Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

तैयारी और Samarium Diiodide का उपयोग (SMI Published: February 4, 2013 doi: 10.3791/4323
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Chemistry, Lehigh University

Summary

समैरियम diiodide की तैयारी के लिए एक सरल प्रक्रिया (SMI

Protocol

1. 2 SMI के संश्लेषण (0.1 एम)

  1. लौ एक 50 मिलीलीटर दौर तली फ्लास्क सूखी और argon से भरा. हलचल पट्टी जोड़ें और सेप्टा साथ फ्लास्क को कवर. Samarium धातु (0.2 जी, 1.3 mmol) वजन और कुप्पी में जोड़ने के लिए, फिर argon साथ फ्लास्क निस्तब्धता.
  2. 10 मिलीलीटर सूखी, अच्छी तरह से degassed (THF) tetrahydrofuran आयोडीन क्रिस्टल (.254 छ, 2.0 mmol) द्वारा पीछा जोड़ें. पट के माध्यम से एक argon गुब्बारा जोड़ें, इस प्रतिक्रिया पर एक Ar माहौल के सकारात्मक दबाव रहता है.
  3. समाधान सख्ती 3 घंटे से अधिक के लिए कमरे के तापमान पर हिलाओ. समाधान के रूप में 2 SMI उत्पन्न होता है रंग परिवर्तन की एक किस्म के माध्यम से गुजरता है, नारंगी (45 मिनट), पीले और हरे रंग (1 घंटा) जो अंततः नीले रंग में बदल जाता है के द्वारा पीछा किया.
  4. अंतिम गहरे नीले रंग संकेत है कि अकेले ionized समैरियम का गठन किया है. आदेश में पूर्ण रूपांतरण को सुनिश्चित करने के लिए, कम से कम 3 घंटे के लिए संश्लेषण में SMI 2 का उपयोग करने से पहले समाधान हलचल.

2. साmarium Barbier अलावा प्रतिक्रिया hexamethylphosphoramide (HMPA)

  1. SMI 2 HMPA जटिल बनाने के लिए, हौसले से तैयार argon के तहत 2 SMI (10 मिलीग्राम, 0.1 एम, 1.0 mmol) लेने के लिए और एक सिरिंज, argon तहत dropwise, के माध्यम से HMPA की 1.75 मिलीलीटर (10 equiv. 10 mmol) जोड़ें. एक गहरे बैंगनी रंग रूपों.
  2. अलग से एक स्वच्छ, आर्गन, जोड़ iodododecane (0.45 mmol, 110 μl), 3 pentanone (0.45 mmol, 48 μl) और सूखे THF के 2 मिलीलीटर के तहत शुष्क शीशी में.
  3. सब्सट्रेट समाधान SMI जटिल / 2 HMPA dropwise मिश्रण जोड़ें.
  4. सरगर्मी के 5 मिनट के भीतर, बैंगनी रंग के लिए बादल देखना शुरू, प्रतिक्रिया के अंत का संकेत है.
  5. पीला रंग और परिवर्तन सरगर्मी पर प्रतिक्रिया के बाद पूरा हो गया है, हवा के लिए समाधान के लिए यह बुझाना बेनकाब.
  6. प्रतिक्रिया तो संतृप्त जलीय अमोनियम क्लोराइड के साथ धोने से काम किया. एक विभाजक कीप समाधान जोड़ें और diethylether (5 मिलीग्राम) जोड़ने के. बाद जोरदार झटकों को दूरशीर्ष कार्बनिक परत, अधिक diethyl ईथर जोड़ने. जलीय परत से दो बार निकालने और फिर जैविक परतों के सभी गठबंधन.
  7. जलीय सोडियम thiosulfate की एक संतृप्त समाधान के साथ कार्बनिक परत से धो लें. नीचे जलीय परत, तो और नमकीन पानी के साथ अंतिम धोने के पानी के साथ धोने के बाद निकालें. शीर्ष कार्बनिक परत प्राप्त और मैग्नीशियम सल्फेट जोड़ने के लिए ऊपर समाधान में मौजूद पानी की कोई अंतिम राशि लेना.
  8. Florisil की एक प्लग के माध्यम से समाधान में पारित आदेश लिए अतिरिक्त HMPA हटाने.
  9. Barbier उत्पाद प्राप्त करने के लिए एक रोटरी बाष्पीकरण के समाधान पर ध्यान लगाओ. उत्पाद GCMS और एच 1 एनएमआर द्वारा की पहचान की थी 23.

