称号及び氏名

博士（理学）

浦里華子

学位授与の日付

2022 年 3 月 31 日

論 文 名Studies on Chemistry of Diphosphenes Bearing 1,1’-BinaphthylGroups: Synthesis, Complexation, and Catalytic Activities（1,1’-ビナフチル骨格を有するジホスフェンの合成、錯形成反応、触媒活性に関する研究）

論文審査委員

主査
副査
副査
副査

神川 憲
麻田 俊雄
大橋 理人
松坂 裕之

論⽂要旨

Studies on Chemistry of Diphosphenes Bearing 1,1’-Binaphthyl Groups:Synthesis, Complexation, and Catalytic Activities
1,1’-ビナフチル⾻格を有するジホスフェンの合成、錯形成反応、触媒活性に関する研究
浦 ⾥華⼦

軸不斉ビナフチル置換ジホスフェンの合成と性質の解明、および触媒反応への応用

理学系研究科 分子科学専攻 神川研究室

論⽂概要

浦 里華子遷移⾦属錯体を⽤いた触媒的有機合成反応におFigure 1.
遷移金属触媒反応において配位子の選択は位置選択性おいて、配位⼦の選択は反応性、位置および⽴体選択
Phosphine
よび立体選択性を制御する上で重要である。最もよく用い性を制御する上で極めて重要である。
最もよく⽤いられる配位子の一つとして、σ供与性の高いホスフィンが挙PRRられる配位⼦の⼀つとして、σ供与性の⾼いホスフげられる。一方、有機リン化合物においてはホスフィン以R
外にも、リン−炭素原子間、あるいはリン−リン原子間にィンが挙げられる(Figure1)。⼀⽅、有機リン化合物 σ-donating
ligand多重結合を有する低配位リン化合物が知られている。
においてはホスフィン以外にも、リン-炭素原⼦間、Diphosphene

P P

vs.

RR
π-accepting
ligand ??
(Low LUMO level)
Unknown

リン原子間二重結合を有するジホスフェンは、小さいあるいはリン-リン原⼦間に多重結合を有する低配HOMO−LUMOギャップとπ*軌道に由来する低いLUMOを位⼦リン化合物が知られている。
持つことが明らかにされている(Figure 1)。この低いLUMOを有するジホスフェンの特徴を活用
リン原⼦間⼆重結合を有するジホスフェンは、1981 年に吉藤らによって、かすることによって、高い電子受容性を示す配位子として触媒反応を促進することが期待できる。
さ⾼い置換基である
Mes*基(Mes* = 2,4,6-tBu3C6H2)を導⼊することで初めて安定
本研究では、不斉触媒反応への展開も念頭におき、軸不斉ビナフチル置換ジホスフェン1の合な化合物として単離された。
それ以来、合成や反応性に関する基礎化学的な研究
成と性質の解明及び触媒反応への応用に関する検討を行った。
が精⼒的に⾏われてきた。これまでの研究より、ジホスフェンは⼩さい
1)
1. ビナフチル置換ジホスフェン1の合成と性質の解明
HOMO−LUMO
ギャップと π*軌道に由来する低い LUMO を持つことが明らかに
ジホスフェン1は、既知のジホスフェンの合成法を参考にして、ホスフィン2をモノリチオ化されている。
低い LUMO を有するジホスフェンの特徴を活⽤することによって、したのち、Mes*基(Mes* = 2,4,6-tBu3C6H2)を有するジクロロホスフィンとDBUを段階的に加え⾼い電⼦受容性を⽰す配位⼦として触媒反応を促進することが期待できる。申ることによって合成した(Scheme 1)。また、光学活性体については、ホスフィン2の前駆体であ
請者は、不⻫触媒反応への展開も念頭におき、軸不⻫のビナフチル基を有するジWell-Known

