준비와 사마륨 Diiodide 이용 (SMI<sub> 2</sub>) 유기 합성의 : 사마륨 Barbier 반응에 HMPA과 니켈 (II) 소금의 기계론의 역할
Summary
사마륨 diiodide의 준비를위한 간단한 절차 (SMI<sub> 2</sub>) THF에이 설명되어 있습니다. (acac) 즉 헥사 메틸 포스 포르 아미드 (HMPA)와 니켈 두 가지 첨가제의 역할<sub> 2</sub> SM에 매개 반응은 SM-Barbier 반응에 증명하고 있습니다.
Abstract
처음에 비의 시약으로 간주하지만, SMI 2 합성 유기 화학자를위한 공통의 도구가되었습니다. SMI 2 THF에 사마륨 금속 분자 요오드의 추가를 통해 생성됩니다. 1,2-3는 그것은 온화하고 선택적 단일 전자 reductant이고 기능성이 CC를 포함 감소의 다양한 시작하는 능력의 결과이다 본드를 형성 및 계단식이나 연속 반응. SMI 2 sulfoxides와 sulfones, phosphine 산화물, epoxides, 알킬 및 아릴 할로겐, carbonyls 및 복합 더블 채권 등의 기능 그룹의 다양한 줄일 수 있습니다. SMI-2-매개 반응의 매혹적인 기능 2-12 하나의 기능입니다 cosolvents 또는 첨가제의 선택 사용을 통해 반응의 결과를 조작. 대부분의 경우, 첨가제 감소의 속도와 화학 또는 stereoselectivity 반응을 제어에 필수적입니다. 13-14 첨가제의 공동mmonly SMI 2의 반응성이 세 가지 주요 그룹으로 분류 할 수 있습니다 미세 조정에 활용 : (1) 루이스 기지 (HMPA 다른 전자 – 기증자 리간드, 킬레이트 화 에테르 등), (2) 양자 소스 (알코올, 물 등 ), 그리고 (3) 무기 첨가제 (니켈 (acac) 2, FeCl 3 등). 3
SMI 2 반응의 메커니즘과 첨가제의 역할을 이해하는 것은 유기 합성의 시약의 전체 잠재력 활용을 할 수 있습니다. 이 반응의 HMPA과 니켈 (II) : SM-Barbier 반응은 합성 중요성과 일반적인 두 가지 첨가제의 기계론의 역할을 설명하도록 선택합니다. SM-Barbier 반응은 알킬 할로겐화물, 카르 보닐, 그리고 SM의 reductant이 한 냄비에 동시에 혼합되어 있다는 유일한 차이점과 전통 Grignard 반응과 유사합니다. 커플 링 파트너의 범위 SM-매개 Barbier 반응의 1,15 예 보고되었으며, 1,3,7,10,12 및 UT되었습니다대형 자연 제품의 합성의 핵심 단계에 ilized. SMI 두 반응에 대한 첨가제의 효과에 16,17 이전 연구 HMPA는보다 강력한 생산, 사마륨 금속 센터로 조정하여 SMI (2)의 감소 가능성을 향상하는 것으로 나타났습니다, 13-14,18는 sterically reductant 19-21을 encumbered와 SM-Barbier 반응에서 다음 본드 – 성형 이벤트를 촉진 후 전자 – 전송 단계에서 중요한 역할. 22 게임을 경우에, HMPA가 추가로 알킬 할로겐화물을 활성화 보여왔다 사전 평형 단계에서 복잡한을 형성하여. 23
니켈 (II) 염은 SM-매개 변환에 자주 사용되는 촉매 첨가제입니다. 성공을위한되지만 중요한 24-27, 니켈 (II)의 기계론의 역할이 반응에 알 수 없습니다. 최근에는 SMI 2 니켈 (0) 니켈 (II)을 감소하는 것으로 나타되었고, 반응 후 organome을 통해 수행됩니다tallic 니켈 (0) 화학. 28
이러한 기계론의 연구는 동일한 Barbier 제품이 획득되어 있지만, SMI 두 반응에서 다른 첨가제의 사용이 크게 반응의 기계론의 경로를 변경하는 강조 표시합니다. 이 SMI를 실행하기위한 프로토콜은 2 시작 반응이 설명되어 있습니다.
