メールワイン・ポンドルフ・バーレー還元

メールワイン・ポンドルフ・バーレー還元（MPV還元）

メールワイン・ポンドルフ・バーレー還元（Meerwein–Ponndorf–Verley reduction）は、有機合成化学において、ケトンやアルデヒドが持つカルボニル基を選択的にアルコールへと変換するための重要な還元手法です。略称としてMPV還元とも呼ばれ、メーヤワイン・ポンドルフ・ヴァーレイ還元やメールワイン・ポンドルフ還元と呼ばれることもあります。

この反応は、1920年代にドイツの化学者ハンス・メールワイン（Hans Meerwein）、スイスの化学者アントン・ポンドルフ（Anton Ponndorf）、そしてフランスの化学者ウーゲン・バーレー（Eugène Verley）によって、それぞれ独立に報告されました。

特長と選択性

MPV還元は、他の多くの還元法と比較して非常に高い選択性を持つ点が大きな特長です。特に、炭素-炭素二重結合、エステル基、ニトロ基、ハロゲン基といった他の還元されやすい官能基が存在する場合でも、カルボニル基のみが優先的に還元されます。この選択性により、複数の官能基を持つ複雑な分子を温和な条件下で合成する際に非常に有用な反応となります。

形式的には水素化リチウムアルミニウム（LiAlH₄）などと同様にヒドリド（H⁻）が供与されて還元が進行する「ヒドリド還元」に分類されますが、実際の反応機構が異なるため、穏やかな条件と高い選択性が実現されます。

反応機構

MPV還元の鍵となるのは、ルイス酸性を示す金属アルコキシド触媒、特にアルミニウムイソプロポキシド（Al[OCH(CH₃)₂]₃）です。反応は、触媒である金属アルコキシドと還元されるべきカルボニル化合物が配位することから始まります。

その後、カルボニル酸素が金属に配位し、同時に金属アルコキシド由来のアルコキシ基のα炭素（この場合、イソプロポキシドのイソプロピル基の炭素）からカルボニル炭素へヒドリド（水素化物イオンに相当する）が転位します。このヒドリド転位は、金属原子とカルボニル基、そしてアルコキシ基が関わる六員環状の遷移状態を経て進行すると考えられています。

同時に、カルボニル基の酸素原子は金属と結合し、元々カルボニル化合物だったものが金属アルコキシドへと変換されます。この機構によって、カルボニル炭素は還元され、酸素原子は酸化されます。

可逆性とオッペナウアー酸化

MPV還元は可逆反応です。この反応の逆方向、すなわちアルコールを金属アルコキシド触媒によってケトンやアルデヒドに酸化する反応は、「オッペナウアー酸化」として知られています。オッペナウアー酸化もまた、MPV還元と同様に六員環遷移状態を経て進行すると考えられており、両者は密接に関連しています。

反応性の制約

MPV還元はカルボニル基に特異的ですが、その構造が反応性に影響を与えることがあります。特に、ケト-エノール互変異性によりエノール体が安定であるか、あるいはエノール体として存在しやすいカルボニル化合物の場合、反応がスムーズに進行しないことがあります。これは、触媒との相互作用やヒドリド転位の経路において、明確なカルボニル構造が必要とされるためと考えられます。

触媒の種類と反応条件

最も一般的に用いられる触媒はアルミニウムイソプロポキシドですが、ジルコニウムアルコキシドやランタノイド系列の金属アルコキシドもMPV還元に適用できる例が報告されています。

アルミニウムイソプロポキシドを使用する場合、反応は通常、イソプロパノールを溶媒として行われます。これは、触媒であるアルミニウムアルコキシドと溶媒アルコール間でアルコキシド交換が生じるため、反応系全体を均一に保つためです。反応を進行させるためには穏やかな加熱がしばしば必要とされます。また、反応によって副生成物としてアセトン（イソプロパノールが酸化されて生成）が生成しますが、これを反応系外へ留去（蒸留など）することで、ルシャトリエの原理に基づき平衡を生成物側（アルコール生成側）に偏らせ、反応収率を向上させることができます。

反応終了後、目的のアルコールはアルミニウムアルコキシドとして存在しているため、塩酸などの無機酸を用いて加水分解処理を行うことで、遊離のアルコールとして得られます。

立体化学

非対称なケトンをアルミニウムイソプロポキシドを用いた標準的なMPV還元で還元すると、通常は対応する第二級アルコールのラセミ体（対掌体混合物）が得られます。しかし、MPV還元の機構が六員環遷移状態を経由するという特徴は、立体選択性を制御する可能性を示唆しています。

実際、触媒としてより嵩高い配位子を持つ金属錯体を用いることで、カルボニル基の二つの異なる面（エナンチオ面）へのヒドリド供与に差を生じさせ、ジアステレオ選択性やエナンチオ選択性を発現させることが可能です。特に、光学活性な配位子を持つ金属（例えばサマリウム）錯体を用いることで、高いエナンチオマー過剰率で目的のアルコールを得る不斉MPV還元の手法も開発され、報告されています。

MPV還元は、その高い官能基選択性と温和な条件、そして立体化学制御の可能性から、現代有機合成において依然として重要な還元法の一つとして活用されています。

関連項目

オッペナウアー酸化
ヒドリド還元
アルコール
ケトン

参考文献

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