二碘化钐在有机合成中的应用-有机合成路线分享 自1977年法国化学家Kagan等[1]将二碘化钐引入到有机化学中以来, 钐试剂的应用才逐渐受到人们的重视. ??

二碘化钐在有机合成中的应用-有机合成路线分享
自1977年法国化学家Kagan等[1]将二碘化钐引入到有机化学中以来, 钐试剂的应用才逐渐受到人们的重视. 近些年来, 二碘化钐在有机合成中应用的研究取得了飞速的发展, 国内外陆续报道了很多关于二碘化钐在有机合成中应用的综述性文章[2].
由于SmI2具有较高的还原电位[E0(aq)(Sm3＋/Sm2＋)＝－1.55 V], 且能溶于四氢呋喃(THF)等有机溶剂, SmI2已迅速成为广泛使用的单电子转移还原偶联剂, 在有机合成中得到了广泛的应用.
SmI2 作为一种优良的单电子转移试剂促进的反应类型很多, 比如还原反应、呐醇偶联反应、Reformatsky反应、自由基加成反应等. 同时, 它还可以作为预催化剂催化Aza-Michael反应、Friedel-Crafts反应等.

1.1 羰基的还原
SmI2 在有机化学中最早的应用便是醛酮的还原反应[1]郑智允, 对于绝大多数SmI2参与的反应中都发生了还原.
在室温条件下, 酯也可以被还原. Procter 等[3]发现当SmI2的用量增加到7倍量时, 将六元环内酯和五元环、七元环内酯甚至链状的酯放在同一体系中反应, 结果SmI2只选择性地将六元环内酯还原为相应的1沈氏风云 ,5-二醇(Eq. 1), 其他酯类基本上没有发生还原反应.

当羰基化合物的β位同时含有羟基和大的位阻基团时, 可以诱导羰基的还原, 化合物1在SmI2作用下产物以anti式为主(Eq. 2)[4].

Flowers等[7]也同样报道了β-羟基酮的还原帝姬无敌, 他们采用的是SmI2/H2O/Et3N作为还原体系, 在0 ℃下5 min内便可完全反应, 并且以顺式产物为主(Eq. 3). 当R1为苯基, R2为乙基时syn∶anti的比例大于9∶1.

1.2 烯烃的还原
烯烃的双键碳上连有羰基、酰胺等吸电子基团时, 在SmI2作用下可以将双键还原. 2005年Davies等[8]报道了α,β-不饱和环内酰胺的还原反应, 该反应以水为质子源, 当反应底物2和3的6位有不对称中心时, 在空间位阻效应的影响下还原产物de 值(非对映体过量)可以达到96%何超云, 产率也很高达到93% (Eq. 4).

1.3 其他还原反应
前面提到SmI2/Amine/H2O体系有强的还原能力, 可以在低温条件下短时间内羰基还原. 基于这一还原体系的强还原性, Hilmersson 等[9]将其用于硝基烷的还原, 产物为伯胺(Eq. 5), 而在α,β-不饱和硝基烷的还原中总是伴随碳-碳双键的还原.

另外SmI2/Amine/H2O体系还可用于磺酰胺的脱保护反应得到相应的胺(Eq. 6)[10], 当R＝alkyl时基本上没有反应, 而当R＝aryl 时反应进行很顺利太和一中, 产率也很高都在90%以上. 同时该还原体系也可以用于磺酸酯的脱保护得到相应的醇.

最近Manabe等[11]发现SmI2/Amine/H2O体系也可以用于炔丙基醚的还原脱保护, 脱去炔丙基得到相应的醇(Eq. 7).


2.1 呐醇偶联反应
在SmI2作用下醛酮得到一个电子变成羰基自由基, 在氧原子和Sm3＋的配位作用下, 可以发生呐醇偶联反应. 借助SmI2可以构建链状、环状具有呐醇结构单元的化合物. 在此基础上, Williams 等[12]以1,4-二丁酮合成了1王浣 ,2-环丁二醇4(Eq. 8).

对于大部分SmI2引发的醛酮的偶联反应都至少需要2 equiv.的SmI2参与反应, 而Greeves等[15]发现以镁作为Sm3＋的还原剂在反应中加入Me2SiCl2可以SmI2的用量降低到10 mol%, 并且部分产物的de值可以到90% (Eq. 11).

2.2 亚胺类化合物的还原偶联
β-胺基醇是药物和天然产物的重要结构片段. N-叔丁基亚砜基亚胺是合成手性胺很好的手性前体, 林国强等[17]在这方面作了大量的工作. 2005年林国强等[18]报道了SmI2引发的亚胺和醛的不对称偶联反应, 在N原子上叔丁基亚砜基的诱导下偶联产物的de值(非对映体过量)最高可达99%, 然后经酸化处理便得到β-胺基醇类化合物(Scheme 1). 由于苯甲醛具有很高的反应活性, 很容易发生自身偶联反应, 在这些反应中只有脂肪醛才能给出很好的结果.