るホスファイトを光学分割した後、ラセミ体のジホスフェン 1 と同様の方法を用いて合成しホスフェン配位⼦の合成、その性質の解明、ジホスフェン配位⼦を⽤いた錯形成た。X線構造解析により、ジホスフェン1のラセミ体及び光学活性体の構造の詳細を明らかに反応および触媒反応への応⽤に関する研究を⾏った。以下にその詳細を述べる。
した (Figure 2)。リン原子間結合長はラセミ体では2.0325(6) Å、(S)体では2.0351(7) Åであり、CPP結合角は97.72(6)º-103.07(4)ºであった。これらの値は、これまでに報告されているMes*基1.を有するジホスフェンと同程度であった。
1,1’-ビナフチル置換ジホスフェン 1 の合成及びその性質の解明
Scheme1.
軸不⻫ビナフチル置換ジホスフェン
1 を既知のジホスフェンの合成法を参考
MeMeにして、ホスフィンn 2 をモノリチオ化したのち、Mes*基を有するジクロロホス
BuLi (1.05 eq.)
1) Mes*PCl2 (1.05 eq.) 30 min
P
フィンと DBUPHを段階的に加えることによって54%の収率で⻩⾊結晶として合2Ether, rt, 30 min 2) DBU (1.05 eq.) 1 h, 54%P
Mes*成した(Scheme 1)。また、光学活性体については、ホスフィン 2 の前駆体である
Mes* = 2,4,6-tBu3C6H212Figure 2.
ClC1P1

C1 P1
P2 C2Compoundrac-1(S)-1Au
P1C1P2C2d(P=P)/Å
2.0325(6)2.0351(7)∠(C-P-P)/deg
98.59(4), 103.07(4)97.72(6), 102.64(6)することによって、高い電子受容性を示す配位子として触媒反応を促進することが期待できる。
本研究では、不斉触媒反応への展開も念頭におき、軸不斉ビナフチル置換ジホスフェン1の合成と性質の解明及び触媒反応への応用に関する検討を行った。

1. ビナフチル置換ジホスフェン1の合成と性質の解明

1)

