JP3464431B2 - 高分子固定化キラルジルコニウム触媒 - Google Patents
高分子固定化キラルジルコニウム触媒Info
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Description
定化キラルジルコニウム触媒に関するものである。さら
に詳しくは、この出願の発明は、高分子固定化キラルジ
ルコニウム触媒を用いた不斉アザディールズ−アルダー
反応の方法に関するものである。
などをはじめとする多くの物質が光学活性物質であり、
その立体構造に応じて特異的な生理活性を発現させるこ
とが知られている。したがって、医薬、農薬、香料等の
分野で重要な課題となっている生理活性物質の全合成に
おいては、立体選択的合成法を確立することが必須であ
ると考えられている。
化反応方法として、ディールズ−アルダー反応が知られ
ている。この方法は、ピペリジン誘導体等のキラルな含
窒素化合物をを合成する有効な方法として、医薬生産等
で利用されてきた。そして近年では、様々な触媒を用い
た不斉ディールズ−アルダー反応が、立体選択的反応の
手段として研究、報告されている。
て報告されている触媒系(Chem.Rev., 1992, 92, 100
7)のように、反応が一部の限られた化合物にのみ進行
する場合が多かった。
ルビウム(Yb)触媒を用いたアザディールズ−アルダ
ー反応、つまり、アザジエン(例えばイミノジエン)を
用いた反応の例を報告している(Tetrahedron Lett., 1
996, 37, 7357など)。さらに、アザジエノフィル(例
えば、イミノジエノフィル)とDanishefskyのジエン
を、キラルなジルコニウム−ビナフトール錯体を用いて
反応させる方法(AngewChem. Int. Ed. Engl.,1998, 3
7, 979、J. Org. Chem., 1999, 64, 4220他)を報告し
た。これらの系は、いずれも立体選択的、かつ立体特異
的に反応が進行し、高い収率で生成物が得られるもの
の、適用範囲が狭く、必ずしも十分とは言い難かったの
が実状である。また、上記の方法は、いずれも、10〜
20モル%という高い濃度の触媒を要するという問題点
も指摘されていた。したがって、これらの触媒系のさら
なる最適化が必要とされていた。
鑑みてなされたものであり、従来技術の限界を克服し、
通常の条件下において、高い立体選択性と収率を得るこ
とが可能な、不斉アザディールズ−アルダー反応の方法
と、それを可能とする最適化された触媒系を提供するこ
とを課題としている。
の課題を解決するものとして、まず第1には、次の一般
式(1);
水素原子、ハロゲン原子、あるいは置換基を有する、ま
たは有さないアルキル基、もしくは高分子鎖を示し、R
3 は、置換基を有する、または有さないアリール基、R
4は、置換基を有する、または有さないアルキル基、ア
リール基、アルコキシル基、もしくは窒素、硫黄、酸素
を有する置換基を示す)で表されることを特徴とするキ
ラルジルコニウム触媒を提供する。
の高分子固定化キラルジルコニウム触媒の存在下で、次
式(2)
基、置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を
有していてもよいアリール基、または置換基を有してい
てもよい複素環基である)で表されるイミンと次式
(3)
ルキル基である)で表されるジエンを反応させて次式
(4)
るピペリジン誘導体を得ることを特徴とする不斉アザデ
ィールズ−アルダー反応の方法を提供する。
は、新規なキラルジルコニウム触媒を用いてイミンとジ
エンを、立体選択的、かつ立体特異的に、付加環化反応
させる不斉アザディールズ−アルダー反応に関するもの
であるが、その実施について以下に説明する。
コニウム触媒は、例えば(R)−1,1’−ビナフトー
ル(BINOL)を高分子に結合して、高分子固定BI
NOLを合成した後、Zr(OtBu)4等と反応させて
高分子固定ジルコニウム触媒とすることができる。この
とき、一般式(1)におけるR1は、高分子鎖、R2は水
素原子、R3は、例えばフェニル基などのアリール基、
そしてR4は、t-Bu基となる。これはあくまでも一例
であり、R1〜R4の各置換基において、R1の高分子鎖
の構造や高分子鎖長、R2〜R4の構造はこれらに限定さ
れない。
ては、以下のようなものが好ましく例示される。
高分子鎖(ただし、Pは、ディールズ−アルダー反応を
阻害しなければ、構造や鎖長の限定されない高分子鎖で
ある)が例示される。PCH2O(CH2)nで表される
高分子鎖に固定化されたキラルジルコニウム触媒は、デ
ィールズ−アルダー反応を行なった後、簡単なろ過によ
って回収することが可能であり、容易に再利用できるた
め、好適である。このような高分子鎖は、例えば、PC
H2Clのように、ハロゲン化末端を有する高分子鎖を
R1部位に反応基を有するBINOLと反応させてBI
NOLに導入しすることができる。その後Zr(OtB
u)などと混合することにより、BINOLがZrに配
位し、この出願の発明のキラルジルコニウム触媒が得ら
れる。
あるいは置換基を有する、または有さないアルキル基、
もしくはR1と同様の高分子鎖が適用できるが、最も好
ましくは、水素原子である。
パラ位のいずれかに、OH基、ハロゲン原子、メチル、
エチル、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、sec-ブチ
ル、ヘキシル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロ
ペンチル、などのアルキル基、または、メトキシ、エト
シキなどのアルコキシル基、あるいは、硫黄原子、メル
カプト基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、ニトロ
基、ニトロソ基などの置換基を1個以上有しても、有さ
なくてもよいフェニル、トルイル、キシリルなどのアリ
ール基が適用される。例えば、m−トルイル基、o−ト
ルイル基、3,5−キシリル基、3−トリフルオロメチ
ルフェニル基、4−メトキシフェニル基等があげられ
る。
n-プロピル、i-プロピル、n-ブチル、sec-ブチル、ヘキ
シル、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチ
ル、などのアルキル基、または、メトキシ、エトシキな
どのアルコキシル基、あるいは、硫黄原子、メルカプト
基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、ニトロ基、ニ
トロソ基などの置換基、もしくはこれらに例示される置
換基を有していても、有さなくてもよいアルキル基、ア
リール基、または複素環等が例示される。例えば、t-B
uO基、シアノ基などがあげられる。
ある上記のキラルジルコニウム触媒を用いてイミンとジ
エンを反応させることにより、高い立体選択性でアザデ
ィールズ−アルダー反応を行うことができる。
な構造を有する化合物が考えられ、N以外にも、例えば
OやS原子、またはこれらの原子を含有する置換基を有
するようなイミンも適用できる。このましくは、以下の
化学式(2);
はメチル、エチル、n-プロピル、i-プロピル、n-ブチ
ル、sec-ブチル、ヘキシル、シクロプロピル、シクロブ
チル、シクロペンチル等のアルキル基、エチレン、プロ
ピレン、ブチレン、アミレン等のアルキレン基、あるい
はフェニル、トルイル、キシリルなどのアリール基が適
用される。また、これらの置換基は、さらに置換基を有
していてもよく、例えばハロゲン化フェニル基、ベンジ
ル基、o-メチルフェニル基、p-メトキシフェニル基、α
-ナフチル基、2−チオフェン基等が考慮される。さら
に、R5は、置換基を有する、または有さない複素環基
であってもよい。
物が考えられ、その構造はとくに限定さないが、好まし
くは以下の化学式(3);
m.Soc.,1974,96,7807)が好適に用いられる。このと
き、式中R6 は、メチル、エチル、n-プロピル、i-プロ
ピル、n-ブチル、sec-ブチル、ヘキシル、シクロプロピ
ル、シクロブチル、シクロペンチル等のアルキル基、あ
るいは、水素原子から選択される。
ルジルコニウム触媒の存在下で反応させると、アザディ
ールズ−アルダー反応が起こり、付加環化により、以下
の式(4)のようなピペリジン誘導体が得られる。
は、反応の条件はとくに限定されず、例えば、反応溶媒
としては、水や様々な有機溶媒が考慮される。好ましく
は、ベンゼンが用いられる。このとき、高分子固定化キ
ラルジルコニウム触媒は、分散液とすることができる。
また、反応温度は、特に限定されないが、溶媒や出発物
