Engineering Sciences Reports, Kyushu University
Vol. 42, No. 2, pp. 18-21, FEB, 2021

九州大学大学院総合理工学府報告第 42 巻 第 2 号 18-21 頁 令和 3 年 2 月

キラルシラシクロペンタン類の立体分岐合成
黒尾 明弘*1・吉廣 大佑*1・井川 和宣*2・友岡 克彦*2,†(令和3年1月18日 受理，令和3年1月25日 掲載決定)

Stereodivergent Synthesis of Chiral Silacyclopentanes

Akihiro KUROO, Daisuke YOSHIHIRO,
Kazunobu IGAWA and Katsuhiko TOMOOKA
E-mail of corresponding author: ktomooka@cm.kyushu-u.ac.jp†A variety of chiral silacyclopentanes having asymmetric silicon were synthesized based on thestereospecific substitution at C4 carbon of silacyclopentenols. Mitsunobu reaction and Tsuji-Trost
reaction of silacyclopentenols provided substitution products with inversion and retention of C4stereochemistry, respectively. The thus obtained substitution products can be converted into novelsilacyclopentane amine, and carboxylic acids in stereospecific manner.
Key words: chiral silicon molecule, silacyclopentanes, Mitsunobu reaction, Tsuji-Trost reaction

1. 緒

言

ール3を高エナンチオ選択的に不斉合成することに，さ不斉ケイ素を有する光学活性キラルケイ素分子は，らに，そのC2,C3位アルケンに対するジアステレオ選炭素とは異なるケイ素の構造的，電気的特性を示すこ

択的な付加反応によって多様なシラシクロペンタノーとから，新しい機能性材料や生理活性化合物としてのル誘導体を不斉合成することに成功している（図2）5,6)．

応用が期待されている1,2)．しかしながら，その不斉合

また，その誘導体の一つであるシラシクロペンタント

成法がほぼ未開拓であったために入手可能な光学活性

リオール（FG1, FG2 = OH）がセロトニン受容体タン体はごく少なく，その応用研究も極めて限られていたパク質に対して顕著な結合活性を示すことを，また，

2) ．これに対して我々は，「アキラルシランの不斉非その活性がケイ素不斉の立体化学に大きく影響される対称化を伴うエナンチオ選択的な変換反応」3)と「ケことを明らかにした．

イ素の特性を考慮した立体選択的官能基変換」4)を組み合わせることで多様なキラルケイ素分子を不斉合成することに成功している（図1）．

R1OSiR1XSiX
R2achiralXY1stereospecifictransformations
R1XSiXYY
R2chiral

FG1FG2N

2R1OH4SiR2R2enantioselective
transformations

NLi

R12(4S)-3R2OH4Si

332FG2FG1FG: functional groupFig. 2 Outline of previous work.
R1FG1SiR2

このような研究背景のもと，今回我々は，光学活性FG2chiral

体が潤沢に得られるシラシクロペンテノール3をキラFig. 1 Our strategy for asymmetric synthesis of chiralsilicon molecules.

ルプールとして用い，より多様な官能基を立体化学分その研究の一環として，最近，我々はキラルリチウ

素への官能基導入について，立体化学反転を伴って進ムアミド2 を用いたシラシクロペンテンオキシド1 の行すると予想される光延反応もしくは，立体化学保持不斉b-脱離反応によって，多様なシラシクロペンテノを伴って進行すると予想される辻-Trost反応を用いて岐的に導入することを検討した．具体的には，C4位炭様々なシラシクロペンタン類の不斉合成を試みた（図3）*1 物質理工学専攻博士課程*2 先導物質化学研究所分子集積化学部門6)．以下にその詳細を述べる．

令和 2 年度

九州大学大学院総合理工学報告 第 42 巻 第 2 号

Mitsunobureaction

FG1R1Si4OH

ド，炭素求核剤としてメルドラム酸をそれぞれ作用さ

Si

R2R1FG1R1R2せた（図5）．その結果，いずれの反応においてもC4FG2位の立体化学が反転した求核置換反応生成物6a-8aがFG3inversion19

単一の立体異性体として得られた（6a: 90%, 7a: 69%,

Si
R2FG1R1(4S)-3R1Si
Tsuji-Trostreaction

FG18a: 49%）．

FG2PhSi

R2nucleophileR2OH

FG3retention

DEAD, PPh3Si

Fig. 3 Concept of this work.

