様 式 第 ９ 号（学位論文公表様式）

称号及び氏名博士（学位授与の日付

平成 18 年 3 月 31 日

論「Studies on the Development of New Coupling Reactions
Catalyzed by Ruthenium Hydride Complexes（ルテニウムヒドリド錯体を触媒とする新規カップリング反応の開発）」

文

論文審査委員

名

主査
副査
副査
副査

理学

柳松坂豊田小川）

土井 貴史

日馨裕之
真弘昭弥

論文要旨

有機合成化学において、安価な原料から有用物質への変換を果たすことができる力量ある触媒反応の開発は重要な研究課題のひとつである。メタルヒドリド錯体を用いてのヒドロメタル化、続くβ−水素脱離によるC=C結合の異性化反応は遷移金属化学の中でよく研究されている反応であり、一般に各種のルテニウムヒドリド錯体はC=C結合の異性化反応に有用な触媒として広く知られている。例えば、各種のルテニウムヒドリド錯体存在下で第 2 級の不飽和アルコールは効率良く異性化し対応する飽和ケトンが得られる。一方で、対応する第 1 級不飽和アルコールを用いた同様な異性化反応はほとんど報告されていない。本研究では、各種ルテニウムヒドリド錯体による第 1 級不飽和アルコールの触媒反応を詳細に検討した。その結果、RuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 錯体を用いた反応において新規な 2 量化反応が進行することを見い出した。またこの反応の周辺を探索することで、同ルテニウムヒドリド錯体が関与する興味ある各種の新規な触媒的カップリング反応を併せて見い出した。

1. ルテニウムヒドリド錯体を触媒とする第１級不飽和アルコールの 2 量化反応
RuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 錯体存在下、ベンゼン還流下で 5-ヘキセン-1-オールを反応させたところ各種の 2 量化反応生成物が混合物として得られることを見い出した (式 1)。生成物を精査することにより、α-(ヒドロキシメチル)ケトンが主生成物として得られた他、不飽和型α-(ヒドロキシメチル)ケトンや関連する還元体であるジオール類も副生していることがわかった。一方、反応時間を 13 時間とすることでα-(ヒドロキシメチル)ケトンが中程度の収率で得られることがわかった。
この反応では、ルテニウムエノラートが生成し、不飽和アルコールの異性化によって生成したアルデヒドへのアルドール型付加反応と続く生成物間の水素移動型還元反応による不均化反応を経-1-てα-(ヒドロキシメチル)ケトンが得られたものと考えている。また、本反応はオレフィンの位置や E,Z-異性体にかかわらず反応が進行した (Scheme 1)。

5 mol% RuHCl(CO)(PPh3 )3OH
C6H 6, reflux

0.33 M

OO
OH +nmOH
OH +OHOH +nm

1h

33%

8%

4%

4%

13 h59%

trace

trace

trace

OH (1)

Scheme 1.
O

5 mol% RuHCl(CO)(PPh3)3
OHOH

C6H6, reflux, 13 h0.33 M

A 55%
A 56%OHOH

A 52%OH

A 58%OHA 58%

2. ルテニウムヒドリド錯体を触媒とする不飽和ケトンの飽和ケトンへの選択的水素移動型還元反応
これ まで、ルテニウム錯体とアルコールによる水素移動型還元反応によってα,β-不飽和ケトンのC=C結合が選択的に還元された例はBlumらによるRuCl 2 (PPh 3 ) 3 錯体を触媒とするベンザルアセ
ト ンとベンザルアセトフェノンを還元した 2 例が知られているに過ぎず、一般性ある選択的還元反応は報告されていない。RuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 錯体存在下、2-シクロヘキセン-1-オンと水素供与体として 2-プロパノールを共存させ反応を行ったところ、α,β-位のC=C結合が選択的に還元され対応する飽和ケトンが高収率で得られた (式 2)。本反応は一般性があり、広範囲のα,β-不飽和ケトンの選択的還元に適用できる。

