[スポンサーリンク]

一般的な話題

1,2-還元と1,4-還元

[スポンサーリンク]

α,β-不飽和カルボニル化合物を還元する場合を考えてみよう。以下に示す、3種類の生成物が得られる可能性がある(図1)。

  1. カルボニル炭素がヒドリドの攻撃を受けて生成する、アリルアルコール (1,2-還元)
  2. 電子不足の二重結合がヒドリドの攻撃を受けて得られる、飽和カルボニル化合物B(1,4-還元)
  3. 1.4-還元を受けた後、飽和カルボニル化合物Bがさらに還元を受けて得られる飽和アルコールC

図1:1,2-還元と1,4-還元 (M=金属)

この選択性の制御は、有機合成における重要な研究課題のひとつである。今回はこの1,2-還元/1,4-還元にスポットを当てて話してみよう。

1,2-還元

   α,β-不飽和カルボニル化合物を、選択的に1,2-還元したい。どうすればよいだろうか?
単純な還元剤でそれを達成することは難しい。たとえば、シクロペンテノンを水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4)で還元した場合、1,4-還元→カルボニルの還元(パターンC)がおきてしまう。結果、ほぼ定量的にシクロペンタノールが得られる(図2)。 水素化リチウムアルミニウム(LAH)も、ほぼ同様の反応を起こす。

図2:シクロペンテノンの還元

以下、これまでに開発されている代表的な方法をあげてみよう。

Luche還元

NaBH4の選択性を制御すべく、さまざまな添加剤の検討がなされている。 Li+、Cu+などの金属塩を添加した場合には、 選択性に改善は見られない。 一方で、Ni2+、Co2+の金属塩を添加すると、1,4-還元体であるシクロペンタノンが得られる。

 しかし、3価のランタノイド化合物、特にCeCl3・7H2Oを添加すれば、選択的な1,2-還元を起こせる。この反応は発見者の名前を取って、Luche還元と呼ばれている(図3)。 基質一般性も高く、反応時間も3~5分と短い。酸素や水分を気にすることなく、簡単に行えることが特長である。

図3:シクロペンテノンの選択的1,2-還元 (Luche還元)

ランタノイド金属塩は、NaBH4のヒドリドとアルコキシ基の交換を促すといわれている(図4)。これによりハードな還元剤が系中生成し、HSAB則により、1,2-付加が優先して起きるようになると考えられている。

図4:Luche還元の反応機構

NaBH4-CaCl2を用いる1,2-還元反応[1]

上記で用いるランタノイド化合物よりも扱いが簡便で、安価なCaCl2を用いる1,2-還元が報告されている。論文中の基質においては、収率、選択性ともに高収率で1,2-還元体が得られている。MeOH溶媒中、基質にCaCl2を加えて30分攪拌し、その後0℃で1時間反応させれば良い。

図5:塩化カルシウム添加条件における1,2-還元

 Wilkinson錯体-Ph2SiH2を用いる1,2-還元反応

 シラン化合物-Wilkinson触媒の組み合わせは、いろいろな還元に有効である。図6のようにβ-ヨノンを還元する場合、Ph2SiH2を用いると、1,2-還元が進行する。一方で、EtMe2SiHを用いると1,4-還元が選択的に進行する。基質は限定されるものの、条件を使い分けることができる。

図6:Wilkinson触媒を用いるβ-ヨノンの1,2-還元

DIBALを用いる1,2-還元反応

 ジイソブチルアルミニウムヒドリド(DIBAL)を用いると、1,2-還元が進行する事実はよく知られている。アルミニウムがルイス酸性を持つため、カルボニルと配位した状態からヒドリド移動が起こると考えられている。(図7)

図7:DIBALを用いる1,2-還元

1,4-還元

Fe(CO)5-OH を用いる1,4-還元反応[2]

 鉄ペンタカルボニルをKOHで処理すると、鉄ヒドリドが生成する。これはα,β-不飽和アルデヒド、ケトン、エステル、ラクトン、ニトリルを選択的に1,4-還元する。
反応は、二重結合へH-Feが不可逆付加することで始まり、続いてプロトン分解が起こる。この還元では、両方の水素は水由来である。関連する複核錯体NaHFe2(CO)8も類似の科学的挙動を示すが、異なる反応機構で進む。[3] しかしながらこれらの系は、β位に置換基を持つなどで、反応点周りに立体障害がある基質には適用できない。

