SILC（Supported Ionic Liquid Catalysts）の開発：
均一系触媒の温和かつ持続可能な固定化
SILC (Supported Ionic Liquid Catalyst): a Benign and Sustainable Protocol for Immobilization of Homogeneous Catalysts
新潟大学名誉教授

萩原久大

HISAHIRO HAGIWARA
Professor Emeritus, Niigata University

1. はじめにを合わせ持つイオン液体の汎用性は高い 1）。反応で無機

均一系有機金属触媒の進歩は、現代の有機合成化

さいためVOC の心配が無い。反応後、蒸留により生成物学の発展に大きく寄与してきた。中心金属への有機配位を直接取り出し、触媒とともに次の反応に使う事もできる。

子の配位は金属に脂溶性を与え、さらに配位子の構造を適切に使用すれば環境中に漏洩する事は無い。不燃性

チューニングすることにより多彩な触媒機能の発現に成功のため大量使用しても安全性が高い。極性が高い液体した。触媒の分析とデザイン、反応の解析を分子レベルなので無機塩のような極性物質を良く溶かし、また反応ので比較的容易に行うことができるようになったためである。

極性中間体を安定化させる。イオン液体のカウンターアニ

その結果、エナンチオ選択性を含め高い選択性と効率をオンの負電荷は非局在化しているので配位力は弱く、金示す多くの触媒が開発されてきた。しかし、これらの素晴

属錯体も安心して使える。マイクロ波の吸収効率が極めらしい触媒にも問題点が無いわけでは無い。溶媒に可溶て高いのも特徴の一つである。

塩が生成すれば水洗により除く事ができる。蒸気圧が小なため回収再使用が容易ではない。幾つかの有機金属

この様なイオン液体の特徴的な性質をふまえて、イオン

触媒は安定性に欠け、配位子が脱落し中心金属がクラ液体を触媒の液相担体として用い、リサイクル使用に成功

スタ−化し活性が失われる。不活性ガス雰囲気中、禁水した例が数多く報告されている 1）。既知のあらゆる触媒反条件を用いなければならないものもある。実験室規模で応がイオン液体中で試されてきたと言っても過言では無い。

素晴らしい成績を収めたとしても、プロセススケールへの

本稿では、上述の様なイオン液体の液相坦体としての展開となると難しいものも少なくない。

使い方をさらに発展させ、均一系触媒を固体担体へ固定

均一系触媒に安定性と持続性を与えるためには、液化し不 均 一 化 する固 定 化 法、SILC（Supported Ionic相あるいは固体担体への固定化が有効である。なかでもLiquid Catalyst）の開発と応用について、われわれの例を液相担体への固定化は、既知の触媒をそのまま溶かし紹介したい（図 1）。

込むだけで済むので容易である。化学構造を変える必要が無く触媒活性も変わらないので、これまで蓄積されて来たさまざまなノウハウを生かす事ができる。
液相担体としての条件は、基質と触媒を溶かす事、生成物を抽出する溶剤に溶けない事などであり、また触媒も抽出溶剤に溶けない事が必要である。これらの要件を満たす液体として。イオン液体、フルオラス系溶剤、ポリエチ
レングリコール、水などが挙げられる。これらにはそれぞれ固有の特徴があるが、非脂溶性、非水溶性、不揮発性

図 1 SILC（Supported Ionic Liquid Catalyst）

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2. イオン液体を反応媒体とする溝呂木−Heck 反応

ヨードベンゼンとアクリル酸 エチルとの 反 応をベンチ

溝呂木 –Heck 反応はパラジウムを用いる触媒反応の

hexafluorophsphate（ 以下［bmim］PF 6とする）中で幾つ中でも最も基本的な反応の一つで、主としてアリールあかのパラジウム触媒を検討した結果、安定かつ安価な

るいはビニルハロゲン化合物と電子欠損オレフィンとの接触還元用 Pd/C が高い活性を示した 3）。外部配位子

クロスカップリング反応である。生成物は、医薬品、香料の添加は必要無かった。生成物はエーテルを用いてイあるいは有機電子材料用のファインケミカルとして用途

オン液体相より抽出した。Pd/C はイオン液体中に均一にが広い。そのため非常に多くの方法が報告され 、さら分散し、エーテルでは抽出されなかった。Pd のリーチンに開発が進められつつある。反応は他の官能基に影響

