环化反应

西蒙斯–史密斯反应(Simmons-Smith Reaction)

  • 概要

运用CH2I2-Zn对烯烃的环丙烷化的反应。在天然产物・合成化合物等具有生理活性以及医药品中大多存在环丙烷基团。即使是现在,开发高效的环丙烷化反应也是很有需求的。

通常,该反应中使用的是锌与铜或者银做成的合金。卤化的有机锌和烯烃反应,途径游离的卡宾化合物得到环化产物。除了Zn,其他还有Et2Zn, Cu, R3Al, Sm(Hg)也能用于该反应,CH2N2-ZnI2体系的使用也有过报道,同时,相应的生成物的位置选择性,立体选择性也不尽相同。特别是,均一体系CH2I2-Et2Zn条件(古川法)的再现性非常好。

一般的话,拥有给电子基团的烯烃的反应活性比较高。加入BF3等Lewis酸可以加速该反应,并且官能团的选择性高,条件温和,基本没有副反应的产生。

 

  • 基本文献

・Simmons, H. E.; Smith, R. D. J. Am. Chem. Soc. 195880, 5323. DOI: 10.1021/ja01552a080
・Simmons, H. E.; Smith, R. D. J. Am. Chem. Soc. 195981, 4256. DOI: 10.1021/ja01525a036
・Smith, R. D.; Simmons, H. D. Org. Synth. 196141, 72. [website]
・Furukawa, J.; Kawabata, N.; Nishimura, J. Tetrahedron Lett. 19667, 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. 197320, 1.
・Joska, J.; Fajkos, J.; Czech. C. Chem. Commun. 1981,46, 2751.

・Helquist, P, Comprehensive Organic Synthesis 19914, 951.

 

  • 反应机理

首先二碘化甲烷跟Zn反应生成有机锌化合物,该化合物接着进行协同的烯烃加成与脱卤素反应,形成立体特异的三元环。但是不会发生烯烃的异构化。(参考: J. Am. Chem. Soc. strong>1998,120, 5844J. Am. Chem. Soc. 2003125, 2341.)

ene-ane13

 

 

  • 反应实例

如果有醇羟基存在的话、根据配位效应能产生立体选择性产物(directing effect)。[1]

ene-a22

使用金属Sm进行的环丙烷化反应活性高,可以应用于各种丙烯醇化合物。

ene-an2

不对称环丙烷化(Charette法)[2]

simmons_smith_3

(+)-acetoxycrenulide的合成[3]

simmons_smith_6

1,3-二酮到1,4-不饱和酮的转换[4]

simmons_smith_7

 

 

  • 实验步骤

β-酮羰基酯到γ-酮羰基酯的转换[5]

simmons_smith_8

 

在装备有Bubbler,搅拌子,漏斗的3L三颈圆底烧瓶中,氮气保护情况下,加入无水二氯甲烷(1000mL),冰浴搅拌一小时。neat的Et2Zn加入到以上溶液中,然后把碘化甲烷(12.1mL, 150mmol)30分钟滴加到二氯甲烷中。搅拌10分钟后,methyl 4,4-dimethyl-3-oxopentanoate (8.0mL. 50mmol)用syringe加入(滴加时间超过15秒)。搅拌45分后,要十分小心的加入饱和氯化铵水溶液(125mL)猝灭反应。再接着搅拌10分钟后,萃取有机相,干燥,旋转蒸发掉有机溶剂。残渣用乙醚(500mL)稀释,并且用饱和碳酸氢钠水溶液(125mL),1M硫代硫酸钠水溶液,饱和食盐水萃取洗净。水相用乙醚(3×150mL)再次萃取,混合有机相用无水硫酸钠干燥。滤过后,旋蒸浓缩后,加入无水碳酸钾加压蒸馏(58℃、1mmHg)得到无色油状产物(7.63-8.09 g, 收率89-94%)。

 

  • 实验技巧

 

  • 参考文献
[1] Review of Henbest Rule: Hoveyda, A. H.; Evans, D. A.; Fu, G. C. Chem. Rev. 199393, 1307. DOI:10.1021/cr00020a002
[2] Charette, A. B.; Juteau, H. J. Am. Chem. Soc. 1994116, 2651.DOI: 10.1021/ja00085a068
[3] Paquett, L. A.; Wang, T.-Z.; Pinard, E. J. Am. Chem. Soc. 1995117, 1455. DOI: 10.1021/ja00109a041
[4] Ronsheim, M. D.; Zercher,C. K. J. Org. Chem200368, 4535. DOI: 10.1021/jo026299g
[5] Ronsheim, M. D.; Hilgenkamp, R. K.; Zercher, C. K. Org. Synth. 200279, 146. [PDF]

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京都大学药学博士,现某化学企业小职员,化学空间员工副代表,网页小编&翻译。
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