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筑波大学大学院博士前期課程
数理物質科学研究科修士論文
フルオロアルケンの反応性を活用する 含フッ素炭素七員環の構築法
高澤 真里奈
化学専攻
2016年 2月
筑波大学大学院博士前期課程
数理物質科学研究科修士論文
フルオロアルケンの反応性を活用する 含フッ素炭素七員環の構築法
高澤 真里奈
化学専攻
指導教員 市川 淳士 印
1
目次
第一章 序論 2 第二章 トリフルオロメチルアルケンのドミノ置換による含フッ素シクロヘプタトリエンの合成 第一節 緒言 12 第二節 反応条件の検討 12 第三節 基質一般性の検討 15 第四節 シリル基の変換による基質一般性の拡大 19 第五節 ジアニオン前駆体の一般性拡張 19 第三章 第一節 緒言 21 第二節 フルオロシクロヘプタトリエンを用いたジベンゾトロピリウムの合成 検討 23 第三節 ジフルオロシクロヘプタトリエンを用いたトロピリウムの合成検討 25 第四節 フルオロトロピリウムの構造 27 第四章 実験項 33 第五章 総括 52 謝辞 54
2
第一章 序論 シクロヘプタトリエンは 3 つの二重結合を有する炭素七員環化合物である。これは、6 個のπ電
子を持つが、共役系がメチレン基で途切れているため環状共役系にはなっておらず、さらに平面構
造をもたないことから共役系を作る p軌道が重ならず、芳香族性を示さない。しかし、メチレン部
位のヒドリドを引き抜くことでカルボカチオンにすると、6π電子系の芳香族性を発現し (Scheme 1)
1)、トロピリウムイオンと呼ばれるカチオン性芳香族化合物となる。また、シクロヘプタトリエン
のメチレン基をカルボニル基としたトロポンも同様の芳香族性を発現する 2)。ここでは、カルボニ
ル炭素がカチオンとなる共鳴構造の寄与が大きく、トロピリウムイオン類似の 6π電子系の構造を
取る。さらに、トロポンのカルボニル酸素をプロトン化してヒドロキシトロピリウムイオンとする
と、高い芳香属性を発現することが報告されている 3)。
シクロヘプタトリエン骨格を有する化合物は、上で述べた芳香族性だけでなく、他にも様々な有
用性を示すことが知られる。例えば、多様な生理活性を有することから医農薬品に多く用いられて
いる。その例として、シクロヘプタジエンにベンゼン環が二つ縮環した構造を持つコルヒチン類縁
体は疼痛抑制剤および抗炎症剤として利用されている 4)。また、四環系抗うつ剤として利用されて
いるセチプチリン 5)は、シクロヘプタトリエンに二つのベンゼン環とテトラヒドロピリジン環が縮
環した構造を持つ。トロポン骨格を持つヒノキチオール 6)やシクロヘプタトリエンカルボン酸誘導
体であるツヤ酸 7)は、抗菌性や防腐性などを有する天然物として農薬から化粧品まで幅広く利用さ
れ、さらに液晶への応用研究もなされている。従来、ロッドタイプ液晶のコア構造には少なくとも
2つのベンゼン環が必要とされていたが、トロポンをコア構造とすることで単環性のロッドタイプ
液晶が開発された 8)。この場合、コア構造を六員環にすると液晶性を示さない。このことから、こ
れまで六員環芳香族化合物よりも液晶性が劣ると考えられていた七員環系芳香族化合物だが、これ
らも優れたコア構造となることが明らかになっている (Figure 1) 。
O
++
O+
–
–H–
Scheme 1. �������������
[O] OH+
H+
3
このように、シクロヘプタトリエン骨格を有する化合物には有用な性質を示すものが数多くある
ものの、その合成法にはいくつかの改善すべき点が残されている。まず、従来の主な合成法として、
炭素－炭素二重結合へのカルベン挿入を経る六員環化合物の環拡大反応が挙げられる。その一つは、
シクロヘキセンに遊離のジクロロカルベンを作用させることで生じるビシクロ化合物の環拡大を
利用する手法である（式 1）9) 。ただしこの反応では、環拡大の際に 500 °C もの高温条件を必要
とする。二つ目は、ベンゼンとジアゾ化合物をロジウム触媒存在下で反応させる Buchner環拡大反
応である（式 2）10)。この反応には、爆発性のジアゾ化合物を必要とするという問題点がある。さ
らに、天然物合成の環構築でよく用いられる閉環メタセシス反応（式 3）11) やビアリール-2-イルア
ルキンをジコバルトカルボニル錯体によって環化する Nicholas反応（式 4）12) など、分子内環化反
応を利用するシクロヘプタトリエン骨格の構築法も報告されている。しかしながら、これらの反応
では環化前駆体の合成に多段階を必要とする欠点があった。その他に、遷移金属錯体を触媒とする
分子間環化反応もある。例えば、パラジウム錯体を触媒とするアリルアルコールとアルキン 2分子
の [3+2+2] 付加環化反応が知られるが（式 5）13)、この反応では高価な遷移金属触媒を必要とする。
以上のように、シクロヘプタトリエン骨格の構築法は未だ充分とは言えず、その有用性から新たな
手法の開発が望まれている。
OHO
HOOC
N
b) ������
c) ������� d) ���
Figure 1. ������������
O
OCOR'RO
R = CnH2n+1 n = 12, 15, 18R' = CnH2n+1 n = 7, 9, 11 ,13
e) ��������
MeO
MeO OMeCO2Me
NHAc
a) �����
(1)CCl2 ClCl 500 °C
+
4
一方、当研究室はこれまでに、フッ素の特徴を利用した様々な求核的付加–脱離反応を開発して
きた。この中に、アリル位にフッ素置換基を有する 2-トリフルオロメチル-1-アルケンの SN2’型反
応 (式 6) と、ビニル位にフッ素を有する 1,1-ジフルオロ-1-アルケンの SNV反応 (式 7) がある。ト
リフルオロメチル基は強い電子求引性誘起効果を有するため、2-トリフルオロメチル-1-アルケンの
アルケン部位は求電子的である。したがって、求核剤を作用させると末端炭素への攻撃が起こり、
フッ素のβ-アニオン安定化効果によって生じた中間体からフッ化物イオンの脱離を伴う SN2’型反
応が進行し、1,1-ジフルオロ-1-アルケンを与える。一方、1,1-ジフルオロ-1-アルケンは、(i) フッ素
の電子求引性誘起効果および (ii) フッ素の非共有電子対とアルケンのπ電子との反発により、α炭
素が大きく電子不足となっている。このため、求核剤との反応が電子密度の低いフッ素のα位で選
Rh2(OCOR)4
– N2
N2EWG EWG (2)EWG+
RR
RHO
1)
2) Grubbs II cat., CH2Cl2TMSOR
RR
(3)
NN SiMe3
O
R
R
R
NHAc
R
7 steps
R = MeO
R
OAc
(OC)6Co2BF3OEt2i-Pr2NEt
CH2Cl2R R
R
R
R
(OC)6Co2
R R
R
R
R
1) Et3SiH
2) TFA
R
R
RR
97%
(4)SiMe3Me3Si
ROH
R'
R'
R
R'
R' R'
R'
R
R'
R' R'
R'+
cat. Pd2(dba)•CHCl3P(p-Tol)3TsOH
1,2-Dichloroethane+ (5)
5
択的に進行し、さらにフッ素のβ位にアニオンを有する中間体からフッ化物イオンが脱離すること
によって、モノフルオロアルケンを生成する (SNV反応、Figure 2)。
また当研究室では、これらの SN2’型反応および SNV 反応を連続的に用いることで、含フッ素ヘ
テロ環構築を達成している。例えば、2-トリフルオロメチル-1-アルケンに対し、アニリン誘導体の
オルトリチオ化によって発生させたアリールリチウム種を作用させることで SN2’型反応が進行し、
ジフルオロアルケン誘導体が得られる（式 8）14)。続いて、塩基性条件下において窒素求核部位か
らジフルオロアルケン部位への 6-endo-trig環化が進行し、含フッ素キノリンの合成を達成している。
さらに、二つの窒素求核部位を有する化合物と 2-トリフルオロメチル-1-アルケンとの形式的[3+2]
付加環化反応により、含フッ素ヘテロ環化合物の合成にも成功している（式 9）15)。ここでは、2-
トリフルオロメチル-1-アルケンに対して塩基存在下にて一置換ヒドラジンを作用させることによ
り SN2’型反応が進行し、3,3-ジフルオロアリルヒドラジンが得られる。続くトシル化の後、塩基の
添加により分子内環化が進行することで、環炭素をフッ素化したピラゾール環の構築が達成されて
いる。
(6)R1
CF2R1
CF3– F
SN2'-type
Nu
R1Nu Nu
FFF
γ
FF
FF
a) ��������������������
b) ��� �������
Figure 2. 1,1-����������
(7)Nu
R1R2
– F
SNV R1 R2
Nu F
R1 R2
Nu FFF Fα
6
これらの知見をもとに筆者は、2-トリフルオロメチル-1-アルケンに対して四炭素ユニットを有す
る二点求核剤を作用させることで、含フッ素シクロヘプタトリエンの合成を計画した（式 10）16) 。
検討の結果、求核剤となる四炭素ユニットのカルボジアニオンとして、2,2-ジセリオビフェニルを
用いることとした。すなわち、2,2’-ジブロモビフェニル (1) に対して、ブチルリチウム、TMEDA、
および塩化セリウム(III)を作用させた後、2-トリフルオロメチル-1-アルケン 3 を加えた。これによ
り、フルオロシクロヘプタトリエン 5 が一段階かつ良好な収率で得られた。この反応では、中間体
として生じたジセリオビフェニル 2 の二つの求核部位が 2-トリフルオロメチル-1-アルケンとの連
続的な付加–脱離 (SN2’型–SNV) 反応を起こすことにより、含フッ素シクロヘプタトリエン 5 が生
成している。これらの詳細について第二章で述べる。
上で述べたように 1,1-ジフルオロ-1-アルケンは、有機リチウム種のような反応性の高い求核剤と
は直接反応するものの、より反応性の低い求核剤との反応ではアルケン部位の求電子的活性化を必
要とする。通常のアルケンよりも電子不足な 1,1-ジフルオロ-1-アルケンは求電子的な活性化が困難
であり、報告例はわずかしかない。マロン酸ジエステルを求核部位としたジフルオロアルケン分子
内環化反応では、塩化スズ(IV)がジフルオロアルケン部位を求電子的に活性化することで反応が進
行し、フッ素置換シクロペンテン誘導体を与える（式 11）17) 。また当研究室では、ジフルオロア
LiN
R
CF3
R
F2C N NF
R
COR Ts
–
Li+
R
F2CHNTs
NaHDMF
or NEt3, B(OEt)3
DMF
– F–
– TolSO2H(8)
F2CR2F3C
R2
NaH
THF NR1H2N
F2CR2
NR1TsHN
TsCl
Pyridine N NR1
R2
F (9)NaH
DMFNHR1H2N
(1.8 equiv)
(10)
n-BuLiTMEDACeCl3
THF SN2'-type
RFF3C
R
F2C
R
M
Ce
CeSNV
2
Br
Br
1
3
4 510-90%
7
ルケンに超強酸（式 12）18) あるいはカチオン性 2価パラジウム（式 13）19) を作用させることで求
電子的に活性化し、それぞれ分子内環化を達成している。
これらの反応では、フッ素のα位にカルボカチオンが発生し易いことを利用しており、その理由
は次のように説明される。フッ素置換基はα位のカルボカチオンに対し、(i) 電子求引性の誘起効果
（–I効果）による不安定化と (ii) フッ素の非共有電子対がα炭素の空軌道へ流れ込む電子供与性の
共鳴効果（+R効果）による強い安定化の相反する電子的効果を示す。これらは同時に作用するが、
(1) フッ素の非共有電子対がカルボカチオンの空軌道と同じ 2p軌道に収容されていること (2) 炭
素－フッ素結合長が他のハロゲンに比べて短いことから、両軌道の重なりが良く+R効果がより強
く作用し、結果的にフッ素置換基のα位のカルボカチオンは安定化される。
上に挙げた酸による活性化の他に、ヨウ素を用いたジフルオロアルケンの求電子的活性化も数例
報告されている。例えば、エステルを求核部位として持つ基質にヨウ素を作用させると、フッ素の
α位での環化が進行してラクトンが生成する（式 14）20)。また当研究室では、ヨウ素カチオンを用
いる Friedel–Crafts型の環化反応によりジフルオロシクロヘプタトリエンの合成も達成している（式
15, 16）21) 。すなわち、3,3-ジフルオロアリル基を持つ基質 6に対し、求電子的ヨウ素化剤の N-ヨ
CO2MeCF2
CO2Me
SnCl4Et3N
CH2Cl2CO2MeCF2
CO2Me
SnCl4
FF
SnCl4
MeO2C CO2Me
F
MeO2C CO2Me(11)
Br
CF2
FSO3H•SbF5
(CF3)2CHOH
Bu
CF2+
H
F F
Bu Bu
O
(12)
H
CF2
cat. [Pd(MeCN)4](BF4)2BF3•OEt2
(CF3)2CHOH
H
CF2Pd2+
FH2O
O (13)
F+
F+
F+
–I �������� +R �������
<
Figure 3. ������α-�����������
8
ードスクシンイミドとルイス酸を作用させることで、ジフルオロアルケン部位の求電子的活性化を
行い、フッ素のα位での選択的な環化を達成している。この反応では、ヨードニウム中間体 7 を形
成した後、アリール基からの分子内 Friedel–Crafts型環化がフッ素置換基のα炭素で選択的に進行し、
ジフルオロヘプタジエン 8 が生成する。さらに、8 に対し塩基としてジアザビジクロウンデセン
（DBU）を作用させ、選択的に脱ヨウ化水素することでジフルオロシクロヘプタトリエン 9を得て
いる（式 16）。
1,1-ジフルオロ-1-アルケンと同様に、2-トリフルオロメチル-1-アルケンでも酸性条件下で炭素–
炭素結合の形成が行える。すなわち、アリル位炭素上に複数のフッ素置換基を有する化合物では、
ルイス酸を作用させることによって１つのフッ素をフッ化物イオンとして引き抜き、炭素－フッ素
結合を切断できる。これは、アリル位に発生するカチオンがα位に残るフッ素で安定化されるため
である (Figure 3) 。こうした炭素–フッ素結合の活性化を利用した研究が幾つかなされている。2-
トリフルオロメチル-1-アルケンを求電子剤とする Friedel–Crafts型反応である。三フッ素ホウ素エ
ーテル錯体あるいは塩化アルミニウムの存在下、3,3,3-トリフルオロプロペンに対してベンゼンを
作用させることで、それぞれ 3,3,3-トリフルオロプロピルベンゼンもしくはジフルオロインダンを
得ている （式 17）22）。ここでは、トリフルオロメチルアルケンからルイス酸によりフッ化物イオ
ンが引き抜かれ、ジフルオロアリルカチオン中間体を経る求電子置換反応が進行し、ジフルオロア
リルベンゼンが生成していると考えられる。また当研究室では、2-トリフルオロメチル-1-アルケン
CF2O
OMe
I2
MeCN
CF2O
OMe
I +
O
I
FF
O
(14)
αα
CF2 NIS TMSOTf
CH2Cl2–(CF3)2CHOH (1:1), 0 °C
FFI
8 60–92%
CF2I
α
RRR
+α
6 7
(15)
DBU
THF– HI
FF
9 90%
FFI
8
(16)
9
の炭素–フッ素結合をジクロロエチルアルミニウムもしくは塩化ジルコニウムによって活性化し、
芳香環の求核攻撃により新たな炭素–炭素結合の形成反応を達成している（式 18）23) 。ここでは、
式 17のようなフッ化水素の付加や環化等の過剰反応を抑制し、効率良くジフルオロアリルベンゼ
ン誘導体を得ている。
筆者は、上述したジフルオロアルケンの求電子的分子内環化およびルイス酸によるフッ化物イオ
ンの引き抜きを利用することで、含フッ素トロピリウムの合成を検討した。当研究室ではすでに、
ヨウ素カチオン等価体を用いて合成したジフルオロシクロヘプタトリエン 9に対して、ルイス酸を
作用させることにより、シクロヘプタトリエニルカチオン（トロピリウム）10が発生することを確
認している（式 19）。ここでは、9のジフルオロメチレン部位のフッ素置換基をフッ化物イオンと
して引き抜くことで、6π電子系のトロピリウムが生成する。さらにこのカチオンは、α-カチオン安
定化効果のあるフッ素置換基を含むことから、新たな物性の発現も期待できる。そこで筆者は、フ
ルオロトロピリウムの合成 適条件の探索、構造決定、および物性評価を行った。この詳細につい
て第三章で述べる。
CF3
H
CF2
HLA
– HF+
CF2
CF3
F F
+
HF
��
(LA = BF3•OEt2)
(LA = AlCl3)
(17)
CF3
Ph
CF2
PhF CF2
PhLA
EtAlCl2 or ZnCl4p-Xylene
CH2Cl2
(18)
FF
BX3
Lewis acidF
F BX3
9 10
(19)
O BX3+
11
+ +–
–
X = F or C6F5
10
参考文献
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(16) 高澤真里奈、卒業論文、筑波大学 2014.