グは ICP-AES 分析によると0.3% であった。

2）

マークとし、イオン液体 1-Butyl-3-methylimidazolium

される事無くまた影響を与える事も無く進行し、位置およ

この反応は、ヨウ化アリールの置換基の電子的性質

び立体選択的に生成物を与える。この反応の問題点をにかかわらず進行した（Table 1）。また、オレフィン側も不挙げるとすると、パラジウム触媒のクラスター化による失飽和エステルのみならず不飽和ニトリル、スチレンなどが活と低い触媒回転数（TON）である。反応活性化のた対応した。

めに用いられるリン系の配位子のコストと毒性も問題点

Pd/Cを懸濁したイオン液体は平均収率 88% で 6 回まで使用できた（図 2）。4 回目から収率が若干低下したが、となる。
それらの点を踏まえて、イオン液体を液相担体とする［bmim］PF 6 相を水洗し生成したトリエチルアンモニウム

リサイクル可能な溝呂木-Heck反応を検討した（図2）。

塩を除いたところ、触媒活性を回復させる事ができた。
3. イオン液体によるパラジウムのシリカ細孔内への担持−Pd-SILCの調製
前述の様にイオン液体は触媒の液相担体として触媒のリサイクル使用に有効である。このような一般的な使い方から、さらに液相担体としてのイオン液体の特徴を生かしつつその潜在力を伸ばしてゆく事を期待し、触媒を溶かしたイオン液体を無機固体担体の細孔内に閉じ込め、再度固定化する事を検討した（図 3）4）。この固定化法は、前述のリサイクル反応場を固体担体内のミクロの場に発現させるものと考えて良い。その結果、イオン

図 2 Pd/Cを触媒とするイオン液体中での溝呂木 -Heck 反応とリサイクル
Table 1  The Mizoroki-Heck reaction catalyzed by Pd/C in［bmim］
PF6

液体と生成物の分離をろ過により行うことが出来、生成物の単離が容易となった。粘性が高く二相系となるイオ
ン液体からの生成物の溶媒抽出は、あまり効率的では

図 3 イオン液体によるPd 触媒のシリカ細孔内への担持−Pd-SILC

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SILC（Supported Ionic Liquid Catalysts）の開発：均一系触媒の温和かつ持続可能な固定化ない。加えて、イオン液体のコストの削減もメリットの一つのサラサラした性状も、これを支持している。したがっとなる。担体としては、大きな細孔容量を持つ事、広いて、Pd-SILC による触媒反応は、シリカゲル細孔内の触内部表面積を持つ事、機械的に安定である事、膨潤し媒イオン液体相に基質が分配して進行しているものとない事、安価である事などから、シリカゲルやアルミナな考えられる（図 1）。

どの無機酸化物が好適であった。
固定化法は簡単である（図 4）4）。触媒とイオン液体のTHF 溶液にシリカゲルを懸濁させ、溶液の色がシリカゲ
ルに移行するまで撹拌する。その後 THFを減圧留去し、表面をエーテルで濯ぐ。エーテルを室温で飛ばすと、サラサラした流動性のある粉体が得られる。この方法により、Palladium（II）acetate（以下 Pd（OAc）2とする）、Tetrakis（triphenylphosphine）palladium（以下Pd（PPh3）4とする）、

図 5 電子線マイクロアナライザーによるPd の検出（左）と走査型電子顕微鏡
写真（右）（10Kv, X1,700）

Pd black などを固 定 化することができた。Pd（OAc）2 と［bmim］PF6 の担持量はグラム当りそれぞれ約 0.25mmol

では［bmim］PF 6 はどのような相互作用でシリカゲル

および 100mg であった。イオン液体を加えすぎると流動

細 孔 内に固 定されているのだろうか。後 述するように性 が 失われた。他 のイオン液 体としては 1-Hexyl-3-

Pd-SILCを沸騰水中で用いると、［bmim］PF 6 は水中methylimidazolium hexafluorophosphate（以下［hmim］に流出してしまった。シラノールとの強い親水性相互作

PF6とする）、1-Butyl-3-methylimidazolium bromide（以下用のため、水がシリカゲル細孔表面のイオン液体相とシ［bmim］Brとする）、1-Butyl-3-methylimidazolium bis