SitBu

2. 結果と考察

NuPhtoluene, rttBu(SSi,4S)-3a(SSi,4R)-6a-8adr >98:<2, >98% ee

dr >98:<2, >98% ee

2.1 光延反応

O(SSi,4S)-3aに対してテトラヒドロフラン（THF）中，アゾジカルボン酸ジエチルエステル（DEAD）とトリフェニルホスフィンの共存下にパラニトロ安息香酸を作用させた結果，期待したようにC4位の立体化学が反転したエステル(SSi,4R)-4aが単一のジアステレオマー

OPhSiNPhOOPhSitBuOOSiOtBu

OtBu(SSi,4R)-6a(SSi,4R)-7a(SSi,4R)-8a90%

69%

49%

Fig. 5 Mitsunobu reaction of (SSi,4S)-3a with various
types of nucleophiles.

として得られた（図4）7)．しかしながら，3aの5員環が開環したジエン 5a のラセミ体が相当量副生し，(SSi,4S)-3a の光延反応はC4位立体化学の完璧な反(SSi,4R)-4aの収率は中程度（46%）に留まった．これ

転を伴って進行していることから，一般的な光延反応に対して，用いる溶媒をより低極性な塩化メチレンやと同様にホスホニウム塩9aが生じ，これが求核剤（Nu–）

トルエンに変えて同様の反応を検討した結果，5aの副とSN2機構で反応していると理解できる（図6）．

生が抑制され，かつ，4aの収率が改善された．特にト(SSi,4S)-3aした．なお，(SSi*,4R*)-4aの立体化学はラセミ体の単OHPhSiDEAD, PPh3tBuNO2tBuOPhSisolvent, rttBu(SSi,4S)-3adr >98:<2, >98% eeOPhPhO+

Si

PPh3DEAD

結晶X線構造解析によって決定した8)．
p-NO2C6H4CO2HNu

Ph

ルエンを用いた場合に4aを収率84%で得ることに成功–P(O)Ph3+PPh3OHSitButBu

SiO PPh3Ph

Nu–SiNu

9atBu(SSi,4R)-4adr >98:<2, >98% ee

rac-5aFig. 6 Stereochemical course of Mitsunobu reaction of(SSi,4S)-3a.

THF

46%

29%

CH2Cl260%12%一方，基質としてケイ素上にフェニル基とメチル基

toluene84%12%が置換した(SSi,4S)-3bを用いてパラニトロ安息香酸とcrystal system: triclinicspace group: P–1a = 6.619(3) Åb = 7.239(4) Åc = 21.720(12) Å
α = 86.28(5)°β = 84.55(4)°γ = 73.97(3)°R = 0.1460
wR2 = 0.2104の光延反応を検討した結果，トルエン溶媒中であってSi

C4も目的とする求核置換反応生成物 4b は痕跡量しか得られずに，開環したジエン誘導体5bが混合物として得られた（図7）．これは，(SSi,4S)-3bのケイ素上の立体障害が小く，嵩高いtBu基を有する(SSi,4S)-3aと比べてケイ素上での求核攻撃を受けやすいためと考えられる．
NO2p-NO2C6H4CO2HOHPhSiX-rayOPhSitoluene, rtMe

(SSi,4R)-4aFig. 4 Mitsunobu reaction of (SSi,4S)-3a andcrystallographic analysis of (SSi*,4R*)-4a.

DEAD, PPh3Ph+O

MeMe(SSi,4S)-3bdr >98:<2, >98% ee(SSi,4R)-4b5btrace

major products5b

他の求核剤を用いても同様な光延反応を行うことがPhできる．具体的には，トルエン中，室温下，(SSi,4S)-3aMeに対してDEADとトリフェニルホスフィンの共存下に，酸素求核剤として酢酸，窒素求核剤としてフタルイミ

ORSi

MePhOH
SiMeMePh PhSiSiO

Fig. 7 Mitsunobu
reactionp-nitrobenzoic acid.

SiPhMeofSiO(SSi,4S)-3betc.

with

20

キラルシラシクロペンタン類の立体分岐合成

2.2 辻-Trost 反応

O(SSi,4S)-3a をメチル炭酸エステル(SSi,4S)-10a に誘中，5 mol%のテトラキストリフェニルホスフィンパラNPh導して，その辻-Trost反応を検討した（図8）9)．THFOtBu

ジウム存在下，マロン酸ジメチルと水素化ナトリウムを 作 用 さ せ た 結 果 ， 求 核 置 換 反 応 生 成 物 11a が(SSi,4S)-11a/(SSi,4R)-11a = 78:22のジアステレオマー混合物として得られた．そこで次に，ジアステレオ選Oオルトトリルホスフィンを0価パラジウム種と組み合わせて用いた場合に(SSi,4S)-11a を単一のジアステレオマーとして得ることに成功した．前述のように，光延反応では3のケイ素上の置換基の嵩高さが大きな影響を及ぼし，(SSi,4S)-3bの反応では目的物が得られな
か っ た の に 対 し て ， 辻 -Trost 反 応 の 検 討 で は(SSi,4S)-3b から調製した(SSi,4S)-10b の反応も円滑に進行して(SSi,4S)-11bを高収率（83%）で単一のジアステレオマーとして得ることに成功した．

