遷移金属触媒とヒドロシランを用いる合成化学の新展開（Ⅱ）：
ヒドロシランの機能は、還元剤だけではない。
New synthetic chemistry using hydrosilanes and transition metal catalysts (II) :Hydrosilanes do not Always behave as a Reducing Reagent
九州大学先導物質化学研究所

特任助教

西形孝司

Takashi Nishikata (Research Assistant Professor)
教授

永島英夫

Hideo Nagashima (Professor)
Institute for Materials Chemistry and Engineering, Kyushu University

還元剤ではなく、脱水剤、脱保護剤、あるいは、重合や1. はじめにアルキル化の補助剤として働く機能を持つことである。本

還元反応は、アルコール、アミン、さらには炭素−炭素結合を効率的に得るための重要な有機合成的手段のひ

稿では、筆者らの最近の成果であるヒドロシランの新しい利用法について紹介する。

とつであり、水素、金属水素化物、そして時にはアルコー
ルやHantzschエステルなどの有機物水素化剤が還元剤

2. アミドの脱水反応によるニトリル合成 4）として用いられている 。高度な還元反応の研究開発が1）進む一方で、近年の深刻な資源問題や環境問題を克

通常、ヒドロシランはルテニウム触媒存在下でアミド、ケト服するために、水素よりも安全で扱いやすく、また水素化ンやアルデヒドにおけるカルボニル基の優れた還元剤としアルミニウムやホウ素をはじめとする金属水素化物を構て働き、対応する還元体を与えるが、場合により脱水剤と成する元素よりも地球上に豊富に存在するケイ素を基本して働く場合がある 5）。ルテニウム触媒とヒドロシランの組骨格とするヒドロシランが還元剤として注目を集めていみ合わせは、3 級アミドの還元に優れた成果を与える。2る。有機合成に用いられる有機ヒドロシランは一般に空級アミドは3 級アミドよりも反応が遅いが、2 つの Si-H 基が気中で長期保存でき、蒸留やカラムクロマトグラフィーで近接して存在するヒドロシランであるMe2Si（CH2）2SiHMe2

精製可能なほど安定である。このため、ヒドロシランの（BDMSE）や Me 2SiOSiHMe（TMDS）を用いると、反応2Si-H 結合を活性化するためには触媒が必要である。

がすみやかに進行する。ところが、1 級アミドを基質とした著者らが開発した 3 核ルテニウムクラスターによりヒドロ場合は、ヒドロシランとの反応で予想される1 級アミンがシランを活性化すると、極めて活性な金属種が発生する生成物として得られずに、代わりにニトリルが生成する（図 1） 。この触媒を用いるとヒドロシリル化のみならずア（図 2）。

2）

ミドなどのカルボニル化合物還元などを温和な条件で実現可能であり、その還元触媒としての特徴は、本誌 2009
年 No.4にまとめられている3）。
しかしながら、このルテニウ
ム触媒の特徴は、ヒドロシラン類が反応によっては単純な

図 2 アミドからのニトリル合成

この様な還元系でヒドロシランが脱水剤として機能することは珍しい。1 級アミドからニトリルを生成するには、まず、1 級アミドの脱水素シリル化が起こり、図 2 の中間体
A 及び Bを経由する必要があると考えられる。そこで、
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図 1 ルテニウムクラスターによるヒドロシランの活性化

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Si 及び 1HNMR による追跡実験を重ベンゼン中ルテニ

ウム触媒存在下、p-tolylCONH 2とBDMSEとの反応で

遷移金属触媒とヒドロシランを用いる合成化学の新展開（Ⅱ）：ヒドロシランの機能は、還元剤だけではない。

行ったところ、反応の途中で中間体 A 及び Bに相当するル基の選択的な脱保護を容易に実行可能である。例えピーク（δ=10.1, 14.0, 15.7, 23.9ppm）が観測され、反応ば、図 4 に示したそれぞれのフェノールをメチル基とtertが 進 むにつれ 生 成 物と［Si］2O に 相 当 するピーク（δ−ブチル基で保護したビスフェノールA は、Me3SiIとの反=8.59ppm）も観測された。中間体 A からBを経て生成物応でメチル基を脱保護することが可能である。一方、tertを生じるルートは熱的にも進行するが、ルテニウム触媒非−ブチル基を脱保護する一般的な条件（強酸や強いルイ存在下では 27% であった生成物の収率が、ルテニウムス酸の使用）ではメチル基も同時に外れてしまうが、ルテ触媒存在下では55%になり、ルテニウム触媒がヒドロシラニウム触媒存在下ヒドロシランも用いて反応を行うと選択ンの活性化のみならずニトリル生成段階をも加速している的にtert−ブチル基の脱保護反応が進行する。