リカゲル表面の間に入り込み、溶離させたものと考えら（trifluoromethanesulfonyl）imide（以下［bmim］NTf2とすれる。同じ現象は、1-Butyl-2,3-dimethylimidazoliumる）などが対 応した。本 稿ではこれらの固 定 化 触 媒を

hexafluorophosphate（［mbmim］PF 6 ）や 4 級ホスホニ

SILC（Supported Ionic Liquid Catalyst）と称する。

ウム系イオン液体を用いた SILC でも見られた。一方、［bmim］PF 6 はアミノプロピル残基をグラフトした逆相シリカゲルに取り込まれ熱水中でも安定であったが、ヘキシル残基をグラフトしたシリカゲルには取り込まれなかった。
イミダゾリウムカチオンの 2 位の水 素の酸 性 度は高く、
pKa 21 〜 23とイソプロピルアルコールに匹敵する 5）。これらの事実から、［bmim］PF 6 はイミダゾリウムカチオンの 2 位の水素とシリカゲル表面との水素結合により取り込まれているものと考えている（図 6）6）。静電的相互作
用は 2 次的なものと考えられる。

図 4 Pd-SILC の調製

電子線マイクロアナライザー（EPMA）で観測するとパラジウム、フッ素、リン原子を見る事ができた（図 5）。また走査型電子顕微鏡（SEM）によると平滑な表面が見て取れる（図 5）。取り込まれた［bmim］PF 6 の量（シリカ
ゲルに対し 10wt%）はシリカゲル細孔容積の 9% 程度であるため、［bmim］PF 6 の大 部 分は細 孔 内に薄く広がっているものと考えられる（図 3 及び 11 参照）。SILC

図 6 イミダゾリウムカチオンとシリカ表面との相互作用

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イオン液体を用いた触媒のこのような固定化は、当初

ン中 150℃、トリブチルアミン存在下に高收率で進行しMehnertらによりRh 触媒の固定化に用いられ水素化 7a）

た。配位子の添加は必要無かった。生成物の単離はやヒドロフォルミル化 7b）に適用された。それ以来 SILC や

有 機 相 のデカンテーションにより行 い、粘 性 の 高 い

SILP（Supported Ionic Liquid Phase）の略号のもとに主と［bmim］PF 6 相からのエーテル抽出の必 要が無くなっ

して流通系の気相反応に用いられて来た。その後ヒドロた。反応条件の基質一般性には問題無く、さまざまなヨ

アミノ化 7e）や不斉エポキシ化 7h）が加わった。シリカゲル以

ウ化アリールが対応した（Table 2）。

外の担体としては、モレキュラーシーブス 7d）、ケイソウ土

Pd-SILC の安定性とリサイクル性は高く、デカンテーショ、メソポーラスシリカ などが使われている。これらを用ンのみで回収され平均収率 94％で 6 回のリサイクルが可いる反応は気相反応であるため、酸化度の少ない低分能であった（図 8）。しかし、リサイクル 3 回目で Pd-SILC

子量化合物の工業的規模での合成に向いている。これの流動性が失われ、収率が若干低下した。これはヨーに対し、医薬品や有機電子材料などのプロセス合成は、化アンモニウムの SILC 表面への沈着と考えられたため基質が高度に官能基化され揮発性が無いため、主としアルカリ水溶液で洗ったところ、流動性と収率を回復さてバッチ法による液相反応で行われる。ここに述べる我々せる事ができた。パラジウムの有機相へのリーチングはの SILC 法は、液相反応に特化したものである。

0.28%、TON は 90,000と高い値を示した。

7e）

7h）

4. Pd-SILCを用いる溝呂木−Heck 反応
Pd（ OAc）2 を［bmim］PF 6 を用いて無定形順相シリカ
ゲルに固定化した Pd-SILC は、溝呂木 –Heck 反応に高い活性とリサイクル性を示した（図 7）4）。反応はドデカ

図 8 Pd-SILC のリサイクル

5. Pd-SILCを用いる水中での溝呂木−Heck 反応
図 7 Pd-SILCを用いる溝呂木−Heck 反応
Table 2 The Mizoroki-Heck reaction in n-dodecane catalyzed by the
Pd-SILC

水は高い凝集力や大きい誘電分極を示し、無毒か
つ不燃性、低価格であるため、環境対応型の反応媒体として近年大きな注目を集めている 8）。SILC 固定化に用いられた
［bmim］PF 6 は疎水性が強いため、水中での溝呂木 -Heck 反応への展開が期待された。
水中での最初の反応は短時間かつ高收率で進行した。しかしリサイクル使 用したところ、イオン液 体はPd-SILC から水相に流れ出てしまった。これは親水性のシラノールと水との相互作用が強すぎるためであると考えられた。そこでシリカゲル表面をシランカップリング剤
でグラフトした逆相系シリカゲルへの固定化を検討した
ところ、N,N-ジエチルアミノプロピル残基で修飾したシリ