質に応じて適宜変更することができる。好ましくは、−
50〜100℃で、より好ましくは室温付近である。反
応時間は、触媒濃度や温度によって変更することが可能
であるが、24時間程度とすることが好ましい。また、
添加する触媒の濃度は、特に限定されないが、低すぎる
場合には効果が現れにくく、反応が進行しづらくなり、
ある一定の濃度以上では、効果がそれ以上大きくならな
いことから、1〜100モル%とすることが好ましい。
より好ましくは1〜20モル%である。もちろん、十分
な反応効率や回収率が得られるのであれば、触媒濃度は
小さいほど好ましいといえる。
さらに詳しく説明する。なお、本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。
13C、および15NNMRスペクトルは、いずれも、JE
OL JNM−LA300、JNM−LA400、また
はJMN−LA500を用いて、特記しない限り、CD
Cl3 を溶媒として、測定された。SR−MAS NM
Rは、JEOL JNM−LA400 FT−NMRシ
ステムを用いて測定された。1 HNMRでは、テトラメ
チルシラン(TMS)を内部標準(δ=0)とし、13C
NMRでは、CD2 Cl2 使用と特記されない限り、C
DCl3 を内部標準(δ=77.0)、さらに、15NN
MRでは、ニトロメタンを外部標準(δ=0)として用
いた。
R−610を用いて測定した。
は、SHIMADZU LC−10AT(液体クロマト
グラフ)、SHIMADZU SPD−10A(UV検
出器)、およびSHIMADZU C−R6Aクロマト
パックを用いて行われた。
60(メルク社製)を用いて実施され、薄層クロマト
グラフィーは、WakogelB−5Fを用いて行われ
た。
いて実施される方法で精製した後、使用した。 <参考例1> 高分子固定化BINOLの合成 (1)(R)-Ethyl-4-(2,2'-dimethoxy-1,1'-binaphth-6-
yl)butanoate(化合物5)を、公知の方法(J.Org.Che
m.,1998, 63, 3137)によって合成した。以下、化学式
[A]にしたがって、高分子固定化BINOLを合成し
た。
物油への60%溶液、367mg、11.0mmol)
を分散させた溶液に、化合物5(1.47g、3.67
mmol)のDMF(5ml)溶液を添加し、室温に
て、1時間攪拌した。この混合液を0℃まで冷却し、M
OMCl(886mg、11.0mmol)を加えた。
さらに1時間攪拌した後、水を加えて反応を停止した。
有機層を分離し、水層をエチルアセテートで洗浄して抽
出した。得られた粗生成物をシリカゲル上でのクロマト
グラフ(溶媒:ヘキサン/AcOEt=9/1)により
精製した。(R)-Ethyl-4-[2,2'-bis(methoxymethyloxy)-
1,1'-binaphth-6-yl]butanoate(化合物6)を1.71
g、収率95%で得た。同定結果を表1に示した。
LiAlH4(80mg、2.1mmol)を添加し、
これに、上記の化合物6(1.65g、3.38mmo
l)のTHF(5ml)溶液を室温にて加えた。45分
間攪拌した後、水(0.16ml)と1NのNaOH
(0.33ml)を加え、ろ過した。ろ液をNa2SO4
上で乾燥させた後、得られた粗生成物を、シリカゲル上
でのクロマトグラフ(溶媒:ヘキサン/AcOEt=2
/1)により精製した。(R)-4-[2,2'-Bis(methoxymethy
loxy)-1,1'-binaphth-6-yl]-1-butanol(化合物7)
(1.51g)が得られた。同定結果を表2に示した。
11mmol)とイミダゾール(529mg、7.78
mmol)のDMF(4.7ml)溶液にt−ブチルジ
メチルシロキシクロライド(TBSCl)(563m
g、3.73mmol)を室温にて添加した。2時間攪
拌した後、水を加えて、反応を停止し、水層をエチルア
セテートで分離した。得られた粗生成物を、シリカゲル
上でのクロマトグラフ(溶媒:ヘキサン/AcOEt=
30/1)により精製した。(R)-1-(tert-Butyldimethy
lsiloxy)-4-[2,2'-bis(methoxymethyloxy)-1,1'-binaph
th-6-yl]-butane(化合物8)(1.73g)が得られ
