הכנה ושימוש של סמריום Diiodide (SMI<sub> 2</sub>) בסינתזה אורגנית: התפקיד מכניסטית של HMPA ומלחי ניקל (השני) בתגובת Barbier סמריום
Summary
הליך פשוט להכנה של סמריום diiodide (SMI<sub> 2</sub>) בTHF מתואר. התפקיד של שני תוספים עיקריים כלומר hexamethylphosphoramide (HMPA) וניקל (acac)<sub> 2</sub> בSm תגובות מתווכות מודגמות בתגובת SM-Barbier.
Abstract
למרות שתחילה שקל מגיב אזוטרי, SMI 2 הפך לכלי נפוץ לכימאים אורגניים סינטטיים. SMI 2 נוצר באמצעות תוספת של יוד המולקולרית למתכת סמריום בTHF. 1,2-3 זה reductant אלקטרון בודד מתון וסלקטיבית והרבגוניות שלו היא תוצאה של יכולתה ליזום מגוון רחב של הפחתות כולל CC אג"ח גיבוש ומפל או תגובות סדרתיות. SMI 2 יכול להפחית מגוון של קבוצות פונקציונליות כולל sulfoxides וsulfones, תחמוצות phosphine, אפוקסידים, ההלידים אלקיל וaryl, carbonyls ואג"ח כפול מצומדות. 2-12 אחד המאפיינים המרתקים של תגובות SMI-2-תיווך הוא היכולת לתמרן את התוצאה של תגובות באמצעות השימוש סלקטיבי בcosolvents או תוספים. ברוב המקרים, תוספים חיוניים בשליטה על הקצב של ירידה ותגובות הכימותרפיה או stereoselectivity של. 13-14 תוספי שיתוףמנוצל mmonly לכוונן את התגובתיות של SMI 2 ניתן לסווג לשלוש קבוצות עיקריות: (1) בסיסי לואיס (HMPA, ligands האחר אלקטרונים תורמים, אתרי chelating, וכו '), (2) מקורות פרוטון (כהלים, מים וכו' ,) ו (3) תוספים אורגניים (Ni (acac) 2, 3 FeCl, וכו '). 3
הבנת המנגנון של 2 תגובות SMI ותפקידם של התוספים מאפשרת ניצול מלוא הפוטנציאל של המגיב בסינתזה אורגנית. תגובת SM-Barbier נבחרה כדי להמחיש את החשיבות הסינטתית והתפקיד מכניסטית של שני תוספים נפוצים: HMPA וניקל (השני) בתגובה זו. תגובת SM-Barbier דומה לתגובת גריניאר מסורתית עם ההבדל היחיד הוא כי, קרבוניל אלקיל הליד, וreductant Sm מעורבבים במקביל בסיר אחד. 1,15 דוגמאות לתגובות Barbier Sm בתיווך עם מגוון רחב של שותפי צימוד כבר דיווח, 1,3,7,10,12 והיו utilized בשלבים עיקריים של הסינתזה של מוצרים טבעיים גדולים. 16,17 מחקרים קודמים על ההשפעה של תוספים על 2 תגובות SMI הראו כי HMPA משפר את פוטנציאל ההפחתה של SMI 2, על ידי תיאום למתכת סמריום המרכז, ייצור חזק יותר, 13-14,18 שיעבוד sterically reductant 19-21 ובמקרים מסוימים שחקו תפקיד אינטגרלי בשלבי העברת אלקטרוני הודעת הנחיית אירועים מאוחרים אג"ח יוצרים. 22 בתגובת SM-Barbier, HMPA הוכח בנוסף להפעלת הליד אלקיל על ידי יצירה מורכבת בשלב טרום שיווי משקל 23.
ניקל מלחים (השני) הם תוסף הקטליטי שימוש תכוף בתמורות Sm בתיווך. 24-27 אף קריטיים להצלחה, התפקיד מכניסטית של Ni (השני) לא היה ידוע בתגובות אלו. לאחרונה זה כבר הראה שSMI 2 מפחית ניקל (השני) לניקל (0), ולאחר מכן את התגובה מתבצעת באמצעות organomeניקל (0) כימית tallic 28.
מחקרים מכניסטית אלה מדגישים כי למרות שאת אותו המוצר ברבייה מתקבל, השימוש בתוספים שונים ב2 תגובת SMI דרסטי משנה את המסלול מכניסטית של התגובה. הפרוטוקול להפעלת SMI אלה 2-יזמו תגובות מתוארות.
