化学者のつぶやき

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

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。

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。

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。

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。

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。

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]

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!!