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123, 75.
(18) Ichikawa, J.; Jyono, H.; Kudo, T.; Fujiwara, M.; Yokota, M. Synthesis 2005, 39.
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(20) Morikawa, T.; Kumadaki, I.; Shiro, M. Chem. Pharm. Bull. 1985, 33, 5144.
(21) 木下僚、修士論文、筑波大学 2015.
11
(22) Kobayashi, Y.; Nagai, T.; Kumadaki, I.; Takahashi, M.; Yamauchi, T. Chem. Pharm. Bull. 1984, 32,
4382.
(23) 八田響、修士論文、筑波大学 2014.
12
第二章 トリフルオロメチルアルケンのドミノ置換による含フッ素シクロヘプタトリエンの合成
第一節 緒言
筆者は卒業研究において、2,2-ジメタロビフェニルを二点求核種として用いる 2-トリフルオロメ
チル-1-アルケンとの連続的な SN2’型–SNV反応によって、ジベンゾシクロヘプタトリエンの合成検
討を行った。初めに、α-(トリフルオロメチル)スチレン (1a) をモデル基質とし、これに、2,2’-ジリ
チオビフェニルを作用させることでシクロヘプタトリエン 3aの合成を検討した (式 1) 。N,N,N’,N’-
テトラメチルエチレンジアミン (TMEDA) 存在下、2,2’-シブロモビフェニルをブチルリチウムで処
理して 2,2’-ジリチオビフェニルを発生させた後、1aを加えて環化を試みた。55 °Cで反応させたと
ころ、望みの連続的 SN2’型–SNV反応が進行し、シクロヘプタトリエン 3a が収率 58%で得られた。
この場合、前半の SN2’型反応のみが進行したジフルオロアルケン 4a も収率 27%で得られた。そこ
で、後半の SNV反応を促進するための条件検討を行い、見出した 適条件を用いて本合成反応の基
質一般性を調べた。
第二節 反応条件の検討
ジフルオロアルケン 4a が得られたことから、ジリチオビフェニルの塩基性が高いために、溶媒
であるテトラヒドロフラン (THF) の脱プロトンが一部進行し、ジアニオンが消費されていると考
えた。そのため、対カチオンおよび溶媒の検討を行った (Table 1) 。まず、金属交換によって対カ
チオンを変えることにより、ジアニオン種の求核力を保持したまま塩基性を下げることを試みた。
ジリチオビフェニルに対し、臭化マグネシウム、塩化亜鉛、臭化銅(I)を作用させた後に 1a を加え
たが、いずれの場合も反応が進行せず、目的物 3aは得られなかった (Entries 2–4) 。一方、塩化セ
リウム(III)を添加し、ジセリオビフェニルとして 1a との反応を行うと、3a の収率が 80%と飛躍的
n-BuLi (2.1 eq) TMEDA (2.1 eq)
THF, RT, 15 min 55 °C, 4 h
Br
+
PhFF3C
Ph1a (1.2 eq)
3a58%
4a27%
Br
F2C
Ph
(1)
2a
13
に向上し、4a の生成も 4%に抑えられた (Entry 5) 。また、塩化セリウムを触媒量として反応を検
討したが、収率は無添加の場合とほぼ同等の結果であった (Entry 6) 。
続いて用いる添加剤および溶媒の検討を行った（Table 2）。TMEDA の他にも二座配位子、単座
配位子をそれぞれ検討したが（Entries 1–6）、TMEDAを用いた場合のみ高収率で 3aが得られた（Entry
6）。溶媒はエーテル系溶媒としてジエチルエーテル (Entry 7) と 1,4-ジオキサン (Entry 8) を、また
低極性の炭化水素溶媒としてヘキサン、ベンゼン、あるいはトルエンをそれぞれ検討したところ、
THFを用いた場合 (Entry 5) に も高い収率の 80%で 3aを得た。
n-BuLi (2.1 eq) TMEDA (2.1 eq)
Metal salt (2.1 eq)
Solvent, RT, 15 min 55 °C, 4 h
Br
+
PhFF3C
Ph1a (1.2 eq)
3a 4aBr
F2C
Ph
(2)
2a
n.d. n.d.MgBr2
n.d. n.d.
Metal salt
ZnCl2
– 58 27
80 4CeCl3
n.d. n.d.CuBr
CeCl3b 53 12
Isolated yield. n.d. = Not Detected. a) 19F NMR yield (PhCF3). b) 1 mol%.
Entry 3a (%) 4a (%)Solvent
1
2
3
Table 1. ��������
THF
THF
THF
THF
THF
THF
4
5
6
n-BuLi (2.1 eq) Additive (2.1 eq)CeCl3 (2.1 eq)
Solvent, RT, 15 min 55 °C, 4 h
Br
+
PhFF3C
Ph1a (1.2 eq)
3a 4aBr
F2C
Ph
(3)
2a
14
3aの収率のさらなる向上を目指し、反応温度の検討を行った (Table 3) 。本節の初めにも述べた
が、発生したジアニオンは不安定であるため、高温で反応を行うと溶媒の THF によるプロトン化
が付加–脱離反応と競争的に進行すると考えられる。そこで、より低温で反応を開始することによ
りジメタロ体の分解を 小限に抑える検討を行った。すなわち、低温で一段階目の SN2’型反応を行
い、その後 55 °Cまで昇温して二段階目の SNV反応を促進することにより、環化反応が優先的に進
行することを期待した。まず、ジセリオ体を発生させた後、–78 °Cおよび 0 °Cで 1aを加えて反応
を行ったところ、3aの収率はそれぞれ 40%および 37%に留まった (Entries 2, 3) 。しかしながら、
さらに温度を上げて室温から反応を行い次いで 55 °Cに昇温することにより、3aの収率を 90%まで
向上させることができた (Entry 4) 。
n.d. tracen.d. trace
Pyridine1,10-Phenanthroline
12
Isolated yield. a) 19F NMR yield (PhCF3). b) 4.2 eq. c) RT, 5 min, then reflux 4 h.n.d. = not detected
2a traceDMFb
5a traceHMPAb
3
4
5 DMPUb trace 25
Entry 3a (%) 4a (%)Additive
29 22Dioxane
43 10Hexane
71 16Et2Oc
44 7Benzene
Toluene 36 8
Solvent
THFTHFTHF
THF
THF
TMEDA
TMEDA
TMEDA
TMEDA
TMEDA
6 80 4TMEDA THF
7
8
9
10
11
Table 2. ���������
(4)
n-BuLi (2.1 eq) TMEDA (2.1 eq)CeCl3 (2.1 eq)
THF, RT, 15 min Conditions
3a
+
4a
PhFF3C
Ph1a (1.2 eq)Br
Br
F2C
Ph
2a
15
第三節 基質一般性の検討
第二節で得られた 適条件をもとに、種々の置換基を有する 2-トリフルオロメチル-1-アルケン 1
を用いてシクロヘプタトリエン 3の合成を行った (Table 4) 。その結果、フェニル基上にハロゲン
置換基であるフッ素置換基や塩素置換基をメタ位およびパラ位に有するα-(トリフルオロメチル)ス
チレン 1b, 1c, 1e, 1fを用いた場合も、良好な収率で対応するシクロヘプタトリエン 3ba, 3ca, 3ea, 3fa
が得られた (Entries 2, 3, 5, 6) 。また、フェニル基上のメタ位およびパラ位に電子供与基であるメチ
ル基を有するα-(トリフルオロメチル)スチレン 1j および 1k を用いても、問題なく反応が進行した
(Entries 10, 11) 。しかしながら、フェニル基のオルト位に置換基を有するα-(トリフルオロメチル)
スチレン 1d, 1g, 1lではシクロヘプタトリエンが得られない結果となった (Entries 4, 7, 12)。他にも、
フェニル基上にニトロ基およびアセチル基 1i, 1hを有するもの、アルキル鎖を有するもの 1m, 1n、
3,3,3-トリフルオロプロペン(1o)、3,3,3-トリフルオロ-2-ブロモプロペン(1p)、3,3,3-トリフルオロ-2-t-
ブトキシカルボニルプロペン(1q)、R3がシリル基の 1r を用いた場合、低収率もしくは反応が進行
しない結果となった (Entries 15–20)。一方で、二点求核種の基質一般性も検討した。2,2’-ジブロモ
ビフェニルに種々の置換基を導入して反応を行ったところ、メチル基やブチル基を有するビフェニ
ル 2bおよび 2cを用いた場合、対応するシクロヘプタトリエン 3baおよび 3caが収率良く得られた
(Entries 13, 14)。
Entry 3a (%) 4a (%)
Isolated yield. a) 19F NMR yield (PhCF3).
1 80 6
0 °C, 15 minthen RT, 10 min, 55 °C, 4 h 37a 12a
40a tracea
3
2
4 90 6RT, 15 minthen, 55 °C, 4 h
–78 °C, 15 minthen RT, 10 min, 55 °C, 4 h
Conditions
55 °C, 4 h
Table 3. �������
16
上に述べた反応条件では目的のフルオロシクロヘプタトリエン 3が得られなかった 2-トリフルオ
ロメチル-1-アルケン 1r を用い、さらなる反応条件の検討を行った。すなわち、フッ化物イオンの
脱離を促進するために、フッ素と親和性の高いルイス酸として三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯
体を添加した。ここでは、ジセリオビフェニルに 2-トリフルオロメチル-1-アルケンを作用させた後、
三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体を加えた (Table 5) 。シリル基を有する 2-トリフルオロメチ
ル-1-アルケン 1rをもちいたところ、目的のシクロヘプタトリエン 3raが収率 80%で得られた (Entry
1) 。さらに、フェニル基上にメトキシ基やトリフルオロメチル基を有し、反応性が低かった 2-ト
リフルオロメチル-1-アルケン 1s–1uにもこの条件を適用したところ、対応するシクロヘプタトリエ
CF3
R3
1 (1.2 eq)
RT, 15 minthen 55 °C, 4 h
n-BuLi (2.1 eq)TMEDA (2.1 eq)CeCl3 (2.1 eq)
THF, RT, 15 min
R3
F
3
Br
Br
2
(5)R1
R2
R2
R1
R1
R2 R2
R1
Entry 3 (%)
1b: p-FC6H4
1c: m-FC6H4
1e: p-ClC6H4
1f: m-ClC6H4
1j: p-CH3C6H4
1k: m-CH3C6H4
23
5
6
1011
1 3aa: 901a: Ph
3ea: 853fa: 80
3ja: 773ka: 72
Isolated yield. n.d. = not detected. a) 19F NMR yield (PhCF3).