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カゲル（NDEAP）に固定化した Pd-SILC の耐久性の良いことが分かった（図 9）。

理してもこのような活性化はおこらなかった。
Reetzとde Vriesは、パラジウム触媒反応においてパラジウムのクラスタ−化を防ぐため低濃度での使用を提案している 10）。そこで Pd（OAc）2 をシリカゲル 1 グラム当り
0.04mmolに下げたPd-SILCを調製したところ、反応時間はさらに短縮された。反応の一般性をTable 3に示した。
この逆相系 Pd-SILC は水中での反応で安定であり、

図 9 逆相シリカゲル

96% の平均収率で 5 回のリサイクル使用が可能となった。リサイクル使用に際し Pd-SILC や基質を脱水する

逆相シリカゲルに固定化した Pd-SILC は、水中での必要が無く、簡便に連続して反応を行うことができる。

溝呂木 -Heck 反応において満足すべきリサイクル性を水中でのPd-SILCの高い反応性は、TON が 200,000

示した（図 10） 。
［bmim］PF 6 は沸騰水中でもリーチンにまで上昇した事からも伺える。反応初期では基質がグしなかった。生成物は、水相をデカンテーションしエー

Pd-SILC 表面に沈着し、反応の進行に伴って均一溶液

テル抽出する事により単離した。反応で生成するアンモとなっていった。水の溶媒効果、表面沈着による濃度効

ニウム塩は水に溶けるため、ドデカン中での反応と異な果、アンモニウム塩生成による界面活性効果などが相りSILC 表面に沈着する事は無い。Pd-SILC はそのまま乗的に作用し、高い活性を示したものと考えている。パラ

前処理する事無く再使用できた。また、反応温度を前

ジウムのリーチングはわずか 1ppm であった。

9）

述の 150℃から100℃へと下げる事ができた。最初の使用後に Pd-SILC の活性が向上し、その後のリサイクル
使用はより短時間で反応が終了した。このためパラジウ

6. Pd-SILCを用いる鈴木−宮浦反応

ムN- ヘテロサイクリックカルベン錯体の生成が示唆され鈴木 - 宮浦反応は、基本的にはパラジウム触媒によたが、Pd-SILCを塩基などの各反応成分と別々に前処るハロゲン化アリールとアリールホウ素化合物とのクロス
カップリング反応である 11）。反応後の廃棄物は毒性の無いホウ酸であり、そのため医薬品や有機電子材料などの合成に汎用されている 12）。通常は不活性ガス雰囲
気下、リン系配位子を加え加熱条件で反応を行う。したがって、より温和で環境に対応した反応条件が常に求められている。
4- ブロモアセトフェノンとフェニルボロン酸との反応をベンチマークとして Pd-SILC の最適化を検討したとこ
ろ、N,N-ジエチルアミノプロピル残基でグラフトした粒状

図 10 Pd-SILCを用いた水中での溝呂木−Heck 反応
Table 3 The Mizoroki-Heck reaction in water catalyzed by the
Pd-SILC

アルミナ（NDEAP-Al 2 O 3 ）と［bmim］PF 6 の組み合わせが高い触媒活性を示した（図 11）13）。この反応は 50％
エタノール中 2 当量の炭酸カリウム存在下、室温で速やかに進行した 14）。不活性ガスや配位子の添加は必要無かった（図 12）。ベージュ色の粒子は反応開始後すぐに還元され Pd（ 0）を示す黒色となった（図 11）。反応の一般性は高く、さまざまな基質が室温かつ短時間で反応した（Table 4）。反応温度が低いため、この反応でしばしば副成するフェニルボロン酸由来のホモカップリン
グ生成物は、完全に抑えられた。

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本反応条件下、Pd-SILC の活性は極めて高く、TON
2,000,000、TOF 30,000 h –1を記録した。また、特別な前た 15）（図 13）。一つは末端がアミノ基（PAMAM）
もう一つはジメチルアミノ基（PAMDMAM）となっている。

