概要

CH₂I₂-Zn系を用いるオレフィンのシクロプロパン化反応。 シクロプロパン環をもつ化合物は天然物・合成品問わず生理活性化合物および医薬品に数多く存在する。効率的合成法の開発は今もって高い需要がある。

通常、亜鉛を銅もしくは銀と合金にして用いる。ハロゲン化有機亜鉛がオレフィンと反応し､結果として遊離のカルベン類から得られる生成物と同一物を生成する。亜鉛の代わりにEt₂Zn,
Cu, R₃Al, Sm(Hg)等を用 いたり、CH₂N₂-ZnI₂系試剤を用いる方法もあり、それぞれ生成物の位置選択性、立体選択性が異なる。特に均一系のCH₂I₂-Et₂Zn条件(古川法)は再現性の観点で優れている。

一般にオレフィンの反応性は電子供与性の置換基をもつ化合物ほど高い。BF₃などのLewis酸を加えると一般に反応は加速される。官能基選択性が高く、条件も穏和であり、副反応もほとんどおこらない。

基本文献

• Simmons, H. E.; Smith, R. D. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 5323. DOI: 10.1021/ja01552a080
• Simmons, H. E.; Smith, R. D. J. Am. Chem. Soc. 1959, 81, 4256. DOI: 10.1021/ja01525a036
• Smith, R. D.; Simmons, H. D. Org. Synth. 1961, 41, 72. [website]
• Furukawa, J.; Kawabata, N.; Nishimura, J. Tetrahedron Lett. 1966, 7, 3353. DOI: 10.1016/S0040-4039(01)82791-X
• Denis, J. M.; Girard, J. M.; Conia, J. M. Synthesis 1972, 549.
• Simmons, H. E. et al. Oｒg. React. 1973, 20, 1.
• Joska, J.; Fajkos, J.; Czech. C. Chem. Commun. 1981, 46, 2751.
• Helquist, P, Comprehensive Organic Synthesis 1991, 4, 951.

 

反応機構

まずジヨードメタンが亜鉛と反応して有機亜鉛化合物が生成し、これが協奏的にオレフィン付加およびハロゲン脱離をおこし、立体特異的に三員環を構築する。アルケンの異性化は起こらない。(参考： J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 5844; J. Am. Chem. Soc. 2003, 125, 2341.)

反応例

ヒドロキシル基などの極性官能基が存在すると、配位によって立体選択性が発現する(directing effect)。[1]
金属サマリウムを用いるシクロプロパン化反応は活性が高く、種々アリルアルコール誘導体に適用されている。

不斉シクロプロパン化(Charette法)[2]
(+)-acetoxycrenulideの合成[3]
1,3-ジケトンから1,4-不飽和ジケトンへの変換[4]

実験手順

β-ケトエステルからγ-ケトエステルへの変換[5]

バブラー、攪拌子、滴下漏斗(125mL)を備えた3L三径丸底フラスコに、窒素雰囲気下、無水ジクロロメタン(1000mL)を加えて1時間攪拌しながら氷冷する。neatのジエチル亜鉛(15.4
mL, 150 mmol)を加えて溶液にし、そこにヨウ化メチル(12.1mL, 150mmol)のジクロロメタン(75mL)溶液を30分かけて滴下する。さらに10分攪拌後、methyl
4,4-dimethyl-3-oxopentanoate (8.0mL. 50mmol)をシリンジで15秒かけて加える。45分攪拌後、飽和塩化アンモニウム水溶液(125mL)を注意深く加えて反応を停止させる。10分攪拌後、有機層を分取し、エバポレータで溶媒を留去する。残渣をジエチルエーテル(500mL)で希釈し、飽和重曹水(125mL)、1Mチオ硫酸ナトリウム水溶液、飽和食塩水で洗浄する。水槽をジエチルエーテル(3×150mL)で抽出し、有機層を合わせて無水硫酸ナトリウムで乾燥させる。ろ過し、エバポレータで濃縮したのちに無水炭酸カリウムを加えて減圧蒸留精製(58℃、1mmHg)することで目的物を無色油状物質として得る(7.63-8.09
g, 収率89-94%)。

 

実験のコツ・テクニック

※ジエチル亜鉛は発火性があるので注意して取り扱うこと。

 

参考文献

[1] Review of Henbest Rule: Hoveyda, A. H.; Evans, D. A.; Fu, G. C. Chem. Rev. 1993, 93, 1307. DOI:10.1021/cr00020a002

[2] Charette, A. B.; Juteau, H. J. Am. Chem. Soc. 1994, 116, 2651.DOI: 10.1021/ja00085a068

[3] Paquett, L. A.; Wang, T.-Z.; Pinard, E. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 1455. DOI: 10.1021/ja00109a041

[4] Ronsheim, M. D.; Zercher,C. K. J. Org. Chem. 2003, 68, 4535. DOI: 10.1021/jo026299g

[5] Ronsheim, M. D.; Hilgenkamp, R. K.; Zercher, C. K. Org. Synth. 2002, 79, 146. [PDF]

 

関連反応

• キレトロピー反応　Cheletropic Reaction 
• ビニルシクロプロパン転位 Vinylcyclopropane Rearrangement
• 有機亜鉛試薬 Organozinc Reagent
• 金属カルベノイドを用いるシクロプロパン化 Cyclopropanation with Metal Carbenoid
• コーリー・チャイコフスキー反応 Corey-Chaykovsky Reaction
• デーリング・ラフラム アレン合成 Doering-LaFlamme Allene Synthesis

 

関連書籍

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外部反応

• Simmons-SmithReaction (organic-chemistry.org)
• Shimmons-Smith反応
• HowardEnsign Simmons Jr. BIOGRAPHICAL MEMOIRS
• 有機って面白いよね！！
• 「何で3員環が・・・？」
• 有機って面白いよね！！
• 「分子のひずみ」
• 炭素のトライアングル (有機化学美術館)
• Simmons-SmithReaction (Wikipedia)
• Cyclopropane (Wikipedia)
• ピレスロイド (Wikipedia日本)
• シモンズ・スミス反応 (Wikipedia日本)