ことが明らかになった。1 級アミドからニトリルを合成する反応は、Swern 酸化条件や ROP（ O）Cl 2 による反応でも進行することが報告されているが 6）、遷移金属触媒による反応は毒性の無いヒドロシランを用いることができる点で優れており、様々なニトリルを温和な条件で合成することが可能となった。
3. tert－ブチル基の脱保護 7）

図 4 選択的脱保護

4. 還元的アルキル化による炭素－炭素あるいは炭素－窒素結合形成 9,10）
最近我々はヒドロシランの上記のような重合や脱離反応の利用の他に、炭素−炭素あるいは炭素−窒素結合ヒドロシランの脱水反応が円滑に進行する背景には、形成反応にも本系が有効であることを見出している。図5

ケイ素と酸素の強い親和力がある。ケイ素と酸素の親和に示したように、ルテニウム触媒存在下ヒドロシランとエス性を応用した反応として、古くから、Me 3SiOTf や Me 3SiIテルの反応に炭素あるいは窒素求核剤を加えると、還元がアルコールのアルキル保護基を除去する試薬として働的アルキル化が進行する。

くことが知られている 8）。とくにtert−ブチル基は、保護基アルデヒドあるいはケトンをアミン存在下でヒドリド還元として多くの需要があり古くから効率的な保護・脱保護法する還元的アミノ化反応は、アミンのハロゲン化アルキルの 研 究 が 行われている。我々は、ルテニウム触 媒とによるアルキル化で生じる4 級アンモニウム化を避け 11）、BDMSE や PhMe2SiHなどのヒドロシランをtert−ブチル選択的に 1 あるいは 2 級アミンを合成する方法として知エーテルやエステルに適用すると、生じたルテニウムヒドリられている。ケトン等よりも酸化度の高いカルボン酸誘導ド（図 1）とtert−ブチル基の水素が反応し水素の脱離を体を直接のアルキル源とする還元的アミノ化反応は、1伴いながら脱保護することに成功した（図 3）。本反応で級アミンの合成法として期待されるが、エステルの還元は、反応後にイソブテンが生成することをNMR により確を行うことができるヒドリド反応剤が限られているため報認している。これまでの Boc や tert−ブチル基の脱保護告例がない。我々は、ルテニウムクラスター触媒とTMDS剤である強酸性の Me 3SiOTf や Me 3SiIと比較して、本（（HMe 2Si）2O）
やEtMe2SiHなどのヒドロシランの存在下系で用いるヒドロシランも触媒も中性あり、共存できる官にエステルとトシルアミドを反応させるとトシルアミドの窒素能基の制限を大幅に減らすことが可能である。に 1 級アルキル基が導入できることを見出した。さらに興味深いことに、3級アルキルエステルを用いると、トシルアミドの 3 級アルキル化反応が進行する（図 5）。この 1 級アルキル化反応はエステルが還元されて1 級アルキル基が生じるが、3 級アルキル化反応は還元過程を含まない。

図 3 tert-ブチル基の脱保護

一般に 3 級アルキル基は、通常の条件では導入が難しく、基質の制限も多いが本反応では様々な構造のアルキ一方、本反応の脱保護可能な置換基の適用性は、ル基を導入できる点で優れている。これを応用すること

Me3SiOTf や Me3SiIより狭いため、メチル基とtert−ブチで、光学活性グルタミン酸エステルの化学選択的環化やTHE CHEMICAL TIMES

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アザスピロ環などの複雑な環状アルキルアミンの合成にも適用可能である（図 6）。

5. 重合か転位か？12）

一方、同様の原理で電子の極めて豊富な1,3,5−トリメ

以上述べてきたように、脱水反応、脱保護反応、アルトキシベンゼンをトシルアミドの代わりに加えると、対応するキル化反応に共通して、反応の駆動力はケイ素の強い還元的アルキル化が芳香環上で進行する（図 5）。こちら

酸素親和性である。一般に遷移金属触媒を用いるヒドは、電子豊富な基質に限られるものの、芳香環への 1 級

ロシランの反応は、Si-H 結合が金属に酸化的付加するアルキル 化を容 易に 行うことが 可 能 であることからことにより開始されると考えられている。一方、本ルテニウ

Friedel-Crafts 反応に代わる芳香族アルキル化化学にム触媒を用いる反応の結果から類推される活性種は、重要な知見を与える結果である。

むしろシリルカチオンとしての性質を示している。中性のヒドロシランと中性のルテニウム触媒から酸性のシリルカチオンが生じるというのは奇妙であるが、実際に、ルテニウ
ム触媒で活性化されたヒドロシランは典型的なカチオン重合反応であるTHF の開環重合を起こす 2）。この反応
では、生じたシリルカチオンがＴＨＦのカチオン重合の開図 5 還元的アルキル化