3. नी Samarium Barbier रिएक्शन (acac) 2 उत्प्रेरक

  1. नी (acac) 2 (1 mol%, 0.01 mmol, 0.००२६ छ) वजन और एक साफ, सूखे 3 degassed THF की मिलीलीटर argon के तहत, जिसमें शीशी जोड़ें. एक सिरिंज के माध्यम से एक हौसले से तैयार नी (acac) 2 समाधान जोड़ें0.1 एम 2 SMI (1.0 mmol, 10 मिलीलीटर) olution.
  2. अलग से एक स्वच्छ, आर्गन, जोड़ iodododecane (0.45 mmol, 110 μl), 3 pentanone (0.45 mmol, 48 μl) और सूखे THF के 2 मिलीलीटर के तहत शुष्क शीशी में.
  3. सब्सट्रेट SMI 2 / नी मिश्रण dropwise समाधान जोड़ें.
  4. सरगर्मी के पंद्रह मिनट के भीतर, नीले रंग के लिए पीले, हरे रंग प्रतिक्रिया के अंत का संकेत के रूप में नष्ट करना होगा.
  5. पीला रंग और परिवर्तन सरगर्मी पर प्रतिक्रिया के बाद पूरा हो गया है, हवा के लिए समाधान के लिए यह बुझाना बेनकाब. 0.1 एम aq के साथ धोने से प्रतिक्रिया काम. हाइड्रोक्लोरिक एसिड (3 मिलीग्राम). एक विभाजक कीप समाधान जोड़ें और diethylether (5 मिलीग्राम) जोड़ने के.
  6. कार्बनिक सोडियम thiosulfate पानी, और नमकीन की एक जलीय समाधान के साथ पहले से वर्णित प्रोटोकॉल, और फिर मैग्नीशियम सल्फेट पर सूखे का उपयोग परत धो लें. Barbier उत्पाद प्राप्त करने के समाधान पर ध्यान लगाओ. उत्पाद GCMS और एच 1 एनएमआर 28 से पहचाना जा सकता है.

Representative Results

चित्रा 1 समैरियम Barbier प्रतिक्रिया दिखाता है. एस.एम. मध्यस्थता प्रतिक्रिया नहीं additives के साथ 72 घंटा लेता है, शेष किया जा रहा शुरू सामग्री के साथ वांछित उत्पाद का 69% से बेदखल. 10 या अधिक equiv के अलावा के साथ. की प्रतिक्रिया लगभग मात्रात्मक और कुछ ही मिनटों के भीतर पूरा HMPA 15,23 1 mol% नी (acac) 2 के अलावा, प्रतिक्रिया 15 मिनट के भीतर पूरा हो गया है, एक 97% उपज के साथ 28.

4 (HMPA) - जब HMPA SMI 2, cosolvent समन्वित SMI 2 फार्म THF विस्थापित करने के लिए जोड़ा है. भी अधिक HMPA (6-10 equiv.) के अलावा के साथ, आयोडाइड आयनों बाहरी क्षेत्र (2 चित्रा) विस्थापित 19-21 यंत्रवत अध्ययनों से संकेत मिलता है कि जब HMPA एस.एम. Barbier प्रतिक्रिया में प्रयोग किया जाता है cosolvent भी सूचना का आदान प्रदान alkyl halide सब्सट्रेट एक जटिल है जो बांड कार्बन halide elongates बनाने, को सक्रिय करने के साथइसे और अधिक एस.एम. कमी (3 चित्रा) के लिए अतिसंवेदनशील बनाने pecies. के साथ प्रतिक्रिया HMPA एस.एम. Barbier के लिए एक तंत्र HMPA की भूमिका के इस विस्तृत समझ के माध्यम से (4 चित्रा) का प्रस्ताव किया गया था 23 alkyl halide HMPA जटिल एक कदम पूर्व संतुलन में गठित एस.एम. / HMPA द्वारा कम है के लिए फार्म कदम दर का निर्धारण करने में कट्टरपंथी. कट्टरपंथी आगे कमी आए एक organosamarium प्रजातियों जो कार्बोनिल और protonation पर जोड़ों पैदावार अंतिम उत्पाद के रूप में.