ジホスフェン1は、既知のジホスフェンの合成法を参考にして、ホスフィン2をモノリチオ化したのち、Mes*基(Mes*= 2,4,6-tBu3C6H2)を有するジクロロホスフィンとDBUを段階的に加えホスファイト
3 を光学分割した後、ラセミ体のジホスフェン
1 と同様の⽅法ることによって合成した(Scheme1)。また、光学活性体については、ホスフィン2の前駆体であを⽤いて合成した。X 線構造解析より、ジホスフェン 1 のラセミ体及び光学るホスファイトを光学分割した後、ラセミ体のジホスフェン
1 と同様の方法を用いて合成し活性体の構造の詳細を明らかにした(Figure 2)。リン原⼦間結合⻑はラセミ体た。X線構造解析により、ジホスフェン1のラセミ体及び光学活性体の構造の詳細を明らかに
Pleasedo not adjust
margins
では 2.0325(6) Å、(S)体では2.0351(7)Å、CPP
結合⾓は 97.72(6)º-103.07(4)º でした (Figure 2)。リン原子間結合長はラセミ体では2.0325(6) Å、(S)体では2.0351(7) Åであり、あった。これらの値は、これまでに報告されている Mes*基を有するジホスフ
CPP結合角は97.72(6)º-103.07(4)ºであった。これらの値は、これまでに報告されているMes*基COMMUNICATION
Journal Nameェンと同程度であった。
を有するジホスフェンと同程度であった。
isomers at M06-2X/6-31G(d) level revealed that syn isomer ismore stable than anti isomer by 1.2 kcal mol−1, likely due tothe C−H S interaction of methyl groups ofMe
Mes* group andMe
naphthyl groups. The UV–vis spectrum of 1 in hexane solution
nBuLi (1.05 eq.)
1) Mes*PCl2 (1.05 eq.) 30 min
showed the three absorption maxima at 455P (H, 500), 334 nm
PH2(7300),
Ether, rt, 30 min 2) DBU(1.05andeq.)2751 h,(22300)
54% nm (Figure 3a,P Table S3). The
absorption observed at 452 and 334 nm shouldMes*
be assignabletBu C H
Mes*= 2,4,6to then-S* andS-S*
on the basis of the previously
3 6 transitions
2reported diaryldiphosphenes.3a,4d1
2
Subsequently, we focused on the isolation of theFigure
2.
Scheme 1 Synthesisof diphosphene1.
enantiopure diphosphene 1. At first, we tried to separate each
Clof rac-1 by using HPLC equipped with chiralas a base gave 1 in 54% yield as yellow crystals. Diphosphene 1 enantiomer
Aucolumn.
However,
rac-1 underwent
partial decomposition
Compoundd(P=P)/Å
∠(C-P-P)/deg
is stable C1
in solution
atroomtemperature
underargon
P1P1
C1 P1
C1condition (with wet hexane under air) althoughatmosphere. However, it gradually decomposed whenrac-1
a C 6D6 under ambient2.0325(6)98.59(4), 103.07(4)IB column cleanly separated each enantiomer
solution of 1 was heated at 80 °CP2or C2
excess amount ofwater the CHIRALPAC
P2C2(S)-12.0351(7)97.72(6), 102.64(6)was added.17 The 31P NMR spectra exhibited the AB quartet (Figure 2)S22). Thus, both enantiomers of air-stable
C2P2
Mes*P=PMes*
2.034(2)102.8(1)phosphonate
3
wereseparated(Figure S21), and then each
1signals at 451.4 and 525.6 with JPP = 571 Hz, supporting theenantiopure
phosphonates[(+)-3and (−)-3] were converted to
P=P double bond character,comparable to the previously
rac-1
reported unsymmetrically substituted diaryldiphosphenes3a,13 the corresponding enantiopure diphosphenes [(+)-1 and (−)-1]
as is the same procedure with the racemic one with keeping(e.g. Mes*P=PMes13a; GP = 467.6, 540.4, 1JPP = 573.7 Hz).
In the及X-ray
ジホスフェン1の性質を解明するため、ヘキサン溶液中におけるUV-vis
X-ray crystallographic analysis revealed the molecular their enantiopurity (>99% ee, Figure S22).
crystallographicanalysis,(+)-1
crystallizes
intheorthorhombic
structure of 1 (Figure 2), where naphthyl and Mes* groups are
び CD スペクトルを測定した。その結果、455, 334, 275 nm に極⼤を有するス
almost perpendicular to the P−P−Cipso plane (76.96(3)º and space group P212121. The absolute stereochemistry of (+)-1was determined as (S) by using Mo Kα radiation with a Flack
89.13(4)º,ペクトルを与えた(Figurerespectively). Two binaphthyl plane
also3a)。
455exist
nm の吸収はジホスフェンに由来する禁制のalmost perpendicular geometry with the dihedral angle parameter of 0.02(2). The P−P bond length (2.0351(7) Å) andthe P−P−C bond angles (102.64(6)º and 97.72(6)º) of (S)-(+)-1
nm79.41(2)º.の吸収は許容な
between n→π*遷移、334
two binaphthyl plane ofThe P−P bond π→π*遷移であると考えられる。また、エlength (2.0325(6) Å) and the P−P−C bond angles (98.59(4)º and are comparable to the racemic derivatives, rac-1 (Table S2).
ナンチオマーの CD スペクトルは互い
103.07(4)º) are in the range of the previously reported Mes*- Interestingly, (S)-(+)-1 also shows the syn configuration

Scheme 1.

