Name: 二碘化钐的制备和使用（SMI 2）在有机合成中：HMPA和镍（II）盐的钐巴尔比耶反应的机理作用 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-02-04T09:52:00.000+00:00
Duration: 12 min 22 s
Description: 学习制备二碘化钐(SmI₂)溶液并在钐巴尔比耶反应中使用HMPA和镍(II)盐添加剂的方法。本视频演示了THF溶剂中的合成步骤、颜色变化监测以及反应机理研究，帮助研究者优化有机合成中的金属介导还原反应。

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

RAF 感谢美国国家科学基金会（CHE-0844946）对本工作的资助。

1. SmI2（0.1 M）的合成
<ol>
 <li>将一个50 ml圆底烧瓶用火焰干燥，并用氩气吹扫。加入搅拌子，用隔膜盖住烧瓶。称取金属钐（0.2 g，1.3 mmol）加入烧瓶中，再次用氩气吹扫烧瓶。</li>
 <li>加入10 ml干燥且充分脱气的四氢呋喃（THF），随后加入碘晶体（0.254 g，2.0 mmol）。通过隔膜连接一个氩气气球，以维持反应体系内的正压氩气环境。</li>
 <li>在室温下剧烈搅拌溶液超过3小时。随着SmI2的生成，溶液会经历一系列颜色变化：橙色，随后变为黄色（45分钟），再变为绿色（1小时），最终转变为蓝色。</li>
 <li>最终的深蓝色表明已生成单离子化的钐。为确保完全转化，在将SmI2用于合成前，应至少搅拌3小时。</li>
</ol>
2. 钐介导的Barbier反应-六甲基磷酰胺（HMPA）加成
<ol>
 <li>制备SmI2-HMPA络合物时，在氩气保护下取新制备的SmI2溶液（10 ml，0.1 M，1.0 mmol），通过注射器在氩气氛围下逐滴加入1.75 ml HMPA（10当量，10 mmol）。反应液呈现深紫色。</li>
 <li>另取一个洁净干燥的小瓶，在氩气保护下加入碘代十二烷（0.45 mmol，110 μl）、3-戊酮（0.45 mmol，48 μl）和2 ml干燥的四氢呋喃（THF）。</li>
 <li>将上述底物混合溶液在氩气下逐滴加入SmI2/HMPA络合物中。</li>
 <li>搅拌5分钟内，紫色溶液逐渐变得浑浊，表明反应接近完成。</li>
 <li>反应完成后，将反应液暴露于空气中以淬灭反应；继续搅拌，溶液颜色进一步变为黄色。</li>
 <li>随后用饱和氯化铵水溶液进行后处理。将反应液转移至分液漏斗中，加入乙醚（5 ml）。充分振荡后，分离上层有机相，并加入更多乙醚。再用乙醚从水相中萃取两次，合并所有有机相。</li>
 <li>用饱和硫代硫酸钠水溶液洗涤有机相，弃去下层水相，随后依次用水洗涤，最后用饱和食盐水洗涤。收集上层有机相，加入无水硫酸镁以除去残留水分。</li>
 <li>将溶液通过一段弗罗里硅土（Florisil）柱，以去除过量的HMPA。</li>
 <li>将溶液在旋转蒸发仪上浓缩，得到Barbier反应产物。产物通过气相色谱-质谱联用（GCMS）和1H核磁共振谱（NMR）进行鉴定。23</li>
</ol>
3. 钐介导的Barbier反应—Ni(acac)2催化剂
<ol>
 <li>称取 Ni(acac)2（1 mol%，0.01 mmol，0.0026 g），在氩气保护下加入一个洁净、干燥的小瓶中，瓶内预先装有 3 ml 脱气 THF。通过注射器将 Ni(acac)2 溶液加入新配制的 0.1 M SmI2 溶液（1.0 mmol，10 ml）中。</li>
 <li>另取一个洁净、干燥的小瓶，在氩气保护下，加入十二碘烷（0.45 mmol，110 μl）、3-戊酮（0.45 mmol，48 μl）和 2 ml 干燥 THF。</li>
 <li>将底物溶液逐滴加入 SmI2/Ni 混合物中。</li>
 <li>搅拌 15 分钟内，蓝色逐渐褪去，转变为黄绿色，表明反应结束。</li>
 <li>反应完成后，将溶液暴露于空气中以淬灭反应；继续搅拌，颜色进一步变为黄色。用 0.1 M 水相盐酸（3 ml）洗涤反应混合物进行后处理。将溶液转移至分液漏斗中，加入乙醚（5 ml）。</li>
 <li>按照前述方法，依次用硫代硫酸钠水溶液、水和饱和食盐水洗涤有机层，然后用硫酸镁干燥。浓缩溶液得到 Barbier 产物。该产物可通过 GCMS 和 1H NMR 鉴定。28</li>
</ol>

<ol><li>Girard, P., Namy, J. L., Kagan, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Divalent+lanthanide+derivatives+in+organic+synthesis.+1.+Mild+preparation+of+samarium+iodide+and+ytterbium+iodide+and+their+use+as+reducing+or+coupling+agents%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Divalent lanthanide derivatives in organic synthesis. 1. Mild preparation of samarium iodide and ytterbium iodide and their use as reducing or coupling agents.</a> J. Am. Chem. Soc. 102, 2693-2698 (1980).</li>
<li>Szostak, M., Spain, M., Procter, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+samarium%28II%29+iodide%3A+quantitative+evaluation+of+the+effect+of+water%2C+oxygen%2C+and+peroxide+content%2C+preparative+methods%2C+and+activation+of+samarium+metal%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Org.+Chem%22%5BJournal%5D)">Preparation of samarium(II) iodide: quantitative evaluation of the effect of water, oxygen, and peroxide content, preparative methods, and activation of samarium metal.</a> J. Org. Chem. 77, 3049-3053 (2012).</li>
<li>Procter, D. J., Flowers, R. A., Skrydstrup, T. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aProcter%2C+DJ+%22Organic+synthesis+using+samarium+diiodide%3A+a+practical+guide%22">Organic synthesis using samarium diiodide: a practical guide</a>. , Royal Society of Chemistry Publishing. U.K. (2010).</li>
<li>Nicolaou, K. C., Ellery, S. P., Chen, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Samarium+diiodide+mediated+reactions+in+total+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Angew.+Chem.+Int.+Ed%22%5BJournal%5D)">Samarium diiodide mediated reactions in total synthesis.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 48, 7140-7165 (2009).</li>
<li>Flowers, R. A., Prasad, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFlowers%2C+RA+%22Handbook+on+the+physics+and+chemistry+of+rare+earths%22">Handbook on the physics and chemistry of rare earths</a>. 36, Elsevier. Amsterdam. 393-473 (2006).</li>
<li>Edmonds, D. J., Johnston, D., Procter, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Samarium%28II%29-iodide-mediated+cyclizations+in+natural+product+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Samarium(II)-iodide-mediated cyclizations in natural product synthesis.</a> Chem. Rev. 104, 3371-3403 (2004).</li>
<li>Kagan, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Twenty-five+years+of+organic+chemistry+with+diiodosamarium%3A+an+overview%5BTitle%5D)+AND+%22Tetrahedron%22%5BJournal%5D)">Twenty-five years of organic chemistry with diiodosamarium: an overview.</a> Tetrahedron. 59, 10351-10372 (2003).</li>
<li>Steel, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+developments+in+lanthanide+mediated+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Soc.%2C+Perkin+Trans%22%5BJournal%5D)">Recent developments in lanthanide mediated synthesis.</a> J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 2727-2884 (2001).</li>
<li>Molander, G. A., Harris, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequencing+reactions+with+samarium%28II%29+iodide%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Sequencing reactions with samarium(II) iodide.</a> Chem. Rev. 96, 307-338 (1996).</li>
<li>Molander, G. A., Harris, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequenced+reactions+with+samarium%28II%29+iodide.+Tandem+intramolecular+nucleophilic+acyl+substitution%2Fintramolecular+Barbier+cyclizations%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Sequenced reactions with samarium(II) iodide. Tandem intramolecular nucleophilic acyl substitution/intramolecular Barbier cyclizations.</a> J. Am. Chem. Soc. 117, 3705-3716 (1995).</li>
<li>Molander, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+lanthanide+reagents+in+organic+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Application of lanthanide reagents in organic synthesis.</a> Chem. Rev. 92, 29-68 (1992).</li>
<li>Souppe, J., Danon, L., Namy, J. L., Kagan, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Some+organic-reactions+promoted+by+samarium+diiodide%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Organometal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Some organic-reactions promoted by samarium diiodide.</a> J. Organometal. Chem. 250, 227-236 (1983).</li>
<li>Flowers, R. A. II <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanistic+studies+on+the+roles+of+cosolvents+and+additives+in+samarium%28II%29-based+reductions%5BTitle%5D)+AND+%22Synlett%22%5BJournal%5D)">Mechanistic studies on the roles of cosolvents and additives in samarium(II)-based reductions.</a> Synlett. 10, 1427-1439 (2008).</li>
<li>Hutton, T. K., Muir, K., Procter, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Samarium%28II%29-mediated+reactions+of+gamma%2C+delta-unsaturated+ketones.+Cyclization+and+fragmentation+processes%5BTitle%5D)+AND+%22Org.+Lett%22%5BJournal%5D)">Samarium(II)-mediated reactions of gamma, delta-unsaturated ketones. Cyclization and fragmentation processes.</a> Org. Lett. 4, 2345-2347 (2002).</li>
<li>Miller, R. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reactions+of+SmI2+with+alkyl+halides+and+ketones%3A+inner-sphere+vs+outer-sphere+electron+transfer+in+reactions+of+Sm%28II%29+reductions%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Reactions of SmI2 with alkyl halides and ketones: inner-sphere vs outer-sphere electron transfer in reactions of Sm(II) reductions.</a> J. Am. Chem. Soc. 122, 7718-7722 (2000).</li>