図8:鉄ペンタカルボニルを用いる1,4-還元の反応機構

 Bu3SnH-Pd(0) を用いる1,4-還元反応[4]

パラジウム(0)触媒とトリブチルスズの組み合わせは、1,4-還元を起こすことが報告されている。反応機構の詳細は不明であるが、パラジウムヒドリドを経る図8のような反応機構が、その可能性として考えられている。

図9:Pd(0)-トリブチルスズ系を用いる1,4-還元の推定反応機構

Na2S2O4を用いる1,4-還元反応[5]

 二種の化合物を混合しNa2S2O4での還元を図9の条件で行うと、1,4-還元体が選択的に得られることが報告されている。

図10: Na2S2O4を用いる1,4-還元反応

Sm(0)を用いる1,4-還元反応[6]

 金属サマリウム(2.2eq)・ヨウ素(1eq)からメタノール中調製される還元剤を、α,β-不飽和カルボニル、アミド、ニトリルと反応させると、1,4-還元体が得られることが報告されている。

図11: Sm(0)を用いる1,4-還元反応

 

Co(acac)2-DIBALを用いる1,4-還元反応[7]

 先述したように、DIBALのみを用いると、1,2-還元が進行する。しかし、Co(acac)2を共存させると1,4-還元が高収率、選択的に進行するようになる。系中で生成するコバルトヒドリド種が活性種として考えられている。

図12:Co(acac)2-DIBALを用いる1,4-還元反応

 CuH-silaneを用いる1,4-還元反応[8]

 銅ヒドリドトリフェニルホスフィンヘキサマー(Stryker試薬)を触媒として用い、ポリメチルヒドロシロキサン(PMHS)を加えることによって1,4-還元が進行する。フッ素源でシリルを落とせばケトンに変換できるが、トラップされたシリルエノールエーテルをワンポットで連続的な反応に伏すことも期待できる。
その他、CuF(PPh3)3・2EtOH)-PhMe2SiH系でも1,4-還元が高収率、高選択的に進行する。[9]

図13:CuH-silaneを用いる1,4-還元反応

 まとめ

以上、簡単に新旧の1,2還元と1,4還元についてまとめてみた。どれが一番いい方法なのか?については、一概に言うことができない。基質、反応条件、コスト等々によって選択は変わってくるからだ。研究室レベルで使いやすい反応は?となると、入手容易なもので簡便に実行できるものが良いと言える。1,2-還元ではLuche還元とDIBAL、1,4-還元ではCo(acac)2-DIBAL系かもしくはCu-シラン系を使うのが良いように思える。


図14: 1,2/1.4-還元のまとめ

 もちろんこれ以外にも多数報告がある。興味のあるかたはぜひ調べてみて欲しい。あなたならどの反応を選びますか?

化学って面白いよね!!

参考文献

  1. Oshima, K. et al. Chem Lett. 1991, 1847. doi:10.1246/cl.1991.1847 
  2. Noyori, R. et al. J. Org. Chem. 197237, 1542.
  3. Shibasaki, M. et al. J. Am. Chem. Soc. 1990112, 4907.
  4. Keinan, E. Tetrahedron Lett. 198223, 477. doi:10.1016/S0040-4039(00)86866-5
  5. Dhillon, R. S. et al. Tetrahedron Lett. 199536, 1107. doi:10.1016/0040-4039(94)02406-2
  6. Yanada, R. et al. Synlett 1995, 443. DOI: 10.1055/s-1995-5000
  7. Ikeno, T.  et al. Synlett 1999, 96. DOI: 10.1055/s-1999-2557
  8. Lipshutz, B. H. et al. Tetrahedron 200056, 2779. doi:10.1016/S0040-4020(00)00132-0
  9. Mori, A. et al. Tetrahedron 199955, 4573. doi:10.1016/S0040-4020(99)00141-6

