 75%

MeO

Br OH+

cat. PdCl2(PPh3)2

NaHCO3, NMP MeO

O

Pd

OHHbHa

MeO

– 24 –

・ 環状アルケンの分子内 Mizoroki–Heck 反応

Tetrahedron, 50, 11143 (1994).

アルケンが元の位置から異なる位置に生成する。 反応機構

中間体 A では、元のアルケンの H は Pd に対し anti の位置関係にあり、b水素脱離できない。 そのため、Pd に対し syn の位置関係にある H（太字）でb水素脱離がおこる。

・ 触媒的不斉 Mizoroki–Heck 反応

J. Am. Chem. Soc., 113, 1417 (1991).

O

O

HN

Br

O

OMe

cat. Pd(OAc)2–PPh3

Et3N

O

O

HN

O

OMe

H

H

R XPd0 R

PdII

X H HR PdIIX

HH

– Pd–H RA

Ph OTf +O

cat. Pd(OAc)2 – (R)-BINAP

i-Pr2NEt, C6H6 O Ph O Ph

71%, 93% ee 7%, 67% ee

PPh2PPh2

(R)-BINAP

– 25 –

７．オレフィンメタセシス

(1) 特徴

・ 炭素–炭素二重結合の組み替えがおこる。 ・ 触媒として遷移金属–カルベン錯体を用いる。 ・ 平衡反応であり、工夫しないと平衡混合物が得られる。 ・ 主に、石油化学産業で利用されてきた（オレフィンの改質）。

反応機構

i) カルベン錯体 A とアルケン 1 との反応によって、カルベン錯体 B を生成。 （1 が逆向きに反応すると 1 と A が生成し、元に戻ってしまう。） ii) カルベン錯体 B とアルケン 2 が反応し、生成物 3 を与える。 iii) 段階 ii)とともに、A が再生する。 iv) 段階 i)で生成するエチレン（気体）が反応系外へ放出されれば、平衡はアルケン

3 の生成へ偏る。

(2) Schrock 触媒

catalyst 1: J. Am. Chem. Soc., 112, 3875 (1990). catalyst 2: J. Am. Chem. Soc., 114, 5426 (1992).

・ 触媒活性は高いが、共存可能な官能基が少ない。ただし、不安定。

(a) 環状オレフィンの開環メタセシス重合（ROMP）

J. Am. Chem. Soc., 112, 8378 (1990).

(b) ジエンの閉環メタセシス（RCM）

J. Am. Chem. Soc., 114, 5426 (1992).

・ 天然物合成など、有機合成に広く利用されている。

(c) 触媒的不斉閉環メタセシス 速度論的光学分割

J. Am. Chem. Soc., 120, 4041 (1998).

非対称化

J. Am. Chem. Soc., 120, 9720 (1998).

CC

a b

c d

CC

e f

g h+

M CR2cat. bCa

Ce

f dCc

Cg

h+

CH2M

R

MR

‡ MR

R'

M

R'

R

‡CH2M

R

R'

1 2 3

A B A

t-BuO Mot-BuO

N

i-Pr

i-Pr

Ph1

OMo

O

N

i-Pr

i-Pr

Ph2

F3CF3C

F3CF3C

R R

cat. 1

tolueneR R n PDI = 1.05–1.1

O MeMe

Phcat. 2

C6H6 O

Ph

MeEt3SiO Me

Et3SiOMeEt3SiO

41%, 97% ee 55%, 65% ee

C6H6 MoN

i-Pr

i-Pr

Ph

O

O

Me

MeMe

Me t-Bu

t-Bucat. 3

3

Me MeO

C6H6

cat. 3O

Me

Me

93%, 86% ee

– 26 –

(3) Grubbs 触媒 (a) 第 1 世代 Grubbs 触媒

catalyst 1: J. Am. Chem. Soc., 114, 3974 (1992) (for ROMP); 115, 9856 (1993) (for RCM).

catalyst 2: Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 34, 2039 (1995).

・ Schrock 触媒より活性は低いが、様々な官能基が共存できる。 ・ プロトン性溶媒中でも利用可能。 ・ PPh3 錯体には触媒活性がない。 ・ PCy3 が 1 個だけ Ru から解離した錯体が触媒活性種になる。

(b) 第 2 世代 Grubbs 触媒

Org. Lett., 1, 953 (1999); Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 37, 2490 (1998).

