概要

接触還元は有機合成で汎用する反応の一つです。ニトロ基、オレフィン、アジドなどの還元やベンジル基・Cbz 基の脱保護など、非常に多くの使い道があります。特にパラジウム炭素(Pd/C)を用いた接触水素化反応は接触還元のスタンダードです。

Pd/C と言えば発火性がよく問題になりますが、もう一つの問題は官能基選択性が低いことです。
近年、触媒毒により活性を低下させた不均一系パラジウム触媒 Pd/C(en)、Pd/Fib、Pd/PEI なども市販されています。しかし、芳香族ニトロ基は Pd/PEI 以外では容易に還元されてしまうため、分子内にオレフィンなどが存在する化合物のニトロ基→アミノ基の選択的還元はPd系触媒では難しいのが現実です。そんな時の第一選択はスズや鉄、亜鉛などの金属と酸を用いた Béchamp 還元 (関連記事: ベシャンプ還元　Bechamp Reduction) になると思いますが、実際は後処理がかなり面倒なことが多いです。

オスミウム活性炭素はニトロ基選択的還元のニュースタンダードか？

どうしても芳香族ニトロ基だけを選択的に、しかもできるだけ簡単に還元したい。そんな悩みを解決してくれる触媒があります！それはオスミウム活性炭素(Os/C) です！！

オスミウムというと、cis-1,2-ジオールの合成に汎用される四酸化オスミウム(OsO₄)のように毒性が高くハンドリングが煩雑なイメージがありますが、オスミウム活性炭素は還元性オスミウムのため昇華性、毒性が少ないというメリットがあり、Pd/C と比べて発火性が少ないのも特徴です^1）。

オスミウム活性炭素の還元能を以下の図に示します。

アルケン・アルキンはもちろん、ベンジルやCbz、ハロゲンも維持されます。さらに便利なのは、水素添加が不要という点です。オスミウム活性炭素は還元剤として過剰量のヒドラジン (水和物でOK) を用います。

後処理は、セライトでOs/Cをろ別後、メタノールをある程度減圧留去し、水/酢酸エチル等で抽出すればOKです。欠点を挙げるとすれば、ヒドラジン由来のにおいが生成物に残ってしまうことくらいですが、工程をこなしているうちににおいは消えます。研究室に常備しておけば、いざという時に便利かと思います。

実験例

2-ブロモ-4-ニトロ-1-ナフチルアミンの還元^2）

2-ブロモ-4-ニトロ-1-ナフチルアミン (340 mg, 1.27 mmol) をメタノール (20 mL) に溶解し、ヒドラジン一水和物 (5 mL) 及びオスミウム活性炭素 (50 mg) を加えて70˚Cで14時間撹拌する。反応液を室温まで放冷後、オスミウム炭素をセライトでろ別し、セライトを酢酸エチルで洗いこむ。ろ液に水を加えて酢酸エチルで2回抽出後、有機層を合わせて飽和食塩水で2回洗浄し、無水硫酸ナトリウムで乾燥する。溶媒を減圧下で留去し、2-ブロモ-1,4-ジアミノナフタレン (271 mg、y.90 %) を得る。

注: パラジウム炭素/水素添加条件では、ブロモ基が脱離し1,4-ジアミノナフタレンが生成します。

参考文献

1. 吉田雄一: 和光純薬時報, 77(3), (2009).
2. Yasuda, D., Nakajima, M., Yuasa, A., Obata, R., Takahashi, K., Ohe, T., Ichimura, Y., Komatsu, M., Yamamoto, M., Imamura, R., Kojima, H., Okabe, T., Nagano, T., Mashino, T.: Bioorg. Med. Chem. Lett., 26, 5956 (2016). DOI: 10.1016/j.bmcl.2016.10.083

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