Protocol
Representative Results
Discussion
הליך פשוט להפקה 2 פתרון SMI ויישומה בסינתזה אורגנית באמצעות שניים מהתוספים הנפוצים ביותר מוצג כאן. שתי הדוגמות שתוארו מתארות את החשיבות של הבנת מכניסטית של התגובה כדי לכוונן את התגובתיות של SMI 2. ידע של הבסיס של מנגנון התגובה מאפשר שימוש בריאגנט זה להיות מותאם על ידי כימאים סינטטיים לפי הדרישות של התגובה שלהם.
reductant הומוגנית אלקטרון בודד זה קל לטפל וניתן לרכוש ממקורות מסחריים. בעוד הפרוטוקול לעיל הוא ישר קדימה כאשר נעשה בתנאים אינרטיים, חלק מהליכי פתרון הבעיות הנפוצים הם: (א) לוודא THF הוא degassed כראוי ויבש, (ב) אם מתכת Sm יש לו חשיפה ממושכת לאוויר שזה יכול להיות מתחמצן מחוץ שכבה, לטחון מתכת עם מרגמות וpestal לחשוף את משטח המתכת הנקי, (ג)להבה לייבש את כל כלי הזכוכית והקרירה תחת ארגון, (ד) ארגון עדיף אווירת אינרטי מעל החנקן, כפי שמאוחר יותר הוכח אינטראקציה עם המתכת, (ה) הנוכחות של SM-שאריות מתכת עוזרים לשמור על הריכוז של SMI 2, (ו) resublime את גבישי יוד.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
חיל אוויר מלכותי מודה לקרן הלאומית למדע (מל"ג 0844946) על תמיכתה של עבודה זו.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| Samarium metal | Acros | 29478-0100 | -40 mesh, 99.9% (metals basis) |
| THF | OmniSolv | TX0282-1 | Purified through Innovative Technologies solvent purification system. Alternatively it can be degassed through free-pump-thaw method |
| Iodine | Alfa Aesar | 41955-22 | Resublimed crystals, 99.8% |
| Iodododecane | Acros | 25009-0250 | 98% |
| 3-pentanone | Alfa Aesar | AAA15297-AE | 99% |
| HMPA | Alderich | H11602 | 98%; distill from CaO under Argon |
| NiI2 | Alfa Aesar | 22893 | 99.5% (metals basis) |
References
- Girard, P., Namy, J. L., Kagan, K. B. Divalent lanthanide derivatives in organic synthesis. 1. Mild preparation of samarium iodide and ytterbium iodide and their use as reducing or coupling agents. J. Am. Chem. Soc. 102, 2693-2698 (1980).
- Szostak, M., Spain, M., Procter, D. J. Preparation of samarium(II) iodide: quantitative evaluation of the effect of water, oxygen, and peroxide content, preparative methods, and activation of samarium metal. J. Org. Chem. 77, 3049-3053 (2012).
- Procter, D. J., Flowers, R. A., Skrydstrup, T. . Organic synthesis using samarium diiodide: a practical guide. , (2010).
- Nicolaou, K. C., Ellery, S. P., Chen, J. S. Samarium diiodide mediated reactions in total synthesis. Angew. Chem. Int. Ed. 48, 7140-7165 (2009).
- Flowers, R. A., Prasad, E. . Handbook on the physics and chemistry of rare earths. 36, 393-473 (2006).
- Edmonds, D. J., Johnston, D., Procter, D. J. Samarium(II)-iodide-mediated cyclizations in natural product synthesis. Chem. Rev. 104, 3371-3403 (2004).
- Kagan, H. B. Twenty-five years of organic chemistry with diiodosamarium: an overview. Tetrahedron. 59, 10351-10372 (2003).
- Steel, P. G. Recent developments in lanthanide mediated synthesis. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 2727-2884 (2001).
- Molander, G. A., Harris, C. R. Sequencing reactions with samarium(II) iodide. Chem. Rev. 96, 307-338 (1996).
- Molander, G. A., Harris, C. R. Sequenced reactions with samarium(II) iodide. Tandem intramolecular nucleophilic acyl substitution/intramolecular Barbier cyclizations. J. Am. Chem. Soc. 117, 3705-3716 (1995).