(2001.7.2 by webmaster)
(2008.6.20 加筆修正 by cosine)
(2017.4.30 記事を移行 by webmaster)

webmaster

投稿者の記事一覧

Chem-Station代表。早稲田大学理工学術院教授。専門は有機化学。主に有機合成化学。分子レベルでモノを自由自在につくる、最小の構造物設計の匠となるため分子設計化学を確立したいと考えている。趣味は旅行(日本は全県制覇、海外はまだ20カ国ほど)、ドライブ、そしてすべての化学情報をインターネットで発信できるポータルサイトを作ること。

関連記事

  1. 貴金属触媒の活性・硫黄耐性の大幅向上に成功
  2. 剛直な環状ペプチドを与える「オキサゾールグラフト法」
  3. 科学ボランティアは縁の下の力持ち
  4. 無保護カルボン酸のラジカル機構による触媒的酸化反応の開発
  5. 事故を未然に防ごう~確認しておきたい心構えと対策~
  6. 企業の組織と各部署の役割
  7. アブラナ科植物の自家不和合性をタンパク質複合体の観点から解明:天…
  8. 勤務地にこだわり理想も叶える!転職に成功したエンジニアの話

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 創薬におけるモダリティの意味と具体例
  2. カルボン酸だけを触媒的にエノラート化する
  3. 有機銅アート試薬 Organocuprate
  4. 金属を使わない触媒的水素化
  5. 岸義人先生来学
  6. ノーベル賞の合理的予測はなぜ難しくなったのか?
  7. ロジャー・コーンバーグ Roger Kornberg
  8. 第八回ケムステVシンポジウム「有機無機ハイブリッド」を開催します!
  9. 特許にまつわる初歩的なあれこれ その1
  10. 隣接基関与 Neighboring Group Participation

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2001年7月
 1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
3031  

注目情報

注目情報

最新記事

国内最大級の研究者向けDeepTech Company Creation Program「BRAVE FRONTIER」 2022年度の受付開始 (7/15 〆切)

Beyond Next Ventures株式会社(本社:東京都中央区、代表取締役社⻑:伊藤毅、以下「…

イミンアニオン型Smiles転位によるオルトヒドロキシフェニルケチミン合成法の開発

第394回のスポットライトリサーチは、東京農工大学 大学院工学府 応用化学専攻 森研究室の神野 峻輝…

マテリアルズ・インフォマティクスで用いられる統計[超入門]-研究者が0から始めるデータの見方・考え方-

開催日:2022/07/06 申込みはこちら■開催概要近年、少子高齢化、働き手の不足の影…

表面酸化した銅ナノ粒子による低温焼結に成功~銀が主流のプリンテッドエレクトロニクスに、銅という選択肢を提示~

第393回のスポットライトリサーチは、北海道大学 大学院工学院 材料科学専攻 マテリアル設計講座 先…

高分子材料におけるマテリアルズ・インフォマティクスの活用とは?

 申込みはこちら■セミナー概要本動画は、20022年5月18日に開催されたセミナー「高分…

元素のふるさと図鑑

2022年も折り返しに差し掛かりました。2022年は皆さんにとってどんな年になり…

Q&A型ウェビナー カーボンニュートラル実現のためのマイクロ波プロセス 〜ケミカルリサイクル・乾燥・濃縮・焼成・剥離〜

<内容>本ウェビナーでは脱炭素化を実現するための手段として、マイクロ波プロセスをご紹介いたします…

カルボン酸、窒素をトスしてアミノ酸へ

カルボン酸誘導体の不斉アミノ化によりキラルα-アミノ酸の合成法が報告された。カルボン酸をヒドロキシル…

海洋シアノバクテリアから超強力な細胞増殖阻害物質を発見!

第 392回のスポットライトリサーチは、慶應義塾大学大学院 理工学研究科 博士後期課…

ポンコツ博士の海外奮闘録⑧〜博士,鍵反応を仕込む②〜

ポンコツシリーズ一覧国内編:1話・2話・3話国内外伝:1話・2話・留学TiPs海外編:1…

Chem-Station Twitter

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP