二ヨウ化サマリウム(SMIの調製および使用

Published 2/04/2013
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Chemistry
 

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二ヨウ化サマリウム(SMIの準備のための簡単​​な手順

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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

最初は難解な試薬と見なされますが、SMI 2は有機合成化学のための共通のツールとなっています。 SMI 2を、THF中サマリウム金属に分子状ヨウ素を添加することによって生成されます。1,2-3は、それが軽度であり、選択的な単一電子還元剤であり、その多様性は、CC結合を含む削減の広い範囲を開始する能力の結果である形成し、カスケードまたは逐次反応。 SMI 2スルホキシドおよびスルホンを含む様々な官能基、ホスフィンオキシド、エポキシド、アルキルおよびアリールハライド、カルボニル、共役二重結合を減らすことができます。SMI-2媒介反応の魅力的な特徴の一つは、2月12日の能力である共溶媒または添加剤の選択的な使用を通して反応の結果を操作します。ほとんどのインスタンスでは、添加剤は、還元率と化学療法または反応の立体選択性を制御する上で不可欠である13〜14添加物の共mmonly SMI 2の反応性は3つの主要なグループに分類することができる微調整するために利用されます:(1)ルイス塩基(HMPA、他の電子供与配位子、キレートエーテル等)、(2)プロトン源(アルコール、水等)、(3)無機添加ニッケル(Ni(acac)の2、FeCl 3を 、等)。3

SMI 2反応の機構と添加剤の役割を理解することは、有機合成の試薬 ​​の全潜在能力を利用できます。この反応におけるHMPAとNi(II):SM-バルビエ反応は2の一般的な添加剤の合成の重要性と機構的役割を説明するために選択されています。サマリウム·バルビエ反応は、ハロゲン化アルキル、カルボニル、及びSmの還元剤がワンポットで同時に混合していることが唯一の違いと伝統的なグリニャール反応に似ていますカップリングパートナーの範囲を使用してSMを媒介バルビエ反応の1,15例報告されており、1,3,7,10,12とUTであった大型天然物合成の重要なステップでilized。SMI 2反応に対する添加剤の影響に関するこれまでの研究では、16,17 HMPA、より強力なを生産、サマリウム金属中心に配位することによってSMI 2の還元電位を高めることが示されている、 13-14,18は立体的に、その後の結合形成を促進するイベントのポスト電子伝達手順の中で不可欠な役割を果たして還元19-21妨げといくつかのケースではSM-バルビエ反応では22が 、HMPAがさらにハロゲン化アルキルを活性化することが示されているプリ平衡ステップで複合体を形成することにより、図23

ニッケル(II)塩はSm媒介変換で頻繁に使用される触媒添加剤です。成功のための重要なものの24から27は、Ni(II)の機構的な役割は、これらの反応では知られていなかった。最近では、SMI 2は、Ni(0)にNi(II)を減少させ、次いで、反応物をorganomeを介して行われることが示されているtallicニッケル(0)化学28

これらの機構の研究は、同じバルビエ生成物が得られるが、SMI 2反応における様々な添加剤の使用が急激に反応機構経路を変更することを強調している。これらのSMI-2開始反応を実行するためのプロトコルが記載されている。

Protocol

1。 SMIの合成2(0.1M)

  1. 炎は50 mlの丸底フラスコを乾燥し、アルゴンでそれをフラッシュします。攪拌棒を追加して、セプタム付きフラスコをカバーしています。サマリウム金属(0.2グラム、1.3ミリモル)を秤量し、再びアルゴンでフラスコを洗い流し、フラスコに加える。
  2. ヨウ素結晶(0.254グラム、2.0ミリモル)を添加した10mlの乾燥、完全に脱気テトラヒドロフラン(THF)を追加します。セプタムを通してアルゴンバルーンを追加し、これは反応にAr雰囲​​気の正圧を維持します。
  3. 3時間以上にわたって室温で激しく溶液を攪拌。 SMI 2が生成されるソリューションは、色の変化の様々な通過、オレンジはイエロー(45分)、そして最終的には青に変わり、緑(1時間)が続いている。
  4. 最後の濃紺色は、電離サマリウムが形成されていることを示しています。完全な変換を保証するために、合成にSMI 2を使用するに、少なくとも3時間のためのソリューションをかき混ぜる。

2。 SAmariumバルビエ反応 - ヘキサメチルホスホルアミド(HMPA)加算

  1. SMI 2-HMPA複合体を作るために、アルゴン下で作りたてのSMI 2(10ミリリットル、0.1M、1.0mmol)を取ると、アルゴン下、シリンジ、滴下を通じて、HMPAの1.75ミリリットル(10当量、10ミリモル)を追加します。深い紫色のカラーフォーム。
  2. 別々にアルゴン、アドインiodododecane(0.45ミリモル、110μl)を、3 - ペンタノン(0.45ミリモル、48μL)と乾燥THF 2mlの下に、きれいな乾いたバイアルインチ
  3. SMI 2 / HMPA複雑に滴下した基質溶液の混合物を追加。
  4. 攪拌の5分以内に、紫の色は、反応の終了を示す、曇りを見て開始されます。
  5. 反応が完了した後、それをクエンチする空気への解決策を公開していると黄色に色更なる変化を攪拌する際に。
  6. 次いで、この反応物を、飽和塩化アンモニウム水溶液で洗浄することにより後処理する。分液漏斗に溶液を加え、ジエチルエーテル(5ml)を追加します。激しく振とうした後に取り外すトップ有機層を、より多くのジエチルエーテルを加える。水層からさらに2回抽出し、有機層のすべてを兼ね備えています。
  7. チオ硫酸ナトリウム水溶液の飽和溶液を用いて有機層を洗浄します。水、次いでブラインで最終洗浄で洗浄、続いて底水層を削除します。トップ有機層を取得し、溶液中に存在する水のいずれかの最後の量を吸収するために硫酸マグネシウムを追加します。
  8. 過剰HMPAを除去するために、フロリジルのプラグを通してソリューションを渡します。
  9. バルビエの製品を得るために、ロータリーエバポレーターで溶液を濃縮。製品はGCMS及び1 H-NMRにより同定した。23

3。サマリウムバルビエ反応-のNi(acac)の2触媒

  1. のNi(acac)の2(1モル%、0.01ミリモル、0.0026グラム)秤量し、アルゴン下、脱気したTHFの3ミリリットルを含む、きれいな乾いたバイアルに追加します。作りたてのsにシリンジでのNi(acac)の2液を加え0.1MのSMI 2(1.0ミリモル、10ミリリットル)のolution。
  2. 別々にアルゴン、アドインiodododecane(0.45ミリモル、110μl)を、3 - ペンタノン(0.45ミリモル、48μL)と乾燥THF 2mlの下に、きれいな乾いたバイアルインチ
  3. SMI 2 / Niの混合物に滴下した基質溶液を加える。
  4. 攪拌の15分以内に、青い色は、反応の終了を示す黄緑の色を形成するために消費します。
  5. 反応が完了した後、それをクエンチする空気への解決策を公開していると黄色に色更なる変化を攪拌する際に。 0.1Mの水溶液で洗浄することにより反応を操作する。塩酸(3ミリリットル)。分液漏斗に溶液を加え、ジエチルエーテル(5ml)を追加します。
  6. 硫酸マグネシウムで乾燥した後、チオ硫酸ナトリウム、水および食塩の水溶液で前述した、およびプロトコルを使用して有機層を洗浄します。バルビエ生成物を得るための解決策を集中する。製品はGCMS及び1 H-NMRにより同定することができる。28