O

3 mol% RuHCl(CO)(PPh3)3
1.1 equiv 2-propanolO(2)C6H6, 70 °C, 1 h89%-2-一方、RuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 錯体はC=C結合の異性化反応にも有用な触媒であることから、C=C結合が カ ルボニル基から離れた位置にある不飽和ケトンに対しても選択的にC=C結合が還元されること が期待された。実際、RuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 錯体存在下、γ,δ-不飽和ケトンを用い検討を行ったと
ころ、期待した飽和ケトンが得られた (式 3)。
10 mol% RuHCl(CO)(PPh3)3
1.1 equiv 2-propanolOO(3)

C6H6, 70 °C, 1 h75%

この反 応では、C=C 結合の異性化を経てα,β-不飽和ケトンが生成し、C=C 結合が選択的に還元されたとものと考えられる。

3. ルテニウムヒドリド錯体を触媒とするα,β-不飽和アルデヒドの還元的カップリング反応
第 1 章と第 2 章の知見をもとに、第 1 級の不飽和アルコールを基質として 2 量化反応が進行するのであれば、不飽和アルコールと同じ酸化状態となる不飽和アルデヒドと水素供与体の組み合わ せでも同様な反応が進行するものと考えた。実際、RuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 錯体存在下、α,β-不飽和アルデヒドを用い水素供与体として第 2 級アルコールを共存させたところ、不飽和アルデヒドの還元的 2 量化反応が進行し、期待されたα-(ヒドロキシメチル)ケトンが得られた (式 4)。
10 mol% RuHCl(CO)(PPh3)3
1.2 equiv 2-propanol

OHOOH

C6H6, reflux, 10 h(4)59%本反応 は不飽和アルコールの 2 量化反応で確認された不飽和型α-(ヒドロキシメチル)ケトンやこれらの 関連する還元体であるジオールなどの副生成物の生成が抑制される点でより効率の良い反応系であり、α-(ヒドロキシメチル)ケトンを合成する有用な手法と考えられる。Scheme 2 にはその他の反応例を示した。
Scheme 2.
10 mol% RuHCl(CO)(PPh3)3
1.2 equiv 2-propanol

OHOOH
56%

C6H6, reflux, 10 hO

OOH57%

HOOOH
55%

H-3-次にα,β-不飽和アルデヒドの還元的 2 量化反応の知見をもとに、クロスカ ップリング反応への応用を試み た。式 4 で示したα,β-不飽和アルデヒドの還元的 2 量化反応に おいて、水素供与体をベンジルア ルコールにかえてRuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 錯体存在下で検討を行った。
OO

OH 10 mol% RuHCl(CO)(PPh3)3+HOH(5)

C6H6, reflux, 14 h70%

その結果、クロスアルドール反応が進行し 1-位にフェニル基を有するα-(ヒドロキシメチル)ケ トン が 良好に生成することを見い出した (式 5)。

4. ルテニウムヒドリド錯体を触媒とする不飽和ケトンとアルデヒドのクロ スカップリング反応 ： 1,3-ジケトンの新規合成法
RuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 錯体存在下、不飽和ケトンと種々のアルデヒドを反応させたと ころ、クロス
カップリ ング反応が進行し、1,3-ジケトンが得られることを見い出した (Scheme 3)。考えられる反応機構 をScheme 4 に示した。ルテニウムヒドリド錯体によるC=C結合の異性化を経て α,β-不飽和ケトン IIが生成し、続くヒドロルテニウム化を経てルテニウムエノラートIIIが生 成すると考えられる。そして、アルデヒドIVへのアルドール型付加反応、β-水素脱離 を 経て 1,3-ジケトンVIが得ら れたものと考えている。
Scheme 3
OO+O