処理を行うこと無く平均収率 95％で5 回のリサイクル使用を行う事ができた。

図 11 使用前の NDEAP-Pd-SILC 粒子（左）と使用後の切断図（右）

図 13 ナノシリカデンドリマー

Pd（OAc）2 を［bmim］PF6 を用いて両ナノシリカデンドリ
マーに 固 定 化 す ると、フワフワして 流 動 性 の ある
図 12 水／エタノール中での Pd-SILCによる鈴木—宮浦反応
Table 4 The Suzuki-Miyaura reaction in aqueous ethanol catalyzed by
the Pd-SILC

Pd-nanoPAMAM-SILC および Pd-nanoPAMDMAMSILCを得ることができた 16）。両 nanoPd-SILC 共に50% エ
タノール中に均一に分散し透明な液となった。そのうち
Pd-nanoPAMDMAM-SILC が鈴木−宮浦反応に対し高い触媒活性を示した。反応は室温、空気中、炭酸カリウム存
在下、配位子を加えること無く進行した（図 14）。特に興味深いのは、立体的に混んだオルト置換臭化アリールやボロン酸が反応した点である（Table 5）。通常オルト置換ビフェニルの合成には、配位子の添加と加熱が必要である。
Pd-nanoPAMDMAM-SILCの反応性は一般的であり、基質の電子的性質には左右されない。一方、［mbmim］PF6を用いて固定化されたPd-nanoPAMDMAM-SILC の触媒活性は中程度であった。また、Pd（OAc）2 はイオン液体

207. ナノシリカデンドリマーへ担持したPd-nano-SILCの調製と鈴木−宮浦反応を用いなくてもナノシリカデンドリマーに固定化できるが、触ナノサイズのシリカゲル粒子は、その大きさから均一系

錯体の関与を示唆している。

媒活性は低かった。これらの事実は、パラジウムの NHCと不均一系シリカのハイブリッド的な性状を持っており、新触媒は 2,000 回転程度に遠心分離するだけで容易にしい触媒担体としても期待が持たれている。溶剤中で凝沈殿し、デカンテーションにより平均収率 93％で5 回のリサ集しゲル化しやすい性質は、有機残基で表面修飾をす

イクルができた。パラジウムのリーチングは 2.4ppm であっれば改質できる。およそ直径 12nm のナノシリカゲル表面

た。Pd-nanoPAMDMAM-SILCはマイクロリアクターでも使をアミノプロピル基で修飾し、そこからアクリル酸メチルと用可能と考えられる。

エチレンジアミンを交互に吹き付ける事によりポリアミドアミ

Pd-nanoPAMDMAM-SILCの透過型電子顕微鏡画像

ン残基を伸ばし、2 種の 3 世代のデンドリマーをグラフトし（TEM）
では、1~2nm の大きさのナノパラジウムを含む3 次

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元の worm hole 型のクラスター構 造が観 測された（図15）。これに対し、Pd-nanoPAMAM-SILCにはそのような

8. ポリマー被覆 Pd-SILCを用いる鈴木−宮浦反応

構 造は見られなかった。また、リサイクル後の Pd-nano

実践的な鈴木−宮浦反応を目指し、Pd-SILCに化学的

PAMDMAM-SILCのTEM 画像では、worm hole 型の構および機械的耐久性をより与えるべく表面のポリマー被覆

造が消失していた。従って、このクラスター構造が高い活を検討した。粒状の Pd-SILCをポリスチレン（PS）のヘキ性発現に寄与しているものと考えている。

サン飽和溶液あるいはポリエチレンテレフタレート（PET）のヘキサフルオロイソプロピルアルコール飽和溶液に浸して引き上げて風乾し、表面を被覆した 18）。その中で、特にNDEAPシリカに固定化したPd-SILCをPET で被覆した
PET-Pd-SILC が、満足すべき反応性および耐久性を示した。SEM 観測によると、被覆の厚みは約 60μm であった
（図 16）。

図 14 Pd-nano-SILCを用いる鈴木−宮浦反応
Table 5 The Suzuki-Miyaura reaction in aqueous ethanol catalyzed by
Pd-nanoPAMDMAM-SILC