नी additive (द्वितीय) के मामले में, SMI 2 शुरू substrates के दोनों की कमी पर preferentially नी (0) नी (द्वितीय) को कम कर देता है. गतिज और यंत्रवत अध्ययनों के आधार पर निम्न तंत्र (5 चित्रा) का प्रस्ताव किया गया था SMI द्वारा 2 कमी के बाद 28, घुलनशील नी (0) alkyl halide एक organonickel प्रजातियों बनाने बांड में प्रजातियों आवेषण. एस.एम. के अत्यधिक oxophilic प्रकृति (iii) से प्रेरित उत्प्रेरक चक्र में वापस एक organosamarium मध्यवर्ती विज्ञप्ति नी (द्वितीय) फार्म transmetallation. तो organosamarium कार्बोनिल के साथ जोड़े, और protonation पर वांछित तृतीयक शराब रूपों. यह भी देखा गया है कि नी नैनोकणों (0) नी की कमी एस.एम. मध्यस्थता (द्वितीय) के माध्यम से गठन कर रहे हैं, लेकिन इन कणों को निष्क्रिय और उत्प्रेरक की क्रियाशीलता छोड़ना के स्रोत होना पाया गया है.

चित्रा 1
चित्रा iodododecane और 3-pentanone के साथ 1. Samarium Barbier प्रतिक्रिया.

चित्रा 2
चित्रा 2. जटिल SMI 2 HMPA.

को ontent "के लिए: रखने together.within पृष्ठ ="> हमेशा " चित्रा 3
चित्रा 3 HMPA और alkyl आयोडाइड जटिल.

चित्रा 4
चित्रा 4 अतिरिक्त HMPA के साथ समैरियम Barbier प्रतिक्रिया के लिए प्रस्तावित तंत्र.

चित्रा 5
चित्रा 5 समैरियम Barbier उत्प्रेरक नी (द्वितीय) युक्त प्रतिक्रिया के लिए प्रस्तावित तंत्र.

Discussion

SMI 2 समाधान और कार्बनिक संश्लेषण में अपने आवेदन पैदा दो सबसे आम additives के उपयोग के लिए एक सरल प्रक्रिया को यहां प्रस्तुत किया है. दो उदाहरण ठीक धुन 2 SMI जेट प्रतिक्रिया के यंत्रवत समझ के महत्व को चित्रित करने के लिए वर्णित है. प्रतिक्रिया तंत्र के underpinning ज्ञान इस अभिकर्मक का उपयोग करने के लिए सिंथेटिक दवा की दुकानों द्वारा उनकी प्रतिक्रिया की आवश्यकताओं के अनुसार अनुकूलित किया जा अनुमति देता है.

यह एक इलेक्ट्रॉन सजातीय reductant संभाल करने के लिए आसान है और वाणिज्यिक स्रोतों से खरीदा जा सकता है. जबकि ऊपर प्रोटोकॉल सीधे आगे है जब निष्क्रिय शर्तों के तहत किया है, आम समस्या निवारण कार्यविधियों में से कुछ हैं: (क) सुनिश्चित करें THF ठीक और degassed शुष्क, (ख) यदि एस.एम. धातु हवा करने के लिए लंबे समय तक निवेश किया गया है यह एक हो सकता है परत बाहर ऑक्सीकरण, एक मोर्टार और pestal साफ धातु की सतह का पर्दाफाश करने के साथ धातु पीसने, (ग)लौ सूखी सभी कांच के बने पदार्थ और argon तहत शांत, (घ) argon नाइट्रोजन पर निष्क्रिय माहौल पसंद किया जाता है, के रूप में बाद में धातु के साथ बातचीत करने के लिए दिखाया गया है, (ई) अतिरिक्त एस.एम. धातु की उपस्थिति SMI की एकाग्रता बनाए रखने में मदद करता है 2, (च) आयोडीन क्रिस्टल resublime.