・ 第 1 世代触媒より高活性。

(c) Hoveyda-Grubbs 触媒

J. Am. Chem. Soc., 121, 791 (1999); 122, 8168 (2000).

・ 回収、再利用ができる。 ・ (a)–(c)以外のメタセシス用触媒が市販されている。

https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/docs/SAJ/Brochure/1/saj1194_cf09-06.pdf

http://www.wako-chem.co.jp/siyaku/journal/org/pdf/org41.pdf

(4) 応用例 (a) 1,3-ジエンの合成（アセチレンとのメタセシス）

J. Am. Chem. Soc., 119, 12388 (1997).

・ アルキンとエチレンとのメタセシスにより、2,3-二置換 1,3-ジエンが得られる。

反応機構

(b) Ciguatoxin CTX3C の合成

Science, 294, 1904 (2001).

PCy3RuPCy3

ClCl

Ph

Ph

1

PCy3RuPCy3

ClCl

Ph

2

RuPCy3

ClCl Ph

NNMes Mes

Mes = 2,4,6-Me3C6H2

RuClCl

NNMes Mes

Oi-Pr

R1 R2Grubbs cat. 1st generation

R1 R2

H2C CH2

H2C CH2, CH2Cl2, rt.

CH2M

R2R1

M CH2

R1 R2 ‡ R1

M

R2

CH2 M

R1 R2

CH2

‡ R2R1

CH2H2C

H2C CH2

O

OO

O

O

OO

O

OO

O OO

H

HOBn

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

HH

H

CH3H3C

CH3OBn

CH3BnO

O

OO

O

O

OO

O

OO

O OO

H

HOBn

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

HH

H

CH3H3C

CH3OBn

CH3BnO

PCy3RuCl

Cl PCy3

Phcat.

– 27 –

(c) Cylindrocyclophane A, F の合成

J. Am. Chem. Soc., 122, 4984 (2000).

MeR

MeO OMeMe

MeR

HO OHMe

Me

RMe

HO OH

Cylindrocyclophane A (R = OH)Cylindrocyclophane F (R = H)

MeR

MeO OMeMe

Me

RMe

MeO OMe

ca. 70%

2Schrock catalyst 2

– 28 –

８．石油化学産業での遷移金属錯体触媒反応

(1) アルケンのヒドロホルミル化（オキソ法）

・ アルケンに水素と一酸化炭素が反応し、直鎖アルデヒドを与える反応。 ・ 形式的には、アルケンに H と CHO が付加している。 ・ かつては触媒として Co 錯体が用いられてきたが、現在では Rh 錯体が主流。 ・ Rh 触媒のほうが直鎖選択性が高い。

反応機構

i) アルケンが Rh に配位、Rh–H 結合へ挿入 ii) CO が Rh に配位、Rh–C 結合へ挿入 iii) H2 が Rh へ酸化的付加、Rh 上のヒドリドとアルキルの還元的脱離 or メタセシス

反応例

1-ブタノール、オクタノール（可塑剤の原料）の製造に利用されている。

J. Am. Chem. Soc., 115, 7033 (1993).

触媒的不斉ヒドロホルミル化（注：位置選択性が逆転している。）

(2) Wacker 反応

・ 末端アルケンが酸素（O2）によって酸化され、メチルケトンを与える反応。 ・ 触媒は、塩化パラジウム(II)と塩化銅(II)の組み合わせ。 ・ アセトアルデヒドの製造に利用されている。（原料はエチレン（R = H））

反応機構

i) PdCl2 にアルケンが配位 ii) Pd 上のアルケンへ水が求核攻撃（Markovnikov 則） iii) b-水素脱離によりビニルアルコールが生成、互変異性しメチルケトンが生成 iv) 還元的脱離によって生じる Pd0

は、CuCl2 によって PdCl2 に酸化 v) iv)で生じる CuCl は、酸素と HCl によって CuCl2 に酸化

R + H2 + COR

HCHO

cat. Rh (or Co)

R

CHOH

linear(major)

branched(minor)

HRhPPh3

Ph3P CO HRhPPh3

OCPh3P

R

CORhPPh3

Ph3PR

HCORhPPh3

OCPh3P

RH

CORhPPh3

Ph3PO

R

H

R

CO

R

HCHO

H2

CH3

cat. Rh

H2, CO CH3CHO

[H–]CH3 OH

CH3C2H5

OHaldol reaction

then H2

Phcat. Rh(acac)(CO)2–(S,R)-BINAPHOS

Ph CH3

CHO

H2/CO = 1/1 (100 atm), C6H660 °C branched/linear = 88/12

94% ee

OPPh2

OPO

(S,R)-BINAPHOS

+ 1/2 O2cat. PdCl2, CuCl2

RR

O

CH3

PdCl2Cl2Pd

R

ClPdR

OH

ClPd HPd0

2 CuCl2

2 CuClH2O

HCl

R

OH CH3

R

O

HCl

R

1/2 O22 HCl

H2O

– 29 –

応用例

水の代わりに酢酸（AcOH）を求核剤にすると酢酸ビニルの製法になる。

J. Am. Chem. Soc., 119, 5063 (1997).

触媒的不斉 Wacker 型環化反応

J. Am. Chem. Soc., 126, 1460 (2006); J. Org. Chem., 76, 9210 (2011).

Wacker 反応を応用すればアルケンのジアルコキシ化も可能？

(3) Monsanto 法

・ メタノールと一酸化炭素から酢酸を製造する方法。 ・ Rh 錯体を触媒とし、反応系中で発生するヨードメタンをヨウ化アセチルに変換。 ・ メタノールからヨードメタンの生成するために、ヨウ化水素酸（HI）触媒を用いる。