Protocol
1. SMI 2 합성 (0.1 M) 불꽃은 50 ML 둥근 바닥 플라스크를 건조 및 아르곤로 플러시. 저어 바를 추가하고 septa와 술병을 다룹니다. 사마륨 금속 (0.2 g, 1.3 mmol)을 무게 다시 아르곤과 술병를 플러싱, 플라스크에 추가 할 수 있습니다. 요오드 결정 (0.254 g, 2.0 mmol)에 이어 10 ML 건조하고 철저하게 degassed tetrahydrofuran (THF)을 추가합니다. 심장을 통해 아르곤 풍선을 추가,이 반응에 아르곤 분위기가 긍정적 인 압력을 유지합니다. 3 시간 이상 실온에서 적극적으로 솔루션을 저어. SMI 2가 생성되는대로 솔루션은 색깔 변화의 다양한 통과, 오렌지는 노란색 (45 분), 결국 파란색으로 변 녹색 (1 시간)이 나타납니다. 최종 해군 블루 색상은 단독으로 이온화 사마륨가 형성되었다는 표시입니다. 전체 변환을 보장하기 위해 합성에 SMI 2 사용하기 전에 적어도 3 시간 동안 솔루션을 젓는다. 2. 사marium Barbier 반응 – 헥사 메틸 포스 포르 아미드 (HMPA) 추가 SMI 2 HMPA 복잡한을 만들려면, 아르곤 아래에있는 신선하게 조리 된 SMI 2 (10 ML, 0.1 M, 1.0 mmol) 걸릴 및 아르곤 아래 주사기, dropwise를 통해 HMPA의 1.75 ML (EQUIV 10., 10 mmol)을 추가합니다. 깊은 보라색 색상 양식. 이와는 별도로 아르곤, 추가 iodododecane (0.45 mmol, 110 μl), 3 pentanone (0.45 mmol, 48 μl)와 건조 THF 2 ML 아래 깨끗하고 건조한 유리 병 인치 SMI 2 / HMPA 복잡한 dropwise 기판 솔루션 혼합물을 추가합니다. 감동의 5 분 이내에, 보라색 색상은 반응의 끝을 나타내는 구름보고 시작합니다. 반응이 완료되면을 잃게하는 공기에 대한 해결책을 폭로, 노란색으로 색상 추가 변경 작업을 감동시. 반응은 다음 포화 수성 염화 암모늄과 세정에 의해 작동된다. 분리 깔때기에 솔루션을 추가하고 디 에틸 에테르를 (5 ML)를 추가합니다. 활발한 흔들림 제거 후상단 유기 층 더 디 에틸 에테르를 추가합니다. 수성 레이어에서 두 번 추출하고 유기 레이어의 모든 조화를 이루고 있습니다. 수성 나트륨 thiosulfate의 포화 용액으로 유기 층을 씻으십시오. 물 한 후 소금물로 최종 세척과 세척을 한 다음 아래 수성 레이어를 제거합니다. 상단 유기 층을 확보하고 솔루션에 물 존재의 마지막 금액을 만끽하기 위해 황산 마그네슘을 추가합니다. 초과 HMPA를 제거하기 위해 Florisil의 플러그인을 통해 솔루션을 전달합니다. Barbier 제품을 얻기 위해 회전 증발기에 솔루션을 집중. 이 제품은 질량 분석기로 분석해 및 1 H NMR에 의해 확인되었다. 23 3. 사마륨 Barbier 반응 – 니켈 (acac) 2 촉매 니켈 (acac) 2 (1 몰의 %, 0.01 mmol, 0.0026 g)을 무게 및 아르곤 아래 degassed THF 3 ML을 포함하는 깨끗하고 건조한 유리 병에 추가 할 수 있습니다. 신선하게 조리 된 s에 주사기를 통해 니켈 (acac) 2 솔루션을 추가0.1 M SMI 2 (1.0 mmol, 10 ML)의 olution. 이와는 별도로 아르곤, 추가 iodododecane (0.45 mmol, 110 μl), 3 pentanone (0.45 mmol, 48 μl)와 건조 THF 2 ML 아래 깨끗하고 건조한 유리 병 인치 SMI 2 / 니켈의 혼합물로 dropwise 기판 솔루션을 추가합니다. 감동의 십오분 이내에, 푸른 색은 반응의 끝을 나타내는 노란색 – 녹색 색상을 형성하는 분산됩니다. 반응이 완료되면을 잃게하는 공기에 대한 해결책을 폭로, 노란색으로 색상 추가 변경 작업을 감동시. 0.1 M AQ로 세척하여 반응을 작업 할 수 있습니다. 염산 산 (3 ML). 분리 깔때기에 솔루션을 추가하고 디 에틸 에테르를 (5 ML)를 추가합니다. 나트륨 thiosulfate, 물, 염수의 수용액과 이전에 설명한 프로토콜, 황산 마그네슘 이상 후 건조를 사용하여 유기 층을 씻으십시오. Barbier 제품을 확보 할 수있는 솔루션을 집중. 이 제품은 질량 분석기로 분석해 및 1 H NMR에 의해 식별 할 수 있습니다. 28 </s까지>
Representative Results