図 16 PET 被覆 Pd-SILC 粒子の切断面 SEM 画像（20Kv, x1,000）

鈴木−宮浦反応は前述と同じ条件、室温、50% エタ
ノール中で行われた。ポリマー被覆の影響のためか反応
時間が若干延びたが、基質一般性は Pd-nanoSILC の場合と変わらなかった（図 17および Table 6）。オルト置換体はもとより、反応性の低いトリフレート体も基質として対応した。PET-Pd-SILC は 4-ブロモアセトフェノンと2-メチル
フェニルボロン酸との反応において、平均収率 98％、平均反応時間 4 時間で10 回のリサイクル使用が可能となった。パラジウムのリーチングは検出されなかった。PS-PdSILCの場合TONおよびTOFは170,000、2,400 h –1となり、高い活性が示された。

図 15 Pd-PAMDMAM-nanoSILC の TEM 画像（100kV）

図 17 高分子被覆 Pd-SILCを用いる鈴木—宮浦反応

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Table 6 The Suzuki-Miyaura reaction in aqueous ethanol catalyzed by
PET-Pd-SILC

や保護基は安定である（Table 7）。特にベンジル系の保護基やアルデヒドは長時間かけても還元されずに残った。天然物合成などの多官能性基質の選択的な還元に適している。また、芳香族ハロゲン化物、アリルアルコー
ルやエーテル、アリールブロミドなどは加水素分解されない。温和かつ選択的な一方で、4 置換エノンを室温かつ常圧で還元するという活性の高さを持っている。

9. Pd-SH-SILCを用いる接触還元反応
数あるパラジウム触媒反応の中で最も基本的な反応が接触還元反応である。その汎用性のため、持続的でより選択的な触媒の開発に常に関心が寄せられている。
SILC 法による接触還元反応の例は知られているが 8a,d）、
低分子量の単純な構造の化合物に限られ、あるものはリ

図 18 Pd-SH-SILCによる接触還元反応
Table 7 Catalytic performance of Pd-SH-SILC for hydrogenation

サイクル性に乏しい。幾つかの無機担体とイオン液体との組み合わせを検討した結果、［bmim］BF 4を用い酢酸
パラジウムをメルカプトプロピル残基で表面修飾したシリカ
ゲル細孔内に取り込ませたPd-SH-SILC が、持続性と高い活性を示した 18）。メルカプトプロピルシリカゲルは、Pdとイオウとの親和性のためかアミノプロピル残基修飾シリカ
ゲルよりも多くのパラジウムを取り込んだ 19）。
［bmim］BF 4
は［bmim］PF6より水素の溶解度が 4 倍高いことが知られており20）、実際［bmim］PF6 で担持したPd-SH-SILCよりも水素化反応が早く完了した。順相シリカゲルやアミノプ
ロピル残基修飾シリカゲルへの担持と異なり、Pd-SHSILCの色は2価パラジウムを示すオレンジ色が持続した。
そのためあらかじめ水素で還元して黒色となったものを水素化用に使用した。この触媒は室温で数ヶ月保存しても活性は変らず、また空気中に置いても安定で発火する事は無かった。Pd-SH-SILC は、シクロヘキセンの還元において45 分、100％の転化率で、ろ過により10 回のリサイ
クル使用が可能であった（図 18）。反応後の ICP-AES
分析では、パラジウムは検出されなかった。TON およびTOF は 40,000 および 555 h –1 に達した。本還元反応は様々なオレフィンに対し一般的であり、また様々な官能基

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10. 臭化銅を担持したCu-SILCの調製と［3+2］クリック環化付加反応
1 価の銅を触媒とし、塩基の存在下にアジドとアセチレ

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ンとから1,2,3-トリアゾールを与えるHuisgen［ 3+2］環化

内に取り込ませた Cu-SILC が好適であった（図 19）。こ付加反応は、クリック反応の代表的な存在である 21）。この反 応は 50％エタノール中室 温で進 行し、平 均 収 率の反応では 2 つの有機残基を確実かつ素早く結びつけ

93％で 5 回の再使用が可能であった。ICP 分析では Cu

る事ができるため、有機合成化学のみならず高分子化（I）のリーチングはわずか 0.1% であり、懸念される一価学や生体関連科学分野でも広く用いられている。そのたの銅の細胞毒性を考えると生体関連物質の合成に適し

め、より環境に優しくリサイクル性のある銅触媒の開発にている。

関心が寄せられ、銅（I）-tren 錯体 22a）、可溶性ポリマー、イオン液体22b）

性炭、アンバーリスト

22c）、ゼオライト

22d）

、活

22e）

などへの固定化が報告されている。

22f）

Cu-SILC は様々な末端アセチレンとアジドとのクリック反応に有効で、1,4-ジ置換 1,2,3-トリアゾールのみを与える。通常この反応は加熱条件で行われるが、本反応はリサイクル使用可能なCu-SILC のチューニングは、ベ