- Molander, G. A. Application of lanthanide reagents in organic synthesis. Chem. Rev. 92, 29-68 (1992).
- Souppe, J., Danon, L., Namy, J. L., Kagan, K. B. Some organic-reactions promoted by samarium diiodide. J. Organometal. Chem. 250, 227-236 (1983).
- Flowers, R. A. Mechanistic studies on the roles of cosolvents and additives in samarium(II)-based reductions. Synlett. 10, 1427-1439 (2008).
- Hutton, T. K., Muir, K., Procter, D. J. Samarium(II)-mediated reactions of gamma, delta-unsaturated ketones. Cyclization and fragmentation processes. Org. Lett. 4, 2345-2347 (2002).
- Miller, R. S., et al. Reactions of SmI2 with alkyl halides and ketones: inner-sphere vs outer-sphere electron transfer in reactions of Sm(II) reductions. J. Am. Chem. Soc. 122, 7718-7722 (2000).
- Ito, Y., Takahashi, K., Nagase, H., Honda, T. Integral stereocontrolled synthesis of a spiro-norlignan, sequosempervirin A: revision of absolute configuration. Org. Lett. 13, 4640-4643 (2011).
- Molander, G. A., et al. Toward the total synthesis of Variecolin. Org. Lett. 3, 2257-2260 (2001).
- Shabangi, M., Flowers, R. A. Electrochemical investigation of the reducing power of SmI2 in THF and the effect of HMPA cosolvent. Tetrahedron Lett. 38, 1137-1140 (1997).
- Enenaerke, R. J., Hertz, T., Skrydstrup, T., Daasbjerg, K. Evidence for ionic samarium(II) species in THF/HMPA solution and investigation of Their electron-donating properties. Chem. Eur. J. 6, 3747-3754 (2000).
- Hou, Z., Zhang, Y., Wakatsuki, Y. Molecular structures of HMPA-coordinated samarium(II) and ytterbium(II) iodide complexes. A structural basis for the HMPA effects in SmI2-promoted reactions. Bull. Chem. Soc. Jpn. 70, 149-153 (1997).
- Hou, Z., Wakatsuki, Y. Isolation and x-ray structures of the hexamethylphosphoramide (hmpa)-coordinated lanthanide(II) diiodide complexes [SmI2(hmpa)4] and [Yb(hmpa)4(thf)2]I2. J. Chem. Soc., Chem Commun. 10, 1205-1206 (1994).
- Sadasivam, D. V., Antharjanam, P. K. S., Prasad, E., Flowers, R. A. Mechanistic study of samarium diodide-HMPA initiated 5-exo-trig ketyl-Olefin coupling: the role of HMPA in post-electron transfer steps. J. Am. Chem. Soc. 130, 7228-7229 (2008).
- Choquette, K. A., Sadasivam, D. V., Flowers, R. A. Uncovering the mechanistic role of HMPA in the samarium Barbier reaction. J. Am. Chem. Soc. 132, 17396-17398 (2010).
- Molander, G. A., Huérou, V. L., Brown, G. A. Sequenced reactions with samarium(II) iodide. Sequential intramolecular Barbier byclization/Grob fragmentation for the synthesis of medium-sized carbocycles. J. Org. Chem. 66, 4511-4516 (2001).
- Molander, G. A., Köllner, C. Development of a protocol for eight- and nine-membered ring synthesis in the annulation of sp2,sp3-hybridized organic dihalides with keto ester. J. Org. Chem. 65, 8333-8339 (2000).
- Molander, G. A., Alonso-Alija, C. Sequenced reactions with samarium(II) iodide. Sequential intermolecular carbonyl addition/intramolecular nucleophilic acyl substitution for the preparation of seven-, eight-, and nine-membered carbocycles. J. Org. Chem. 63, 4366-4373 (1998).
- Machrouhi, F., Hamann, B., Namy, J. L., Kagan, K. B. Improved reactivity of diiodosamarium by catalysis with transition metal salts. Synlett. 7, 633-634 (1996).
- Choquette, K. A., Sadasivam, D. V., Flowers, R. A. Catalytic Ni(II) in reactions of SmI2: Sm(II)- or Ni(0)- based chemistry?. J. Am. Chem. Soc. 133, 10655-10661 (2011).