Disclosures

ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.

Acknowledgments

आरएएफ इस काम का समर्थन करने के लिए राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (चे 0,844,946) धन्यवाद.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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)

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. Procter, D. J., Flowers, R. A., Skrydstrup, T. Organic synthesis using samarium diiodide: a practical guide. , Royal Society of Chemistry Publishing. U.K. (2010).
  4. Nicolaou, K. C., Ellery, S. P., Chen, J. S. Samarium diiodide mediated reactions in total synthesis. Angew. Chem. Int. Ed. 48, 7140-7165 (2009).
  5. Flowers, R. A., Prasad, E. Handbook on the physics and chemistry of rare earths. 36, Elsevier. Amsterdam. 393-473 (2006).
  6. Edmonds, D. J., Johnston, D., Procter, D. J. Samarium(II)-iodide-mediated cyclizations in natural product synthesis. Chem. Rev. 104, 3371-3403 (2004).
  7. Kagan, H. B. Twenty-five years of organic chemistry with diiodosamarium: an overview. Tetrahedron. 59, 10351-10372 (2003).
  8. Steel, P. G. Recent developments in lanthanide mediated synthesis. J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 2727-2884 (2001).
  9. Molander, G. A., Harris, C. R. Sequencing reactions with samarium(II) iodide. Chem. Rev. 96, 307-338 (1996).
  10. 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).
  11. Molander, G. A. Application of lanthanide reagents in organic synthesis. Chem. Rev. 92, 29-68 (1992).
  12. Souppe, J., Danon, L., Namy, J. L., Kagan, K. B. Some organic-reactions promoted by samarium diiodide. J. Organometal. Chem. 250, 227-236 (1983).
  13. Flowers, R. A. II Mechanistic studies on the roles of cosolvents and additives in samarium(II)-based reductions. Synlett. 10, 1427-1439 (2008).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. Molander, G. A., et al. Toward the total synthesis of Variecolin. Org. Lett. 3, 2257-2260 (2001).
  18. Shabangi, M., Flowers, R. A. II Electrochemical investigation of the reducing power of SmI2 in THF and the effect of HMPA cosolvent. Tetrahedron Lett. 38, 1137-1140 (1997).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Sadasivam, D. V., Antharjanam, P. K. S., Prasad, E., Flowers, R. A. II 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).
  23. Choquette, K. A., Sadasivam, D. V., Flowers, R. A. II Uncovering the mechanistic role of HMPA in the samarium Barbier reaction. J. Am. Chem. Soc. 132, 17396-17398 (2010).
  24. 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).
  25. 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).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Choquette, K. A., Sadasivam, D. V., Flowers, R. A. II Catalytic Ni(II) in reactions of SmI2: Sm(II)- or Ni(0)- based chemistry? J. Am. Chem. Soc. 133, 10655-10661 (2011).

Tags

रसायन विज्ञान 72 अंक कार्बनिक रसायन केमिकल इंजीनियरिंग जैव रसायन Samarium diiodide Sml रिएक्शन Samarium Barbier HMPA hexamethylphosphoramide नी (द्वितीय) निकेल acetylacetonate (द्वितीय) निकल समैरियम आयोडीन additives संश्लेषण उत्प्रेरक प्रतिक्रिया रसायन विज्ञान कार्बनिक सिंथेटिक
तैयारी और Samarium Diiodide का उपयोग (SMI<sub&gt; 2</sub&gt; कार्बनिक संश्लेषण में): Samarium Barbier रिएक्शन में HMPA और नी साल्ट (द्वितीय) के यंत्रवत रोल
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sadasivam, D. V., Choquette, K. A.,… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter