Preparação e Uso de Samário diiodeto (SMI

Published 2/04/2013
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Chemistry
 

Summary

Um procedimento simples para a preparação de samário diiodeto (SMI

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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).

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Abstract

Embora inicialmente considerado um reagente esotérico, SMI 2 tornou-se uma ferramenta comum para químicos orgânicos sintéticos. SMI 2 é gerado através da adição de iodo molecular para samário metálico em THF. 1,2-3 É um redutor de electrões suave e seletivo e sua versatilidade é um resultado da sua capacidade de iniciar uma ampla variedade de reduções incluindo CC-bond formar e cascata ou reações seqüenciais. SMI 2 pode reduzir uma grande variedade de grupos funcionais, incluindo sulfóxidos e sulfonas, os óxidos de fosfina, epóxidos, halogenetos de alquilo e de arilo, carbonilos, e ligações duplas conjugadas. 2-12 Uma das características fascinantes de smi-2-reacções mediadas é a capacidade de manipular o resultado de reacções através da utilização selectiva de co-solventes ou aditivos. Na maioria dos casos, os aditivos são essenciais para o controlo da taxa de redução e as reacções de quimio-ou estereosselectividade da. 13-14 Aditivos commonly utilizada para afinar a reatividade da SMI dois podem ser classificados em três grandes grupos: (1) Lewis bases (HMPA, outros doadores de electrões ligantes quelantes, éteres, etc), fontes (2) de prótons (álcool, água, etc ), e (3) aditivos inorgânicos (Ni (acac) 2, FeCl 3, etc.) 3

Compreensão do mecanismo da SMI 2 reacções e o papel dos aditivos permite a utilização de todo o potencial do reagente em síntese orgânica. A reacção de Sm-Barbier é escolhido para ilustrar a importância sintético e papel mecanístico de dois aditivos comuns: HMPA e Ni (II) nesta reacção. A reacção de Sm-Barbier é semelhante à reacção de Grignard tradicional com a única diferença sendo que o alquil-carbonilo, um halogeneto, e redutor Sm são misturados simultaneamente em uma panela. 1,15 Exemplos de reacções mediadas por Barbier Sm com uma variedade de parceiros de acoplamento têm sido relatados, 1,3,7,10,12 e foram utilized em passos-chave para a síntese de grandes produtos naturais. 16,17 Estudos anteriores sobre o efeito dos aditivos sobre a SMI 2 reacções têm mostrado que HMPA aumenta o potencial de redução de 2 por SMI coordenação ao metal samário centro, produzindo um mais poderoso, 13-14,18 estericamente impedidos redutor 19-21 e, em alguns casos, que jogam um papel importante na transferência de electrões de correio passos subsequentes facilitando de formação de ligação de eventos. 22 Na reacção de Sm-Barbier, HMPA tem sido demonstrado que, adicionalmente, ativar o halogeneto de alquilo através da formação de um complexo de um passo de pré-equilíbrio 23.

Ni (II) sais são um aditivo catalítico usado com freqüência em Sm-mediadas transformações. 24-27 Embora fundamental para o sucesso, o papel mecanicista de Ni (II) não era conhecido nestas reações. Recentemente, foi demonstrado que reduz a SMI 2 Ni (II) para Ni (0), e a reacção é então realizada através organometallic química Ni (0) 28.

Estes estudos mecanísticos realçar que, embora o produto Barbier mesma é obtida, a utilização de aditivos diferentes nos dois SMI reacção altera drasticamente a via mecanicista da reacção. O protocolo para a execução destes dois SMI iniciadas reacções é descrito.

Protocol

1. Síntese de SMI 2 (0,1 M)

  1. Chama secar de 50 ml balão de fundo redondo e lave-o com argônio. Adicionar uma barra de agitação e cobrir o recipiente com septos. Pesar de metal samário (0,2 g, 1,3 mmol) e adicionar ao frasco, o frasco de lavagem mais uma vez com árgon.
  2. Adicionar 10 ml seco, tetra-hidrofurano completamente desgaseificado (THF) seguido por cristais de iodo (0,254 g, 2,0 mmol). Adicionar um balão de árgon através do septo, o que mantém uma pressão positiva de atmosfera de Ar na reacção.
  3. Agita-se vigorosamente a solução à temperatura ambiente durante mais 3 h. Como SMI 2 é gerado a solução passa através de uma variedade de alterações de cor; laranja seguido de amarelo (45 min), e verde (1 hr), que, eventualmente, se transforma em azul.
  4. A final da marinha de cor azul é indicação de que isoladamente samário ionizado formou. A fim de assegurar a conversão completa, agita-se a solução durante pelo menos 3 horas antes de utilizar SMI 2 em síntese.

