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本研究では、アルデヒド、ケトン、イミンを基質とするカルボニル化付加環化反応の開発を目的とした。以下のような反応を見いだすことができた。
われわれのグループでは、α-ジカルボニル化合物をRu_3(CO)_<12>触媒存在下、エチレン、一酸化炭素と反応させるとケトンのπ結合、エチレンのπ結合、一酸化炭素で[2+2+1]付加環化反応が起こりラクトン誘導体が生成することを見いだしている。この反応において、ケトンをイミンに変換して反応をおこなったところ対応する5員環ラクタムが生成した。例えば、ピリジンカルボアルデヒド由来のイミンをエチレン、一酸化炭素と反応させると対応するラクタムが高収率で生成することを見いだした。窒素上の置換基はp-メトキシフェニル基がもっとも効率的であった。tert-ブチル基では、収率が低いうえに、期待される5員環ラクタム以外に4員環ラクタムの混合物となった。アルジミン(アルデヒド型イミン)だけでなくケチミン(ケト型イミン)でも効率良く反応することがわかった。ピリジルフェニルケトンのイミンでは、収率が低いが、ホスフィンを添加すると良好に反応する。ピリジンの代わりにチアゾール環を持つ基質でも高い反応性を有している。ピリジルケトンと同様、ホスフィンの添加が効果的である。さらに、ピリジンやチアゾールのようなヘテロ環の存在は必須ではなく、イミノエステルでもホスフィンの添加は必須であるが、良好な収率で対応するγ位のエステル基を持つ5員環ラクタムが生成する。オレフィン以外にもアセチレンも2π源として用いることができ、対応する不飽和ラクタム類が生成する。ただ、適用できるアセチレンは内部アセチレンに限定される。
以上、アルデヒド、ケトン、イミンのπ結合を2原子成分とする触媒的カルボニル化[2+2+1]環化付加反応により5員環ラクタム誘導体を構築することができた。
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