C1

P1

P2

C2

Compound
1(S)-1Mes*P=PMes*1)
1)

substituted
diphosphenes (Table S2).3a,d,13 It should
be notedに鏡像関係にあった。(S)-1において、ジホスフェン1の性質の解明のため、ヘキサン
that the P=P bond and the benzene ring A of the attached460-520nm 2)とare275
nmthe
以下で負のコッ溶液中におけるUV-vis及びCDスペクトルの測定
naphthylgroup(in Figurealigned
same orientation(syn configuration). Theoretical calculations of syn and antid(P=P)/Å
2.0325(6)2.0351(7)2.034(2)∠(C-P-P)/deg
98.59(4), 103.07(4)97.72(6), 102.64(6)102.8(1)

M. Yoshifuji et al., J. Am. Chem. Soc. 1981, 103, 4587.

Figure 3.

を行った。UV- v i s スペクトルにおいて、455,トン効果、275-460nm では正のコット334,*275*nmに極大を有するスペクトルを与えン効果が観測された(Figure 3b)。理論た。455nmの吸収はジホスフェンに由来する禁計算によるシミュレーションを⾏っ制のn→π*遷移、334 nmの吸収は許容なπ→π*遷た結果、C(Naph)-P 結合まわりの回転異性体の混合物であることがわかっ
ンチオマーのCDスペクトルは互いに鏡像関係にた。これは、光学活性なジホスフェンあった。(S)-1において、460-520:nmと275*nm以の合成およびその特性の解明を⾏っ下で負のコットン効果、27 5 - 4 6 0 : n mでは正のた初めての例である。
コットン効果が観測された(Figure*3b)。理論計移であると考えられる(Figure 3a)。また、両エナ(S)-1(×10)(R)-1算によるシミュレーションを行った結果、C(Naph)-P結合まわりの回転異性体の混合物であることがわかった。
2. ジホスフェン-金(I)錯体 3 の合成と分子内ヒドロアリール化反応への応用

π 酸性を有する金錯体はアルキンの活性化ができることから、様々な触媒的変換

2. ジホスフェン金(I)錯体の3の合成と分子内ヒドロアリール化反応の検討

π酸性を有する金錯体はアルキンの活性化ができることから、様々な触媒的変換反応が知られている。電子受容性のジホスフェンと組み合わせると、金(I)のπ酸性が高められるため、よspectra of (S)-(+)-1 (blue line) and (R)-(−)-1 (red line). (c) The simulated CD

Figure 3 (a) UV-vis absorption spectrum of rac-1. Inset: 400-600 nm. (b) CD

り高活性な触媒反応の実現が期待される。

spectra of (S)-syn-1 (purple line) and (S)-syn-1/(S)-anti-1 in a ratio of 5/2 (greenline) calculated at the B3LYP/6-311+G(2d,p)//M06-2X/6-31G(d) level of theory.
Gray bars represent the calculated oscillator strengths (for UV-vis) and rotatory
strengths (for CD) for (S)-syn-1.

そこで、まずジホスフェン1の金(I)錯体の合成を検討した。重クロロホルム溶媒中、ジホス

Figure 2 Molecular structure of (a) rac-1 and (b) (S)-(+)-1. The views from theplsC1−C11 bond are shown at the right part. The thermal ellipsoids are drawn at
the 50% probability. Hydrogen atoms are omitted for clarity.

フェン1に1当量のクロロ(テトラヒドロチオフェン)金(I)を加えた結果、錯体3が定量的に得ら

反応が知られている。電子受容性のジホスフェンと組み合わせると、金(I)の π 酸性が高められるため、より高活性な触媒反応の実現が期待される。そこで、1 を配位子にもつ金(I)錯体の合成を検討した。重クロロホルム溶媒中、1 に 1 当量のクロロ(テトラヒドロチオフェン)金(I)を加えたところ、錯体 3 が定量的に得られた(Scheme 2)。X 線構造解析から立体的にかさの低いビナフチル基側のリン原子が金原子に η1 配位していることがわかった。
続いて、得られた金(I)錯体 3 を触媒としてアリールブチニルエーテル 4a の分子内ヒドロアリール化反応を検討したところ、対応するベンゾピラン誘導体 5aを高収率で与えることがわかった(Scheme 3)。さらに、不斉ジホスフェン配位子をもつ金錯体を用いて、基質 4b,c のアトロプ選択的分子内ヒドロアリール化反応を行ったところ、低い値ではあるもののエナンチオ選択性が発現した。これはジホスフェンが遷移金属触媒反応の配位子として有用であることを示した最初の例である。
MeMe
AuCl(tht)