2. SaMarium Barbier Reação hexametilfosfórica-Adição (HMPA)

  1. Para fazer com que a SMI 2-HMPA complexo, tomar a SMI preparada de fresco 2, sob árgon (10 ml, 0,1 M, 1,0 mmol) e adicionar 1,75 ml de HMPA (10 equiv., 10 mmol) através de uma seringa, gota a gota, sob atmosfera de árgon. Um profundo formas de cor púrpura.
  2. Separadamente em um frasco limpo, seco, sob árgon, iodododecane add (0,45 mmol, 110 uL), 3-pentanona (0,45 mmol, 48 ul) e 2 ml de THF seco.
  3. Adicionar a mistura gota a gota uma solução de substrato para o complexo SMI 2 / HMPA.
  4. Dentro de 5 min de agitação, a cor púrpura começará a procurar turva, indicando o final da reacção.
  5. Depois da reacção estar completa, a solução de expor ao ar para extinguir lo; após agitação a cor muda para amarelo mais.
  6. A reacção é em seguida manipulada por lavagem com cloreto de amónio aquoso saturado. Adicionar a solução para um funil de separação e adicionar éter dietílico (5 ml). Após agitação vigorosa removera camada orgânica superior, adicionar mais éter dietílico. Extrair da camada aquosa mais duas vezes e, em seguida, combinam todas as camadas orgânicas.
  7. Lava-se a camada orgânica com uma solução saturada de tiossulfato de sódio aquoso. Remover a camada aquosa inferior, seguido por lavagem com água e, em seguida, a lavagem final com solução salina. Obter a camada orgânica superior e adicionar sulfato de magnésio para absorver qualquer quantidade de água presente último na solução.
  8. Filtrar a solução através de um tampão de Florisil, a fim de remover o excesso de HMPA.
  9. Concentra-se a solução num evaporador rotativo para se obter Barbier produto. O produto foi identificado por GCMS e RMN de 1H 23.

3. Samário Barbier Reaction-Ni (acac) 2 Catalisador

  1. Pesar Ni (acac) 2 (1% mol, 0,01 mmol, 0,0026 g) e adicionar a um frasco limpo, seco, contendo 3 ml de THF desgaseificado, sob atmosfera de árgon. Adicionar o Ni (acac) 2 solução através de uma seringa a uma s recentemente preparadalução de 0,1 M SMI 2 (1,0 mmol, 10 ml).
  2. Separadamente em um frasco limpo, seco, sob árgon, iodododecane add (0,45 mmol, 110 uL), 3-pentanona (0,45 mmol, 48 ul) e 2 ml de THF seco.
  3. Adicionar gota a gota, a solução de substrato para a SMI 2 / mistura Ni.
  4. Dentro de 15 minutos de agitação, a cor azul se dissipar para formar uma cor verde-amarela que indica o final da reacção.
  5. Depois da reacção estar completa, a solução de expor ao ar para extinguir lo; após agitação a cor muda para amarelo mais. Trabalhar-se a reacção através de lavagem com 0,1 M aq. Ácido clorídrico (3 ml). Adicionar a solução para um funil de separação e adicionar éter dietílico (5 ml).
  6. Lava-se a camada orgânica, utilizando o protocolo descrito anteriormente com uma solução aquosa de tiossulfato de sódio a água e salmoura, e depois seca-se sobre sulfato de magnésio. Concentra-se a solução para se obter o produto Barbier. O produto pode ser identificado por GCMS e RMN de 1H 28.