그림 1은 사마륨 Barbier 반응을 보여줍니다. 노 첨가제와 SM-매개 반응은 72 시간 정도 소요되며 나머지되는 출발 물질로 원하는 제품의 69 % 항복. 10 인 이상 EQUIV의 추가가 있습니다. HMPA의 반응이 몇 분 내에 거의 양적 및 완료. 1 몰 % 니켈 (acac) 2의 추가와 함께 15,23, 반응은 97 %의 수율과 함께 15 분 내 완료됩니다. 28 (HMPA) 4 – HMPA는 SMI 2 cosolvent displaces SMI 2를 형성 할 수있는 조정 THF가 추가합니다. 더 많은 HMPA (EQUIV 6-10.)의 추가로 요오드화물 이온은 외부 영역 (그림 2)에 변위되어 있습니다. 19-21 기계론의 연구는 HMPA은 SM-Barbier 반응에 사용되는 때 cosolvent도 상호 작용을 나타냅니다 알킬 할로겐 기판을 활성화, 탄소 할로겐 결합을 elongates 복잡한을 형성와pecies는 SM의 감소 (그림 3)에 더 취약하고. HMPA, HMPA과 SM-Barbier 반응에 대한 메커니즘의 역할이 자세한 이해를 통해 (그림 4) 제안되었다. 23 미리 평형 단계에서 형성 알킬 할라이드-HMPA 복잡한는 SM / HMPA에 의해 감소를 형성하기 위해 단계를 결정 속도의 급진적. 급진적 인은 카르 보닐이 있으며 protonation시 커플이 최종 제품을 산출 organosamarium 종을 형성하기 위해 더욱 감소를 겪. 니켈 (II) 첨가제의 경우에는 SMI 2 처음 우선적으로 기판 중 하나의 환원 이상의 니켈 (0) 니켈 (II)을 줄일 수 있습니다. 운동과 기계론의 연구를 바탕으로 다음과 같은 메커니즘은 (그림 5) 제안되었다. organonickel 종을 형성 알킬 할로겐화물 채권에 28 SMI 2로 감소 후, 수용성 니켈 (0) 종 삽입. SM의 높은 oxophilic 자연 (III)에 의해 구동 돌아 촉매 사이클에 organosamarium 중간 자료 니켈 (II)를 형성 할 수 transmetallation. 그런 다음 organosamarium 카르 보닐과 연인, protonation시 원하는 고등 술을 형성한다. 그것은 또한 니켈 (0) 나노 입자가 니켈의 SM-매개 감소 (II)를 통해 형성되는 것이 관찰되었다 그러나 이러한 입자가 운영 중지 및 촉매의 비활성화의 소스가된다는 것을 발견했다. iodododecane 및 3 pentanone과 그림 1. 사마륨 Barbier 반응. 그림 2. SMI 2 HMPA 단지. ontent "강한 : 유지 – together.within 페이지 ="항상 "> 그림 3. HMPA 및 알킬 요오드화물 복합. 그림 4. 초과 HMPA과 사마륨 Barbier 반응에 대한 제안 메커니즘. 그림 5. 촉매 니켈 (II)를 포함 사마륨 Barbier 반응에 제안 된 메커니즘.
Discussion
가장 일반적인 첨가제의 두를 사용하여 SMI 두 솔루션과 유기 합성에서의 응용 프로그램을 생성하기위한 간단한 절차를 여기에 제공됩니다. 두 예제는 미세 조정 SMI (2)의 반응에 반응 기계론의 이해의 중요성을 묘사 설명했다. 반응 메커니즘의 underpinning 지식은 반응의 요구에 따라 합성 화학자에 의해 적응이 시약의 사용이 가능합니다.
이 단일 전자 균질 reductant은 처리가 용이하며 상용 소스에서 구입하실 수 있습니다. 위의 프로토콜 불활성 조건 하에서 완료되면 바로 앞으로이지만, 일반적인 문제 해결 절차의 일부는 다음과 같습니다 (A) SM 금속 공기에 장시간 노출을 가지고있는 경우 (B)는이 수 THF가 제대로 degassed 건조되어 있는지 확인 레이어 이외의 산화, 깨끗한 금속 표면을 노출 할 수있는 절구와 pestal으로 금속을 부러 (C)불꽃 – 건조 아르곤 아래의 모든 유리와 시원한는 (D)가 나중에 금속과 상호 작용하는 표시 되었기 때문에 아르곤이, 질소으로 불활성 분위기를 선호합니다 (E) SM-금속 초과의 존재는 SMI의 농도를 유지하는 데 도움이 요오드 결정 2, (F) resublime.
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
RAF는이 작품의 지원 국립 과학 재단 (National Science Foundation) (CHE-0844946)을 감사드립니다.
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
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Sadasivam, D. V., Choquette, K. A., Flowers II, R. A. Preparation and Use of Samarium Diiodide (SmI2) in Organic Synthesis: The Mechanistic Role of HMPA and Ni(II) Salts in the Samarium Barbier Reaction. J. Vis. Exp. (72), e4323, doi:10.3791/4323 (2013).