室温で進行するため位置選択性が高い。基質の電子

ンジルアジドとジメチルプロパルギルアルコールとの反応を的あるいは立体的性質に左右される事も無い（図 20）。

ベンチマークとして検討した。その結果、臭化銅ジメチル
スルフィド錯体（CuBr-Me2S）
を10 wt% の［bmim］PF 6を用い、メルカプトプロピル残基で表面修飾したシリカ細孔

11. Grubbs触媒を担持したRu-SILCの調製とオレフィンメタセシス反応
オレフィンメタセシス反応は 2 つの二重結合の再結合反応であり、平衡反応のため熱力学的に安定な二重結合が再形成される。かつては低分子量化合物の気相系での反応に限られていたが、GrubbsとSchrockによるル
テニウムおよびモリブデンカルベン錯体の開発により大きく発展した 24）。現代の有機合成化学の方法論を大きく変えた触媒と言っても過言では無い。これらの錯体は他の官能基に影響される事もなく影響も与えず、二重結合と図 19 Cu-SILC を用いるクリック反応

のみ反応する。同一分子内に二重結合が存在すると環化反応が進む（閉環メタセシス反応 =RCM）。特にこれまで極めて困難であった大環状化合物の合成に特徴がある。そのため複雑な構造を有する天然有機化合物の全合成の鍵反応として利用されて来た。しかしこれらの素晴らしい触媒にもアキレス腱がある。触媒は安定性に乏
しく、触媒回転数は低い。カルベン型の中性の均一系触媒であり有機溶媒に良く溶けるため、リサイクル使用が難しい。さらに高価であるうえに分子量が大きく、コスト的に不利である。
そのような問題点を解決するため、液相担体や固体担体に共有結合的あるいは非共有結合的に Grubbs
Ru 触媒を固定化する試みがなされてきた。非共有結合
的な固定化の例としては、1）
イオン液体への溶解 25）、2）ポリマービーズを用いたカプセル化 26）、3）
ポリジメチルシ
ロキサンへの吸蔵 27）、4）
スルフォン酸型樹脂へのイオン
結合 28）、などが代表的なものである。しかし、リサイクル性に乏しいものや大環状化合物合成例の無いものなども

図 20 水／エタノール中での Cu-SILC を用いるHuisgen［3+2］
クリック反応−反応の一般性ある。共有結合で固定化した例もあるが、そのためのカ

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23ルベン錯体の化学変換には難しさが伴う。

置換基を持たないマクロラクトン類は、高貴な香りを持

そのような背景のもとに、Ru-SILC の調製とメタセシス

つ香料成分として珍重されている。安価なオレイン酸と不反応への展開を検討した。ジアリルマロネートの RCM 反飽和アルコールとのエステルを出発原料とし、Ru-SILC

応を用いてRu-SILCをチューニングした結果、順相の無を用いて 13 から18 員環までのマクロラクトンを合成した。

定形アルミナと粘度の高い［hmim］PF6を用いてGrubbs

幾つかの反応では、均一系触媒よりも高い活性を示した

第一世代触媒を担持する事ができた。この RCM では、（図 23）30）。

ベンゼン加熱還流条件下、平均収率 78％でRu-SILCを
6 回再使用する事が可能であった（図 21）29）。副生成物
は回収原料のみである。TON は 154となり、均一系で使うよりもSILC 化により活性が向上した。Ru のリーチングは0.5％となり、低いレベルである。
この反応条件は様々な末端ビスオレフィンに対し一般的であった（図 22）。しかし9 員環や 11 員環化合物の合成は本質的に難しく、高希釈条件でも分子間 2 量体が生成した。3 置換オレフィンへの RCM は Grubbs 第 2 世
代 SILCを用いて行うことができた。

図 23 Grubbs Ru-SILCを用いたオレイン酸エステルからの大環状ラクトン合成。
aGrubbs 2nd-Ru-SILC。bHoveyda-Grubs 2nd-Ru-SILC。cGrubbs（カッコ内は回
1st-Ru-SILCを5 回リサイクル。dGrubbs 1st-Ru-SILC。
収原料に基づく収率）