3ba: 713ca: 80
Table 4. ��������1 R1, R2 2 R3
13
14
2a : R1 = R2 = H2a
2a
2a
2a
2a
2a
2b: R1 = t-Bu, R2 = H 1a 3ab: 80
1a 3ac: 832c: R1 = R2 = CH3
15 2a 1m:(CH2)3Ph 3ma: 10a
16 2a 1n: CH2Si(CH3)3 3na: tracea
17 2a 1o: H 3oa: n.d.a
18 2a 1p: Br 3pa: n.d.a
19 2a 1q: C(O)Ot-Bu 3qa: 2a
12 2a 1l:o-CH3C6H4 3la: n.d.a
4 2a 1d: o-FC6H4 3da: n.d.a
7 2a 1g: o-ClC6H4 3ga: n.d.a
8 2a 1h: p-CH3C(O)C6H4 3ha: 1a
9 2a 1i: p-NO2C6H4 3ia: n.d.a
20 2a 1r: Si(CH3)2Ph 3ra: n.d.a
17
ン 3ai–3akが得られた (Entries 2–4) 。基質一般性の拡大するため、2-トリフルオロメチル-1-アルケ
ン 1と 2,2-ジブロモビフェニル 2の組み合わせを変えて反応を試みた。シリル基を有する 2-トリフ
ルオロメチル-1-アルケン 1rとメチル基もしくは t-ブチル基を有する 2,2-ジブロモビフェニル 2b, 2c
を用いて環化を行ったところ、シクロヘプタトリエン 3brおよび 3crがそれぞれ 72%と 73%の収率
で得られた (Entries 6, 8) 。
さらなる基質一般性の拡大を目指し、シクロヘプタトリエンにトリフルオロメチル基の導入を試
みた。ここでは、2-トリフルオロメチル-1-アルケンの代わりにペンタフルオロアルケン 5を用いて
環化を検討を行ったが、目的のトリフルオロメチルシクロヘプタトリエン 6は得られなかった（式
7）。また、シクロヘプタトリエンのメチレン部位のフッ素化を試みた（式 8）。すなわち、ペンタフ
ルオロアルケン 7を用いて環化反応を行った。しかしながら目的のトリフルオロシクロヘプタトリ
エン 8は得られなかった。
Br BrCeCl3 (2.1 eq)n-BuLi (2.1 eq)
TMEDA (2.1 eq)
THF, RT, 15 min
1 (1.2 eq)
RT, 15 min, then55 °C, 4 h
R3F
3
F3C
R3
(6)BF3•OEt2 (2.0 eq)
R1
R2 R2
R1
R1
R2 R2
R1
2
1s: p-OCH3C6H4 3sa: 441t: m-OCH3C6H4 3ta: 381u: p-CF3C6H4 3ua: 58
Entry 3 (%)
2
3
4
1
3ba: 80
3cr: 71
Isolated yield. a) 19F NMR yield (PhCF3).
3br:723ca: 83
2 R1, R2 1 R3
2b: R1 = t-Bu,R2 = H
2a
2a
2a
1a : Ph1r
2c: R1 = R2 = CH31a
1r
2a: R1 = R2 = H 1r: Si(CH3)2Ph 3ra: 80
5678
Table 5.
9 2a 1m:(CH2)3Ph 3ma: 5a
18
シクロヘプタトリエン 3ad は単結晶が得られたため、その X 線結晶構造解析を行った。これに
より、七員環上にフッ素置換基を有するシクロヘプタトリエン構造が確認できた (Figure 1) 。ここ
では、七員環に縮環している二つのベンゼン環が、ビフェニル由来であるために接近する水素原子
間の立体反発によって 37.3 °の二面角をなしてねじれており、七員環上に歪みを生じている。C1–C2、
C2–C3、C4–C5および C6–C7の結合長は 1.47 Åから 1.52 Åの範囲にあり、C3–C4、C5–C6および
C7–C1の結合長は 1.34 Åから 1.42 Åの範囲で観測された。一般的に C(sp3)–C(sp2)結合および C(sp2)–
C(sp2)単結合の結合長はそれぞれ 1.54 Åと 1.50 Åであるため、C1–C2、C2–C3、C4–C5および C6–
C7は、単結合であると言える。また、一般的なアルケンおよびベンゼンの C(sp2)–C(sp2)結合の結合
長はそれぞれ 1.34 Åおよび 1.39 Åであることから、C3–C4、C5–C6および C7–C1は二重結合だと
言える。したがって、炭素–炭素二重結合の移動は起こらず、シクロヘプタトリエン構造を保持す
ることがわかった。
Br Br
CeCl3 (2.1 eq)n-BuLi (2.1 eq)
TMEDA (2.1 eq)
THF, RT, 15 min
5 (1.2 eq)
RT, 15 min, then55 °C, 4 h
PhF2C
6n.d.
F3CF2C
Ph
(7)
2a
Br Br
CeCl3 (2.1 eq)n-BuLi (2.1 eq)
TMEDA (2.1 eq)
THF, RT, 15 min
7 (1.2 eq)
RT, 15 min, then55 °C, 4 h
PhF
8n.d.
F3C CF2
Ph
(8)
2a
FF
Figure 1. �� �����3ea�ORTEP�������
F
Cl
123
45
6
7
Bond lengthsC1–C2 1.519(2) ÅC2–C3 1.508(2) ÅC3–C4 1.406(2) ÅC4–C5 1.489(2) ÅC5–C6 1.416(2) ÅC6–C7 1.468(2) ÅC7–C1 1.339(2) Å
19
第四節 シリル基の変換による基質一般性の拡大
シリル基を有するシクロヘプタトリエン 3raは、ケイ素置換基の官能基変換が可能である (Table
6) 。まず、アセトン溶媒中で塩酸を作用させて脱シリル化を試みたが、目的の水素化体 3’aは得ら
れなかった (Entry 1) 。そこで、テトラヒドロフラン (THF) とヘキサメチルリン酸トリアミド
(HMPA) の混合溶媒中でフッ化テトラブチルアンモニウム (TBAF) を作用させたところ、3’a が
62%の収率で得られた (Entry 2) 1)。さらに、THFのみで反応を行うと 3’aの収率が 90%まで向上し
た (Entry 3) 2)。また、3raに対して臭素を等モル量作用させることで、臭素化体 3’bを 75%の収率
で得た。臭素置換基はさらなる官能基変換や炭素–炭素結合の形成が容易であるため、含フッ素七
員環骨格の導入に利用できる。
第五節 ジアニオン前駆体の一般性拡張
ビフェニルに対して 2倍モル量の n-BuLiと TMEDAを作用させることで、2,2’位の水素が引き抜
かれ、ジリチオ化されることが知られる 3)。また、2-ブロモビフェニル誘導体に対して 2 倍モル量
の n-BuLiを作用させても、ジリチオビフェニルが発生するとされる 4)。これらの知見をもとに、2,2’-
ジリチオビフェニルの前駆体を種々検討し、2-トリフルオロメチル-1-アルケン 1a との反応を行っ
SiF
PhF
RReagent
Solvent, Conditions
3'
(9)
3ra
Entry Reagents Conditions 3' (%)
2
R
TBAF (2.0 eq) RT, 1 hthen, 80 °C, 3 h
3 TBAF (1.0 eq) 0 °C, 20 minthen, RT, 4 h
H
H
Isolated yield.
3'a: 62
3'a: 90
1 HCl aq 2 M (5.0 eq)0 °C, 1 h
then, RT, 2 hthen, reflux, 3 h
H 3'a: n.d.
4 Br2 (1.0 eq) RT, 12 h Br
Table 6.Solvent
Acetone
THF–HMPA (2:1)
THF
CH2Cl2 3'b: 75
20
た。2-ブロモビフェニル (5, 式 10) およびビフェニル (6, 式 11) に対して、TMEDAの存在下に無
溶媒で n-BuLiを加え 60 °Cで 2時間加熱し、2,2’-ジリチオビフェニルを調製した。室温まで冷却し
た後、THF 溶液にした 2,2’-ジリチオビフェニルに対してα-(トリフルオロメチル)スチレン 2a を作
用させたところ、それぞれ 61%と 58%の収率でシクロヘプタトリエン 3aaが得られた。これらのこ
とから、ジブロモ体より入手容易なビフェニル誘導体からもシクロヘプタトリエン誘導体を合成で
きることを明らかにした。
参考文献
1) Muraoka, T.; Matsuda, I.; Itoh, K.; Ueno, K. Organometallics, 2007, 26, 387.
2) Ichikawa, J.; Fukui, H.; Ishibashi, Y. J. Org. Chem. 2003, 68, 7800.
3) Bauer, T.; Clark, T; Schleyer, P. v. R. J. Am. Chem. Soc. 1987, 109, 970.
4) Pusztai, E.; Toulokhonova, I. S.; Temple, N.; Albright, H.; Zakai, U. I.; Guo, S.; Guzei, I. A.; Hu, R.;
West, R. Organometallics. 2013, 32, 2529.
n-BuLi (2.1 eq) TMEDA (2.1 eq)
60 °C, 2 h THF, RT, 15 min, then55 °C, 4 h
PhFF3C
Ph1a (1.2 eq)
3aa61%
9
Br
(10)
n-BuLi (2.1 eq) TMEDA (2.1 eq)
60 °C, 2 h THF, RT, 15 min, then55 °C, 4 h
PhFF3C
Ph1a (1.2 eq)
3aa58%
10
(11)
21
第三章 含フッ素トロピリウムの合成および構造
第一節 緒言
第一章でも述べた通り、シクロヘプタトリエンはメチレン部位を脱ヒドリドすることにより、6π
電子系で芳香族性を示すシクロヘプタトリエニルカチオン（トロピリウム）となることが知られる。
脱ヒドリドの方法としては、五塩化リンを作用させた後にテトラフルオロホウ酸で処理する手法
（式 1）1)や、トリチルカチオン 2)、臭素 3)、もしくは五塩化アンチモン 4)を作用させる手法（式 2, 3,
4）などが報告されている。同様の手法を用いて、ベンゼン環が縮環したトロピリウムの合成も行
われている 5) 。しかし、ベンゼン環が二つ縮環したトロピリウムは、これまで合成されてはいるも
のの単離に至っておらず、その詳細な性質は未だ明らかにされていない。そこで、フッ素置換基の
カチオン安定化効果を期待し、フルオロジベンゾシクロヘプタトリエンを用いたフルオロジベンゾ
トロピリウムの合成と単離を目指すとともに、その構造や物性の解明を狙った。すなわち、(i) フ
ルオロシクロヘプタトリエン 3aaのメチレン部位からのヒドリド引き抜き（式 5、第二節）、あるい
は (ii) ジフルオロシクロヘプタトリエン 6 のジフルオロメチレン部位からのフッ化物イオン引き
抜き（式 6、第三節）の二法を軸にして、フルオロジベンゾトロピリウムの合成検討を行った。
1) PCl5, CCl42) HBF4, EtOH
BF4
RT (1)
H
+
–
MeCN, RT(2)
ClO4 H
+
–
Ph3C+ ClO4–
Br2H
BrBr(3)
Br H
+
–
SbCl6
(4)
H
+
–
SbCl5
0 °C
22
トロピリウムは、有機合成における中間体としても利用されている。例えば、トロピリウムとシ
リルアレンとの反応によるアズレンの合成（式 7）6)、クロロシクロヘプタトリエンを用いたクロロ
トロピリウムを中間体とするアルコールの塩素化（式 8）7)、また Friedel–Crafts 型反応によるシク
ロヘプタトリエン環の導入（式 9）8)などがある。したがって、含フッ素トロピリウムの合成法を開
発することで、その合成化学的な応用も期待できる。
F
Oxidation– H–
F
+
X–
X– = Counter anion3aa 5
(5)
FF
BX3
Lewis acid
– F–
FF BX3
6 7
+–
X = F or C6F5
(6)
H2C CSi
BF4
+poly(4-vinylpyridine)
MeCN-Heptane (1:1)65 °C, 2 h
Si
25%
(7)
OH+
ClCl
DCMRT, 15 h
Cl
91%
(8)
23
第二節 フルオロシクロヘプタトリエンを用いたジベンゾトロピリウムの合成検討
第二章は、2点求核種と 2-トリフルオロメチル-1-アルケンを用いるモノフルオロジベンゾシクロ
ヘプタトリエンの合成法について述べた。そこで筆者は、得られたフルオロジベンゾシクロヘプタ
トリエンを利用し、そのメチレン部位からの脱ヒドリドによりジベンゾトロピリウムが合成できる
と考えた。また、メチレン部位をカルボニル化すれば、トロピリウム類似の芳香族性を持つシクロ
ヘプタトリエノン（トロポン）誘導体も合成が可能となる。
まず、トロピリウム合成の従来法を参考に、含フッ素ジベンゾトロピリウム 5の合成検討を行っ
た (Table 1) 。ジベンゾシクロヘプタトリエン 3aaに対し、五塩化リンを作用させた後にテトラフ
ルオロホウ酸 (Entry 1) で処理する手法、およびトリチルカチオン (Entry 2) もしくは臭素 (Entry
3) を作用させる手法を用いたところ、トロピリウム 5 は得られずにシクロヘプタトリエンが回収
された。一方、カチオン安定化効果を示す 1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン-2-オール (HFIP) を
溶媒として用い、五塩化アンチモンを作用させたところ、3aaの消費は見られたもののトロピリウ
ムの生成は観測できなかった（Entry 4）。また、カチオン中間体を経る反応でよく用いられる二硫
化炭素を溶媒として用いても、この反応は起こらなかった (Entry 5)。さらに、テトラフルオロホウ
酸塩 (Entry 6) やテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸塩 (Entry 7) を添加したが、目的のト
ロピリウム 5は得られなかった。
NH
OH
+
BF4imidazole (50 mol%)
THFRT, 2 h
NH
OH82%
(9)
F1) Reagents, Conditions
2) SaltF
+
X–
X– = Counter anion3aa 5
(10)
24
続いて、シクロヘプタトリエンのメチレン部位をカルボニル部位へと酸化することで、ジベンゾ
トロポン 6の合成を試みた。無置換のシクロヘプタトリエンを二酸化セレン 9)やオキソアンモニウ
ムイオン 10)を用いて酸化するトロポン合成法が知られる。これらを参考に、3aaに対して同様の反
応条件を用いたが、目的のトロポン 6は得られなかった。（式 11）。これらの反応では、いずれもシ
クロヘプタトリエンが回収された。
トロピリウム 5およびトロポン 6が得られなかったのは、以下の二つの理由によるものと考えて
いる。(i) ジベンゾシクロヘプタトリエン 3aaでは、ビフェニルのベイ領域である 1位と 11位の炭
素–水素結合の間に立体反発があるため、七員環上に歪みが存在する。そのため、π軌道の重なりが
完全でなく芳香族化に伴う安定化効果が十分に得られない。加えて、(ii) ベンゼン環との縮環部位
の二重結合性が増大し、これがカチオンの非局在化を阻害してカチオンの安定化を妨げる。
Entry Reagents Conditions 5 (%)a
1 PCl5 (1.5 eq)
Salt
CCl4, RT, 3 h HBF4 (1.5 eq), Et2O, 0 °C n.r.
