Development of Salt-free Reduction Methods for High-oxidation State Transition Metal Complexes

近年、医薬品や機能性有機材料に見られる複雑な有機 化合物の精密合成を可能とする様々な反応剤や触媒の合 成研究が活発に進んでいる。有機合成反応における最も 重要な素反応過程の一つに有機化合物の還元的な活性化 があり、アルカリ金属やアルカリ土類金属、低酸化数の 金属錯体を用いて、選択的な有機官能基の活性化や結合 の切断反応が達成されてきた 。例えば、芳香族化合物 の Birch還元や有機ハロゲン化物とマグネシウム粉末か ら調製される Grignard反応剤の合成は、ナトリウムや マグネシウムといった金属還元剤による有機化合物の還 元反応を利用した反応である 。また、金属錯体の低酸 化数化学種に対する有機化合物の酸化的付加は、錯体の 還元反応により生成する低酸化数の金属錯体中心による 結合切断反応の典型例である 。このように有機合成反 応において還元反応、ならびに、還元反応により生じる 低酸化数化学種は非常に重要である一方、還元反応で多 用される金属還元剤は、その強力な還元力により目的と する官能基以外とも反応して様々な副反応を引き起こす 可能性を含んでいる。さらに、低い官能基許容性の点で 多段階合成における合成終盤での利用は困難であり、ま た、反応後に還元剤由来の金属塩を副生するなど、目的 とする有機化合物のみを得るうえで多くの問題を有して いる。しかし、触媒分子の設計や機能の開発に比べ、従 来の金属還元剤に代わる新しい還元剤の開発は全く進ん でこなかったのが実情である 。このような背景のもと、 新しい還元剤の利用を通じた強力な還元力を有する低酸 化数の金属錯体の簡便な発生手法の開発と反応性の解明 は、様々な小分子活性化への応用や触媒反応における重 要な反応中間体の捕捉につながることから、錯体化学に おける重要な研究対象の一つである。 上記より我々は、還元剤として多用される金属そのも のを用いるのではなく有機化合物に還元力を付与するこ とで、反応基質との副反応の抑制や還元剤由来の金属塩 の副生による生成物の単離の困難さの解消が可能になる と着想して研究を展開している。例えば、有機化合物の In this review, we report a new reduction protocol for early transition metal complexes – a salt-free reduction. In this salt-free reduction process, electron-rich organosilicon compounds, such as 1,4-bis(trimethylsilyl)-2,5-cyclohexadiene (1a), 1-methyl3,6-bis(trimethylsilyl)-1,4-cyclohexadiene (1b), 1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-diaza-2,5-cyclohexadiene (1c), 2,5-dimethyl-1,4bis(trimethylsilyl)-1,4-diaza-2,5-cyclohexadiene (1d), 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-diaza-2,5-cyclohexadiene (1e), and 1,1’-bis(trimethylsilyl)-1,1’-dihydro-4,4’-bipyridine (1f), serve as versatile reducing reagents for group 4—6 metal chloride complexes, where easily removable ClSiMe3 and the corresponding aromatic compounds, e.g., benzene, toluene, pyrazine, and 4,4’-bipyridyl, are generated as the reduction byproducts. This reductant-derived metal waste-free system enables us to directly observe catalytic intermediates by spectroscopic methods due to the homogeneity of the reaction mixture. In addition, simplicity of removing the reduction byproducts by evacuation or washing allowed us to isolate low-valent metal complexes that could be applied for direct complexation to redox-active ligands. Furthermore, 1e, containing methyl substituents around the nitrogen atom of the reductant is applicable as a stoichiometric reductant for a low-valent titanocene-catalyzed Reformatsky reaction of aldehydes and alkyl 2-bromoalkanoates without forming any reductant-derived metal waste.