アルミニウムアルコキシドによる還元 (メールワイン・ポンドルフ・ヴァーレー還元) (2023)

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有機化学におけるメールワイン・ポンドルフ・ヴァーレー（MPV）還元は、犠牲アルコールの存在下でアルミニウムアルコキシド触媒を利用して、ケトンとアルデヒドを対応するアルコールに還元することです。 MPV 還元の利点は、その高い化学選択性と、環境に優しい安価な金属触媒の使用にあります。

図 1、アルミニウムイソプロポキシドの存在下でのカルボニル酸化状態の交換。

ランカルフ著（自作）[パブリックドメイン]、ウィキメディア・コモンズ経由

MPV 還元は、メールワインとシュミットによって発見され、1925 年にヴァーリーによって発見されました。彼らは、アルミニウムエトキシドとエタノールの混合物がアルデヒドをアルコールに還元できることを発見しました。ポンドルフはこの反応をケトンに適用し、触媒をイソプロパノール中のアルミニウムイソプロポキシドに改良しました。

機構

MPV の還元は、図 2 に示すように、六員環の遷移状態を伴う触媒サイクルを経ると考えられています。アルミニウムアルコキシド 1 から始まり、カルボニル酸素が配位して四配位アルミニウム中間体 2 が得られます。中間体 2 と中間体 2 の間では、 3 水素化物は、周環機構を介してアルコキシ配位子からカルボニルに移動します。この時点で、新しいカルボニルが解離し、三配位アルミニウム種 4 が得られます。最後に、溶液中のアルコールが新しく還元されたカルボニルを置き換えて、触媒 1 を再生します。

図 2、メールワイン・ポンドルフ・ヴァーレー還元の触媒サイクル

化学選択性

メールワイン・ポンドルフ・ヴァーレー還元の大きな魅力の 1 つは、その化学選択性です。アルデヒドはケトンの前に還元されるため、反応をある程度制御できます。あるカルボニルを別のカルボニルの存在下で還元する必要がある場合には、一般的なカルボニル保護基を使用することができる。通常、他の手段による還元では問題となるアルケンやアルキンなどの基は、これらの条件下では反応性を持ちません。

立体選択性

アルミニウムベースのメールワイン・ポンドルフ・ヴァーレー還元は、プロキラルケトンに対して実行され、キラルアルコールを生成します。不斉還元を達成する 3 つの主な方法は、キラルアルコール水素化物源の使用、分子内 MPV 還元の使用、またはアルミニウムアルコキシド上のキラルリガンドの使用です。

不斉 MPV 還元を達成する 1 つの方法は、キラル水素化物供与性アルコールを使用することです。キラルアルコール (R)-(+)-sec-o-ブロモフェン-エチルアルコールを使用すると、82% e.e.が得られました。 2-クロロアセトフェノンの還元における（鏡像異性体過剰率）。このエナンチオ選択は、図 3 に示すように、6 員遷移状態における 2 つのフェノール基の立体構造によるものです。図 3 では、2 つのフェニル基による 2 の立体効果が大きいため、1 が 2 より優先されます。

図 3、キラルアルコールによる MPV 還元の遷移状態

Jkolev 著 (自作) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) または GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)]、ウィキメディア・コモンズ経由

分子内 MPV 還元を使用すると、良好なエナンチオ純度が得られます。ケトンを水素化物源に結合させることにより、1 つの遷移状態のみが可能になり (図 4)、不斉還元につながります。ただし、この方法では、2 つの試薬が近接しているため、逆オッペナウアー酸化を受ける可能性があります。したがって、反応は、相対的な安定性に関連する生成物の比率による熱力学的平衡の下で進行します。反応の実行後、分子の水素化物源部分を除去できます。

図 4、分子内 MPV 減少の遷移状態

Jkolev 著 (自作) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) または GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)]、ウィキメディア・コモンズ経由

アルミニウムアルコキシド上のキラルなリガンドは、MPV 還元の立体化学的結果に影響を与える可能性があります。この方法により、置換アセトフェノンが最大 83% e.e. 削減されます。 (図5)。この方法の魅力は、化学量論的なキラリティー源ではなくキラル配位子を使用することです。最近、この方法の選択性の低さは遷移状態の形状に起因することが示されました。遷移状態は平面的な 6 要素遷移状態であることが示されています。これは、遷移状態などの信じられている Zimmerman-Traxler モデルとは異なります。

図 5、キラルリガンドとの MPV 反応

Jkolev 著 (自作) [CC BY-SA 3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) または GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)]、ウィキメディア・コモンズ経由

範囲

他の還元剤の使用と比較して、メールワイン・ポンドルフ・ヴァーレー還元の使用にはいくつかの問題があります。立体化学的制御は著しく制限されています。市販の試薬を使用する場合、多くの場合、大量のアルミニウムアルコキシドが必要となり、いくつかの副反応が知られています。

市販のアルミニウムイソプロポキシドが入手可能ですが、それを使用するには、多くの場合、最大 100 ～ 200 mol% の触媒添加が必要です。これは、規模を縮小した MPV の使用を妨げます。最近の研究では、トリメチルアルミニウム試薬からその場で製造されたアルミニウムアルコキシドは、わずか 10% の添加ではるかに優れた活性を示すことが示されました。活性の違いは、市販品の凝集状態が大きいためと考えられます。

いくつかの副反応が起こることが知られています。ケトン、特にアルデヒドの場合、アルドール縮合が観察されています。 α-水素を持たないアルデヒドはティシチェンコ反応を受ける可能性があります。最後に、場合によっては、還元によって生成されたアルコールを脱水してアルキル炭素を得ることができます。

バリエーション

メールワイン・ポンドルフ・ヴァーレー還元は、最近、キラルアルコキシドを使用したケチミンからキラルアミンの合成に使用されています。ケチミンの窒素にホスフィノイル基を付加することにより、最大 98% e.e. の高いエナンチオ選択性が可能になりました。

メーアワイン・ポンドルフ・ヴァーレー還元のためにランタニドと遷移金属を使用する研究が行われてきました。ルテニウムとサマリウムはどちらも、カルボニルのアルコールへの還元において高い収率と高い立体選択性を示しています。しかしながら、ルテニウム触媒は水素化ルテニウム中間体を通過することが示されている。メールワイン・ポンドルフ・ヴァーレー還元も、プルトニウム (III) イソプロポキシドによって合成的に有用な収率で達成されました。

標準的な MPV 還元は均一反応であり、いくつかの不均一反応が開発されています。

こちらも参照

オッペナウアー酸化
カルボニル還元

参考文献

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貢献者

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