tBu(SSi,4R)-8adr >98:<2, >98% ee

1,4-dioxane
100 °C

Si

CO2H

tBu
(SSi,4R)-13a87%, dr >98:<2, >98% ee

CO2MePhCO2MeSiaq. NaOH
then aq. HClPhSi

1,4-dioxane
100 °C

tBu

CO2H

tBu

(SSi,4S)-11a(SSi,4S)-13adr >98:<2, >98% ee98%, dr >98:<2, >98% ee

Fig. 9 Transformation of Mitsunobu reaction products
and a Tsuji-Trost reaction product.

3. 結言

以上，本研究では，光延反応と辻-Trost反応を相補の立体異性体からC4位に官能基を導入したエピマーを立体化学分岐的に合成することに成功した．

MeOCOCl,pyridine
OCO2MePhaq. HClO的に用いることで，シラシクロペンテノール3aの一つ(SSi,4S)-3a or (SSi,4S)-3bR1(SSi,4R)-12a80%, dr >98:<2, >98% eeOSi

した結果，トリフェニルホスフィンよりも嵩高いトリtBu

O

Ph

択性の向上を期待して，リン配位子について種々検討

Si

MeOH, 50 °C(SSi,4R)-7adr >98:<2, >98% ee

NH2Ph

H2NNH2·H2O

SiOO

MeO

CO2MeOMe

NaH, cat. a or cat. bSi
R2,4S)-10a: R1 = Ph, R2 = tBu(SSi(SSi,4S)-10a: R1 = Ph, R2 = tBu(SSi,4S)-10b: R1 = Ph, R2 = Me

THF, 50 °C

cat. acat. bcat. bR1Si

CO2Me

R2(SSi,4S)-11a: 98%, dr 78:22(SSi,4S)-11a: 86%, dr >98:<2(SSi,4S)-11b: 83%, dr >98:<2Fig. 8 Tsuji-Trost reaction of enantioenriched 10[cat. a: Pd(PPh3)4, cat. b: Pd2(dba)3·CHCl3/P(o-tol)3].

2.3 求核置換反応生成物の変換

謝 辞
本研究は科学研究費補助金（20H05677，20H02743），
日本学術振興会特別研究員研究奨励金（20J12492）の支援のもとで実施されました．また，文部科学省先端研究基盤共用促進事業（JPMXS0422300120）で共用された機器を利用した成果です．ここに感謝の意を表します．

(SSi,4S)-3aの光延反応と辻-Trost反応で得られた生成物の変換を検討した（図9）．光延反応でフタルイミドを導入した(SSi,4R)-7aにヒドラジンを作用させてフタロイル基を除去することで，アミノシラシクロペンテン(SSi,4R)-12a を単一の立体異性体として収率80%で得ることに成功した10)．また，光延反応で得られた(SSi,4R)-8aのアセタール酸加水分解とそれに続く脱炭酸によってカルボキシメチルシラシクロペンテン(SSi,4R)-13a を ， 一 方 ， 辻 -Trost 反 応 で 得 ら れ た(SSi,4S)-11a のエステル塩基加水分解とそれに続く脱炭酸によって(SSi,4S)-13aを，それぞれ単一のジアステレオマーとして，収率よく得ることに成功した11,12)．

参 考 文 献1) M. A. Brook, Silicon in Organic, Organometallic, andPolymer Chemistry; John Wiley and Sons: New York2000.
2) K. Igawa, K. Tomooka, Chiral Silicon Molecules in

Organosilicon Chemistry: Novel Approaches andReactions (Eds: Hiyama, T., Oestreich, M.), Chap. 14,Wiley, Weinheim, Germany, 2019.
3) (a) K. Tomooka, A. Nakazaki, T. Nakai, J. Am. Chem.
Soc. 2000, 122, 408. (b) K. Igawa, J. Takada, T.
Shimono, K. Tomooka, J. Am. Chem. Soc. 2008, 130,16132. (c) K. Igawa, D. Yoshihiro, N. Ichikawa, N.
Kokan, K. Tomooka, Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51,12745.
4) (a) A. Nakazaki, T. Nakai, K. Tomooka, Angew. Chem.
Int. Ed. 2006, 45, 2235. (b) A. Nakazaki, J. Usuki, K.
Tomooka, Synlett 2008, 2064. (c) K. Igawa, N. Kokan,
K. Tomooka, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 728.
5) K. Igawa, D. Yoshihiro, Y. Abe, K. Tomooka, Angew.
Chem. Int. Ed. 2016, 55, 5814.