Representative Results

A Figura 1 ilustra a reacção de samário Barbier. Sem aditivos a reacção mediada por Sm leva 72 horas; rendendo 69% do produto desejado, com os restantes materiais de partida, sendo. Com a adição de 10 ou mais equiv. de HMPA a reacção é praticamente quantitativa e completa dentro de alguns minutos. 15,23 Com a adição de 1 mol% de Ni (acac) 2, a reacção fica completa dentro de 15 min, com um rendimento de 97% 28.

Quando é adicionado HMPA SMI 2, desloca o co-solvente de THF coordenado para formar 2 - (SMI HMPA) 4. Com a adição de HMPA ainda mais (6-10 equiv.), Os iões iodeto são deslocadas para a esfera exterior (Figura 2). 19-21 Estudos mecanísticos indicam que quando HMPA é usado na reacção de Sm-Barbier o co-solvente também interage com o substrato de um halogeneto de alquilo, formando um complexo que se alonga a ligação carbono-haleto, activando a species tornando-o mais susceptível a redução de Sm (Figura 3). Através deste entendimento detalhado dos papéis de HMPA, de um mecanismo de reacção para o Sm-Barbier com HMPA foi proposta (Figura 4). 23 O complexo de halogeneto de alquil-HMPA formado num passo de pré-equilíbrio é reduzido por Sm / HMPA para formar o radical na etapa determinante da velocidade. O radical sofre redução adicional para formar uma espécie organosamarium que acopla com o carbonilo e em cima de protonação produz o produto final.

No caso do aditivo de Ni (II), SMI 2, inicialmente reduz Ni (II) de Ni (0), preferencialmente, sobre a redução de ambos os substratos. Com base em estudos cinéticos e mecanísticos o seguinte mecanismo foi proposto (Figura 5). Após 28 redução por SMI 2, insere o Ni solúvel (0) para a ligação das espécies halogeneto de alquilo formando uma espécie de organo-níquel. Motivados pela natureza altamente oxophilic de Sm (III) , Transmetalação para formar um intermediário organosamarium lançamentos Ni (II) de volta para o ciclo catalítico. O organosamarium seguida casais com o grupo carbonilo, e em cima de protonação forma o desejado álcool terciário. Observou-se também que o Ni (0) nanopartículas são formadas através de Sm-mediada redução de Ni (II), no entanto estas partículas foram considerados inactivos e a fonte de desactivação do catalisador.

Figura 1
Figura 1. Samário reacção Barbier com iodododecane e 3-pentanona.

Figura 2
Figura 2. SMI complexo 2-HMPA.

"fo: manter-together.within-page =" ONTEÚDO sempre "> Figura 3
Figura 3. HMPA e complexo iodeto de alquilo.

Figura 4
Figura 4. Mecanismo proposto para a reacção de Barbier samário com HMPA adicional.

Figura 5
Figura 5. Mecanismo proposto para a reacção Barbier samário contendo Ni catalítica (II).

Discussion

Um procedimento simples para a geração de SMI solução 2 e sua aplicação em síntese orgânica utilizando dois dos aditivos mais comuns é apresentado aqui. Os dois exemplos descritos retratar a importância do entendimento mecanicista da reação para afinar a reatividade da SMI 2. O conhecimento do esteio do mecanismo de reacção permite a utilização deste reagente de ser adaptados por químicos sintéticos de acordo com as exigências da sua reacção.

Este redutor electrão único homogénea é fácil de manusear e podem ser comprados a partir de fontes comerciais. Embora o protocolo acima é para a frente quando feita sob condições inertes, alguns dos procedimentos de resolução de problemas comuns são: (a) assegurar que o THF é devidamente desgaseificado e seco, (b) se o metal Sm teve uma exposição prolongada a ar que pode ter um oxidado fora da camada, moer o metal com um almofariz e um pestal para expor a superfície de metal limpa, (c)chama-secar todo o material de vidro e arrefecer sob atmosfera de árgon, (d) árgon é preferido sobre atmosfera inerte de azoto, como o mais tarde tem sido mostrado para interagir com o metal, (e) A presença de excesso de Sm-metal ajuda a manter a concentração de SMI 2, (f) resublime os cristais de iodo.

Disclosures

Não há conflitos de interesse declarados.

Acknowledgements

RAF graças a National Science Foundation (CHE-0844946) para apoio a este trabalho.

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)

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References

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