2 Ph3C+BF4–(2.0 eq) CH2Cl2, RT, 5 h – n.r.
3 Br2 (1.0 eq) CCl4, 0 °C, 20 min then RT, 2 h – n.r.
5 SbCl5 (1.8 eq) CS2 0 °C, 10 min – n.d.
6 SbCl5 (1.8 eq) CS2 0 °C, 10 min LiB(C6F5)4 (2.0 eq) n.d.
7 SbCl5 (1.8 eq) CS2 0 °C, 10 min NaBF4 (2.0 eq) n.d.
4 SbCl5 (1.8 eq) HFIP–CH2Cl2 (1:1), 0 °C, 10 min, then RT, 1 h – n.d.
a) 1H NMR yield. n.d. = not detected. n.r. = no reaction.
Table 1. ���������
X
BF4
BF4
Br
SbCl6
SbCl6
SbCl6 or B(C6F5)4
SbCl6 or BF4
F F
3aa 6n.r
(11)O
SeO2 (1.0 eq)KH2PO4 (0.2 eq)
H2O
Dioxane–H2O (99:1), reflux, 10 h
NO BF4
(2.0 eq)
AcCN–H2O (95:5), RT, 7 h
25
第三節 ジフルオロシクロヘプタトリエンを用いたトロピリウムの合成検討
第一章でも述べたように、当研究室ではヨウ素カチオン等価体を用いた Friedel–Crafts型の分子内
環化によるジフルオロシクロヘプタジエン 7の合成を達成している（式 9）。このジフルオロシクロ
ヘプタジエン 7は、塩基としてジアザビシクロウンデセン（DBU）を作用させることで脱ヨウ化水
素が進行し、ジフルオロヘプタトリエン 8 を与える（式 10）。ここで得られるジフルオロヘプタト
リエン 8を用いて、フルオロジベンゾトロピリウムの合成を試みた。すなわち、ルイス酸によりジ
フルオロメチレン部位のフッ素をフッ化物イオンとして引き抜くことにより、目的とするカチオン
の発生を試みた。
まず、ジベンゾジフルオロシクロヘプタトリエン 8に対し、ルイス酸としてフッ素との親和性が
高いトリフルオロボラン–ジエチルエーテル錯体（BF3•OEt2）をジクロロメタン中–30 °C で作用さ
せたところ、目的のトロピリウム 9は得られなかった （式 11、Table 2、Entry 1）。そこで、より低
温の–50 °Cで反応を行うと、フルオロトロピリウム 9が 30%の収率で得られた。しかしこの場合、
フッ素を含まないトロポン誘導体 10も同時に得られた。ここで得られた 10は、反応系中で加水分
解により生じたジベンゾトロポンとルイス酸が反応して生成したと考えられる。実際、別途調製し
たトロポン 11に対してテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸を作用させたところ、トロポン
10 が生成することを確認した（式 15）。そこで、10 の副生の抑制と 9 の収率向上を目指して、反
応条件の検討を行った。まず、対アニオンを嵩高くすることで水との反応を抑える検討を行った。
すなわち、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランをルイス酸として用いた。トリスス(ペンタフル
オロフェニル)ボランのトルエン溶液を用いて反応を行ったところ、9の収率が 33%まで向上すると
CF2 NIS (1.2 eq)Me3SiOTf (1.2 eq)
HFIP–CH2Cl2 (1:1), 0.02 M, 0 °C, 40 min
FFI
7 60–92%
CF2I
α
α
RRR
(12)
DBU (2.0 eq)
THF, relflux, 2 h
FF
8 90%
FFI
7
LDA (2.0 eq)
THF, reflux, 1.5 h
IF
61%
(13)
26
同時に、トロポン誘導体の副生を抑えられた（Entry 3）。さらに溶媒として、カチオン安定化効果
を有するクロロベンゼンおよび HFIPを用いたところ、HFIP中で反応を行った場合のみ 0 °Cでの
トロピリウムの生成が確認された（Entries 4, 5）。また、溶媒を用いない場合はトロピリウム 9およ
びトロポン誘導体 10 の生成は確認されなかった（Entry 6）。さらに、HFIPとジクロロメタン混合
溶媒および HFIP 溶媒を用いた場合、反応温度を室温まで上げてもトロピリウムが分解しないこと
を確認した（Entry 7, 8）。続いて、HFIPのカチオン安定化効果を 大限に活用するため、トルエン
を留去したトリス(ペンタフルオロフェニル)ボランを用いて反応を行った。HFIPとジクロロメタン
の混合溶媒中で反応を行ったところ、9の収率は 18%に留まった（Entries 10, 11）。しかし、溶媒に
HFIPのみを用い室温で反応を行った場合、 大収率 43%で 9 が得られた（Entry 12）。さらなる収
率の向上を目指し、より低温の 0 ºC で反応を行ったが同程度の収率に留まる結果となった (Entry
13) 。
FF Lewis acid (1.0 eq)
Conditions
8
(14)
9
FXF–
+
10
O
++X–
X = BF3 or B(C6F5)3
27
第四節 フルオロトロピリウムの構造および物性評価
得られたフルオロジベンゾトロピリウム 9の構造解析は、1Hおよび 19F NMR測定および X線結
晶構造解析により行った。トロピリウム 9 の前駆体であるジベンゾシクロヘプタトリエン 8 の 1H
NMR測定では、2つのビニルプロトンのシグナル δ 6.28 (dd, JHF = 21.3, J = 10.7 Hz) および δ 6.81
(d, J = 10.7 Hz) が観測された。また、8の 19F NMR測定ではジフルオロメチレン部位のシグナルが
δ 65.7 (br s) に観測された。8にルイス酸を加えたところ、1Hおよび 19F NMR測定においてこれら
のピークは消失し、新たなシグナルが観測された。1H NMRの測定では、芳香族領域のシグナルが
全体的に 2 ppm 程度も低磁場シフトし、トロピリウムの環電流による反遮蔽効果が見られた。19F
Entry Lewis acid Conditions 9 (%)a
1 CH2Cl2, –30 °C, 2 min n.d.
2
10 (%)a
n.d.
CH2Cl2, –50 °C, 2 min 30 6
3 B(C6F5)3 in Toluene 15 wt% CH2Cl2, –50 °C, 2 min 33 trace
6
BF3•OEt2
BF3•OEt2
B(C6F5)3 in Toluene 15 wt% neat, –50 °C, 2 min n.d. n.d.
4 B(C6F5)3 in Toluene 15 wt% PhCl, –40 °C, 2 min n.d. n.d.
5 B(C6F5)3 in Toluene 15 wt% CH2Cl2–HFIP (2:1)0 °C, 2 min
40 n.d.
9 B(C6F5)3 CH2Cl2, –50 °C, 2 min 30 n.d.
10 B(C6F5)3 CH2Cl2–HFIP (2:1)RT, 2 min
7 B(C6F5)3 in Toluene 15 wt% CH2Cl2–HFIP (2:1)RT °C, 2 min
40 n.d.
11
18 n.d.
B(C6F5)3 CH2Cl2–HFIP (1:2)RT, 2 min
15 n.d.
12 B(C6F5)3 HFIP, RT, 2 min 43 n.d.
13 B(C6F5)3 HFIP, 0 °C, 2 min
a) 1H NMR yield.
Table 2. ����������� ���
8 B(C6F5)3 in Toluene 15 wt% HFIP, RT °C, 2 min
41 n.d.
41 n.d.
B(C6F5)3 (1.0 eq)
CH2Cl2, –50 °C, 2 min
11
(15)
10
O
+B(C6F5)3–O
28
NMR測定では、フッ素置換基のシグナルが δ 412.6 (br s, 1F) に観測された（Scheme 1）。この 19F
シグナルの極めて大きな低磁場シフトは、カチオンがフッ素の近傍に局在化していることを示唆す
る。
Scheme 1. ����������������������1H NMR���
Scheme 2. ������ �������� ������19F NMR���
29
さらに、フルオロジベンゾトロピリウム 9の X線結晶構造解析を行った。これによると、七員環
を構成する炭素–炭素結合の長さはそれぞれ 1.45 Å (C1–C2), 1.44 Å (C2–C3), 1.47 Å (C3–C4), 1.42 Å
(C4–C5), 1.43 Å (C5–C6), 1.31 Å (C6–C7), 1.46 Å (C7–C1) で、結合交替の小さいことが分かった。こ
のことから、9は芳香族性を持つことが示唆される。
量子化学計算により、フルオロジベンゾトロピリウム 9の電荷密度と芳香族性を調べた。ここで
は、フルオロジベンゾトロピリウム 9の対アニオンを除いた構造を密度汎関数法 (B3LYP/6-31G*)
によって 適化することで得られたモデル化合物 Iを用いた (Scheme 4) 。このモデル化合物 Iで
は、七員環を構成する炭素–炭素結合の結合長が 1.42 Å (C1–C2), 1.44 Å (C2–C3), 1.47 Å (C3–C4),
1.44 Å (C4–C5), 1.42 Å (C5–C6), 1.39 Å (C6–C7), 1.39 Å (C7–C1) であり、X線回析によって得られた
構造に近く、実際の構造を良く反映していると言える。ジフルオロジベンゾシクロヘプタトリエン
F
+
9
Figure 1. ������� ����9���ORTEP�!�"�������������� !�"
F
F+
B C6F5C6F5
C6F5
F–F B
F
9
F
+1
2
345
67
C1–C2C2–C3C3–C4C4–C5C5–C6C6–C7C7–C1
1.45 Å1.44 Å1.47 Å1.42 Å1.43 Å1.31 Å1.46 Å
Bond lengths ����
Scheme 3. ������
30
8のモデル化合物 IIを同様の手法によって得たところ、ここでは結合長が 1.51 Å (C1–C2), 1.41 Å
(C2–C3), 1.49 Å (C3–C4), 1.42 Å (C4–C5), 1.46 Å (C5–C6), 1.34 Å (C6–C7), 1.50 Å (C7–C1) であった
(Scheme 4) 。Iと IIの結合を比較すると、8から 9へ変換することによって結合交替が小さくなる
ことが確認でき、9が芳香族性を持つことを示唆する。また、フッ素置換基を持たないジベンゾト
ロピリウム III、ベンゼン環が縮環していないフルオロトロピリウム IV、および無置換トロピリウ
ム Vも同様に比較した。ジベンゾトロピリウム IIIは、フルオロジベンゾトロピリウム Iと類似の
結合長 (1.39–1.47 Å) を持つことがわかった。また、無置換トロピリウム Vは全ての結合長が 1.40
Åであり、フルオロトロピリウム IVは結合長が 1.40 Å (C1–C2), 1.39 Å (C2–C3), 1.41 Å (C3–C4), 1.39
Å (C4–C5), 1.41 Å (C5–C6), 1.39 Å (C6–C7), 1.40 Å (C7–C1) といずれも結合交替が小さい。すなわち、
二つのベンゼン環が縮環することで結合交替が大きくなった。
さらに、Iと III、および IVと Vを用いて、電荷密度を計算しその考察を行った (Scheme 5) 。
モデル化合物 Iおよび IIIにおいて C1および C6を比較すると、Iの電荷密度は 0.259と–0.168に
対し IIIは–0.196と–0.190であった。このことから、Iは IIIよりもフッ素のα位炭素がより正電荷
を帯びていることが分かる。すなわち Iでは、フッ素の非共有電子対とπ電子の反発により、正電
荷がフッ素のα位炭素にある程度局在化しているためと考えられる。同様にフルオロトロピリウム
IVおよび無置換トロピリウム Vとも比較すると、C1の電荷密度がそれぞれ 0.450および–0.004で
あり、同様の傾向が見られる。
F
+12
345
67
C1–C2C2–C3C3–C4C4–C5C5–C6C6–C7C7–C1
1.45 Å1.44 Å1.47 Å1.42 Å1.43 Å1.31 Å1.46 Å
1.42 Å1.44 Å1.47 Å1.44 Å1.42 Å1.38 Å1.39 Å
Bond lengths ����������
Scheme 4. ���������
F12
345
67 F
1.51 Å1.41 Å1.49 Å1.42 Å1.46 Å1.34 Å1.50 Å
I II
+
III
�����
++
F
����� ����� �����
1
234
5
67
1
2
34
5
671
2
345
67
1.42 Å1.45 Å1.47 Å1.45 Å1.42 Å1.39 Å1.39 Å
1.40 Å1.39 Å1.41 Å1.39 Å1.41 Å1.39 Å1.40 Å
1.40 Å1.40 Å1.40 Å1.40 Å1.40 Å1.40 Å1.40 Å
IV V
31
また、各モデル化合物 Iおよび IVの核種非依存化学シフト (Nucleus-independent chemical shift;
NICS) 値を計算した (HF/6–31G*)11) 。モデル化合物 Iのそれぞれの環について計算したところ、
七員環上で–4.0、二つのベンゼン環はそれぞれ–11.3となったことから、全ての環で芳香族性を示す。
一方、縮環のないフルオロトロピリウム IVの NICS値は–8.6であり、フルオロジベンゾトロピリ
ウム Iの七員環上の NICS値の方が大きい。これはフルオロジベンゾトロピリウム Iではベンゼン
環が二つ縮環しているため、縮環している二つの炭素–炭素の二重結合性が高く、無縮環のトロピ
リウムと比べると結合交替が大きいためだと考えられる。
以上のように、ジフルオロジベンゾシクロヘプタトリエンにトリス(ペンタフルオロフェニル)ボ
ランを作用させることで、フッ化物イオンの引き抜きによるフルオロジベンゾトロピリウム 9の合
成法を開発した。また、9について 1Hおよび 19F NMR、X線結晶構造解析、および量子化学計算に
よる考察をそれぞれ行った。これらによると、9 では正電荷が局在化しているうえに 2つのベンゼ
ン環の縮環によって結合交替が大きいながらも、芳香族性を有する七員環であることを確認した。
F
+16
7
C1C2C3C4C5C6C7
0.2590.0920.053–0.0010.259–0.168–0.134
Scheme 5. ��������
167
–0.1960.2830.0210.0180.281–0.1900.022
+
IIII
++
F132
IV V
0.450–0.1750.032–0.027–––
–0.004
345
2
345
24
3
2
4
F
+
–11.3 –11.3–4.0
Scheme 6. NICS����
F
+–8.6
I IV
32
参考文献
1) Conrow, K. Org. Syn., 1963, 43, 101.
2) Dauben Jr, H. J., Gadecki, F. A., Harmon, K. M., & Pearson, D. L. J. Am. Chem. Soc., 1957, 79, 4557.
3) Doering, W. v. E,; Knox, L. H. J. Am. Chem. Soc., 1954, 76, 3203.