2.3 其他还原偶联反应
2007年Chiara等[22]报道了邻苯二甲酰亚胺作为一种高效的单电子转移受体引发的一系列分子内或分子间还原偶联反应(Eq. 14), 而反应的产物α-羟基内酰胺是合成异吲哚啉酮类生物碱的重要中间体.


在有机合成中消除反应是得到烯烃的重要方法, SmI2引发的β-消除反应具有条件温和, 产率高而且立体选择性好的优点乞丐萝莉 , 这也吸引了更多的学者去研究SmI2在消除反应中的应用.
3.1 碳-卤键断裂引发的β-消除反应
Concellón等[23]报道了氧乙酰化氯乙醇衍生物的β-消除反应, 未活化的C—Cl键在加热和光照下发生金属化作用得到碳自由基中间体, 然后碳自由基与SmI2 共用一对电子生成碳-钐金属键. 当R1为烷基时, 三价的金属钐和酯基上的羰基氧配位经过一个六元环状过渡态消除得到产物, 而过渡态I为优势构象所以消除产物以Z式为主(Scheme 4).

3.2 碳-硫键断裂引发的β-消除反应
基于SmI2促进的β-消除反应很好的选择性, Marko等[29]将其引入到Julia-Lythgoe烯化反应中, 改善了烯化反应的立体选择性, 主要产物为E式结构, 有的反应的立体选择性大于95∶1 (Eq. 20).

3.3 碳-氧键断裂引发的β-消除反应
2008年Hirama等[30]报道了碳-氧键断裂引发的β-消除反应(Eq. 21), 并将这一方法应用于C-1027 Chromophore的全合成. 该反应首先在4位碳上发生碳-氧键断裂得到中间体10, 然后消除得到产物.


SmI2 促进的加成反应主要有自由基加成和亲核加成两种. SmI2是一种良好的单电子转移试剂茶树菇烧肉, SmI2释放出1 equiv.电子引发碳-杂键的断裂得到碳自由基, 若此时发生反应则为自由基加成; 碳自由基再得到1 equiv. SmI2 释放出的电子便得到碳负离子, 若此时发生反应则为亲核加成.
4.1 SmI2促进的自由基加成反应
在SmI2作用下, 可以引发羰基化合物C—O π键的断裂生成羰基自由基幽灵户口 , 也可以引发碳-氧单键和碳-卤单键的断裂得到其他自由基, 可以分别与α青椒炒素鸡,β-不饱和化合物、烯炔、苯环等发生自由基加成反应.
4.1.1 烯烃的自由基加成反应
烯烃电子云密度较高很容易发生加成反应, 比如环加成反应、亲电加成反应和自由基加成反应等. 文献报道了很多SmI2 作用下醛酮和烯烃的自由基加成反应. Molander等[32]报道了醛酮和联烯分子内自由基环化反应, 在羰基的α位引入酯基可以起到很好的立体控制作用(Eq. 23). 2007年他[33]还报道了大环分子内羰基和碳-碳双键的自由基环化反应, 在反应中优先生成五元环(Eq. 24).

4.1.2 α,β-不饱和化合物的自由基加成反应
当烯烃的双键碳上连接羰基、酯基、腈等吸电子基团即是我们通常所说的α,β-不饱和化合物. 它们是一类重要的合成原料丰谷酒王, 可以发生多种反应蛞蝓怎么读, 比如Diels-Alder反应、加成反应等. 它们在SmI2引发的自由基加成反应中也有重要的应用。
2005年Skrydstrup等[35]报道了在SmI2引发下N-酰基噁唑烷酮和α,β-不饱和酯、酰胺等反应得到了γ-羰基酯,楼房平移 酰胺等化合物(Eq. 26), 这一方法克服了通常使用的酰基自由基容易发生去羰基化的缺点. 研究证实反应中会产生一个Sm3＋配位的羰基自由基阴离子中间体11[36].

在SmI2引发下醛和β位烷氧取代的丙烯酸甲酯反应则生成五元环内酯(Eq. 31)[41], 但是产率较低(最高也只有52%).

人们还对这一反应的不对称合成作了研究. 戴伟民等[44]报道了远端酰胺构象诱导的对映选择性反应, 由于氮上两个取代基的位阻较大致使氮原子并未和萘环处于同平面, 在萘环上酰基氧和Sm3＋配位时偏离平面的N可以影响反应的选择性(Eq. 34). 产物以cis式为主, 产率能达到90%, 而且ee值也能达到大于99%的水平.

4.1.3 芳环的自由基加成反应
醛酮在SmI2作用下和苯、萘、苯并呋喃等芳香化合物反应可以得到多环化合物. Reissig等在报道了酮和苯环分子内自由基环化反应得到二环化合物后将这一反应扩展到三环和四环化合物的合成, 通常这些反应都有很好的立体选择性(Eq. 35)[46]. 喹啉取代萘环时也能完成含氮三环或四环化合物的合成, 取得了较好的结果(Eq. 36)[47].


