メールヴァイン・ポンドルフ・ヴァーレーの還元

メールヴァイン・ポンドルフ・ヴァーレーの還元
名前の由来	ハンス・メールヴァイン ・ヴォルフガング・ポンドルフ・アルバート・ヴァーレー
反応タイプ	有機酸化還元反応
識別子
有機化学ポータル	メールワイン・ポンドルフ・ヴァーリー・リダクション
RSCオントロジーID	RXNO:0000089

有機化学におけるメーアヴァイン・ポンドルフ・フェルレイ（MPV）還元は、アルミニウムアルコキシド触媒を用いて、犠牲アルコールの存在下でケトンおよびアルデヒドを対応するアルコールに還元する反応である。 ^{[ 1 ]} MPV還元の利点は、高い化学選択性と、安価で環境に優しい金属触媒の使用にある。MPV還元は、水素化ホウ素ナトリウムおよび関連試薬の開発により「時代遅れ」とされてきた。^{[ 2 ]}

メールヴァイン・ポンドルフ・ヴァーレーの還元

図1、アルミニウムイソプロポキシド存在下でのカルボニル酸化状態の交換。

MPV還元は、 1925年にアルバート・ヴァーレイとハンス・メーアヴァイン、ルドルフ・シュミットのチームによって独立して発見されました。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。^{[ 3 ] [ 4 ]}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アップグレードしました。^{[ 5 ]}

機構

MPV還元は、図2に示すように、6員環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を出発物質として、カルボニル酸素が配位し、4配位アルミニウム中間体2を生成します。中間体2と3の間で、アルコキシ配位子からカルボニルに水素化物がペリ環機構を介して転移します。この時点で、新しいカルボニルは解離し、3配位アルミニウム種4を生成します。最後に、溶液中のアルコールが新たに還元されたカルボニルを置換し、触媒1を再生します。

メールワイン・ポンドルフ・ヴァーレー還元触媒サイクル

図2、メーアヴァイン・ポンドルフ・ヴェルレイ還元の触媒サイクル

このサイクルの各段階は可逆的である。反応は中間体と生成物の熱力学的性質によって駆動される。この反応には、ラジカル機構やアルミニウム水素化物種を介した機構など、いくつかの機構が提案されている。一般的に受け入れられている直接的な水素化物移動は、実験データと理論データによって裏付けられている。^{[ 6 ]}

化学選択性

メーアヴァイン・ポンドルフ・フェルレイ還元の大きな魅力の一つは、その化学選択性である。アルデヒドはケトンよりも先に還元されるため、反応をある程度制御することができる。あるカルボニル基を別のカルボニル基の存在下で還元する必要がある場合、一般的なカルボニル保護基を用いることができる。アルケンやアルキンなど、通常他の方法では還元が困難な基も、この条件下では反応性がない。^{[ 7 ]}

立体選択性

アルミニウムを触媒とするメーアヴァイン・ポンドルフ・フェルレイ還元は、プロキラルなケトンに対して行うことができ、キラルなアルコールへと導くことができます。不斉還元を達成する主な方法は3つあり、キラルなアルコールヒドリド源の使用、分子内MPV還元の使用、またはアルミニウムアルコキシドへのキラル配位子の使用です。

不斉MPV還元を達成する方法の一つは、キラルな水素化物供与性アルコールを用いることである。キラルアルコールである(R)-(+)- sec - o-ブロモフェンエチルアルコールを用いることで、2-クロロアセトフェノンの還元において82%ee（エナンチオマー過剰率）が得られた。 ^{[ 8 ]}このエナンチオ選択性は、図3に示すように、6員環遷移状態における2つのフェノール基の立体的構造によるものである。図3では、2つのフェニル基による2の大きな立体効果により、1が2よりも優先されている。

キラルアルコールによるメールワイン・ポンドルフ・ヴァーレー還元

図3 キラルアルコールによるMPV還元の遷移状態

分子内MPV還元を用いることで、良好なエナンチオ純度が得られる。^{[ 9 ]}ケトンを水素化物源に結合させることで、遷移状態は1つだけとなり（図4）、不斉還元が起こる。しかし、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る。したがって、反応は熱力学的平衡下で進行し、生成物の比率はそれらの相対的な安定性に関係する。反応終了後、分子の水素化物源部分を除去することができる。

分子内メールワイン・ポンドルフ・ヴァーレー還元

図4 分子内MPV還元の遷移状態

アルミニウムアルコキシド上のキラル配位子は、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。この方法は、置換アセトフェノンを最大83%eeで還元します^{[ 10 ]} （図5）。この方法の利点は、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。この方法の選択性が低いのは、遷移状態の形状に起因します。遷移状態は平面状の6員遷移状態であることが示されています。これは、Zimmerman-Traxlerモデルに類似する遷移状態とは異なります^{[ 6 ]}。

キラル配位子を用いたメーアヴァイン・ポンドルフ・ヴェルレイ還元

図5、キラル配位子を用いたMPV反応

範囲

他の還元剤と比較して、メーアヴァイン・ポンドルフ・フェルレイ還元はいくつかの問題により使用が制限されます。立体化学の制御は著しく制限されます。市販の試薬を使用する場合、大量のアルミニウムアルコキシドが必要になることが多く、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は入手可能ですが、その使用には100～200モル%もの触媒負荷が必要となる場合が多く、MPV還元法のスケールアップを阻害します。トリメチルアルミニウム試薬からin situで製造されるアルミニウムアルコキシドは、10%程度の触媒負荷ではるかに優れた活性を示します。この活性差は、市販品の凝集状態が大きいことに起因すると考えられています。^{[ 11 ]}

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ュチェンコ反応を起こす可能性があります。^{[ 7 ]}最後に、還元によって生成されたアルコールは脱水反応を起こしてアルキル炭素を生成する場合もあります。

バリエーション

メーアヴァイン・ポンドルフ・ヴェルレイ還元は、キラルアルコキシドを用いたケチミンからのキラルアミン合成に用いられている。ケチミンの窒素原子にホスフィノイル基を付加することで、最大98%eeの高いエナンチオ選択性が得られる。 ^{[ 12 ]}

ランタノイドおよび遷移金属を用いたメーアヴァイン・ポンドルフ・ヴェルレイ還元に関する研究が行われてきた。ルテニウムとサマリウムはともに、カルボニルからアルコールへの還元において高収率かつ高い立体選択性を示した。^{[ 13 ] [ 14 ]}しかしながら、ルテニウム触媒はルテニウム水素化物中間体を経由することが示されている。メーアヴァイン・ポンドルフ・ヴェルレイ還元は、プルトニウム(III)イソプロポキシドによっても合成的に有用な収率で達成されている。^{[ 15 ]}

標準的なMPV還元は均一反応であるが、いくつかの不均一反応が開発されている。^{[ 16 ]}

参照

• オッペナウアー酸化
• カルボニル還元

参考文献

1. Wilds, AL (1944). 「アルミニウムアルコキシドによる還元（メーアヴァイン・ポンドルフ・ヴェルレイ還元）」.有機反応. 2 (5): 178– 223. doi : 10.1002/0471264180.or002.05 .
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