Representative Results

図1は、サマリウム·バルビエ反応を示しています。無添加を使用してSMを媒介反応は72時間かかり、残りの出発物質であると、所望の生成物の69%を得た。 10人以上の当量を加えた。 HMPAの反応はほぼ定量し、数分以内に完了する。15,23が 1モル%のNi(acac)の2の添加により、反応が収率97%で、15分以内に完了しています28

(HMPA)4 - HMPAは、SMI 2、共溶媒変位SMI 2を形成するための協調のTHFに追加されたとき。さらにHMPA(当量6-10)を追加すると、ヨウ化物イオンは外球( 図2)に変位している19〜21力学的研究はHMPAをSm-バルビエ反応で使用される場合に補助溶媒にも作用することを示すsを活性化し、炭素 - ハロゲン結合を伸長複合体を形成し、ハロゲン化アルキル基材とのSMによって減少します( 図3)、それが影響を受けやすくpecies。 HMPAの役割のこの詳細な理解を通じて、HMPAとはSm-バルビエ反応のための機構( 図4)が提案された。プレ平衡工程で形成された23ハロゲン化アルキル-HMPA複合体が形成するSM / HMPA減額される律速段階でラジカル。ラジカルはカルボニルととプロトン化時のカップルは最終的な製品を生み出すorganosamarium種を形成し、さらに還元を受ける。

ニッケル(II)を添加した場合に、SMI 2が最初に基板のいずれかの減少よりも優先してニッケル(0)にNi(II)を低減します。運動と機構の研究に基づいて、以下のメカニズムが( 図5)が提案された。有機ニッケル種を形成するハロゲン化アルキル債券に28 SMI 2で還元した後、水溶性ニッケル(0)が種を挿入します。 Smの高度oxophilic性質(III)によって駆動される触媒サイクルにorganosamarium中間リリースのNi(II)の背中を形成するために、transmetallation。その後organosamariumカルボニルと結合し、プロトン化時には、目的の第三級アルコールを形成している。それはまた、ニッケル(0)ナノ粒子はNiのSmを媒介削減(Ⅱ)を貫通して形成されていることが観察されたが、これらの粒子は不活性であり、触媒の不活性化の源であることが判明した。

図1
iodododecaneと3 -ペンタノン、 図1。サマリウム·バルビエ反応。

図2
図2:SMI 2-HMPA複合体。

ontent "のfo:キープtogether.withinページ=" always "を> 図3
図3 HMPA及びアルキルヨウ化物錯体。

図4
図4過剰HMPAとサマリウム·バルビエ反応のための提案されたメカニズム。

図5
図5触媒のNi(II)を含むサマリウムバルビエ反応のための提案されたメカニズム。

Discussion

最も一般的な添加剤の2つを使用して、SMI 2溶液と有機合成への応用を生成するための簡単な手順は、ここに提示されます。二つの例は、微調整するために反応SMI 2の反応性のメカニズムの理解の重要性を描く説明。反応機構の基盤の知識は、彼らの反応の要件に従って、合成化学者に適応させるために、この試薬を使用することができます。

この単一電子均質還元剤は取り扱いが容易であり、商業的供給源から購入することができます。上記のプロトコルは、不活性条件下で行われたときにまっすぐ進むのですが、一般的なトラブルシューティング手順の一部は、(a)SM金属が空気に長時間さらされることがあったかどうか(b)は、それが持っている可能性があり、THFを適切に脱気し、乾燥していることを確認し層の外側に酸化された、きれいな金属面を露出させるために乳鉢とpestal、(c)で金属を挽く難乾燥アルゴン下ですべてのガラス製品とクールは、(d)の後に金属と相互作用することが示されているようにアルゴン、窒素を介して不活性雰囲気を好まれる(e)には、Sm-金属過剰の存在は、SMIの濃度を維持するのに役立ちます2、(f)はresublimeヨウ素結晶。

Disclosures

特別な利害関係は宣言されません。

Acknowledgements

RAFは、この作業のサポートのための国立科学財団(CHE-0844946)を感謝します。

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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