嵩高い配位子は、位置および立体制御のために反応サイトをブロックしたり、その配位子の種類によっては中心金属の電子的環境を変化させて、活性を向上させたりする。本研究では、嵩高い配位子を活用した錯体触媒の位置および立体選択性の制御および活性触媒種の安定化効果について遷移金属を修飾する嵩高い配位子として欠損型ヘテロポリアニオンと光学活性ビナフトール(BINOL)を用いて種々の反応について検討した。

　カルボニルーエン反応は、モレキュラーシーブ(MS4A)存在下、アルデヒドに対して触媒量(20mol%)の(R)-BINOL-Ti錯体のCH₂Cl₂溶液に、所定の温度でエン体とアルデヒドを加え、所定の時間、撹拌して行った。NaHCO₃水溶液で反応停止後、シリカゲルクロマトグラフィーで精製した。また、ヘテロポリ化合物を用いた反応は、所定の雰囲気下(水素還元は、ガラス耐圧管中)、基質(イソブチルアルデヒドはゆっくり滴下)、触媒(既報にしたがって調製し、適当な有機アンモニウム塩とした)の順に加え、所定の温度で撹拌した。分析はGCにより行った。

　Rh(III)の配位子として欠損型ヘテロポリアニオン(SiW₁₁O₃₉^8-)を用い、スチレンとtrans--メチルスチレンとの競争的水素化反応を行った結果をTable1に示す。基質の依存性を嵩高い配位子をもたないRhCl₃と比較すると、Rh置換ヘテロポリアニオン触媒の方が約10倍の選択性を示した。この結果は、反応部位である二重結合の周りが嵩高いメチルスチレンでは、メチル基がヘテロポリアニオンとの立体反発のためにRhサイトに接近しにくいためだと考えた。トリフェニルホスフィン配位子を有するWilkinson錯体もヘテロポリアニオンと同程度の選択性を示すことから、活性点の周りの嵩高さは、ヘテロポリアニオンとWilkinson触媒とでほぼ同程度であることを示唆している。さらに、この推論の妥当性を触媒の分子モデルを用いて示した。

Table 1.Relative Rates of Hydrogenation of Alkenes.

　欠損型ヘテロポリアニオンは、有機配位子と異なり、強酸化条件や、熱に安定である。そこで、tert-ブチルヒドロペルオキシドを用いたアルカンの酸化を検討した結果をTable2に示す。活性序列はRu>Rh>Co〜Feとなり、Ru置換触媒が高い活性を示すことがわかった。反応終了後、最初と同量のTBHPを反応系に加えると、初期と同じ反応速度が得られたことから触媒の失活がないという特徴を見い出した。Keggin構造に特有のIRスペクトルでも、反応の前後で変化がなく触媒は安定である。RuCl₃が二量体になりやすいことを考慮すると、嵩高いヘテロポリアニオンを配位子とすることにより金属イオンが安定化されることが示唆された。

Table 2.Oxidation of Cyclohexane by 1-Butyl Hydroperoxide Catalyzed by Mixed Addenta Heteropolyanions.

Table 3.Oxidation of Various Alkanes by TBHP Catalyzed by SiRuW₁₁O₃₉ and RuCl₃.

Table 4.Oxidation of cyclohexene in the presence of oxygen and aldehyde.

　次に、エチルベンゼンとジフェニルメタンの酸化反応の結果をTable3に示す。基質の反応性がジフェニルメタン>エチルベンゼンであることを考えると、水素化反応の場合と同様にジフェニルメタンのメチレン基が嵩高いヘテロポリアニオンのRuサイトに近づきにくいためと推定した。

　欠損型ヘテロポリアニオンは、―アクセプター配位子となることが知られている。求電子性の活性種に、欠損型ヘテロポリアニオンを共存させれば、活性種に外圏配位し、-アクセプター性によって、活性種の求電子性が増し、活性が向上すると期待できる。

　分子状酸素を酸化剤とするシクロヘキセンとアルデヒドの共酸化反応について検討し、モデルとして、オキソメタルが生成されると考えられるRuCl₂(PPh₃)₃、を用いて酸素を酸化剤とするシクロヘキセンとアルデヒドの共酸化反応を検討した。結果をTable4に示す。この反応は、Ru錯体のみでも進行するが(run4)、エポキシ化選択性は低い。欠損型ヘテロポリアニオンを添加すると、選択性は、大幅に向上した(65%→97%)(runs1and4)。しかし、非欠損ヘテロポリアニオンを添加しても選択性の向上は見られなかった(runs2and4)。

　イソカルバサイクリンは高血栓抑制効果を持ち、その効率的合成は重要である。中でも、側鎖の導入は、従来双環系に、あらかじめアルコールなどの官能基を導入した上で、位置選択的にアルキル置換するなどの数段階を経ていた。しかし、グリオキシラートにかわりプロピオルアルデヒド(1)を親エン体とするカルボニルーエン反応を利用すれば、直接的に側鎖が導入できる。その上、生成導入されるOH基を有するエン生成物は新たな誘導体となる可能性がある。

　Scheme 1のようにプロキラルな双環性エン体(2)を用いて位置選択的なオレフィンの導入を検討した。その結果、"H"水素のシフトが位置(言い換えるとエナンチオ)選択的に起こり、望むジアステレオマーが選択的に得られることがわかった。これは、s対称性を持つエン基質と、C₂対称性のかさ高いBINOLが配位したTi錯体とによる不斉非対称化操作により、"H"水素のシフトが選択的に起こったものと考えられる。

　さらにScheme2のように、側鎖を有するキラルな双環性エン基質(4)を用いてエン反応を検討した。その結果、6,9-位への位置選択性と4位のエナンチオ選択性の向上(6,9-位置選択性:92→99;4位のエナンチオ選択性:89→96%)がみられた。これは(4)と、嵩高い(R)-BINOLが結合したTi錯体とがmatched-pairで、重複不斉誘導により選択性が向上したと考えられる。以上のことから、嵩高いBINOLが結合したTi錯体を用いることで、高いジアステレオ選択性かつエナンチオ選択性で、効率的にイソカルバサイクリンの側鎖導入ができることがわかった。