<li>Ito, Y., Takahashi, K., Nagase, H., Honda, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integral+stereocontrolled+synthesis+of+a+spiro-norlignan%2C+sequosempervirin+A%3A+revision+of+absolute+configuration%5BTitle%5D)+AND+%22Org.+Lett%22%5BJournal%5D)">Integral stereocontrolled synthesis of a spiro-norlignan, sequosempervirin A: revision of absolute configuration.</a> Org. Lett. 13, 4640-4643 (2011).</li>
<li>Molander, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Toward+the+total+synthesis+of+Variecolin%5BTitle%5D)+AND+%22Org.+Lett%22%5BJournal%5D)">Toward the total synthesis of Variecolin.</a> Org. Lett. 3, 2257-2260 (2001).</li>
<li>Shabangi, M., Flowers, R. A. II <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+investigation+of+the+reducing+power+of+SmI2+in+THF+and+the+effect+of+HMPA+cosolvent%5BTitle%5D)+AND+%22Tetrahedron+Lett%22%5BJournal%5D)">Electrochemical investigation of the reducing power of SmI2 in THF and the effect of HMPA cosolvent.</a> Tetrahedron Lett. 38, 1137-1140 (1997).</li>
<li>Enenaerke, R. J., Hertz, T., Skrydstrup, T., Daasbjerg, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Evidence+for+ionic+samarium%28II%29+species+in+THF%2FHMPA+solution+and+investigation+of+Their+electron-donating+properties%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eur.+J%22%5BJournal%5D)">Evidence for ionic samarium(II) species in THF/HMPA solution and investigation of Their electron-donating properties.</a> Chem. Eur. J. 6, 3747-3754 (2000).</li>
<li>Hou, Z., Zhang, Y., Wakatsuki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+structures+of+HMPA-coordinated+samarium%28II%29+and+ytterbium%28II%29+iodide+complexes.+A+structural+basis+for+the+HMPA+effects+in+SmI2-promoted+reactions%5BTitle%5D)+AND+%22Bull.+Chem.+Soc.+Jpn%22%5BJournal%5D)">Molecular structures of HMPA-coordinated samarium(II) and ytterbium(II) iodide complexes. A structural basis for the HMPA effects in SmI2-promoted reactions.</a> Bull. Chem. Soc. Jpn. 70, 149-153 (1997).</li>
<li>Hou, Z., Wakatsuki, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((+Isolation+and+x-ray+structures+of+the+hexamethylphosphoramide+%28hmpa%29-coordinated+lanthanide%28II%29+diiodide+complexes+%5BSmI2%28hmpa%294%5D+and+%5BYb%28hmpa%294%28thf%292%5DI2%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Soc.%2C+Chem+Commun%22%5BJournal%5D)"> Isolation and x-ray structures of the hexamethylphosphoramide (hmpa)-coordinated lanthanide(II) diiodide complexes [SmI2(hmpa)4] and [Yb(hmpa)4(thf)2]I2.</a> J. Chem. Soc., Chem Commun. 10, 1205-1206 (1994).</li>
<li>Sadasivam, D. V., Antharjanam, P. K. S., Prasad, E., Flowers, R. A. II <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mechanistic+study+of+samarium+diodide-HMPA+initiated+5-exo-trig+ketyl-Olefin+coupling%3A+the+role+of+HMPA+in+post-electron+transfer+steps%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Mechanistic study of samarium diodide-HMPA initiated 5-exo-trig ketyl-Olefin coupling: the role of HMPA in post-electron transfer steps.</a> J. Am. Chem. Soc. 130, 7228-7229 (2008).</li>
<li>Choquette, K. A., Sadasivam, D. V., Flowers, R. A. II <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Uncovering+the+mechanistic+role+of+HMPA+in+the+samarium+Barbier+reaction%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Uncovering the mechanistic role of HMPA in the samarium Barbier reaction.</a> J. Am. Chem. Soc. 132, 17396-17398 (2010).</li>
<li>Molander, G. A., Huérou, V. L., Brown, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequenced+reactions+with+samarium%28II%29+iodide.+Sequential+intramolecular+Barbier+byclization%2FGrob+fragmentation+for+the+synthesis+of+medium-sized+carbocycles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Org.+Chem%22%5BJournal%5D)">Sequenced reactions with samarium(II) iodide. Sequential intramolecular Barbier byclization/Grob fragmentation for the synthesis of medium-sized carbocycles.</a> J. Org. Chem. 66, 4511-4516 (2001).</li>
<li>Molander, G. A., Köllner, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Development+of+a+protocol+for+eight-+and+nine-membered+ring+synthesis+in+the+annulation+of+sp2%2Csp3-hybridized+organic+dihalides+with+keto+ester%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Org.+Chem%22%5BJournal%5D)">Development of a protocol for eight- and nine-membered ring synthesis in the annulation of sp2,sp3-hybridized organic dihalides with keto ester.</a> J. Org. Chem. 65, 8333-8339 (2000).</li>
<li>Molander, G. A., Alonso-Alija, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sequenced+reactions+with+samarium%28II%29+iodide.+Sequential+intermolecular+carbonyl+addition%2Fintramolecular+nucleophilic+acyl+substitution+for+the+preparation+of+seven-%2C+eight-%2C+and+nine-membered+carbocycles%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Org.+Chem%22%5BJournal%5D)">Sequenced reactions with samarium(II) iodide. Sequential intermolecular carbonyl addition/intramolecular nucleophilic acyl substitution for the preparation of seven-, eight-, and nine-membered carbocycles.</a> J. Org. Chem. 63, 4366-4373 (1998).</li>
<li>Machrouhi, F., Hamann, B., Namy, J. L., Kagan, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improved+reactivity+of+diiodosamarium+by+catalysis+with+transition+metal+salts%5BTitle%5D)+AND+%22Synlett%22%5BJournal%5D)">Improved reactivity of diiodosamarium by catalysis with transition metal salts.</a> Synlett. 7, 633-634 (1996).</li>
<li>Choquette, K. A., Sadasivam, D. V., Flowers, R. A. II <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytic+Ni%28II%29+in+reactions+of+SmI2%3A+Sm%28II%29-+or+Ni%280%29-+based+chemistry%3F%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Catalytic Ni(II) in reactions of SmI2: Sm(II)- or Ni(0)- based chemistry?</a> J. Am. Chem. Soc. 133, 10655-10661 (2011).</li>
</ol>

无利益冲突声明。

本文介绍了一种制备SmI2溶液并将其应用于有机合成的简便方法，其中使用了两种最常见的添加剂。所描述的两个示例说明了理解反应机理对于精确调控SmI2反应活性的重要性。对反应机理基础的深入认识，使合成化学家能够根据具体反应需求灵活调整该试剂的使用方式。
这种单电子均相还原剂易于操作，可从商业渠道购得。尽管上述实验步骤在惰性条件下操作时较为直接，但仍有一些常见的故障排除方法：（a）确保四氢呋喃（THF）已充分脱气并保持干燥；（b）若钐金属长期暴露于空气中，其表面可能已氧化，需使用研钵和研杵研磨金属，以暴露出洁净的金属表面；（c）所有玻璃器皿均需用火焰烘干，并在氩气氛围下冷却；（d）惰性气氛优先选用氩气而非氮气，因为已有研究表明氮气会与金属发生相互作用；（e）过量钐金属的存在有助于维持SmI2的浓度；（f）对碘晶体进行再升华处理。

<table><tbody><tr><td>金属钐</td><td>Acros</td><td>29478-0100</td><td>-40目，99.9%（以金属计）</td></tr><tr><td>四氢呋喃（THF）</td><td>OmniSolv</td><td>TX0282-1</td><td>通过Innovative Technologies溶剂纯化系统纯化。也可通过冷冻-抽气-解冻法脱气</td></tr><tr><td>碘</td><td>Alfa Aesar</td><td>41955-22</td><td>重升华晶体，99.8%</td></tr><tr><td>碘代十二烷</td><td>Acros</td><td>25009-0250</td><td>98%</td></tr><tr><td>3-戊酮</td><td>Alfa Aesar</td><td>AAA15297-AE</td><td>99%</td></tr><tr><td>六甲基磷酰胺（HMPA）</td><td>Alderich</td><td>H11602</td><td>98%；在氩气下从氧化钙中蒸馏</td></tr><tr><td>NiI&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;</td><td>Alfa Aesar</td><td>22893</td><td>99.5%（以金属计）</td></tr></tbody></table>