図 21 Grubbs 1st-Ru-SILCを用いる閉環メタセシス反応

12. MacMillan触媒を担持したMac-SILCの調製と不斉Diels-Alder反応
均一系の有機分子触媒は、設計と再生産が容易な事、重金属を用いない事、廃棄が安全にできる事、従ってコスト的にも有利な事などから、近年開発に拍車がかかっている 31）。均一系有機金属触媒の持つ特徴と、相補う存在である。しかし有機分子であるための低い安定性、均一系触媒であるためのリサイクル性の問題、低い
TON の問題など考慮すべき点は多い。そのため、さまざ
まな方法による固定化が検討されてきた。
MacMillanイミダゾリジノンは汎用性の高い有機分子触媒であり、Diels–Alder 反応、1,3- 双極子環化付加、Friedel–Craftsアルキル化、アルデヒドのα- ハロゲン化、
分子内 Michael 反応などを高不斉選択的に進める 32）。
この MacMillan 触 媒に持 続 性を与えるため、JandaJel 33）、PEG34）、ポリマーカプセル 35）に共有結合で結ぶ
方法や、非共有結合的にイオン液体に溶解させる方法

図 22 Grubbs 1st-Ru-SILCを用いた末端ビスオレフィンの閉環メタセシス反応（カッコ内は回収原料に基づく収率）

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（通巻 224 号）などが報告されてきた。しかし、いずれもリサイクル性と36）

SILC（Supported Ionic Liquid Catalysts）の開発：均一系触媒の温和かつ持続可能な固定化

触媒活性に問題を残している。
シクロペンタジエンと桂皮アルデヒドとの Diels-Alder13. おわりに反応を用いて、MacMillan-SILC の最適化を検討した。

さまざまな均一系触媒を、イオン液体を用いてSILCとその結果、20wt% の［bmim］NTf 2を用いて、無定形シリ

して非共有結合的に無機固体酸化物の細孔内に固定

カゲルに、MacMillanイミダゾリジノンの塩化物を固定化化することができた。この固定化により、均一系よりも触したMac-SILC が 好適であった（図 24）37）。Mac-SILC

媒活性と安定性の増強が認められた。固定化には大は t-アミルアルコール中、室温で均一系反応と同等な触量のイオン液体を使う事が無いので、経済的な方法で媒活性を示し、平均化学収率 81％、エンド体 87%ee、エある。共有結合でポリマーなどに固定化する場合と異な

キソ体 80％ee で 6 回のリサイクル使用が可能であった。

り化学反応を用いないため、担持操作は簡単である。

Mac-SILCの触媒活性は一般的で、さまざまなジエンおよ

基本的には、イオン液体に可溶な全ての均一系触媒がびジエノフィルに対応した（図 25）。均一系では生成物を

この SILC 固定化法に対応できる。また反応に際して与えないp-メトキシ桂皮アルデヒドとの反応にも対応した。

は、均一系反応でこれまでに蓄積されて来たノウハウを

反応性の低いイソプレンやシクロヘキサジエンも問題無

そのまま生かす事ができる。特にこの方法は、単なる含かった。

浸法では固定できなかった複雑な配位子を持ち耐久性に欠ける有機金属触媒に対し有効である。それぞれの均一系触媒に対応した固定化条件の細かいチューニングが必要であるが、多様な触媒の固定化に適用可能である。SILC 化により触媒活性が強化される。これは、表面積の広い固体坦体内に薄く広くひろがったイオン
液体相に触媒が分配される事によるものであると推察している。SILC による反応はすべて液相系で行われているため、官能基化された高分子量の化合物の合成に適している。水 38a）、ポリエチレングリコールやエチレングリ
コール 38b,c）などが SILCと同じコンセプトのもとに触媒の

図 24 Mac-SILCを用いる不斉 Diels-Alder 反応

固定化に用いられているが、SILC 法はイオン液体の独立した性質のため有用性が高い。今後の更なる展開が期待される。
謝辞
イオン液体研究の端緒を与えていただいた東北大学
多元物質科学研究所、横山千昭教授、無機固体坦体について多くのご教示をいただいた北海道大学触媒化学研究センター、清水研一准教授にこの場を借りて感謝いたします。本研究は筆者が新潟大学大学院自然科学研究科在任中に行われたものであり、共同研究者の皆さんには深甚の謝意を表明します。また、文部科学
省特定領域研究（イオン液体の科学）および新潟大学
プロジェクト研究の支援を受けており、財政的な支援に感謝します。

図 25 Mac-SILCを用いる不斉 Diels-Alder 反応の一般性

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