エチレンを原料に用いた1,2-ビス（ジフェニルホスフィノ）エタン（DPPE）誘導体の合成法
北海道大学化学反応創成研究拠点（WPI-ICReDD）
特任准教授 美多 剛
2023年1月20日
1

本技術の要点
1,2-ビス（ジフェニルホスフィノ）エタン（DPPE）骨格を持つ化合物、の新規合成法を開発。

種々の置換基を有するＤＰＰＥ誘導体を自由度高く合成可能
2

DPPE（1,2-ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン）
DPPE（1,2-ビス（ジフェニルホスフィノ）エタン）

Ph2P

M

PPh2

利用例： 錯体化合物の二座配位子⇒錯体触媒のリガンドとして利用

M=3

DPPEの合成例

Synthesis of Symmetric DPPE
Ph2PLi1)

or+X

X

SN2Ph2P

PPh2(X = Halogen)

Ph2PMgBr

from Ph2PX & Li or Mg(X = Halogen)A method for preparing bis(diphenylphosphino)alkane
By: Xuan, Xiaopeng; Liang, Rui; Li, Yujiang; Zhao, Peizheng; Cui, Yanrui
Assignee: Henan Normal University, Peop. Rep. China, 20152)

Ph3P+LiXX

SN2Ph2P

PPh2(X = Halogen)
Preparation process of bis(diphenyl)phosphine
By: Chen, Qi
Assignee: Tianjin Gelin Taige Technology Co., Ltd., Peop. Rep. China, 20193)

hydrophosphination
Ph2P+

Ph2P

H-PPh2

PPh2

Tetrahedron Lett. 2002, 43, 5817.
4)

5)

O
Ph2P HPh2P

2 * hydrophosphination

OPh2P

PPh2O
Base catalyst for double addition reactions of phosphine oxides to alkynes
By: Fujino, Hiroyoshi; Igawa, Eiichi; Watanabe, Tomoko; Saga, Yuta
Assignee: Katayama Chemical Industries Co., Ltd., Japan, 2017+++PPh2

unknown transformation4

ジホスフィノエタン骨格の合成例▶ From tetramethyldiphosphine▶ From tetrahalodiphosphine▶ Extremely harsh conditions are required.
▶ Diphosphine derivatives are unstable under air.
▶ It is difficult to handle some of products due to their instability.

ジホスフィン化合物とエチレンの組合せからの合成例あり⇔ 製造条件が過酷 （高温反応要）⇔ ジホスフィン化合物は空気中で不安定
5

従来技術とその問題点二座配位子として利用されるＤＰＰＥ
置換基を導入したＤＰＰＥ誘導体は錯体触媒等の新機能発現の可能性

ＤＰＰＥ骨格を有する化合物は合成上の制約が多い。
・フェニル基等の芳香族基に導入できる置換基が限られる。
⇒ 合成可能な芳香族ジホスフィン化合物が少ない。
・使用原料の安定性が低い。
ex. ＳＮ２反応等を利用した合成方法⇒ 無水反応を要する原料化合物が必要。
ex. ジホスフィン化合物を原料化合物に利用した合成方法⇒ 原料化合物が不安定、かつ高温反応が必要

自由度の高い、ＤＰＰＥ骨格を有する化合物の製法が必要
6

ERATO 前田 化学反応創成知能プロジェクト［現在進行中 ： 採択期間 ２０１９年～２０２５年］
AFIR法を用いた反応経路自動探索技術と組合せ最適化技術を基盤とし、未知反応を提案する「化学反応創成知能」創出へ
人工力誘起反応（AFIR）法

Maeda, S.; Morokuma, K. J. Chem. Phys. 2010, 132, 241102

量子化学的逆合成解析

HOO

H

OHCH3

NCH 3OHHO

OONO

O
HOHOH
O

O

O+CH3OH

HOH

O
NHO
HOCH3 +O+H

H

O

HOOH

NH
O

H
H

H

O

CH3H

HO
H C NH2 + COOH + 3HN

CH3H
N

HHO

OO

H

O+OH

H

H

O
H

H 3C

N

HCOH

N

CH3+H
O

H 3C

N C

H

OH

O+ CO + H2OOHO++ COOH+ CO + H2O

H

H

O

HN CH3OO++ COOHOO

H+ H3C NH 2 +H
OH

O+O

O

CH3 ++HOH

O+OH

O+NH3OHOOHOO

H +O

H 3C

OO

HN CH3HNH2OH O

OOOO

N
H

H C
H + 3OH
OOOH

O

CH3+ H3C NH3 + COO

O+N C

CH3O

OOOOOOOHO

H

HHHO
HHH

O

OH +CH3CH3HONH

O+ H3C NH2 + CO + CO

HO

H 3C

O
HN

O

OH
N

O

NO
O H3C

O
H

H

CH3N
HOH

OH

HO
HO

O

HO

HO
HO+OH

OOO
HOCH3NHHOH

HOH

O

反応物リストO

CH 3O

H +NOONOHOHOOHHOHOOOO+N
H3COOO+HH+ H2OHSumiya, Y.; Harabuchi, Y.; Nagata, Y.; Maeda, S. JACS Au 2022, 2, 1181-1188.

7

AFIR法によるDPPEの逆合成
UωB97XD/Def2SVPP/CPCM(CH2Cl2)

Artificial force

Our Target: DPPE
(1,2-Bis(diphenylphosphino)ethane▶ The AFIR calculations suggested that DPPE could be synthesized from ethylene and thecorresponding diphosphine via radical mechanism.

「エチレン」と２種の「ジホスフィン化合物」から合成可能と示唆
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予測の検証と具現化（１）▶ Prediction（予測） エチレンとジホスフィンとの光化学反応でDPPE合成可能▶ ExperimentNIrNN

High-pressure photochemical reactor（結果） 光化学反応でDPPEの合成を確認（ホウ素で保護してから単離精製を実施）
9予測の検証と具現化（２）▶ Experimental Validationoxidation

安定なﾎｽﾌｨﾝｵｷｼﾄﾞ+安定なﾊﾛｹﾞﾝ化ﾎｽﾌｨﾝからDPPE骨格を合成
10反応条件検討

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DPPE骨格への置換基導入（１）-対称型化合物-

Condition A: [Ir(ppy)2(dtbbpy)]PF6 (0.2 mol%), DBU(1.0 equiv), DCE, rt, 4 h, Blue LED (440 nm)
Condition B: DBU(1.0 equiv), DCE, rt, 24 h, White LED (Tuna Sun)12

（参考）非対称DPPE合成法の公知技術

Casey, C. P. et. al. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 11817-11825.
Casey, C. P. et. al. J. Am. Chem. Soc. 1999, 121, 63-70.

MesP H+SPMeMeCu(MeCN) 4PF6 (5 mol%)(R,R)-Ph-BPE (5 mol%)
Barton's Base (40 mol%)
THF, –40 oC, 24 hthen; H2O2

MeMesP
PO S
99%, 96% ee

MeYin, L. et. al. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 7057-7062.

従来、特に非対称DPPE誘導体の合成は、ほとんど達成されていない。
13

DPPE骨格への置換基導入（２）-非対称DPPEへの展開▶ Symmetric Substituents▶ Unsymmetric Substituents14

非対称DPPE基質 展開例（１）Condition A: [Ir(ppy)2(dtbbpy)]PF6 (0.2 mol%), DBU(1.0 equiv), DCE, rt, 4 h, Blue LED (440 nm)
Condition B: DBU(1.0 equiv), DCE, rt, 24 h, White LED (Tuna Sun)15

非対称DPPE基質 展開例（２）Condition A: [Ir(ppy)2(dtbbpy)]PF6 (0.2 mol%), DBU(1.0 equiv), DCE, rt, 4 h, Blue LED (440 nm)
Condition B: DBU(1.0 equiv), DCE, rt, 24 h, White LED (Tuna Sun)

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ＮＭＲ実験▶ NMR Study
O
P H
Me2N
NMe2

Generated in situ (95% NMR yield)
31P NMR (CDCl ): δ –23.5 (d, J3
pp= 205.9 Hz)
38.1 (d, Jpp = 205.9 Hz)O
P H+ ClP

CF3 + DBUcf)

Me2N
NMe2

CF3
31P NMR (CDCl ): δ –21.7 (d, J3
pp= 228.3 Hz)
36.7 (d, Jpp = 228.3 Hz)

17

可視光特性■ LED Emission (Blue and White)■ UV-Vis Spectra of symmetric and unsymmetric diphosphines■ Magnified UV-Vis Spectra and Emission spectra measured by the excitation of 440 nm at 90 K.

0.66 μs
at 518 nm

1.4 μsat 520 nm

Phosphorescent emission▶ Not only general S0 → Sn transition, but also a direct spin-forbidden S0 →Tn transition is expected.

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ジホスフィンからの反応

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想定反応機構
UωB97XD/Def2SVPP/CPCM(CH2Cl2)

Blue LEDhv

Excited state of[Ir(ppy)2(dtbbpy)]PF6
ΔET = 49.2 kcal/mol

Energytransferhv
White
LED20

配位子への誘導

Unsymmetric DPPE dioxide
CF3 MeO

Me2N

t-Bu

P
PO O

t-Bu
CF3Me2N

t-Bu

MeO

90%

t-Bu

CF3CF3P
P
O O

P
P
O O

CF3OMePP
O O

CF3CF3quant.

CF396%

97%

Unsymmetric DPPE
CF3 MeO

Me2N
P

t-Bu

t-Bu

P

CF3CF3PPPP

CF3OMePP

t-Bu
CF3Me2N
85%

MeO

t-Bu

CF3CF386%

55%

CF389%

21

金属塩との錯形成

22パラジウム錯体の合成と光特性

X-ray structure

UV-Vis spectra of Pd-complex2

PdCl2(dppe)

2higher wavelength shift

HOMOLUMO

PdCl2(L1)■ An unsymmetric ligand can change properties of metal complexes.

23

不斉還元反応への応用

24

まとめ▶ AFIR法による出発原料の提案▶ 合成化学実験での具現化

Mita, T.; Maeda, S.; Takano, H. patent application, Aug 11th, 2021 (2021-131481).
Mita, T.; Maeda, S.; Takano, H. PCT patent application, Aug 10th, 2022 (PCT/JP2022/ 30598)
Takano, H.; Katsuyama, H.; Hayashi, H.; Kanna, W.; Harabuchi, Y.; Maeda, S.; Mita, T.
Nat. Commun. 2022, 13, 7034. DOI: 10.1038/s41467-022-34546-5.
25

新技術の特徴 及び従来技術との比較• すべて安定な原料を用いて合成が可能である。
• 非常に温和な反応条件下で合成が可能である。
• 電子的、立体的に異なる置換基を制限なく導入可能なDPPE誘導体の合成方法である。

使用原料
反応条件
置換基

本発明

従来技術

「エチレン」 ＋２種の安定なリン化合物

不安定化合物

常温
光照射＋少量の光触媒組合せ等制限なく導入可能（ex.電子求引性、電子供与性等）

高温（２００℃以上）
限定的
26実用化に向けた課題• 反応（特に光反応）のスケールアップ検討– 現時点では実験室レベルの検討済• 工業化検討、可能ならば常圧反応化– 現在は加圧下反応（～10ａｔｍ）• ＤＰＰＥ誘導体の置換基効果検証• ＤＰＰＥ誘導体の用途開発– 従来未知の化合物が数多く合成可能27

想定される用途• 新規金属配位子と、それを用いた錯体– 前記の錯体を用いた触媒や電子材料を想定• 新規のDPPE誘導体– 非対称なものや、bulkyな置換基を有するもの– 従前知られていなかった特性を有する物質• 前記DPPE誘導体の効率良い製造方法28

企業への期待• ＤＰＰＥ誘導体の利用にご興味のある企業様• 当面は錯体の配位子としての利用を想定– 触媒や電子材料への利用希望の企業様募集• 新規物質開発と、その用途開発を含めて期待。
– 合成方法が無かった化合物の合成が可能– 本技術の利用により、新規化合物開発を期待• ＤＰＰＥ誘導体開発後の工業化検討含めて期待。
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本技術に関する知的財産権
・発明の名称：化合物の新規製造方法、新規化合物および金属触媒
・出願番号 ：PCT/JP2022/ 30598
・出願人：国立研究開発法人 科学技術振興機構
・発明者：美多 剛、前田 理、髙野 秀明
本技術にご興味ある企業様には、積極的にご利用いただけるよう検討いたします。
下記お問い合わせ先までお気軽にご相談ください。

お問い合わせ先国立研究開発法人科学技術振興機構
知的財産マネジメント推進部 知財集約・活用グループ
TEL ：０３－５２１４－８４８６
e-mail：license@jst.go.jp
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