10 mol% RuHCl(CO)(PPh3)3HO

C6H6, reflux, 5 h76%
OO+OO

H92%
O

O+HOOOOH+54%

12%Scheme 4[Ru]-HO[Ru]-HOO[Ru]isomerization
IIIIIIOHaldolIVOO- [Ru]-HOOβ-elimination
VIV-4-[Ru]4. 結論以上、本研 究ではルテニウムヒドリド錯体RuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 を触媒とし、新規なカップリング反 応を複数見い出した。第 1 章では、第 1 級不飽和アルコールの 2 量化反応、第 2 章では不飽和ケトンにおけるC=C結合の選択的還元反応、第 3 章ではα,β-不飽和アルデヒドの還元的 2 量化反応、およびα,β-不飽和アルデヒドとベンジルアルコールとのクロスアルドール反応、第 4 章では不飽和ケトンとアルデヒドとのクロスカップリング反応についてそれぞれ述べた。本触媒反応群
はすべて容易に入手可能な化合物を原料としており、特に、α,β-不飽和アルデヒドとベンジルアルコールとのクロスアルドール反応と不飽和ケトンとアルデヒドとのクロスカップリング反応は、高い原子効率(アトムエコノミー)を示す反応であり、触媒効率の向上と共に実用的な合成プロセスになることが期待される。

-5-

審査結果の要旨

有機合成化学において、安価な原料から有用物質への変換を果たすことができる力量ある遷移金属触媒反応の開発は重要な研究課題のひとつである。ルテニウムヒドリド錯体はこれまでC=C結合の異性化反応やアルドール型の結合生成、さらに水素移動型還元反応などに触媒として働くことが見出されてきたが、その潜在力に匹敵する十分な触媒反応開発がなされているとはいえない。本研究はRuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 錯体による新規な触媒反応開発をめざしたものであるが、その内容は以下の通りである。
ルテニウムヒドリド錯体存在下で第 2 級の不飽和アルコールは効率良く異性化し対応する飽和ケトンが得られることは既知である。一方で、対応する第 1 級不飽和アルコールを用いた異性化反応はほとんど検討されていなかった。本研究では、各種ルテニウムヒドリド錯体による第 1 級不飽和アルコールの触媒反応の詳細な検討の結果、RuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 錯体を用いた時に新規な 2量化反応が進行し、α-(ヒドロキシメチル)ケトンが得られることを新規に見い出した。置換基の有無、二重結合の立体化学にかかわる反応性について詳細な検討を行い、本 2 量化反応が十分な一般性を有することを明らかにしている。
また本研究ではアルコールを水素源とする水素移動型還元反応についてもRuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 錯体を用いた詳細な検討を行い、不飽和ケトンの炭素—炭素二重結合に対する選択的還元に有効であることを明らかにしている。さらに同Ru錯体を触媒とし、α,β-不飽和アルデヒドを出発基質として用い水素供与体として第 2 級アルコールを共存させた反応を検討した結果、α,β-不飽和アルデヒドの還元的 2 量化反応が進行し、α-(ヒドロキシメチル)ケトンが得られることを見出している。
この 2 量化反応において、水素供与体をベンジルアルコールにかえて行うと、クロスカップリング反応が進行することも明らかにした。また、同Ru錯体を触媒として用いることで不飽和ケトンとアルデヒドとのクロスカップリング反応が進行し、良好な収率で１，３−ジケトンを与える新手法を開発した。
以上のように本論文においてはRuHCl(CO)(PPh 3 ) 3 錯体は調達容易な不飽和アルコール、不飽和アルデヒド、不飽和ケトンなど基本的な有機化合物の合成化学的変換において極めて有用であることを示している。また開発した個々の反応においては同一反応系中で複数の変換反応を効率良く促進させるという点で同Ru錯体は触媒としての際だった特徴を持つ。なお、これらすべての反応においてルテニウムエノラート種の主要な関与が示唆されているが、本研究で得られた知見は遷移金属エノラートを活用する合成化学の進展に寄与するものとなろう。
本委員会は、本論文の審査、ならびに最終試験の結果に基づき、博士(理学)の学位を授与することを適当と認める。

-6-