分子内に空孔を有し、骨格に結合した官能基をその内側に固定できる化合物として、1,2を設計した。カプセル型分子の構成要素としては、骨格を保持するために十分な剛直さを有すると考えられるレゾルシン[4]アレーンとm-テルフェニルを、またこれらを架橋するスペーサーとしてメタ置換ベンゼンユニットを用いた。カプセル型分子1,2は、前駆体3と5あるいは4と6のカップリング反応により合成した。炭酸カリウム存在下、N,N-ジメチルアセトアミド中、65℃で3と5を反応させたところ、6-15%の収率でカプセル型分子1が得られた。1には2種類の異性体、concave型(C)およびconvex型(V)が存在し、単離可能な生成物としては1a-gではV型が、1h,iではC型が選択的に得られることがわかった。これはR²の大きさによって、キャビティ容量の異なる2種の異性体を選択的に合成できることを意味しており、興味深い結果である。¹H-NMRにおいて、V型の異性体では、骨格の芳香環のしゃへい効果によってR²に由来するシグナルが大きく高磁場シフトして観測されるのに対し、C型の異性体ではそのような変化がみられないことから、二つの異性体は容易に区別される。また、同様に4と6のカップリング反応により架橋部の酸素とメチレンが入れ替わった構造をもつ2a,cを、それぞれ34%、15%の収率で合成した。2aは1aと同様V型であったが、2cは1cと異なりC型の異性体として得られた。結合の順番によって得られた生成物の配座が異なることは、このカプセル型分子が骨格の微妙な変化に敏感であることを反映した結果である。

　1aのモデル化合物(R¹＝H)を用いた分子力場計算の結果によると、C型よりV型の方が安定であった。1h,iにおいてC型の異性体のみが得られたのは、R²の置換基の立体障害のためV型の構造をとりえないことが原因と考えられる。一方で、1a-gにおいてV型の異性体のみが得られた原因としては、これらの分子では2種類の異性体間の相互変換が可能で、反応初期の段階では両異性体が生成しているが、最終生成物としては熱力学的に安定なV型のみが得られた可能性がある。そこで、C型からV型への異性化について知見を得るために、室温で1i(C型)にテトラブチルアンモニウムフルオリド(TBAF)を作用させ、Ph₃Si基を除去したところ、1a(C型)が生成した。1a(C型)は室温では安定であるが、1の合成条件である65℃においては1a(V型)に異性化することがわかった。C型からV型への異性化は不可逆で、重クロロホルム中での異性化反応の活性化パラメータは＝21.9±0.4kcal・mol^-1,＝-9.0±1.0cal-K^-1・mol^-1であった。このように、1においては、R²位にPh₃Si基や4-t-Bu-C₆H₄基などの異性化をブロックする置換基を用いることによりC型の異性体を、それより小さな置換基を用いることによりV型の異性体を、選択的に合成できることがわかった。

　C型の異性体のR³の置換基、およびV型の異性体のR²の置換基はこのカプセル型分子の空孔内に固定された構造をしており、その位置に官能基を導入したときの反応性に興味が持たれる。そこで、まず1e,1gについて、それぞれリチウムーハロゲン交換反応および還元反応の検討を行った。1eをTHF中ブチルリチウムと反応させたところ、骨格の開裂などの副反応を伴ったが、カプセル型骨格を保ったものとしては、約40%の1eを回収したのみであり、1aの生成は確認されなかった。このことは、空孔内の置換基が極めて不活性な環境にあることを示している。一方、1gを大過剰の([(CH₃OCH₂CH₂O)₂AlH₂]Na)で処理したところ、約60%の原料回収と共に収率18%で対応するアルコール1jが得られた。カプセル型構造をもたない7を用いた対照実験においては、いずれの場合も反応は速やかに進行した。以上の結果から、空孔内では官能基の反応性が阻害を受けるが、条件によっては外部試剤との相互作用が可能であることがわかった。またこのことは、カプセル型分子が空孔内にある官能基に対し、立体保護基としても機能しうることを示しているといえる。

　次に、カルボニル基の光反応による結合開裂を利用した錯体の生成ついて検討することを目的とし、R²位にCOCH₂SCH₃基を有する,2k(R¹＝n-Hex,R³＝H)を収率18%で合成した。この官能基はNorrish II型の反応を起こしチオホルムアルデヒドとエノールに開裂することが知られており、2kの光反応によりチオホルムアルデヒドが"daughter molecule"として遊離した錯体が生成するものと期待される。また、反応後の"daughter molecule"および"mother molecule"の挙動についても興味が持たれる。

　これまでに合成した化合物とは異なり、2kは溶液中で、特異な挙動を示した。¹H-NMRにおいて、重クロロホルム中ではR²のメチレンおよびメチル基がそれぞれ3.79,2.19にシグナルを与えたのに対し、重トルエン中では2.73,-1.22であり、前者はC型の異性体、後者はV型の異性体に相当する化学シフトであった。この化合物の溶液中での構造についてさらに知見を得るために、差NOEスペクトルの測定を行った。重トルエン中ではR²のメチレンおよびメチル基からスペーサー部分のベンゼン環に結合したメチレンおよびレゾルシン[4]アレーンのアセタール部等へのNOEが観測されたのに対し、重クロロホルム中では対応するNOEは観測されなかった。また、2kの溶液にシフト試薬(Eu(fod)₃)を加えていくと、重クロロホルム中ではR²のメチレンおよびメチル基の化学シフトが低磁場側へとシフトするのに対して、重トルエン中ではほとんど変化がなかった。これらは、いずれもカプセル型分子2kが重クロロホルム中ではC型の構造をとる一方、重トルエン中ではCOCH₂SCH₃基が空孔に内包されたV型の構造をとっていることを支持している。また他のいくつかの溶媒中では、¹H-NMRにおいて、二つの異性体が同時に観測された。2kの重トルエン溶液にクロロホルムや四塩化炭素を滴下していくとC型の異性体が増加していくのに対して、キシレンを加えても配座の変換は観測されないことから、2kは溶媒分子の大きさを認識してその配座を変えるということが示唆された。

　2kがV型の構造をとる重トルエン中で光反応を行ったところ、対応するm-テルフェニル8kを用いた対照実験に比べ反応は速やかに進行し、エノール2lが安定な結晶として71%の収率で得られた。2lは位無置換のsimple enolとしては初めての単離例である。¹H-NMRの解析結果から2lはV型の構造をとっており、2lの安定性の要因はカプセル型骨格の立体保護効果によるものと考えられる。2lの重クロロホルム溶液にトリフルオロ酢酸を添加すると熱力学的により安定なケト体へと異性化した。同時に発生するチオホルムアルデヒドは、共存させたDanishefsky’s dieneとのDiels-Alder付加体が加水分解したエノン9として得られた。光照射停止後7秒を経過した後、捕捉剤を加えても9の生成が確認されたことから、空孔内では室温でもチオホルムアルデヒドが7秒もの寿命を有することが分った。以上の結果から、本研究で設計、合成したカプセル型分子は特異な反応場と効果的な立体保護場を提供していることが明らかとなった。