4) Holmes, J.; Pettit, R. J. Org. Chem., 1963, 28, 1695.
5) a) Naville, v. G.; Strauss, H.; Heilbronner, E. Helvetica Chimica Acta, 1960, 156, 1221. b) Müllen, K.;
Heinz, W.; Klärner, F. -G.; Roth, W. R.; Kindermann, I.; Adamczak, O.; Wette, M.; Lex, J. Chem. Ber.,
1990. 123, 2349.
6) Thomas, R. M,; Shea, K. M. J. Chem. Edu., 2013, 90, 110.
7) Nguyen, T.; Bekensir, A. Org. Lett., 2014, 16, 1720.
8) Yunnikova, L. P.; Akent’eva, T.; Aleksandrova, G. A.; Mikhailova, L. A.; Eliseev, S. L. Pharmaceutical
Chemistry Journal, 2014, 48, 22.
9) Dahnke, K. R.; Paquette, L. A. Org. Syn., 1993, 71, 181.
10) Breton, T.; Liaigre, D.; Belgsir, E. M. Tetrahedron Lett., 2005, 46, 2487.
11) a) Schleyer, P. v. R.; Maerkes, C.; Dransfeld, A.; Jiao, H.; Hommes, N. J. R. v. E. J. Am. Chem. Soc.
1996, 118, 631. b) Bühl, M.; Hirsch, A. Chem. Rev. 2001, 101, 1153.
33
第四章 実験項
General Information
1H NMR, 13C NMR, and 19F NMR spectra were recorded on a Bruker Avance 500 spectrometer and a JEOL
400 spectrometer. Chemical shift values are given in ppm relative to internal Me4Si (for 1H NMR: δ = 0.00
ppm), CDCl3 (for 13C NMR: δ = 77.0 ppm), and C6F6 (for 19F NMR: δ = 0.00 ppm). IR spectra were
recorded on a Horiba FT-300S spectrometer by the attenuated total reflectance (ATR) method. Mass spectra
were measured on a JEOL JMS-T100GCV. Elemental analyses were carried out at the Elemental Analysis
Laboratory, Division of Chemistry, Faculty of Pure and Applied Sciences, University of Tsukuba. Melting
points were measured on a Yanaco micro melting point apparatus, and were uncorrected. UV-VIS spectra
were recorded on a JASCO V-630 spectrometer. X-ray diffraction study was performed on a Bruker APEXII
ULTRA instrument equipped with a CCD diffractometer using Mo Ka (graphite monochromated, l =
0.71069 Å) radiation. The structure was solved by direct methods (SIR97).1 The positional and thermal
parameters of non-hydrogen atoms were refined anisotropically on F2 by the full-matrix least-squares
method using SHELXS-97.2 Hydrogen atoms were placed at calculated positions and refined with the riding
mode on their corresponding carbon atoms.
Theoretical Calculations were performed with Spartan 08 and Gaussian 03 package.
Column chromatography was conducted on Florisil (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., 75–150 µm) or
silica gel (Silica Gel 60 N, Kanto Chemical Co., Inc., 63–210 µm). All the reactions were conducted under
argon or nitrogen.
Tetrahydrofuran (THF), diethyl ether, hexane, toluene, and dichloromethane were purified by a
solvent-purification system (GlassContour) equipped with columns of activated alumina and
supported-copper catalyst (Q-5) before use. 1,4-Dioxane, benzene, hexamethylphosphoric triamide (HMPA),
pyridine, and 1,1,1,3,3,3-hexafluoropropan-2-al were distilled from CaH2, and stored over activated
molecular sieves 4A. N,N,N',N'-Tetramethylethylenediamine (TMEDA) was distilled from KOH, and stored
over activated molecular sieves 4A. Cerium(III) chloride, magnesium(II) bromide, zinc(II) chloride, and
copper(I) bromide were dried under vacuum at 140 °C over 2 h, and stored in a glove box.
Tetrakis(pentafluorophenyl)borone, toluene solution (15 wt%) was furnished by Tosoh F-Tech, Inc.
2-Trifluoromethyl-1-alkenes 1a–1e, 1g–i, 1l–q, 1r3 and 2,2'-dibromobiphenyls 24 were prepared according to
the literature procedures. Unless otherwise noted, materials were obtained from commercial sources and
used directly without further purifications.
34
Chapter 2
Preparation of 2-Trifluoromethyl-1-alkenes 1
1-Methyl-4-(3,3,3-trifluoroprop-1-en-2-yl)benzene (1j)
4-Methylphenylmagnesium bromide was prepared from 4-bromomethylbenzene (1.2 mL, 10.0 mmol) and
magnesium (292 mg, 12.0 mmol) in Et2O (10 mL). To a Et2O (10 mL) solution of ethyl trifluoroacetate (1.40
mL, 12.0 mmol) was added 4-methylphenylmagnesium bromide at –78 °C over 0.5 h. After completion of
the addition, the mixture was stirred for another 1 h at –78 °C, and then the temperature was increased to –
50 °C. After stirring for further 2 h, an a aqueous NH4Cl solution was added to the reaction mixture. The
organic materials were extracted with ether for three times. The combined organic extracts were washed with
brine and dried over Na2SO4. The solvent was removed under reduced pressure. The residue was passed
through a pad of silica gel (pentane). The solvent was removed under reduced pressure, and
4’-methyl-2,2,2-trifluoroacetophenone was obtained as crude mixture. To a 200 mL 2-necked flask was
placed a Et2O (16 mL) solution of methyltriphenylphosphonium iodide (4.85 g, 12.0 mmol) and t-BuONa
(1.15 g, 12.0 mmol). After stirring for 15 min at room temperature, the mixture was cooled to –78 °C. The
reaction mixture was added to the crude of 4’-methyl-2,2,2-trifluoroacetophenone. The reaction mixture was
stirred for 10 min, warmed to room temperature, and then stirred for 3 h. The reaction was quenched with an
aqueous NH4Cl solution. The organic materials were extracted with ether for three times. The combined
organic extracts were washed with brine and dried over Na2SO4. The solvent was removed under reduced
pressure, residue was purified by column chromatography on silica gel (pentane) to give
4-methyl-α-(trifluoromethyl)styrene (1b, 748 mg, 40%) as a colorless liquid. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 2.35 (s, 3H), 5.71 (q, JHF = 1.6 Hz, 1H), 5.89 (q, JHF = 1.4 Hz, 1H), 7.17 (d, J
= 8.0 Hz, 2H), 7.34 (d, J = 8.0 Hz, 2H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 21.1, 119.6 (q, JCF = 6 Hz), 123.5 (q,
JCF = 274 Hz), 127.2, 129.3, 130.8, 138.x (q, JCF = xx Hz), 139.0. 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 98.1 (s,
3F). IR (neat): ν 2925, 1518, 1352, 1161, 1115, 1078, 939, 822, 721, 611 cm–1.
1-Methyl-3-(3,3,3-trifluoroprop-1-en-2-yl)benzene (1k)
α-(Trifluoromethyl)styrene 1c, a colorless liquid (624 mg, 35%), was prepared according to the procedure
CF3
CF3
35
described for 1b using 3-bromomethylbenzene (1.20 mL, 10.0 mmol). 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 2.36 (s, 3H), 5.72 (q, JHF = 1.6 Hz, 1H), 5.91 (q, JHF = 1.4 Hz, 1H), 7.17–7.19
(m, 1H), 7.24–7.25 (m, 3H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 21.4, 120.2 (q, JCF = 6 Hz), 123.4 (q, JCF = 270
Hz), 124.5, 128.1, 128.4, 129.7, 133.6, 138.3, 139.1 (q, JCF = 30 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 98.1 (s,
3F). IR (neat): ν 2925, 1350, 1232, 1157, 1119, 943, 789, 702, 634 cm–1.
Synthesis of Dibenzocycloheptatrienes 3
7-Fluoro-6-phenyl-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3aa)
To a Schlenk tube were placed dried CeCl3 (160 mg, 0.63 mmol), 2,2’-dibromobiphenyl (94 mg, 0.30
mmol), N,N,N’,N’,-tetramethylendiamine (TMEDA, 100 µL, 0.63 mmol), and THF (3 mL). To the mixture
was added n-BuLi 0.40 mL (1.58 M, 0.63 mmol) at room temperature. After stirring for 15 min,
α-(trifluoromethyl)styrene (1a, 54 µL, 0.36 mmol) was added to the reaction mixture at room temperature.
After stirring for 15 min, the temperature was increased to 55 °C and stirred for further 4 h. Then the mixture
was quenched with an aqueous NH4Cl solution. The organic materials were extracted with Et2O three times,
and the combined extracts were washed with brine and dried over Na2SO4. After removal of solvent under
reduced pressure, the residue was purified by column chromatography on Florisil (hexane) to give
cycloheptatriene 3aa (77 mg, 90%) as white solid.
mp 77.0–77.8 °C. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 3.24 (d, J = 13.8 Hz, 1H), 3.51 (dd, J = 13.8, JHF = 4.6 Hz,
1H), 7.26–7.29 (m, 2H), 7.30–7.36 (m, 2H), 7.36–7.39(m, 2H), 7.44–7.50(m, 2H), 7.54– 7.58 (m, 3H), 7.70–
7.71(m, 1H), 7.79–7.81 (m, 1H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 36.0 (d, JCF = 4 Hz), 120.6 (d, JCF = 13 Hz),
126.3 (d, JCF = 6 Hz), 126.70, 126.74, 127.1, 127.2, 128.0, 128.2, 128.5 (d, JCF = 5 Hz), 128.6, 129.3 (d, JCF
=2 Hz), 129.6, 131.3 (d, JCF = 26 Hz), 137.2, 137.7, 138.8 (d, JCF = 6 Hz), 141.9 (d, JCF = 3 Hz), 151.3 (d, JCF
= 252 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 47.9 (s, 1F). IR (neat): ν 3060, 2960, 1655, 1483, 1444, 1246,
1117, 1068, 1039, 754, 729, 696 cm–1. HRMS (EI+): m/z Calcd for C21H15F [M]+: 286.1158; Found:
286.1158. Elem. Anal. Calcd for C21H15F: C, 88.09; H, 5.28. Found: C, 87.77; H, 5.40.
F
36
7-Fluoro-6-(4-fluorophenyl)-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3ba)
Compound 3ba was synthesized according to the procedure described for 3aa using CeCl3 (160 mg, 0.63
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl (94 mg, 0.30 mmol), TMEDA (100 µL, 0.63 mmol),
α-(trifluoromethyl)styrene 1b (86 mg, 0.36 mmol), and THF (3 mL). Purification by column
chromatography on Florisil column (hexane) gave 3ba (65 mg, 71%) as a white solid. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 3.25 (d, J = 13.8 Hz, 1H), 3.46 (dd, J = 13.8 Hz, JHF = 4.7 Hz, 1H), 7.08 (dd,
JHF = 8.8 Hz, J = 8.8 Hz, 2H), 7.27–7.29 (m, 1H), 7.33–7.38 (m, 2H), 7.46–7.54 (m, 4H), 7.58–7.60 (m, 1H),
7.71–7.73 (m, 1H), 7.79–7.80 (m, 1H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 36.2 (d, JCF = 4 Hz), 115.3 (d, JCF =
21 Hz), 119.7 (d, JCF = 13 Hz), 126.4 (d, JCF = 6 Hz), 126.7, 126.9, 127.2, 128.2, 128.8, 129.4 (d, JCF = 2 Hz),
129.8, 130.3 (dd, JCF = 8, 4 Hz), 131.2 (d, JCF = 26 Hz), 133.2 (d, JCF = 3 Hz), 137.7, 138.9 (d, JCF = 6 Hz),
141.8 (d, JCF = 3 Hz), 151.5 (d, JCF = 252 Hz), 161.9 (d, JCF = 247 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 47.8
(s, 1F), 48.4–48.5 (m, 1F). IR (neat): ν 3062, 2918, 2850, 1603, 1508, 1446, 1232, 1159, 1078, 839, 766, 739
cm–1. HRMS (EI+): m/z Calcd for C21H14F2 [M]+: 304.1064; Found: 304.1066.
7-Fluoro-6-(3-fluorophenyl)-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3ca)
Compound 3ca was synthesized according to the procedure described for 3aa using CeCl3 (160 mg, 0.63
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl (94 mg, 0.30 mmol), TMEDA (100 µL, 0.63 mmol),
α-(trifluoromethyl)styrene 1c (86 mg, 0.36 mmol), and THF (3 mL). Purification by column chromatography
on Florisil column (hexane) gave 3ca (73 mg, 80%) as a white solid.
mp 121.4–122.2 °C. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 3.24 (d, J = 13.8 Hz, 1H), 3.48 (dd, J = 13.8 Hz, JHF =
4.6 Hz, 1H), 6.97–7.01 (m, 1H), 7.27–7.31 (m, 2H), 7.34–7.38 (m, 4H), 7.47–7.53 (m, 2H), 7.58–7.59 (m,
1H), 7.72 (d, J = 7.4 Hz, 1H), 7.81 (dd, J = 7.0, 1.0 Hz, 1H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 35.8 (d, JCF = 4
Hz), 114.1 (d, JCF = 21 Hz), 115.5 (dd, JCF = 22, 5 Hz), 119.4 (d, JCF = 11 Hz), 124.2 (dd, JCF = 4, 3 Hz),
126.4 (d, JCF = 6 Hz), 126.6, 126.9, 127.2, 128.2, 128.9, 129.3 (d, JCF = 2 Hz), 129.6 (d, JCF = 8 Hz), 129.7,
131.0 (d, JCF = 26 Hz), 137.6, 138.9 (d, JCF = 6 Hz), 139.2 (d, JCF = 8 Hz), 141.7 (d, JCF = 3 Hz), 151.9 (d, JCF
= 253 Hz), 162.6 (d, JCF = 245 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 49.5 (s, 1F), 49.5–49.6 (m, 1F). IR
F
F
F
F
37
(neat): ν 3064, 2962, 2908, 1655, 1612, 1581, 1483, 1441, 1248, 1198, 1117, 1066, 1039, 910, 768, 739, 704
cm–1. Elem. Anal. Calcd for C21H14F2: C, 82.88; H, 4.64. Found: C, 82.74; H, 4.84.