P
P

Mes*

P

CDCl3

P

1

Au Cl
Mes*

3

Scheme 2.
R rac-3 or (S)-(+)-3,R

AgSbF6 (2.0 mol%)OBr
4CH2Cl2, –10 ºC to rt
4 〜 12 h

R = Me (a)OMeOBr
5(b)
Me(c)

5a: 94%5b: 83%, 1.5% ee
5c: 86%, 9.3% ee

Scheme 3.

3. ビスジホスフェン 6 の合成とパラジウム(II)との錯形成反応
単座ビナフチル置換ジホスフェン配位子 1 を用いると、金(I)錯体の合成およびヒドロアリール化への応用が可能であることを見出した。しかしながら、遷移金属触媒反応で広く用いられるパラジウムやロジウムなどの他の遷移金属元素との錯形成反応では対応する錯体を得ることができなかった。そこで、金属元素に対する配位能およびキラル環境の改善を目指して、二座ジホスフェン配位子 6の合成を行うこととした。
ジホスフェン 1 の中間体である、光学活性なホスファイト 7 に対して、ベンジル位の臭素化、ウィルキンソン触媒を用いたホモカップリング反応を行うことにより、ビナフチル基の 3 位をエチレン架橋させたホスファイト誘導体 8 を得た(Scheme 4)。その後、既知の方法を用いてビスジホスフェン 6 へと変換した。
化合物 6 は各種スペトル測定および X 線結晶構造解析よりその構造を明らかにした。
MeBr

NBS, AIBN
P(O)(OEt)2

P(O)(OEt)2

CCl4, 50 ºC
87%

Me2Zn
RhCl(PPh3)3
THF, 30 ºC
76%

7P(O)(OEt)2PPPPRR286

R = Mes*

Scheme 4.

続いて、ジホスフェン 6 と Pd(II)との錯形成反応を検討した(Scheme 5)。重ジクロロメタン溶媒中、6 と[Pd(π-allyl)(cod)](SbF6)との錯形成反応を検討した
ところ錯体 9 が得られ、31PNMR スペクトルにおいて、4 種類のピークが観測された。化学シフト値およびカップリングコンスタントが金錯体 3 と類似していたことから、二つのジホスフェン部位がパラジウム に η1 配位した錯体 9がであることが示唆された。一方、6 と PdCl2(cod)との錯形成反応では錯体 10が得られた。4 種類のピークの化学シフト値が⼤きく異なることから、⼆種類のジホスフェン部位の配位様式が異なる錯体であることが⽰唆された。リン原⼦間に多重結合性を⽰す錯体を考慮した結果、パラジウム上の⼀⽅の塩素がジホスフェンのリン上へと転位した錯体であることが⽰唆された。錯体 10の異性体間の安定性の比較、31P NMR の化学シフト値、塩素の転位の機構により、化合物 10 が得られていることを明らかにした。塩素の転位は、ジホスフ
ェンの優れた電⼦受容性を反映した特異な結果であると考えられる。本結果
は、ジホスフェン配位⼦を有する 2 価パラジウム錯体の最初の例である。

Mes*

PPPPdPMes*(SbF6)
9
δP = 479.4 (d, J = 530 Hz),470.0 (d, J = 532 Hz)
339.0 (dd, J = 530, 36 Hz),334.2 (dd, J = 532, 36 Hz)

Scheme 5.

