西蒙斯-史密斯反應

Posted on 2016/06/19 in 化學, 有機化學, 有機反應 with 尚無留言 2,089 views

西蒙斯-史密斯反應 (Simmons-Smith reaction)
國立臺灣師範大學化學系四年級趙崇瀚

西蒙斯-史密斯反應 (Simmons-Smith reaction) 是以化學家 H. E. Simmons 及 R. D. Smith 命名，在 1958 年所提出，將不具有官能基的烯類化合物進行環丙烷化的反應，具有良好的立體專一性。此反應是先利用鋅銅偶 (zinc-copper couple) 將二碘甲烷製成西蒙斯-史密斯類碳烯試劑（以下簡稱西-史試劑），接著再將西-史試劑與烯類化合物進行反應，最終可得到具有環丙烷基的產物。（圖一）

圖一、西蒙斯-史密斯反應示意圖（作者繪製）

反應步驟如下，首先是鋅銅偶的製備。鋅銅偶其實是一種被銅所活化的鋅，本質上是鋅銅的合金，但並沒有嚴格的結構及成分定義（一般而言鋅的比例會大於鋅銅偶的 $$90\%$$），在有機合成上常作為活性鋅的來源，而最常見且便宜的鋅銅偶製備方式為將鋅與硫酸銅水溶液混合即可獲得。

接著將鋅銅偶與二碘甲烷進行反應製成西-史試劑，由於西-史試劑的碳同時與碘與鋅鍵結，其中鋅的電負度較碳來得小，而碘的電負度較碳來得大，所以西-史試劑的碳同時具有親核性 (nucleophillic) 及親電子性 (electrophilic)，故西-史試劑既可受到親核劑的攻擊進行親核加成反應，同時又可攻擊缺電子的親電子劑（圖二）。這樣的特性是促成西-史反應能夠成功進行環丙烷化的重要因素。

圖二、西蒙斯-史密斯試劑性質示意圖（作者繪製）

一旦製得西-史試劑後，便可將其與含烯類官能基的化合物進行反應。而此反應的反應機構是一連續性的步驟：烯類的雙鍵之 $$\pi$$ 電子攻打西-史試劑中的碳，同時西-史試劑的碳本身也進行親核加成反應至烯類雙鍵的另一個碳上，此時會形成一個像是蝴蝶一般的過渡狀態，最終再脫去 $$\mathrm{ZnI_2}$$ 即可得環丙烷化產物（圖三）。由於此反應機構是連續性步驟，所以產物的立體結構具有非常好的立體專一性。

圖三、西蒙斯-史密斯反應機構（作者繪製）

西蒙斯-史密斯反應具有以下特性： (1) 良好的立體專一性；(2) 可進行環丙烷化的烯類種類廣（簡單烯類、共軛烯酮……）；(3) 由於西-史試劑要受到烯類的親核加成，所以電子較為充裕的烯類 (electron rich) 其環丙烷化速率較快；(4) 考慮立體障礙，若是接有較大取代基之烯類反應速率較慢；(5) 較少副反應的產生，目前為有機合成上主要的環丙烷化方式。

最初的西蒙斯-史密斯反應只是以二碘甲烷將烯類進行環丙烷化，而到了 1966 年，古川教授 (Furukawa) 對於此反應的條件進行修改，其利用二乙基鋅作為鋅的來源，而溶劑也從乙醚改為不具配位能力的有機溶劑（如二氯甲烷、1, 2-二氯乙烷），而比較特別的一點在於可以利用具有取代基的碘烷與烯類進行環丙烷化。（圖四）