た。同定結果を表3に示した。
67mmol)のEt2O(45ml)溶液にn−Bu
Li(1.57M、5.1ml、8.0mmol)を室
温にて添加し、3時間攪拌した。その後、混合液を0℃
に冷却し、BrF2CCF2Br(2.43g、9.35
mmol)のTHF(15ml)溶液を添加した。4時
間攪拌した後、飽和NH4Cl水溶液を加えて反応を停
止させた。有機層を分離し、水層をエチルアセテートで
抽出した。得られた粗生成物を、シリカゲル上でのクロ
マトグラフ(溶媒:ヘキサン/AcOEt=30/1)
により精製した。(R)-1-(tert-Butyldimethylsiloxy)-4
-[3,3'-dibromo-2,2'-bis(methoxymethyloxy)-1,1'-bin
aphth-6-yl]butane(化合物9)(1.70g、90
%)が得られた。同定結果を表4に示した。
2.10mmol)のTHF(12ml)溶液にBu4
NF(4.2ml(1M THF溶液)、4.2mmo
l)を加えた。4時間室温にて攪拌した後、水を添加し
て反応を停止した。有機層を分離し、水層をエチルアセ
テートで抽出した。得られた粗生成物を、シリカゲル上
でのクロマトグラフ(溶媒:ヘキサン/AcOEt=3
0/1)により精製した。(R)-4-[3,3'-Dibromo-2,2'-b
is(methoxymethyloxy)-1,1'-binaphth-6-yl]-1-butanol
(化合物10)(1.20g、95%)が得られた。同
定結果を表5に示した。
物油への60%溶液、79.0mg、1.97mmo
l)を分散させた溶液に、化合物10(1.19g、
1.97mmol)のDMF(5ml)溶液を添加し、
室温にて、1.5時間攪拌した。この混合液にメリフィ
ールド樹脂(1.19g、1.97mmol)およびB
u4NI(24.5mg、0.066mmol)を添加
し、室温にてさらに24時間攪拌した。水/THF溶液
を添加し、10分間攪拌した後、溶液をろ過した。得ら
れた樹脂を水(20ml×3回)、THF(20ml×
3回)、およびEt2O(20ml×3回)で洗浄し、
さらに60℃にて減圧乾燥(1mmHg)した。(R)-4-
[3,3'-Dibromo-2,2'-bis(methoxymethyloxy)-1,1'-bina
phth-6-yl]-butoxymethylpolystyrene(化合物11)
(0.375mmol/g)の導入率は、臭素に対する
の元素分析によって求めた。同定結果を表6に示した。
375mmol/g)とPd(PPh 3)4(43.0m
g、0.037mmol)のDMF(5ml)溶液にフ
ェニルほう酸(9.17mg、0.75mmol)と炭
酸ナトリウム水溶液(2M、0.46ml)を加え、2
4時間還流しながら攪拌した。NH4COOH水溶液を
添加した後、混合液をろ過した。得られた樹脂を水(2
0ml×3回)、THF(20ml×3回)、およびE
t2O(20ml×3回)で洗浄し、MOMエーテル
((R)-4-[3,3'-Diphenyl-2,2'-bis(methoxymethyloxy)-
1,1'-binaphth-6-yl]-butoxymethylpolystyrene(化合
物12)が得られた。同定結果を表7に示した。
(1/25、11ml)を混合し、60℃で6時間攪拌
した。ろ過した後、樹脂を水(20ml×3回)、TH
F(20ml×3回)、CH2Cl2(20ml×3
回)、およびEt2O(20ml×3回)で洗浄し、(R)
-4-(3,3'-Diphenyl-2,2'-dihydroxy-1,1'-binaphth-6-y
l)butoxymethyl polystyrene(化合物13)を得た。同
定結果を表8に示した。
すような様々な高分子固定化BINOLを合成した。
ニウム触媒合成 上記の化合物13とZr(OtBu)を反応させ、高分
子固定化キラルジルコニウム触媒を得た。 <実施例1> 高分子固定化キラルジルコニウム触媒を
用いたアルドイミンとDanishefskyジエンのアザディー
ルズ−アルダー反応 さまざまなR3を有する化合物(13〜20他)を触媒
として、化学式[B]にしたがってアザディールズ−ア
ルダー反応を行なった。得られた化合物の収率および光
学純度(ee%)を表16に示した。