令和 2 年度

九州大学大学院総合理工学報告 第 42 巻 第 2 号

6) K. Igawa, A. Kuroo, D. Yoshihiro, Y. Yamanaka, K.
Tomooka, Synlett 2017, 28, 2445.
7) O. Mitsunobu, Synthesis 1981, 1.
8) Selected Crystal Data for (SSi*,4R*)-4a: Triclinic, P ｰ 1(No. 2), a = 6.619(3) Å, b = 7.239(4) Å, c = 21.720(12) Å,
α = 86.28(5)°, β = 84.55(4)°, γ = 73.97(3)°, V = 994.9(9)Å3, Z = 2, R1 = 0.1460, wR2 = 0.2104, CCDC 154693.
9) Study on stereoselectivity of Tsuji-Trost reaction, see:(a) T. Hayashi, T. Hagihara, M. Konishi, M. Kumada,J. Am. Chem. Soc. 1983, 105, 7767. (b) S.-I.
Murahashi, Y. Taniguchi, Y. Imada, Y. Tanigawa, J.
Org. Chem. 1989, 54, 3292. (c) K. L. Granberg, J.-E.
Bäckvall, J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 6858.
10) Compound data of (SSi,4R)-12a: 1H NMR (300 MHz,CDCl3): δ 7.52-7.48 (m, 2H), 7.36-7.31 (m, 3H), 6.83
(dd, J = 9.9, 2.4 Hz, 1H), 6.22 (dd, J = 10.5, 2.4 Hz, 1H),
3.89 (m, 1H), 1.79(brs, 1H), 1.63 (dd, J = 14.7, 7.5 Hz,1H), 0.96 (s, 9H), 0.66 (dd, J = 15.3, 5.7 Hz, 1H). 13C
NMR (75 MHz, CDCl3): δ 159.2, 136.0, 134.8, 129.0,127.6, 126.7, 56.5, 27.0, 18.0, 16.9. IR (neat, cm–1):
2926, 2854, 1563, 1469, 1361, 1110, 822, 733, 700, 614.
HRMS (EI, positive): Exact mass calc. for C14H21NSi[M]+, requires m/z: 231.1443, found m/z: 231.1442.
[α]D23 –89.9 (c 0.54, CHCl3) for >98% ee.

2111) Compound data of (SSi,4R)-13a: 1H NMR (300 MHz,CDCl3): δ 7.52 (m, 2H), 7.36-7.32 (m, 3H), 6.81 (dd, J =10.2, 2.1 Hz, 1H), 6.24 (dd J = 10.2, 2,4 Hz, 1H),
3.15-3.10 (m, 1H), 2.60 (dd, J = 14.7, 6.3 Hz, 1H), 2.37
(dd, J = 14.7, 9.0 Hz, 1H), 1.39 (dd, J = 15.3, 8.4 Hz,1H), 0.95 (s, 9H), 0.62 (dd, J = 15.3, 8.4 Hz, 1H). 13C
NMR (75 MHz, CDCl3): δ 178.2, 157.2, 136.3, 134.8,129.0, 127.7, 127.3, 42.1, 41.0, 27.1, 17.0, 11.9. IR(neat, cm–1): 2926, 2855, 1708, 1469, 1427, 1110, 822,733, 699. HRMS (EI, positive): Exact mass calc. for
C12H13O2Si [M–tBu]+, requires m/z: 217.0685, foundm/z: 217.0685. [α]D26 –71.0 (c 0.66, CHCl3) for >98% ee.
12) Compound data of (SSi,4S)-13a: 1H NMR (300 MHz,CDCl3): δ 7.53-7.50 (m, 2H), 7.37-7.32 (m, 3H), 6.84
(dd, J = 10.2, 2.1 Hz, 1H), 6.24 (dd, J = 10.2, 2.4 Hz,1H), 3.20 (m, 1H), 2.50 (dd, J = 15.0, 6.3 Hz, 1H), 2.24(dd, J = 15.3, 8.7 Hz, 1H), 1.44 (dd, J = 15.3, 8.1 Hz,1H), 0.94 (s, 9H), 0.62 (dd, J = 15.0, 5.4 Hz, 1H). 13C
NMR (75 MHz, CDCl3): δ 178.6, 157.1, 136.8, 134.6,129.0, 127.7, 127.4, 42.3, 41.7, 26.7, 15.7, 12.8. IR(neat, cm–1): 2926, 1707, 1427, 1285, 1111, 822, 728,699, 522. HRMS (EI, positive): Exact mass calc. for
C12H13O2Si [M–tBu]+, requires m/z: 217.0685, foundm/z: 217.0685. [α]D26 –16.7 (c 1.33, CHCl3) for >98% ee.