6-(4-Chlorophenyl)-7-fluoro-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3ea)
Compound 3ea was synthesized according to the procedure described for 3aa using CeCl3 (160 mg, 0.63
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl (94 mg, 0.30 mmol), TMEDA (100 µL, 0.63 mmol),
α-(trifluoromethyl)styrene 1e (74 mg, 0.36 mmol), and THF (3 mL). Purification by column chromatography
on Florisil column (hexane) gave 3ea (82 mg, 85%) as a white solid.
mp. 144.7–145.3 °C. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 3.24 (d, J = 13.9 Hz, 1H), 3.48 (dd, J = 13.9 Hz, JHF =
4.6 Hz, 1H), 7.27–7.28 (m, 1H), 7.33–7.38 (m, 4H), 7.47–7.53 (m, 4H), 7.58–7.59 (m, 1H), 7.72 (d, J = 7.4
Hz, 1H), 7.80 (d, J = 7.0 Hz, 1H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 36.6 (d, JCF = 4 Hz), 120.1 (d, JCF = 13
Hz), 127.0 (d, JCF = 6 Hz), 127.3, 127.6, 127.9, 128.9, 129.1, 129.5, 130.0 (d, JCF = 7 Hz), 130.4, 130.6 (d,
JCF = 5 Hz), 131.7 (d, JCF = 26 Hz), 133.7, 136.3, 138.3, 139.6 (d, JCF = 6 Hz), 142.4 (d, JCF = 3 Hz), 152.4 (d,
JCF = 253 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 48.8 (s, 1F). IR (neat): ν 3062, 2964, 2900, 1651, 1491, 1446,
1093, 1012, 837, 766, 735 cm–1. HRMS (EI+): m/z Calcd for C21H14ClF [M]+: 320.0768; Found: 320.0764.
The structure of 3fa was also confirmed by X-ray diffraction analysis (Chapter 2, Figure 1 and Table S1).
F
Cl
38
Table S1. Crystal Data Collection Parameters for 3ea
-----------------------------------------------------------------------
compound 3ea
-----------------------------------------------------------------------
formula C21H14ClF
crystal system monoclinic
space group P21/n
R, Rw (I > 2σ(I)) 0.0356, 0.0446
R1, wR2 (all data) 0.0814, 0.0871
GOF on F2 1.045
a (Å) 9.333(2)
b (Å) 9.898(3)
c (Å) 16.621(4)
a (deg) 90
b (deg) 92.250(4)
g (deg) 90
V (Å3) 1529.0(7)
Z 4
T (K) 100(2)
crystal size (mm) 0.40, 0.06, 0.05
Dcalcd (g/cm3) 1.393
2θmin, 2θmax (deg) 4.80, 54.92
-----------------------------------------------------------------------
39
6-(3-Chlorophenyl)-7-fluoro-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3fa)
Compound 3fa was synthesized according to the procedure described for 3aa using CeCl3 (160 mg, 0.63
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl (94 mg, 0.30 mmol), TMEDA (100 µL, 0.63 mmol),
α-(trifluoromethyl)styrene 1f (74 mg, 0.36 mmol), and THF (3 mL). Purification by column chromatography
on Florisil column (hexane) gave 3fa (77 mg, 80%) as a white solid. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 3.24 (d, J = 13.9 Hz, 1H), 3.46 (dd, J = 13.9 Hz, JHF = 4.6 Hz, 1H), 7.27–
7.33 (m, 3H), 7.34–7.39 (m, 2H), 7.43 (dd, J = 7.7, 1.3 Hz, 1H), 7.47–7.53 (m, 2H), 7.55 (d, J = 1.0 Hz, 1H),
7.58–7.59 (m, 1H), 7.72 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.80 (d, J = 7.4 Hz, 1H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 35.8
(d, JCF = 4 Hz), 119.3 (d, JCF = 13 Hz), 126.4 (d, JCF = 6 Hz), 126.66, 126.68 (d, JCF = 5 Hz), 126.9, 127.2,
127.3, 128.2, 128.6 (d, JCF = 5 Hz), 128.9, 129.3 (d, JCF = 2 Hz), 129.4, 129.7, 130.9 (d, JCF = 26 Hz), 134.1,
137.6, 138.92, 138.95 (d, JCF = 7 Hz), 141.6 (d, JCF = 3 Hz), 152.0 (d, JCF = 254 Hz). 19F NMR (470 MHz,
CDCl3): δ 49.5 (s, 1F). IR (neat): ν 3062, 2904, 1653, 1593, 1562, 1483, 1446, 1242, 1117, 1039, 760, 735,
702 cm–1. HRMS (EI+): m/z Calcd for C21H14ClF [M]+: 320.0768; Found: 320.0767.
7-Fluoro-6-(4-methylphenyl)-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3ja)
Compound 3ja was synthesized according to the procedure described for 3aa using CeCl3 (160 mg, 0.63
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl (94 mg, 0.30 mmol), TMEDA (100 µL, 0.63 mmol),
α-(trifluoromethyl)styrene 1j (67 mg, 0.36 mmol), and THF (3 mL). Purification by column chromatography
on Florisil column (hexane) gave 3ja (70 mg, 77%) as a white solid.
mp 95.0–96.1 °C. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 2.36 (s, 3H), 3.22 (d, J = 13.8 Hz, 1H), 3.50 (dd, J = 13.8
Hz, JHF = 4.0 Hz, 1H), 7.19 (d, J = 7.8 Hz, 2H), 7.26–7.28 (m, 1H), 7.30–7.35 (m, 2H), 7.45–7.47 (m, 4H),
7.56 (d, J = 6.8 Hz, 1H), 7.70 (d, J = 5.8 Hz, 1H), 7.78–7.80 (m, 1H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 21.2,
36.0 (d, JCF = 4 Hz), 120.6 (d, JCF = 13 Hz), 126.2 (d, JCF = 6 Hz), 126.68, 126.68, 127.0, 128.0, 128.40 (d,
JCF = 4 Hz), 128.42, 128.9, 129.2, 129.6, 131.4 (d, JCF = 26 Hz), 134.2, 137.0, 137.7, 138.8 (d, JCF = 6 Hz),
141.9 (d, JCF = 3 Hz), 151.1 (d, JCF = 251 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 47.4 (s, 1F). IR (neat): ν 3024,
F
Cl
F
Me
40
2962, 2920, 1718, 1653, 1514, 1483, 1446, 1240, 1111, 1080, 1036, 818, 758, 737, 683, 509 cm–1. HRMS
(EI+): m/z Calcd for C22H17F [M]+: 300.1314, found: 300.1310.
7-Fluoro-6-(3-methylphenyl)-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3ka)
Compound 3ka was synthesized according to the procedure described for 3aa using CeCl3 (160 mg, 0.63
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl (94 mg, 0.30 mmol), TMEDA (100 µL, 0.63 mmol),
α-(trifluoromethyl)styrene 1k (67 mg, 0.36 mmol), and THF (3 mL). Purification by column
chromatography on Florisil column (hexane) gave 3ka (65 mg, 72%) as a white solid. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 2.38 (s, 3H), 3.24 (d, J = 13.8 Hz, 1H), 3.51 (dd, J = 13.8 Hz, JHF = 4.6 Hz,
1H), 7.11 (d, J = 7.4 Hz, 1H), 7.27–7.32 (m, 2H), 7.32–7.37 (m, 4H), 7.45–7.51 (m, 2H), 7.57–7.59 (m, 1H),
7.71–7.72 (m, 1H), 7.79–7.81 (m, 1H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 21.5, 36.1 (d, JCF = 4 Hz), 120.8 (d,
JCF = 13 Hz), 125.6 (d, JCF = 4 Hz), 126.2 (d, JCF = 6 Hz), 126.72, 126.72, 127.1, 128.0, 128.06, 128.11,
128.5, 129.2 (d, JCF = 7 Hz), 129.3, 129.6, 131.4 (d, JCF = 26 Hz), 137.1, 137.67, 137.67, 138.8 (d, JCF = 6
Hz), 142.0 (d, JCF = 3 Hz), 151.2 (d, JCF = 251 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 47.8 (s, 1F). IR (neat): ν
3062, 2920, 1653, 1603, 1483, 1446, 1315, 1246, 1115, 1041, 791, 760, 737, 706 cm–1. HRMS (EI+): m/z
Calcd for C22H17F [M]+: 300.1314; Found: 300.1312.
3,9-Di-tert-butyl-7-fluoro-6-phenyl-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3ab)
Compound 3ab was synthesized according to the procedure described for 3aa using CeCl3 (160 mg, 0.63
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl 2b (128 mg, 0.30 mmol), TMEDA (100 µL, 0.63 mmol),
α-(trifluoromethyl)styrene 1a (54 µL, 0.36 mmol), and THF (3 mL). Purification by column chromatography
on Florisil column (hexane) gave 3ab (62 mg, 58%) as a white solid. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 1.36 (s, 9H), 1.41 (s, 9H), 3.30 (d, J = 12.9 Hz, 1H), 3.48 (d, J = 12.9 Hz,
1H), 7.28–7.31 (m, 2H), 7.37–7.42 (m, 3H), 7.50–7.53 (m, 2H), 7.58 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.64 (d, J = 8.3 Hz,
1H), 7.79 (d, J = 1.2 Hz, 1H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 31.3, 31.4, 34.5, 34.7, 36.5 (d, JCF = 4 Hz),
120.1 (d, JCF = 13 Hz), 122.8 (d, JCF = 6 Hz), 123.75, 123.77, 126.0, 127.0, 128.1, 128.5 (d, JCF = 4 Hz),
F
Me
F
41
128.9 (d, JCF = 2 Hz), 129.1, 130.7 (d, JCF = 25 Hz), 134.9, 136.0 (d, JCF = 6 Hz), 137.7, 141.4 (d, JCF = 3 Hz),
149.7, 150.9, 151.9 (d, JCF = 251 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 48.3 (s, 1F). IR (neat): ν 2962, 1606,
1489, 1362, 1269, 1122, 1068, 1049, 908, 823, 733, 698 cm–1. HRMS (EI+): m/z Calcd for C29H31F [M]+:
398.2410; Found: 398.2395.
7-Fluoro-2,3,9,10-tetramethyl-6-phenyl-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3ac)
Compound 3ac was synthesized according to the procedure described for 3aa using CeCl3 (52 mg, 0.21
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl 2c (37 mg, 0.10 mmol), TMEDA (32 µL, 0.21 mmol),
α-(trifluoromethyl)styrene 1a (18 µL, 0.12 mmol), and THF (1 mL). Purification by column chromatography
on Florisil column (hexane) gave 3ac (28 mg, 83%) as a white solid.
mp. 143.2–144.1 °C. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 2.28 (s, 3H), 2.31 (s, 3H), 2.37 (s, 3H), 2.40 (s, 3H),
3.19 (d, J = 13.7 Hz, 1H), 3.43 (dd, J = 13.7 Hz, JHF = 4.0 Hz, 1H), 7.05 (s, 1H), 7.25–7.28 (m, 1H), 7.35 (s,
1H), 7.38 (dd, J = 7.8, 7.6 Hz, 2H), 7.48 (s, 1H), 7.55–7.56 (m, 3H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 19.3,
19.5, 19.6, 19.9, 35.6 (d, JCF = 4 Hz), 119.6 (d, JCF = 13 Hz), 127.0, 127.1 (d, JCF = 6 Hz), 128.07, 128.11,
128.6 (d, JCF = 4 Hz), 128.8 (d, JCF = 26 Hz), 130.1 (d, J = 2 Hz), 130.5, 134.8, 135.2, 135.4, 136.2, 136.6 (d,
JCF = 6 Hz), 137.4, 137.6, 139.1 (d, JCF = 3 Hz), 151.7 (d, JCF = 251 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ
48.1 (s, 1F). IR (neat): ν 3016, 2966, 2918, 1495, 1444, 1261, 1217, 1093, 1068, 1022, 877, 798, 750, 696
cm–1. HRMS (EI+): m/z Calcd for C25H23F [M]+: 342.1784; Found: 342.1783.
(7-Fluoro-5H-dibenzo[a,c][7]annulen-6-yl)dimethyl(phenyl)silane (3ra)
To a Schlenk tube were placed dried CeCl3 (160 mg, 0.63 mmol), 2,2’-dibromobiphenyl (94 mg, 0.30
mmol), N,N,N’,N’,-tetramethylendiamine (TMEDA, 100 µL, 0.63 mmol), and THF (3 mL). To the mixture
was added n-BuLi (1.58 M, 0.40 mL, 0.63 mmol) at room temperature. After stirring for 15 min,
α-(trifluoromethyl)styrene 1r (83 mg, 0.36 mmol) and boron trifluoride diethyl ether complex (75 µL, 0.30
mmol) were added to the reaction mixture at room temperature. After stirring for 15 min, the temperature
was increased to 55 °C, and the mixture was stirred for further 4 h. Then the mixture was quenched with an
F
FSi
Ph
42
aqueous NH4Cl solution. The organic materials were extracted with Et2O three times, and the combined
extracts were washed with brine and dried over Na2SO4. After removal of solvent under reduced pressure,
the residue was purified by column chromatography on Florisil (hexane) to give cycloheptatriene 3sa (83 mg,
80%) as white solid. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 0.54 (s, 6H), 2.76 (d, J = 13.4 Hz, 1H), 3.00 (d, J = 13.4 Hz, 1H), 6.86 (d, J =
7.4 Hz, 1H), 7.22 (ddd, J = 7.4, 7.4, 1.2 Hz, 1H), 7.29 (ddd, J = 7.5, 7.5, 1.2 Hz, 1H), 7.34–7.39 (m, 3H),
7.40–7.49 (m, 2H), 7.49 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.52–7.54 (m, 2H), 7.66 (d, J = 7.7 Hz, 1H), 7.72 (dd, J = 7.6,
1.0 Hz, 1H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ –2.0 (d, JCF = 2 Hz), –1.7 (d, JCF = 3 Hz), 32.3 (d, JCF = 12 Hz),
116.9 (d, JCF = 30 Hz), 126.0 (d, JCF = 5 Hz), 126.3, 126.5, 126.9, 127.77, 127.80, 128.8, 129.1, 129.2 (d, JCF
= 3 Hz), 129.5, 131.2 (d, JCF = 30 Hz), 134.1, 137.8, 138.0, 139.6 (d, JCF = 7 Hz), 142.6 (d, JCF = 3 Hz),
161.5 (d, JCF = 246 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 69.9 (s, 1H). IR (neat): ν 3066, 2958, 1633, 1481,
1427, 1246, 1111, 1041, 822, 756, 733, 698, 671, 660 cm–1. HRMS (EI+): m/z Calcd for C23H21FSi [M]+:
344.1397; Found: 344.1393.