当底物中含有酰胺结构时, 反应过程中酰胺不受影响而只发生自由基加成反应(Eq. 37)[48] Reissig 等在研究中还发现在反应体系中加入一定比例的LiBr和DMI (1,3-dimethyl-2-imidazolidinone)可以取代有剧毒的HMPA在反应中起到相似的作用.

4.1.4 其他自由基加成反应
SmI2作为单电子转移试剂释放1 equiv.的电子引发碳-卤键的断裂, 失去卤负离子产生碳自由基从而引发自由基加成反应. Jean 在研究中发现, 在SmI2 作用下C—Cl键和C—Br键活性低不足以引发反应进行, 而C—I键活性很高可以使反应顺利进行(Eq. 38)[51].

4.2 SmI2促进的亲核加成反应
4.2.1 Aldol反应
SmI2 促进的Reformatsky反应具有很广泛的应用,冉东阳 近些年来人们对这些反应的机理, 选择性和底物的适用范围进行了深入的研究. 该反应主要经历以下过程, 首先底物在2 equiv.的SmI2作用下失去卤负离子生成烯醇盐中间体19心倾何处, 然后19再与亲电试剂醛酮等反应得到化合物20, 它再夺取质子源中的氢便得到相应的β-羟基
化合物(Scheme 11).

前面提到Concellon以α,α-二溴代酯和醛反应制备了α,β-不饱和酯, 后来他又以α,α-二溴代酯和酮反应制备了2-溴-3-羟基酯, 反应停留在Aldol缩合阶段并未继续发生消除反应(Eq. 43)[57]. 他还第一次报道了羧基存在下的Reformatsky反应(Eq. 44)[58]. 但是当以苯甲醛和碘代乙酸反应时得到的是呐醇偶联产物而不是3-羟基乙酸, 其他醛酮则可以顺利反应得到预想的产物.

4.2.2 其他反应
Helquist等[64]发现在底物中有氮原子配位的情况下可以促进乙酰氧基的离去, 然而在氮原子处于芳环其他位置或者芳环上不含氮原子的情况下不会生成预计的产物(Eq. 48).


5.1 碳族其他元素的联结
以卤锗烷合成锗-锗键需要温和的还原试剂, 还原剂还原能力太强容易致使新生成的锗-锗键断裂, 太弱则不能使反应发生. 由于SmI2 具有温和的还原电势为－1.55 V, 这使得它可以促进卤化锗(锡)之间发生反应得到乙锗(锡)烷(Eq. 50)[66].

SmI2 还可以用于扩环反应以制备单取代或者多取代的萘酚(Eq. 53)[70], 在THF/HMPA溶剂体系中加入BF3?Et2O或者选用乙腈作为溶剂体系可以缩短反应时间和提高反应的转化率.


SmI2 不仅可以作为单电子转移试剂促进各种形成碳-碳键和碳-杂键的反应囧囧后宫记, 还可作为Lewis酸型的预催化剂像其他的Lewis酸型催化剂一样催化碳-氮键和碳-碳键的形成.
6.1 Biginelli反应
Biginelli反应是将醛、尿素(硫脲)和1,3-二酮混合在催化剂下以“一锅法”缩合, 是合成二氢嘧啶酮的重要方法, SmI2 也可以作为Biginelli反应的催化剂(Eq. 54)[71]. 与其他Lewis酸催化剂相比, 具有用量小, 耗资少而且无需溶剂的优点. 有的反应也有很高的产率.

6.2 Aza-Diels-Alder反应
SmI2作为Lewis酸型催化剂也可以用于催化Aza- Diels-Alder反应. 在Diels-Alder反应中会产生cis式和trans 式两种结构的产物, 沈琪等[72]报道的反应可以通过简单的改变反应条件就能控制反应产物的比例暴走妈妈, 比如在高温且底物低浓度下产物以热力学稳定的trans 式为主(Eq. 55).

6.3 Friedel-Crafts反应
Gil等[73]发现SmI2也可以催化Friedel-Crafts反应(Eq. 56)尼图, 在反应中酯基并未发生反应, 即使反应体系中少量水的存在对反应也不会产生影响.

6.4 Aza-Michael反应
Collin等[74]报道了SmI2催化的Aza-Michael反应, 芳环上的推电子基团有利于反应的进行, 而且增大芳胺的用量产物以酰胺22为主(Eq. 57).

众多实验事实表明, 二碘化钐是一种应用广泛的试剂, 既可以作为单电子转移试剂促进各种还原偶联反应, 也可以作为Lewis酸型的预催化剂催化各种反应. 大多数二碘化钐参与的反应都具有反应条件温和、反应速度快、选择性好(立体选择性、对映和非对映选择性)的优点. 基于这些优点未来几年在二碘化钐促进的新反应方面也一定会有突破, 它在天然产物的合成中也定会继续扮演重要的角色. 同时我国又是稀土大国, 钐的储量非常丰富, 进一步研究二碘化钐在有机合成中的应用具有重要的经济意义和现实意义.

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本文节选自Chin. J. Org. Chem. 2010,30, 939-950国际双行线，版权和内容解释权归原作者所有。在这里仅供交流使用，如涉及版权问题，请联系删除

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