有机合成中二碘化钐（smi2）的制备与应用：hmpa与ni(ii)盐在钐促进的barbier反应中的作用机制

Preparation and Use of Samarium Diiodide (SmI2) in Organic Synthesis: The Mechanistic Role of HMPA and Ni(II) Salts in the Samarium Barbier Reaction

尽管最初被认为是一种冷门试剂，SmI2 已成为合成有机化学家常用的工具。SmI2 可通过将碘分子加入金属钐在四氢呋喃（THF）中反应制得1,2-3。它是一种温和且具有选择性的单电子还原剂，其多功能性源于其能够引发多种还原反应，包括碳-碳键形成反应以及级联或连续反应。SmI2 可还原多种官能团，如亚砜和砜、氧化膦、环氧化物、烷基和芳基卤化物、羰基以及共轭双键2-12。SmI2 介导反应的一个引人注目的特点是可通过选择性地使用共溶剂或添加剂来调控反应结果。在大多数情况下，添加剂对于控制还原反应的速率以及反应的化学选择性或立体选择性至关重要13-14。常用于精确调节 SmI2 反应活性的添加剂可分为三大类：（1）路易斯碱（如 HMPA、其他电子供体配体、螯合醚等）；（2）质子源（如醇、水等）；（3）无机添加剂（如 Ni(acac)2、FeCl3 等）3。
理解SmI2反应的机理以及添加剂的作用，有助于充分发挥该试剂在有机合成中的潜力。本文选用Sm-Barbier反应来说明两种常见添加剂HMPA和Ni(II)在反应中的合成意义及机理作用。Sm-Barbier反应与传统的格氏反应类似，唯一的区别在于烷基卤化物、羰基化合物和Sm还原剂在同一个反应釜中同时混合。1,15 已有文献报道了多种偶联伙伴参与的Sm介导的Barbier反应实例，1,3,7,10,12 并已被应用于复杂天然产物合成的关键步骤中。16,17 此前关于添加剂对SmI2反应影响的研究表明，HMPA通过与钐金属中心配位，可增强SmI2的还原能力，生成一种更强效13-14,18且空间位阻更大的还原剂19-21，并在某些情况下，在电子转移后的步骤中发挥关键作用，促进后续成键反应的发生。22 在Sm-Barbier反应中，HMPA还被证明可在预平衡步骤中通过与烷基卤化物形成配合物而进一步活化底物。23
Ni(II) 盐是钐介导反应中常用的一种催化添加剂24-27。尽管其对反应成功至关重要，但这些反应中 Ni(II) 的作用机制此前尚不明确。最近研究表明，SmI2 可将 Ni(II) 还原为 Ni(0)，随后反应通过有机金属 Ni(0) 化学过程进行28。
这些机理研究表明，尽管获得了相同的Barbier反应产物，但在SmI2反应中使用不同的添加剂会显著改变反应的机理途径。本文描述了进行这些由SmI2引发的反应的实验方案。

图1展示了钐介导的Barbier反应。在无添加剂的情况下，钐介导的反应需要72小时，目标产物收率为69%，剩余为起始原料。当加入10个或更多当量的HMPA时，反应在数分钟内几乎定量完成并结束。15,23 当加入1 mol%的Ni(acac)2时，反应在15分钟内完成，产率达到97%。28
当向SmI2中加入HMPA时，该共溶剂会取代配位的THF，形成SmI2-(HMPA)4。当加入更多HMPA（6–10当量）时，碘离子被推至外层（图2）19–21。机理研究表明，在Sm-Barbier反应中使用HMPA时，该共溶剂还会与烷基卤化物底物相互作用，形成一种使碳-卤键伸长的络合物，从而活化该物种，使其更易被Sm还原（图3）。基于对HMPA作用的深入理解，提出了含HMPA的Sm-Barbier反应机理（图4）23。在预平衡步骤中形成的烷基卤化物-HMPA络合物，经Sm/HMPA还原，在决速步中生成自由基。该自由基进一步被还原生成有机钐物种，随后与羰基发生偶联，经质子化后得到最终产物。
在添加Ni(II)的情况下，SmI2优先将Ni(II)还原为Ni(0)，而不是还原任一底物。根据动力学和机理研究，提出了以下反应机理（图5）。28 在被SmI2还原后，可溶性的Ni(0)物种插入烷基卤化物的化学键中，形成有机镍中间体。由于Sm(III)具有极强的亲氧性，发生转金属化反应生成有机钐中间体，同时将Ni(II)重新释放回催化循环中。随后，有机钐中间体与羰基发生偶联，经质子化后生成目标叔醇产物。研究还发现，Ni(0)纳米颗粒可通过Sm介导的Ni(II)还原生成，但这些颗粒无催化活性，并且是催化剂失活的原因。
<img alt="有机化学反应；SmI₂，THF 合成方程式，化学转化示意图。" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4323/4323fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4323/4323fig1.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 1"> 
图 1. 利用十二碘烷与3-戊酮进行的钐介导的Barbier反应。
<img alt="络合过程示意图，Sm HMPA 与 THF 的平衡反应，化学结构图。" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4323/4323fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4323/4323fig2.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图 2"> 
图 2. SmI2-HMPA 络合物。
<img alt="有机反应机理；示意图；磷化合物相互作用；HMPA；分子结构。" fo:content-width="3.5in" fo:src="/files/ftp_upload/4323/4323fig3highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4323/4323fig3.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图3"> 
图3. HMPA 与烷基碘化物复合物。
<img alt="基于钐的反应机理图，包含化学方程式和中间体；合成步骤。" fo:content-width="4.5in" fo:src="/files/ftp_upload/4323/4323fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4323/4323fig4.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="Figure 4"> 
图 4. 钐介导的 Barbier 反应在过量 HMPA 存在下的反应机理示意图。
<img alt="显示Sm(III)和Ni物种转化的镍催化化学反应循环示意图。" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/4323/4323fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/4323/4323fig5.jpg" data-altupdatedat="1787630408000" data-alt="图5"> 
图5. 含催化性Ni(II)的钐Barbier反应的提出机理。

本文描述了一种在四氢呋喃（THF）中制备二碘化钐（SmI2）的简便方法。通过钐介导的Barbier反应，展示了两种主要添加剂——六甲基磷酰胺（HMPA）和乙酰丙酮镍（Ni(acac)2）在反应中的作用。

有机合成中二碘化钐（SmI2）的制备与应用：HMPA与Ni(II)盐在钐促进的Barbier反应中的作用机制

尽管最初被认为是一种深奥的试剂，但SmI2已成为合成有机化学家的常用工具。SmI2通过将……加入而生成。

本实验的总体目标是制备浓度为 0.1 摩尔的二碘化钐四氢呋喃溶液，并将其用于在不同添加剂存在下进行古代巴比尔反应的合成。该目标分为两步实现：首先，在氩气氛围下，将金属钐与碘晶体在四氢呋喃中简单混合，制备二碘化钐；第二步，将添加剂引入二碘化钐溶液中。在此情况下，观察了HMPA或镍AK作为添加剂在苏美尔芭比反应中的影响。接下来，将醇、卤代烃和酮类底物加入反应瓶中，搅拌5至15分钟。最后一步是淬灭反应并进行后处理，以获得最终的醇类产物。最终，通过动力学分析，确定了不同添加剂的加入如何改变苏美尔Barbier反应的机理。该方法可为制备二碘化钐溶液过程中常见问题提供深入见解。一旦掌握了二碘化钐的合成，便可将其应用于多种其他钐介导的还原反应中。该方法的可视化演示非常有用，因为 Aserium IDE 对氧气敏感，因此我们通常在手套箱中进行这些反应。然而，这里我们将向您展示，在氩气氛围下的实验台环境中，该反应同样可以轻松完成。与研究生 Kim Cho 一起，演示该操作的是我实验室的研究科学家 Sada。首先，将一个50毫升的圆底烧瓶进行火焰干燥，并用氩气冲洗。加入一个搅拌子，用隔膜盖住烧瓶。称取0.2克锡金属，加入烧瓶中，再次用氩气冲洗烧瓶。接下来，加入 10 毫升充分干燥并脱气的四氢呋喃（THF），然后加入 0.254 克碘晶体。通过隔膜加入一个充满氩气的气球，以维持反应体系内氩气的正压环境。在室温下剧烈搅拌溶液超过12小时。随着二碘化钐的生成，溶液会经历多种颜色变化，依次呈现橙色、黄色，最终变为蓝色。最终的深蓝色表明二碘化钐已经形成。为了确保完全转化，在将二碘化钐用于合成前，应搅拌溶液至少12小时。尽管二碘化钐的制备过程较为简单，但以下是一些我们希望指出的常见问题：金属长时间暴露于空气中会导致表面氧化层的形成，由此生成的二碘化钐质量可能较差。为了克服这一研磨困难，建议在惰性气氛下使用电动研钵和研杵研磨金属。确保所用的四氢呋喃（THF）溶剂经过充分脱气和干燥处理。我们优先选用氩气而非氮气。当我们制备大量SAM物质时，会持续搅拌该物质以保持其稳定性。我们还想提及我们的合作者、曼彻斯特大学的大卫·普罗克特（David Proctor）教授近期发表于《有机化学杂志》的一项研究，该研究探讨了钐碘化物（Samariun IDE）生成的各个方面。在氩气保护下，取10毫升新配制的二碘化钐，通过注射器在氩气氛围中逐滴加入1.75毫升HMPA，于另一洁净干燥的小瓶中形成深紫色溶液。在氩气保护下，通过加入110微升碘代烷、48微升三苯基膦及2毫升干燥的THF，配制底物溶液。然后将底物溶液逐滴加入至二碘化钐-HMPA复合物中。搅拌约五分钟内，紫色开始变得浑浊，表明反应即将结束。反应完成后，将溶液暴露于空气中以淬灭反应。搅拌后，颜色进一步变为灰白色，然后加入10毫升饱和水溶液氯化铵进行后处理。将溶液加入分液漏斗中，并加入5毫升乙醚。剧烈振荡后，移去上层有机相，再加入更多乙醚。再用有机溶剂萃取水相两次后，合并所有有机相。用10毫升饱和的硫代硫酸钠水溶液洗涤有机相。移除下层水相，随后用水洗涤，最后用饱和食盐水洗涤。收集上层有机相，加入无水硫酸镁以吸收溶液中残留的微量水分。将溶液通过Flo IL柱，以去除过量的六甲基磷酸三酰胺（HMPA），然后在旋转蒸发仪上浓缩溶液，得到Barbier反应产物。然后可通过气相色谱-质谱联用（GCMS）以及质子和核磁共振（MR）对产物进行鉴定。接下来，我们将进行相同的钐介导的Barbier反应，但额外加入二价镍催化剂作为添加剂：称取镍AK，加入至一个洁净干燥的小瓶中，该小瓶内含有3毫升在氩气保护下的DGAs THF溶液；通过注射器将镍AK溶液转移至10毫升新配制的0.1摩尔钐二碘化物溶液中。另取一个洁净干燥的小瓶，在氩气保护下，加入110微升碘、48微升3-戊酮和2毫升干燥的THF。将底物溶液逐滴加入钐二碘化物-镍混合物中。搅拌后15分钟内，蓝色将逐渐消失并转变为绿色，表明反应结束。反应完成后，将溶液暴露于空气中以终止反应。继续搅拌，溶液颜色进一步变为黄色，随后加入3毫升0.1摩尔的盐酸水溶液进行后处理。将溶液加入分液漏斗中，并加入五毫升二乙醚。使用先前所述的方案，依次用硫代硫酸钠水溶液、水和饱和食盐水洗涤有机层，然后用无水硫酸镁干燥。在旋转蒸发仪上浓缩溶液，得到芭比或目标产物。然后可通过GCMS和质子核磁共振（NMR）对产物进行鉴定。以下是无添加剂的苏美尔Barbier反应。该苏美尔介导的反应耗时72小时，得到69%的目标产物。剩余部分为起始原料。加入10个或更多当量的HMPA后，反应在几分钟内几乎定量完成。加入1 mol%的镍催化剂ak后，反应在15分钟内完成，产率为97%。当向二碘化钐中加入六甲基磷酰胺（HMPA）时，共溶剂会取代配位的四氢呋喃（THF），形成钐(I)二碘四(HMPA)配合物。当加入更多HMPA时，碘离子被推至外层。机理研究表明，在钐介导的Barbier反应中使用HMPA时，该共溶剂还会与烷基卤化物底物相互作用，形成一种使碳-卤键伸长的配合物，从而活化该分子，使其更易被Sm(II)还原。通过对HMPA作用的详细理解，提出了HMPA参与的Sumerian Barbier反应的反应机理。在预平衡步骤中形成的烷基卤化物-HMPA络合物被钐-HMPA还原，在决速步中生成自由基。该自由基进一步被还原，形成有机钐物种，随后与羰基化合物发生偶联，经质子化后得到最终产物。根据动力学和机理研究，对于镍(II)，添加剂二碘化钐优先将镍(II)还原为镍(0)，而不是还原任一底物。在二碘化钐还原之后，提出了以下机理：可溶性的镍(0)物种插入到AAL卤化物键中，形成有机镍物种，该过程由三价钐的强亲碳性驱动，从而生成有机产物。钐中间体将镍(II)重新释放到催化循环中。随后，钐与碳针发生偶联，并在质子化后生成目标叔醇。此外还观察到，通过钐介导的镍(II)还原反应会形成零价镍纳米颗粒。然而，这些颗粒被发现无活性，且催化剂失活的来源在采用此方法后仍然存在。采用相同的巴比，两种情况下均得到相同的产物。但是，在大多数情况下，选择不同的添加剂可以控制还原反应的速率以及反应的化学选择性或立体选择性。观看本视频后，您应能充分理解如何制备钐碘化物（samarium IDE）溶液，以及如何克服常见问题的技术方法。

preparation-use-samarium-diiodide-smi2-organic-synthesis-mechanistic

Research

科研

JoVE Journal

Chemistry

化学

二碘化钐的制备和使用（SMI<sub&gt; 2</sub&gt;）在有机合成中：HMPA和镍（II）盐的钐巴尔比耶反应的机理作用

本文介绍了一种用于聚合催化剂高通量分析、链转移聚合、聚乙烯表征及反应动力学分析的实验方案。...

使用平行压力反应器进行乙烯聚合及链转移聚合的动力学分析

通过制备性共冷凝技术获得的亚稳态 Sn(I)...

使用共冷凝技术合成亚稳态 Sn(I) 卤化物溶液制备 [Sn10(Si(SiMe3)3)4]2- 的合成方法

本文提供了从苯并咪唑𬭩盐合成四种钯N‑杂环卡宾配合物并随后进行纯化的详细且通用的实验方案。这些配合物在芳基化反应和Suzuki-Miyaura反应中被测试了催化活性。在所研究的每个反应中，这四种配合物中至少有一种能够成功催化该反应。...

钯的 N-杂环卡宾配合物：从苯并咪唑盐合成及其在碳-碳键形成反应中的催化活性

本文介绍了二甲基单硫代砷酸（DMMTAV）和二甲基二硫代砷酸（DMDTAV）合成的改进实验方案，通过将二甲基砷酸（DMAV）、Na2S 和 H2SO4 混合，实现 DMAV...

使用 DMAV 制备用于环境应用的 DMMTAV 和 DMDTAV：合成、纯化与验证

本文介绍了一种由Ni/Zn配合物介导的O-羧基环酐可控光氧化还原开环聚合反应的实验方案。...

由 Ni/Zn 配合物介导的 O-羧基环酐可控光氧化还原开环聚合

本文描述了一种在离子液体中合成双金属纳米颗粒的方案，以及将其用于不饱和醛选择性加氢催化性能测试的操作步骤。...

离子液体中铂/锡基双金属纳米颗粒的合成

本文介绍了使用高价碘试剂对末端炔烃进行氧化碘化的详细方案，可化学选择性地得到1-碘代炔烃、1,2-二碘代烯烃和1,1,2-三碘代烯烃。...

基于末端炔烃氧化碘化的1-碘代炔烃、1,2-二碘代烯烃和1,1,2-三碘代烯烃的化学选择性制备

通过将胺基金属配合物接枝到脱羟基二氧化硅上，制备了一种新型的第四族金属亚胺复分解催化剂。采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、元素微量分析和固态核磁共振波谱对表面金属片段进行表征。进一步通过动态核极化表面增强核磁共振波谱实验，补充确定了其配位环境。...

基于表面金属有机化学方法的二氧化硅负载催化剂催化亚胺复分解反应

已开发出一种简单且实用的方案，可实现官能化单有机锌溴化物对环状α,β-不饱和羰基化合物的高效共轭加成，从而构建全碳季碳中心。...

通过官能化单有机锌溴化物的共轭加成高效构建全碳季碳中心

本方案介绍了利用聚合物接枝的金属有机框架（MOF）晶体合成与表征自组装MOF单层膜的方法。该方法表明，聚合物接枝的MOF颗粒可在气-水界面自组装，形成结构完整、可自由支撑的单层结构，扫描电子显微镜成像结果证实了这一点。...

利用聚合物包覆颗粒合成与表征自组装金属-有机框架单层

学习制备二碘化钐(SmI₂)溶液并在钐巴尔比耶反应中使用HMPA和镍(II)盐添加剂的方法。本视频演示了THF溶剂中的合成步骤、颜色变化监测以及反应机理研究，帮助研究者优化有机合成中的金属介导还原反应。

有机合成中二碘化钐（SmI₂）的制备与应用：HMPA与Ni(II)盐在钐促进的Barbier反应中的作用机制

探索更多视频