7-Fluoro-6-(4-methoxyphenyl)-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3sa)
Compound 3sa was synthesized according to the procedure described for 3ra using CeCl3 (160 mg, 0.63
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl (94 mg, 0.30 mmol), TMEDA (100 µL, 0.63 mmol),
2-trifluoromethyl-1-alkene 1s (73 mg, 0.36 mmol), boron trifluoride diethyl ether complex (75 µL, 0.30
mmol), and THF (3 mL). Purification by column chromatography on Florisil column (hexane) gave 3sa (36
mg, 80%) as a white solid. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 3.21 (d, J = 13.7 Hz, 1H), 3.50 (dd, J = 13.7 Hz, JHF = 4.8 Hz, 1H), 3.83 (s,
3H), 6.93 (d, J = 8.9 Hz, 2H), 7.27–7.29 (m, 1H), 7.31–7.35 (m, 2H), 7.45–7.49 (m, 2H), 7.52 (dd, J = 8.9
Hz, JHF = 1.2 Hz, 2H), 7.57–7.59 (m, 1H), 7.70–7.72 (m, 1H), 7.78–7.80 (m, 1H). 13C NMR (126 MHz,
CDCl3): δ 36.0 (d, JCF = 4 Hz), 55.3, 113.6, 120.2 (d, JCF = 13 Hz), 126.2 (d, JCF = 6 Hz), 126.6, 126.7, 127.0,
128.0, 128.3, 129.2 (d, JCF = 2 Hz), 129.5, 129.6, 129.8 (d, JCF = 5 Hz), 131.5 (d, JCF = 26 Hz), 137.7, 138.7
(d, JCF = 6 Hz), 141.9 (d, JCF = 3 Hz), 150.8 (d, JCF = 250 Hz), 158.7. 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 46.8 (s,
1F). IR (neat): ν 3060, 2958, 2835, 1606, 1510, 1483, 1441, 1279, 1246, 1180, 1080, 1039, 837, 767, 739
cm–1. HRMS (EI+): m/z Calcd for C22H17FO [M]+: 316.1263; Found:316.1254.
F
OMe
43
7-Fluoro-6-(3-methoxyphenyl)-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3ta)
Compound 3ta was synthesized according to the procedure described for 3ra using CeCl3 (81 mg, 0.32
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl (47 mg, 0.15 mmol), TMEDA (50 µL, 0.32 mmol), α-(trifluoromethyl)styrene
1t (37 mg, 0.18 mmol), boron trifluoride diethyl ether complex (38 µL, 0.30 mmol), and THF (1.5 mL).
Purification by column chromatography on Florisil column (hexane) gave 3ta (21 mg, 44%) as a colorless
liquid. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 3.24 (d, J = 13.8 Hz, 1H). 3.51 (dd, J = 13.8 Hz, JHF = 4.6 Hz, 1H), 3.83 (s,
3H), 6.85 (dd, J = 8.3, 2.6 Hz, 1H), 7.11 (s, 1H), 7.15 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.30–7.38 (m, 4H), 7.46–7.52 (m,
2H), 7.58–7.59 (m, 1H), 7.72 (d, J = 7.3 Hz, 1H), 7.80 (dd, J = 6.9, 1.9 Hz, 1H). 13C NMR (126 MHz,
CDCl3): δ 36.0 (d, JCF = 4 Hz), 55.3, 112.8, 114.3 (d, JCF = 5 Hz), 120.5 (d, 13 Hz), 121.0 (d, JCF = 4 Hz),
126.3 (d, JCF = 6 Hz), 126.7, 126.8, 127.1, 128.1, 128.6, 129.2, 129.3, 129.6, 131.3 (d, JCF = 26 Hz), 137.6,
138.6, 138.9 (d, JCF = 7 Hz), 141.9, 151.4 (d, JCF = 252 Hz), 159.3. 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 48.7 (s,
1F). IR (neat): ν 3062, 2958, 2833, 1597, 1576, 1483, 1446, 1290, 1248, 1215, 1047, 906, 762, 737, 704 cm–
1. HRMS (EI+): m/z Calcd for C22H17FO [M]+: 316.1263; Found: 316.1260.
7-Fluoro-6-[4-(trifluoromethyl)phenyl]-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3ua)
Compound 3ua was synthesized according to the procedure described for 3ra using CeCl3 (160 mg, 0.63
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl (94 mg, 0.30 mmol), TMEDA (100 µL, 0.63 mmol),
α-(trifluoromethyl)styrene 1u (86 mg, 0.36 mmol), boron trifluoride diethyl ether complex (75 µL, 0.30
mmol), and THF (3 mL). Purification by column chromatography on Florisil column (hexane) gave 3ua (62
mg, 58%) as a white solid.
mp. 102.7–103.5 °C. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 3.28 (d, J = 13.9 Hz, 1H), 3.48 (dd, J = 13.9 Hz, JHF =
4.2 Hz, 1H), 7.27–7.29 (m, 1H), 7.34–7.38 (m, 2H), 7.47–7.54 (m, 2H), 7.59 (d, J = 6.8 Hz, 1H), 7.63–7.67
(m, 4H), 7.73 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.81 (d, J = 7.6 Hz, 1H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 35.8 (d, JCF = 4
Hz), 119.3 (d, JCF = 13 Hz), 124.2 (q, JCF = 272 Hz), 125.2 (q, JCF = 4 Hz), 126.4 (d, JCF = 6 Hz), 126.6,
127.0, 127.2, 128.2, 128.8 (d, JCF = 4 Hz), 129.0, 129.1 (q, JCF = 33 Hz), 129.4 (d, JCF = 1 Hz), 129.8, 130.7
F
OMe
F
CF3
44
(d, JCF = 26 Hz), 137.6, 139.0 (d, JCF = 6 Hz), 140.8, 141.5 (d, JCF = 3 Hz), 152.3 (d, JCF = 254 Hz). 19F NMR
(470 MHz, CDCl3): δ 49.9 (s, 1F), 100.4 (s, 3F). IR (neat): ν 3064, 1651, 1616, 1485, 1435, 1408, 1319,
1163, 1107, 1065, 1014, 845, 766, 738, 727, 688 cm–1. HRMS (EI+): m/z Calcd for C22H14F4 [M]+:
354.1032; Found: 354.1037.
(3,9-Di-tert-butyl-7-fluoro-5H-dibenzo[a,c][7]annulen-6-yl)dimethyl(phenyl)silane (3rb)
Compound 3kb was synthesized according to the procedure described for 3ha using CeCl3 (160 mg, 0.63
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl 2b (94 mg, 0.30 mmol), TMEDA (100 µL, 0.63 mmol),
2-trifluoromethyl-1-alkene 1k (83 mg, 0.36 mmol), boron trifluoride diethyl ether complex (75 µL, 0.30
mmol), and THF (3 mL). Purification by column chromatography on Florisil column (hexane) gave 3kb (99
mg, 72%) as a white solid. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 0.54 (s, 6H), 1.29 (s, 9H), 1.39 (s, 9H), 2.80 (d, J = 13.4 Hz, 1H), 2.99 (d, J =
13.4 Hz, 1H), 6.90 (s, 1H), 7.30 (dd, J = 8.1, 1.8 Hz, 1H), 7.35–7.40 (m, 3H), 7.43 (d, J = 8.1 Hz, 1H), 7.49
(dd, J = 8.3, 2.0 Hz, 1H), 7.54–7.56 (m, 2H), 7.59 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 7.70 (s, 1H). 13C NMR (126 MHz,
CDCl3): δ –1.9, –1.6, 31.31, 31.31, 32.7 (d, JCF = 12 Hz), 34.4, 34.7, 116.0 (d, JCF = 30 Hz), 122.6 (d, JCF = 5
Hz), 123.2, 123.6, 126.2, 127.8, 128.8 (d, JCF = 2 Hz), 129.0, 129.1, 130.7 (d, JCF = 29 Hz), 134.1, 135.0,
136.8 (d, JCF = 7 Hz), 138.2, 141.9, 149.6, 150.5, 162.0 (d, JCF = 246 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ
70.0 (s, 1F). IR (neat): ν 2960 2902, 2868, 1631, 1604, 1487, 1362, 1234, 1113, 1051, 895, 822, 775, 754,
731, 700 cm–1.
(7-Fluoro-2,3,9,10-tetramethyl-5H-dibenzo[a,c][7]annulen-6-yl)dimethyl(phenyl)silane (3rc)
Compound 3kc was synthesized according to the procedure described for 3ha using CeCl3 (93 mg, 0.38
mmol), 2,2’-dibromobiphenyl 2c (67 mg, 0.18 mmol), TMEDA (57 µL, 0.38 mmol),
2-trifluoromethyl-1-alkene 1k (50 mg, 0.22 mmol), boron trifluoride diethyl ether complex (44 µL, 0.36
mmol), and THF (1.8 mL). Purification by column chromatography on Florisil column (hexane) gave 3kc
(52 mg, 71%) as a white solid. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 0.52 (s, 6H), 2.19 (s, 3H), 2.28 (s, 3H), 2.34 (s, 3H), 2.37 (s, 3H), 2.69 (d, J =
FSi
Ph
FSi
Ph
45
13.5 Hz, 1H), 2.89 (d, J = 13.5 Hz, 1H), 6.51 (s, 1H), 7.26 (s, 1H), 7.34–7.40 (m, 3H), 7.42 (s, 1H), 7.48 (s,
1H), 7.54 (dd, J = 7.7, 1.4 Hz, 2H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ –1.9, –1.7, 19.2, 19.46, 19.51, 19.9, 31.8
(d, JCF = 13 Hz), 115.5 (d, JCF = 30 Hz), 126.9 (d, JCF = 5 Hz), 127.7, 128.0, 128.8 (d, JCF = 30 Hz), 129.0,
130.0 (d, JCF = 2 Hz), 130.4, 134.17, 134.17, 135.2, 135.3, 135.8, 137.3 (d, JCF = 7 Hz), 137.6, 138.3, 139.7
(d, JCF = 3 Hz), 161.9 (d, JCF = 246 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 69.8 (s, 1F). IR (neat): ν 2960, 2918,
1631, 1495, 1448, 1427, 1248, 1225, 1117, 1074, 1041, 924, 877, 822, 775, 733, 700 cm–1.
Transformation of Dibenzocycloheptatriene 3ka
7-Fluoro-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3’a)
To a THF (1.0 mL) solution of 3ra (36 mg, 0.10 mmol) was added tetra-n-buthylammonium fluoride (1.0
M in THF, 0.1 mL, 0.10 mmol) at 0 °C. After stirring for 20 min, the reaction mixture was allowed to room
temperature. After stirring for 4 h, the reaction was quenched with phosphate buffer (pH 7). The organic
materials were extracted with Et2O three times, and the combined extracts were washed with brine then dried
over Na2SO4. After removal of the solvent under reduced pressure, the residue was purified by column
chromatography on Florisil column (hexane) to give 3’b (20 mg, 90%) as a colorless liquid. 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 50.1 (d, JFH = 14 Hz, 1F). HRMS (EI+) m/z Calcd for C15H7F [M]+:
210.0845; Found: 210.0841.
6-Bromo-7-fluoro-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (3’b)
To a CH2Cl2 (1.0 mL) solution of 3ra (36 mg, 0.10 mmol) was added bromine (5 µL, 0.10 mmol) at room
temperature. After 12 h, the reaction was quenched with aqueous NaS2O3 solution. The organic materials
were extracted with CH2Cl2 three times, and the combined extracts were washed with water and brine then
dried over Na2SO4. After removal of the solvent under reduced pressure, the residue was purified by column
chromatography on Florisil column (hexane) to give 3’b (22 mg, 75%) as a yellow liquid. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 3.45 (brs, 1H), 3.50 (brs, 1H), 7.31–7.32 (m, 1H), 7.37–7.40 (m, 2H), 7.45–
7.52 (m, 2H), 7.54–7.55 (m, 1H), 7.69 (d, J = 7.7 Hz, 1H), 7.72 (d, J = 7.8 Hz, 1H). 13C NMR (126 MHz,
FH
FBr
46
CDCl3): δ 40.2, 99.5 (d, JCF = 24 Hz), 125.7 (d, JCF = 4 Hz), 127.2, 127.32, 127.32, 128.4, 129.0, 129.5 (d,
JCF = 25 Hz), 129.7 (d, JCF = 2 Hz), 130.1, 137.4, 138.6 (d, JCF = 6 Hz), 140.1 (d, JCF = 3 Hz), 152.7 (d, JCF =
251 Hz). 19F NMR (470 MHz, CDCl3): δ 62.8 (s, 1F). IR (neat): ν 3064, 1738, 1660, 1597, 1483, 1444, 1286,
1226, 1109, 1039, 754, 735, 671, 615 cm–1.
5. Reactions with Biphenyl Dianions Derived from 2-Bromobiphenyl (9) and Biphenyl (10)
Coupling of α-(Trifluoromethyl)styrene (1a) with Dianion Derived from 2-Bromobiphenyl (9)
To a Schlenk tube were placed dried CeCl3 (160 mg, 0.63 mmol), 2-bromobiphenyl (52 µL, 0.30 mmol),
and TMEDA (100 µL, 0.63 mmol). To the mixture was added n-BuLi (1.58 M, 0.40 mL, 0.63 mmol) at
room temperature. The reaction mixture was stirred for 2 h at 60 °C. and then reaction mixture was allowed
to room temperature. THF (3 mL) and α-(trifluoromethyl)styrene (1a, 54 µL, 0.36 mmol) were added to the
reaction mixture at room temperature. After stirring for 15 min, the temperature was increased to 55 °C and
stirred for further 4 h. Then the reaction was quenched with an aqueous NH4Cl solution. The organic
materials were extracted with Et2O three times, and the combined extracts were washed with brine and dried
over Na2SO4. After removal of solvent under reduced pressure, the residue was purified by column
chromatography on Florisil (hexane) to give cycloheptatriene 3aa (52 mg, 61%) as white solid.
