シモンズ・スミス反応

シモンズ・スミス反応：アルケンからシクロプロパン環を作る方法

シモンズ・スミス反応は、アルケンにシクロプロパン環を導入する有用な有機合成反応です。1958年にシモンズとスミスによって発見され、以来、多様な化合物の合成に利用されています。この反応は、ジハロアルカン（主にジヨードメタン）と亜[[鉛]]を用いて、アルケンにシクロプロパン環を付加する反応です。

反応の概要

シモンズ・スミス反応では、ジハロアルカンと亜[[鉛]]から生成する活性種がアルケンの二重結合に付加し、シクロプロパン環を形成します。この活性種は、カルベノイドと呼ばれる有機金属化合物であり、カルベンの性質を持つとされています。反応は立体特異的であり、シスアルケンからはシス置換シクロプロパンが、トランスアルケンからはトランス置換シクロプロパンが得られます。

反応機構

反応機構は、ジハロアルカン（例えばジヨードメタン）が亜[[鉛]]に酸化的付加することで、ICH2ZnI というカルベノイドが生成することから始まります。このカルベノイドがアルケンのπ電子と反応し、シクロプロパン環を形成します。この環形成は協奏的に起こり、立体特異性を決定します。

反応条件と改良

初期のシモンズ・スミス反応は、活性化亜[[鉛]]（亜[[鉛]]-銅カップル）を用いて行われていました。しかし、その後、より効率的なジエチル亜[[鉛]]を用いる方法が開発され、広く利用されるようになりました。ジエチル亜[[鉛]]を用いる方法では、反応速度が向上し、収率も改善されます。

亜[[鉛]]の活性は反応の成功に大きく影響します。特に、亜[[鉛]]中に含まれる鉛などの不純物が反応を阻害することがあります。そのため、高純度の亜[[鉛]]を使用するか、あるいはクロロトリメチルシランなどの添加剤を用いて亜[[鉛]]を活性化することが重要です。

さらに、サマリウムやトリエチルアルミニウムなどの活性な金属を用いる改良法も報告されています。ジハロアルカンについても、ジヨードメタン以外にも1,1-ジヨードアルカンや、超音波照射下でのジブロモメタンの使用が報告されています。また、クロロヨードメタンはサマリウムを用いた反応に有効です。

立体選択性

反応するアルケンの二重結合近傍にヒドロキシ基などの酸素官能基が存在する場合、カルベノイドは酸素官能基に配位してからシクロプロパン化が起こります。そのため、シクロプロパン環は酸素官能基がある側の面から形成され、立体選択性が発現します。

まとめ

シモンズ・スミス反応は、アルケンにシクロプロパン環を導入する強力な反応です。その立体特異性と多様な反応条件により、医薬品や天然物合成など、幅広い分野で利用されています。反応条件の最適化や新たな反応剤の開発により、今後さらにその応用範囲が広がることが期待されます。特に、近年では、触媒量の金属を用いたより環境に優しい反応系の開発も盛んに行われています。

もう一度検索