始 剤としての役 割を果たし、末 端にケイ素を持つポリマーが得られる。同様の条件で、環状のジシロキサンやオキセタンの重合も可能である（図 8）13,14）。興味深い応用例として、工業的に生産されている置換オキセタンの図 6 環化反応

重合は、共重合や得られたポリマーの化学変換を組み

本反応は、ルテニウムヒドリドとシリルカチオンをエステ
ルと求核剤との反応に利用することで達成される。1 級ア合わせることにより多様な官能基を含むポリマーの合成に展開可能である。

ルキル化と3 級アルキル化を分けるルートは、エステルのシリルカチオンによる活性化の第一段階にある。図 7に示すように、シリル基で活性化されたエステルは、R 2 が 3 級アルキル基の場合、R2 カチオンが生成するpath A が優先的に進行するのに対し、R 2 が 3 級アルキル基以外の場合は、ルテニウムヒドリドが反応する（path B）。path B
はエステルの還元を伴いながら進行し、アセタール中間体を経て、1 級アルキル化反応が始まる。1 級アルキル化

図 8 ヒドロシランを利用するRu 触媒重合反応

は求核剤とルテニウムヒドリドのエステルへの反応が交ビニルエーテルも典型的なカチオン重合を起こすモノ互に進行することで達成されるため、適用可能な求核剤マーであり、ルテニウム触媒とヒドロシランの組み合わせがトシルアミドや電子豊富な芳香環のみであるという制限により付加重合が進行する。興味深いことに、異なる反がある。今後は、ヒドロシランや触媒系などの工夫によりこ応が電子供与性の置換基をもつビニルエーテルで進行の制限を克服することが課題である。

する（図 9）。ルテニウム触媒とヒドロシランの存在下で、通常のビニルエーテルモノマー、例えば、tert−ブチル基や環状アルキル基をもつビニルエーテルでは重合反応が進行し、分子量が最高で 17,000、分子量分布 1.5 前後のポリマーを得ることが可能である。一方、カチオン安定化能力の高い R 2 基、例えば、4−メトキシフェニルメチル基、2−フリルメチル基やジフェニルメチル基を持つビニルエーテルを用いて反応を行うと、R 2 の 1,3- 転位反応

図 7 推定反応機構

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を引き起こす。選択的な1,3- 転位は、α位に置換基のあしてルテニウムよりも安価で資源豊富な鉄を用いたヒドロるビニルエーテルで一般的に進行し 15）、ケトンの新しいシランの化学を展開することにより、持続的な社会を実合成法を提供する。ケトンの合成にはヒドロシランは触媒現するより高次な有機合成反応を開発できると期待して量でよいが、ここでヒドロシランを1 等量以上加えると、転いる。

位反応だけでなくカルボニル基の還元反応が進行しシリルエーテルが生成する。α置換ビニルエーテルの 1,3- 転位反応は典型的なルイス酸触媒の反応であるが、ケトンとシリルエーテルが簡単に作り分けられるのは本系の特徴であり、有機合成反応として価値がある。
反応機構は、ビニルエーテルがシリルカチオンにより活性化されると考えると理解しやすく、通常であれば中間体 Bを経由して付加重合反応が進行するが、中間体 Aを経由すると、電子供与性の R 2 基では対応するR 2 カチオンが生じることにより転位が進行し対応するアルデヒドまたはケトンが生成する。ビニルエーテルの反応が転位反応になるのか、それとも重合反応になるのかはビニルエーテルの R 2 置換基のカチオン安定化能力に依存する。

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図 9 転位反応と重合反応の推定反応経路

6. おわりにヒドロシラン類はその構成元素であるケイ素が資源として豊富に地球上に存在し、安価かつ安全で扱いやすいことから工業的にも容易に扱える物質群である。本稿で説明した通り、ヒドロシラン類の機能は、ルテニウム触媒と組み合わせることで単なる還元反応に用いることができるだけにとどまらず、重合反応、転位、脱水、脱保護、炭素−炭素及び炭素−窒素結合形成にも適用可能であることが分かってきた。これらの反応は従来のヒドロシラン化学から考えると予想外の成果であり、将来の有11）Kan, T.; Fukuyama, T. Chem. Commun. 2004,（4）, 353-359.
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（8）
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機合成化学に一石を投じるものである。今後は、触媒とTHE CHEMICAL TIMES

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