PdCl2(cod)(1.0 eq.)[Pd(π-allyl)(cod)](SbF6)(1.0 eq.)
6
CD2Cl2

CD2Cl2Mes*

PAPDPBPdCl

PC Mes*
Cl10
δP = 463.2 (d, J = 540 Hz)
338.9 (dd, J = 540, 385 Hz)
97.4 (dd, J = 591, 385 Hz)−39.6 (d, J = 591 Hz)[雑誌論⽂](1)“1,1’-Binaphthyl-substituted Diphosphene: Synthesis, Structures, and Chiral Optical Properties”
Akihiro Tsurusaki, Rikako Ura, Ken Kamikawa,Dalton Trans, 2018, 47, 4437-4441.
(2)“A Gold(I) Complex with a 1,1’-Binaphthyl-substituted Diphosphene: Synthesis, Structure, andCatalytic Application to Intramolecular Hydroarylation Reactions”
Akihiro Tsurusaki, Rikako Ura, Ken Kamikawa,
Organometallics, 2020, 39, 87-92.

(3)“Palladium(II) Complexes of Bis(diphosphene) with the Different Coordination Behavior”
Rikako Ura, Akihiro Tsurusaki, Ken Kamikawa,
Dalton Trans, 2022, 51, 2943-2952.

学位論文審査結果の要旨
遷移金属錯体を用いた触媒的有機合成反応において、配位子の選択は反応性、位置および立体選択性を制御する上で極めて重要である。一般的なホスフィン配位子と比較して、低配位リン化合物を配位子として活用する研究は限定的であり、ジホスフェン(リン－リン二重結合化合物の総称)を用いた例はこれまでに知られていなかった。本論文では、軸不斉を有するビナフチル基を有するジホスフェンを開発するとともに、その構造、性質、錯形成挙動、触媒活性を明らかにした。論文の内容は以下の通りである。
(1) ビナフチル置換ジホスフェンの合成に成功し、X 線結晶構造解析および各種分光測定により構造と性質を明らかにした。特に、CD スペクトルにおいて、長波長領域の吸収の正負が反転する挙動が見られた。理論計算により、室温中における C(Naph)-P 結合まわりの回転がスペクトルに変化をもたらすことを明らかにした。本化合物は、光学活性なジホスフェンの初めての例である。
(2) 得られたジホスフェンを用いて、錯形成および遷移金属触媒反応へと展開した。ジホス
フェン－金(I)錯体を合成し、立体的にかさの低いビナフチル基側のリン原子が金原子に 1配位していることを明らかにした。また、金(I)錯体を触媒とする分子内ヒドロアリール化反応を検討し、高収率で環化生成物を与えるとともに、不斉ジホスフェン配位子を用いた場合にはアトロプ選択的に反応が進行することも見出した。本結果は、ジホスフェンが遷移金属触媒反応の配位子として活用できることを示した初めての例である。
(3) 二座配位子であるエチレン架橋ビスジホスフェンを新たに開発し、パラジウム(II)錯体との錯形成反応を検討した。パラジウム(II)種によって、η1/η1-ビスジホスフェン錯体およびη1-ジホスフェン/η2-ホスファニルホスフィド錯体が得られることを見出した。特に後者では、パラジウム上の塩素がリンへと転位する挙動が見られた。理論計算を用いて、転位機構および錯体の結合様式も明らかにした。電子受容性ジホスフェンが、特異な錯形成を示す結果である。
以上のように本論文では、世界に先駆けて新たなジホスフェン配位子を開発し、その構造、性質、錯形成および触媒活性を明らかにしている。本成果は、典型元素化学・有機金属化学の観点からも大いに有意義であり、学位論文審査委員会では本成果が学位論文として十分な内容を有しているものと判断した。
学位論文審査委員会

委員長 神川 憲
麻田 俊雄
大橋 理人
松坂 裕之