反応機構

i) HI によりメタノールをヨードメタンに変換 ii) ヨードメタンが Rh(I)に酸化的付加し、メチルロジウム(III)が生成 iii) Rh–Me 結合に CO が挿入し、アセチルロジウム(III)が生成 iv) CO の配位後、アセチル基とヨウ素が還元的脱離 v) 生成したヨウ化アセチルが加水分解されて、酢酸が生成

CH2 CH2 + AcOH + 1/2 O2cat. PdCl2, CuCl2

OAc

OHMeMe

Mecat. Pd(OCOCF3)2—(S,S)-ip-boxax

O

MeMebenzoquinone, MeOH

72%, 97% ee (S)

N

O

N

O

i-Pr i-Pr

(S,S)-ip-boxax

OHMe cat. PdCl2(MeCN)2, CuCl2

MeOH, MS3A, O2

OHMe

OMe

OMe

70% (syn/anti = 4.5)

CH3OH + COcat. Rh, HI

CH3CO2H

IRh

I

CO

CO

–

MeRhI

II

COCO

–

RhI

II CO

Me

O

CORhI

II CO

–

O

Me

–

CO

Me I

Me

O

I

H2OHI

Me OH

MeCO2H

– 30 –

(4) アルケンの重合 (a) Ziegler–Natta 触媒

・ TiCl4 と AlEt3 を触媒とすることにより、高密度ポリエチレンが得られる。 （ラジカル重合の場合、低密度ポリエチレンが得られる） ・ プロピレンの重合では、TiCl4 の代わりに TiCl3 を用いる。 ・ AlEt3 によって Ti 上がアルキル化（トランスメタル化）され、生成した Ti–C 結合へア

ルケンが次々と挿入して、重合がおこる。

反応機構

Ti の原子数よりも多数のポリマーが触媒的に生成する。 （単なる開始剤でなく、触媒である。）

(b) メタロセン触媒（Kaminsky 触媒） Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 19, 390 (1980). ・ ジルコノセン（Cp2ZrCl2 etc.）と MAO（[AlMeO]n）から高活性な重合触媒が生成。

・ プロピレンの重合では、Cp 配位子を工夫することによってアイソタクティックまた

はシンジオタクティックなポリプロピレンを立体選択的に合成できる。

(3) Brookhart 触媒

J. Am. Chem. Soc., 117, 6414 (1995). ・ 共触媒として MAO を用いる。（Ni–Me 種が発生する） ・ 11,000 kg-PE/mol-Ni·h ・ N-アリール上の i-Pr 基の立体障害によりb水素脱離を抑制 ・ 反応条件によりポリマーの分岐構造を変化可能

(4) FI 触媒（ジクロロビス（フェノキシイミン）ジルコニウム（IV）錯体）

Acc. Chem. Res., 42, 1532 (2009). http://www.ehime-u.ac.jp/~achem/seminar/gist/59_1.pdf

・ 共触媒として MAO を用いる。 ・ R1 = cyclohexyl, R2 = CMePh2 の場合、6,552 kg-PE/mmol-Zr·h （Kaminsky 触媒では 27 kg-PE/mmol-Zr·h ?） ・ R1 = o-(i-Pr)C6H4, R2 = t-Bu の場合、分子量 113 万のポリエチレンが生成

CH2 CH2TiCl4, AlEt3

CH2CH2 n

Cl TiCl

EtCl

Cl

: vacant site

Cl TiCl

RCl

Cl

Cl TiCl

CH2CH2RCl

Cl

Cl TiCl

(CH2CH2)nRCl

Cl

(R = Et or H)

Cl TiCl

HCl

Cl

n-1

(CH2CH2)n-1R

ZrH3C Al

Me

O

?Zr Cl

Cl+ MAO

ZrCl Cl Me Me Me Me

ZrCl ClMe Me Me Me

isotactic polypropylene

syndiotactic polypropylene

NNiBr2

NAr

Ar

Ar =

i-Pr

i-Pr

N

O

R1

ZrCl2

R2

2