基を有する触媒では、エナンチオマーの選択性(光学純
度)が低いが、3,5−キシリル基、4−ビフェニル
基、4−フルオロフェニル基、および3−トリフルオロ
メチルフェニル基をR 3 として有する触媒では、収率、
選択性ともに高いことが明らかになった。これより、触
媒の最適化ができた。
リメチルシロキシ−1,3−ブタジエンの反応におい
て、R 3 として3−トリフルオロメチルフェニル基を有
する触媒を20mol%添加し、反応を行なった場合、
触媒を1回目の反応で使用した後、簡単にろ過して、再
使用したところ、収率および選択性は、<1回目:収率
>99%、選択性91%ee、2回目:収率97%、選択
性90%ee、3回目:収率97%、選択性90%ee>と
なった。したがって、この出願の発明の高分子固定化キ
ラルジルコニウム触媒は、繰り返し使用しても、高い収
率と選択性が維持されることが分かった。
発明によって新しい高分子固定化キラルジルコニウム触
媒が提供された。そして、この高分子固定化キラルジル
コニウム触媒を用いることによって、高い選択性と収率
を達成できる、不斉アザディールズ−アルダー反応が可
能となった。また、この出願の発明の高分子固定化キラ
ルジルコニウム触媒は、繰り返し使用した後も、劣化が
なく、高い収率と立体選択性を維持しながら反応に寄与
することができる。
Claims (2)
- 【請求項1】 次の一般式(1); 【化1】 (式中のR1は、高分子鎖を示し、R2は、水素原子、ハ
ロゲン原子、あるいは置換基を有する、または有さない
アルキル基、もしくは高分子鎖を示し、R3は、置換基
を有する、または有さないアリール基、R4は、置換基
を有する、または有さないアルキル基、アリール基、ア
ルコキシル基、もしくは窒素、硫黄、酸素を有する置換
基を示す)で表されることを特徴とする高分子固定化キ
ラルジルコニウム触媒。 - 【請求項2】 請求項1記載の高分子固定化キラルジル
コニウム触媒の存在下で、次式(2) 【化2】 (ただし、R 5 は、置換基を有していてもよいアルキル
基、置換基を有していてもよいアルキレン基、置換基を
有していてもよいアリール基、または置換基を有してい
てもよい複素環基である)で表されるイミンと次式
(3) 【化3】 (ただしR 6 は水素原子、もしくは鎖状または環状のア
ルキル基である)で表されるジエンを反応させて次式
(4) 【化4】 (ただし、R 5 およびR 6 は前記のものである)で表され
るピペリジン誘導体を得ることを特徴とする不斉アザデ
ィールズ−アルダー反応の方法。
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| Shu Kobayashi, et al.,A Switch of Enantiofacial Selectivities Using Designed Similar Chiral Ligands in Zirconium−Catalyzed,J. Org. Chem.,1999年,Vol.64, No.12,p.4220−4221 |
| Shu Kobayashi, et al.,Chiral Catalyst Optimization Using Both Solid−Phase and Liquid−Phase Methods in Asymmetric Aza Diels,ORGANIC LETTERS,2000年,Vol.2, No.9,p.1225−1227 |
| Shu Kobayashi, et al.,The First Enantioselective Aza−Diels−Alder Reaction of Imino Dienophies on Use of a Chiral Zirconium,Angew. Chem. Int. Ed.,1998年,Vol.37, No.7,p.979−981 |
| Xiao−Wu Yang,et al.,Polymer−supported BINOL Ligand for the Titanium−catalyzed Diethylzinc Addition to Aldehydes,J. Org. Chem.,2000年 1月28日,Vol.65, No.2,p.295−296 |
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