Coupling of α-(Trifluoromethyl)styrene (1a) with Dianion Derived from Biphenyl (10)
To a Schlenk tube were placed dried CeCl3 (160 mg, 0.63 mmol), biphenyl (46 mg, 0.30 mmol), and
TMEDA (100 µL, 0.63 mmol). To the mixture was added n-BuLi (1.58 M, 0.40 mL, 0.63 mmol) at room
temperature. The reaction mixture was stirred for 2 h at 60 °C and then allowed to room temperature. THF (3
mL) and α-(trifluoromethyl)styrene 1a (54 µL, 0.36 mmol) were added to the reaction mixture at room
temperature. After stirring for 15 min, the temperature was increased to 55 °C and stirred for further 4 h.
Then the mixture was quenched with an aqueous NH4Cl solution. The organic materials were extracted with
Et2O three times, and the combined extracts were washed with brine and dried over Na2SO4. After removal
of solvent under reduced pressure, the residue was purified by column chromatography on Florisil (hexane)
to give cycloheptatriene 3aa (49 mg, 58%) as white solid.
47
Chapter 3
5,5-Difluoro-6-iodo-6,7-dihydro-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (7)
To a 1,1,1,3,3,3-hexafluoro-propan-2-ol (HFIP, 10 ml) and CH2Cl2 (10 mL) solution of N-iodosuccinimide
(108 mg, 0.48 mmol) in was added trimethylsilyl trifluoromethanesulfonate (87 µL, 0.48 mmol) at 0 °C.
After stirring for 10 min, a CH2Cl2 (1.0 mL) solution of 2-(3,3-difluoroallyl)-1,1'-biphenyl (92 mg, 0.40
mmol) was added to the reaction mixture at 0 °C. After stirring for 30 min, the reaction was quenched with
an aqueous NaHCO3 solution at 0 °C. Organic materials were extracted with CH2Cl2 three times. The
combined extracts were washed with an aqueous Na2S2O3 solution and brine and dried over anhydrous
Na2SO4. After removal of solvent under reduced pressure, the residue was purified by preparative thin layer
chromatography (silica gel, hexane/ethyl acetate = 20:1) to give 7 (132 mg, 93%) as a colorless liquid. 1H NMR (500 MHz, CDCl3): δ 3.06 (dd, J = 14.9, 5.1, 1H), 3.38 (dd, J = 14.6, 5.8 Hz, 1H), 4.91−4.98 (m,
1H), 7.28−7.35 (m, 2H), 7.41−7.44 (m, 3H), 7.47 (d, J = 7.8 Hz, 1H), 7.55−7.59 (m, 1H), 7.70 (d, J = 7.4 Hz,
1H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 35.1 (dd, JCF = 27, 27 Hz), 41.7, 118.9 (dd, JCF = 247, 247 Hz), 125.2,
127.5, 128.0, 128.20, 128.23, 129.2, 129.7, 131.0, 131.4 (dd, JCF = 24, 24), 134.6, 138.6 (dd, JCF = 5, 5 Hz),
140.3. 19F NMR (376 MHz, DMSO): δ 72.3 (d, JFF = 236 Hz, 1F), 86.5 (d, JFF = 236 Hz, 1F). IR (neat): ν
3068, 3030, 1450, 1149, 1055, 989, 752, 598 cm–1. HRMS (EI+): Calcd. For C15H11F2I [M+]: 355.9873;
Found: 355.9866.
5,5-Difluoro-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (8)
In a two-necked flask was placed a THF (2.6 mL) solution of 7 (94 mg, 0.26 mmol). To the solution was
added diazabicycloundecene (80 µL, 0.52 mmol). After refluxing for 4 h, the reaction mixture was quenched
with an aqueous NH4Cl solution at room temperature. Organic materials were extracted with Et2O three
times. The combined extracts were washed with brine and dried over anhydrous Na2SO4. After removal of
solvent under reduced pressure to give 8 (59 mg, 0.26 mmol, 98%) as a colorless liquid. 1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 6.37 (td, J = 10.5, 10.5 Hz, 1H), 6.90 (d, J = 10.8 Hz, 1H), 7.41−7.57 (m,
5H), 7.72−7.84 (m, 3H). 13C NMR (126 MHz, CDCl3): δ 116.4 (dd, JCF = 240, 240 Hz), 122.1 (dd, JCF = 8, 8
Hz), 127.5, 127.8, 128.0, 129.38, 129.46 (dd, JCF = 34, 34 Hz), 129.49, 129.8, 131.1, 132.9 (dd, JCF = 10, 10
Hz), 133.1, 135.4 (dd, JCF = 4, 4 Hz), 137.0 (dd, JCF = 28, 27 Hz), 138.3. 19F NMR (376 MHz, DMSO):
I
FF
FF
48
δ 65.7 (brs, 2F). IR (neat): ν 3064, 2931, 1645, 1487, 1446, 1294, 1159, 1043, 1001, 764, 737 cm–1.
Synthesis of Fluoroheptatrienyl cation (Fluorodibenzotropylium) 9
To a Schlenk tube were placed 5,5-difluoro-5H-dibenzo[a,c][7]annulene (7, 22 mg, 0.10 mmol) and HFIP
(1.0 mL). To the mixture was added tris(pentafluorophenyl)borane (51 mg, 0.10 mmol) at room temperature.
Stirred for 5 min, gave tropylium 8 (43%). The yield was determined by 1H NMR using CH2Br2 as an
internal standard. 1H NMR (500 MHz, CD2Cl2): δ 8.06 (d, J = 11.5 Hz, 1H), 8.31 (dd, J = 7.7, 7.7 Hz, 1H),
8.35 (dd, J = 7.7, 7.7, 1H), 8.49–8.54 (m, 3H), 8.92 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 8.99 (d, J = 8.5 Hz, 1H), 9.16 (d, J =
8.6 Hz, 1H), 9.43 (d, JHF =11.6 Hz, 1H). 19F NMR (470 MHz, CD2Cl2): δ 412.6 (s, 1F).
The structure of 9 was also confirmed by X-ray diffraction analysis (Chapter 3, Figure 1 and Table S2).
FF B(C6F5)3+
–
49
Table S2. Crystal Data Collection Parameters for 9
-----------------------------------------------------------------------
compound 9
-----------------------------------------------------------------------
formula C33H10BF17
crystal system triclinic
space group P1
R, Rw (I > 2σ(I)) 0.0693, 0.1488
R1, wR2 (all data) 0.1338, 0.1852
GOF on F2 1.030
a (Å) 10.468(7)
b (Å) 10.754(7)
c (Å) 13.609(9)
a (deg) 91.856(10)
b (deg) 107.806(11)
g (deg) 104.925(10)
V (Å3) 1399.0(16)
Z 2
T (K) 120(2)
crystal size (mm) 0.20, 0.10, 0.02
Dcalcd (g/cm3) 1.757
2θmin, 2θmax (deg) 3.16, 44.00
-----------------------------------------------------------------------
50
Synthesis of Tropone Derivative 10
To a Schlenk tube were placed 5H-dibenzo[a,c]cyclohepten-one (11, 21 mg, 0.1 mmol) and CH2Cl2 (1
mL). To the mixture was added tris(pentafluorophenyl)borane (51 mg, 0.10 mmol) at –50 °C. Stirring for 2
min gave 10 (50 %). The yield was determined by 1H NMR using CH2Br2 as an internal standard.
The structure of 3fa was confirmed by X-ray diffraction analysis (Table S3).
Table S3. Crystal Data Collection Parameters for 10
-----------------------------------------------------------------------
compound 10
-----------------------------------------------------------------------
formula C33H10BF15O
crystal system monoclinic
space group C2/c
R, Rw (I > 2σ(I)) 0.0581, 0.1712
R1, wR2 (all data) 0.0659, 0.1777
GOF on F2 1.094
a (Å) 35.153(5)
b (Å) 10.2256(15)
c (Å) 20.177(3)
a (deg) 90
b (deg) 117.150(2)
g (deg) 90
V (Å3) 6453.8(17)
Z 8
T (K) 120(2)
crystal size (mm) 4.00, 1.00, 1.00
Dcalcd (g/cm3) 1.703
2θmin, 2θmax (deg) 2.60, 55.32
-----------------------------------------------------------------------
O B(C6F5)3+
51
参考文献
(1) Altomare, A.; Burla, M. C.; Camalli, M.; Cascarano, G. L.; Giacovazzo, C.; Guagliardi, A.; Moliterni, A.
G. G.; Polidori, G.; Spagna, R. J. Appl. Crystallogr. 1999, 32, 115–119.
(2) Sheldrick, G. M. Programs for Crystal Structure Analysis (Release 972); Institut für Anorganische
Chemie der Universität: Göttingen, Germany, 1998.
(3) a) Creary, X. J. Org. Chem. 1987, 52, 5026. b) Alem, K. V.; Belder, G.; Lodder, G.; Zuilhof, H. J. Org.
Chem. 2005, 70, 179. c) Ichikawa, J.; Fukui, H.; Ishibashi, Y. J. Org. Chem. 2003, 68, 7800.
(4) a) Chan, K. L.; Watkins, S. E.; Mak, C. S. K.; McKiernan, M. J.; Towns, C. R.; Pascu, S. I.; Holmes, A.
B. Chem. Commun. 2005, 5766. b) Corey, J. Y.; Chang, L. S. J. Organomet. Chem., 1986, 307, 7. c)
Ormsby, J. L.; Black, T. D.; Hilton, C. L.; King, B. B. T. Tetrahedron, 2008, 64, 11370.
52
第五章 総括
本論文で筆者は、フルオロアルケン類の特異な反応性を利用することで、フッ素が環上に置換し
た炭素七員環の構築に成功した。まず、フルオロアルケンの求電子性とフッ化物イオンの脱離能を
活かした脱フッ素型の付加–脱離反応を連続して行うことにより、トリフルオロメチル基の 2 本の
炭素–フッ素結合を切断して 2本の炭素–炭素結合を生成し、炭素環を構築した。すなわち、2-トリ
フルオロメチル-1-アルケンに四炭素ユニットを有するカルボジアニオンを反応させ、連続的な SN2’
型–SNV 反応によるフルオロシクロヘプタトリエンの合成を達成した。次に、フッ素のカルボカチ
オン安定化効果を利用したカチオン性芳香族化合物の合成を行った。ここでは、1,1-ジフルオロ-1-
アルケンのカチオン環化で得られるジフルオロシクロヘプタトリエンから、ルイス酸でフッ化物イ
オンを引き抜くことにより、6π電子系のフルオロトロピリウムを合成することに成功した。
第二章では、2-トリフルオロメチル-1-アルケン 1 とジセリオビフェニルの連続的な SN2’型–SNV
反応によって、フルオロジベンゾシクロヘプタトリエン 3 の高効率合成を達成した（式 1）。また、
反応性が低い 2-トリフルオロメチル-1-アルケン 1を用いる場合には、ルイス酸として三フッ化ホウ
素ジエチルエーテル錯体を添加することで、ジベンゾシクロヘプタトリエン 3を高収率で合成した。
さらに、得られたシリル基を有するフルオロジベンゾシクロヘプタトリエン 3raに対してフッ化
テトラブチルアンモニウムや臭素を作用させると、シリル基の脱離おるいは臭素化が進行し、無置
換または臭素置換フルオロジベンゾシクロヘプタトリエン 3’をそれぞれ収率良く合成した（式 2）。
以上により、様々な置換基を有するフルオロジベンゾシクロヘプタトリエンを合成することができ
た。
n-BuLi (2.1 eq)TMEDA (2.1 eq)CeCl3 (2.1 eq)
THF, RT, 15 min
R3
F
338–90% (15 examples)
Br
Br
2
(1)R1
R2
R2
R1
R1
R2 R2
R1
CF3
R3
1 (1.2 eq)
RT, 15 minthen 55 °C, 4 h
or1 (1.2 eq)BF3•OEt2 (2.0 eq)RT, 15 minthen 55 °C, 4 h
(A)
(B)
2a: R1 = R2 = H2b: R1 = R2 = t-Bu2c: R1 = Me, R2 = Me R3 = Ar, Si(Me2Ph)
Ce
Ce
R1
R2
R2
R1
53
第三章では、ジフルオロアリル置換ビフェニル 4のヨウ素によるカチオン環化と脱離ヨウ化水素
によりジフルオロジベンゾシクロヘプタトリエン 5を合成した。これに対してルイス酸としてトリ
ス(テトラフルオロフェニル)ホウ素を作用させることでフッ化物イオンを引き抜き、フルオロジベ
ンゾトロピリウム 6の合成を達成した（式 3）。またジベンゾトロピリウム 6の構造の詳細を、1H な
らびに 19F NMR測定および X線結晶構造解析によって明らかにした。X線結晶構造解析およびモ
デル化合物を用いた量子化学計算の結果は、6の七員環に芳香族性があることを示唆した。
以上のように、フルオロアルケンの特異な反応性を活用することで、含フッ素炭素七員環の構築
法を確立した。ジベンゾシクロヘプタトリエン構造は生理活性物質にも見られることから、本手法
は医農薬開発の応用研究へ新たな化合物群を提供できる。またジベンゾトロピリウムは、本研究を
きっかけとしてその詳細な物性が明らかになり、電子材料へ応用されることを期待している。
SiF
PhF
R(A) TBAF (1.0 eq) THF, 0 °C, 20 min then, RT, 4 h
(B) Br2 (1.0 eq) CH2Cl2, RT, 12 h
3'(A) R = H: 90%(B) R = Br: 75%
(2)
3ra
5
FF
B(C6F5)3 (1.0 eq)
HFIP, RT, 2 min
FF B(C6F5)3+
–
(3)
64
1) NIS (1.2 eq) Me3SiOTf (1.2 eq) HFIP–CH2Cl2, 0 °C, 40 min
2) DBU (2.0 eq) THF, reflux, 2 h
CF2
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謝辞
本研究を行うにあたり、有益かつ熱心なご指導、ご鞭撻を賜わり、また快適な研究環境を与えて
下さいました、本学教授 市川 淳士 先生に心より感謝致します。
また、本研究を行うにあたり、化学的考察技術および実験操作を懇切丁寧にご指導下さいました、
本学准教授 渕辺 耕平 博士に深く感謝致します。
本研究を進めるにあたり、直接指導を賜わり、適切な助言によって研究を支えて下さいました、
本学助教 藤田 健志 博士に心から御礼申し上げます。
著者が研究室に配属されてから、実験や研究姿勢を教えて頂いた諸先輩方、研究の苦楽を共にし
た同輩、後輩の皆様に深く感謝致します。
後に、筆者の研究生活を精神的に支えてくれた両親、妹、弟、祖父母、親戚の方々、駒村 圭
勇 君にこの上なく感謝致します。
2016年 2月