Las reducciones con yoduro de samario (II) implican la conversión de varias clases de compuestos orgánicos en productos reducidos mediante la acción del yoduro de samario (II) , un agente reductor suave de un electrón. [1] [2] [3]
Historia
En 1979, Kagan observó la reducción de una variedad de grupos funcionales orgánicos por el yoduro de samario en condiciones suaves. [4] Desde entonces, el yoduro de samario se ha empleado en una variedad de contextos en la síntesis orgánica tanto para la manipulación de grupos funcionales como para la formación de enlaces carbono-carbono.
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/b/bd/Diiodopenta%28THF%29samarium%28II%29-3D-balls.png/220px-Diiodopenta%28THF%29samarium%28II%29-3D-balls.png)
El yoduro de samario es un reductor de un electrón y típicamente efectúa la reducción a través de una serie de pasos de transferencia de electrones y transferencia de protones (desde el solvente prótico). [3] [2] Los grupos funcionales reducibles incluyen:
- Compuestos de carbonilo α-funcionalizados
- Cetonas y aldehídos
- Ácidos carboxílicos (en condiciones fuertemente ácidas o básicas)
- Haluros orgánicos
- Compuestos nitro
A continuación se proporcionan algunos ejemplos de funcionalidad reducida por SmI 2 .
( 1 )
La reactividad de SmI 2 se ve significativamente afectada por la elección del disolvente. El uso de hexametilfosforamida (HMPA) como codisolvente en las reducciones de yoduro de samario permite que la reacción se lleve a cabo en condiciones mucho más suaves que en su ausencia. [6] Recientemente se ha investigado y determinado que la triamida del ácido tripirrolidinofosfórico (TPPA) se puede utilizar en lugar de HMPA como activador para las reducciones de SmI 2 , produciendo reacciones más rápidas y rendimientos similares evitando el uso de un carcinógeno conocido. [7] En general, los disolventes polares aumentan las propiedades reductoras del yoduro de samario.
Mecanismo y estereoquímica
Reducciones de haluros orgánicos
En presencia de yoduro de samario, el átomo de halógeno de los haluros de alquilo, alquenilo y arilo se reemplaza por hidrógeno. En el tetrahidrofurano , el mecanismo de reducción del haluro de alquilo probablemente procede a través de radicales intermedios. [8] Sin embargo, las reducciones de haluro de alquilo que emplean HMPA como codisolvente probablemente involucran una gran proporción de intermedios de organosamario. [9] A continuación se muestra una imagen mecanicista unificada. La transferencia inicial de electrones y la pérdida de haluro generan un radical orgánico, que puede combinarse con una segunda molécula de yoduro de samario para formar una especie de organosamario. La protonación de esta especie produce entonces el producto reducido. Alternativamente, el radical orgánico intermedio puede abstraer un átomo de hidrógeno del solvente S – H.
( 3 )
Las reacciones de haluros de arilo y alquenilo implican solo radicales intermedios; La reducción de los radicales intermedios a organosamarios es evidentemente más lenta que la abstracción del átomo de hidrógeno del disolvente. [10]
Si está presente un sustituyente en la posición β del haluro de alquilo, puede producirse una fragmentación reductora a una mezcla diastereomérica de alquenos. La β-eliminación de las especies intermedias de organosamario conduce a los productos observados. [11]
( 4 )
Reducciones de aldehídos y cetonas
El mecanismo de reducción de aldehídos y cetonas por yoduro de samario se basa principalmente en mecanismos aclarados para agentes reductores de un electrón similares. [12] Tras la transferencia de un solo electrón, se forma un dímero de cetilo iv . En ausencia de disolvente prótico, este dímero colapsa para formar 1,2-dioles. Sin embargo, en presencia de una fuente de protones, el dímero puede sufrir una desproporción para formar un alcóxido de samario y un compuesto carbonílico, o una protonación para formar un radical carbinol ii seguido de una segunda reducción y protonación, produciendo un alcohol.
(5)
![SmI2Mech3.png](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/4/48/SmI2Mech3.png)
Reducciones de compuestos carbonílicos α-funcionalizados
Los compuestos de carbonilo α-funcionalizados se reducen a los correspondientes compuestos de carbonilo no funcionalizados en presencia de yoduro de samario. Este proceso puede iniciarse mediante la transferencia inicial de electrones al sustituyente en la posición α o al resto carbonilo, dependiendo de la afinidad electrónica relativa de los grupos funcionales. Inmediatamente sigue una segunda reducción, después de la cual se obtiene el producto mediante protonación o eliminación-tautomerización. [13]
(6)
![SmI2Mech4.png](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/3/38/SmI2Mech4.png)
Reducciones de compuestos nitro
Los compuestos nitro pueden reducirse al nivel de oxidación de hidroxilamina o amina con yoduro de samario, dependiendo de las condiciones empleadas. La transferencia de electrones, seguida de la transferencia y eliminación de protones, genera un compuesto nitroso intermedio, que se somete a dos rondas más de transferencia de electrones y protonación para producir la hidroxilamina. Una reducción adicional de la hidroxilamina conduce a la amina. [14]
(7)
![SmI2Mech5.png](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/b/bb/SmI2Mech5.png)
Alcance y limitaciones
Los haluros de alquilo se reducen mediante yoduro de samario a los alcanos correspondientes. Las condiciones de reducción son compatibles con una variedad de grupos funcionales, incluidos alcoholes, arenos, alquenos y ésteres. Los haluros de arilo se reducen a los correspondientes compuestos aromáticos libres de halógenos. [6]
(8)
![SmI2Scope1.png](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/b/b9/SmI2Scope1.png)
La fragmentación reductora de haluros de alquilo sustituidos en β produce mezclas diastereoisómeras de alquenos. Los buenos grupos salientes para este proceso incluyen hidróxido, alcóxidos, carboxilatos y enolatos. Pueden usarse materiales de partida cíclicos fácilmente disponibles para generar productos acíclicos estereodefinidos, a los que sería difícil acceder por otros métodos. [15]
(9)
![SmI2Scope2.png](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/5/54/SmI2Scope2.png)
Se puede usar yoduro de samario para reducir cetonas y aldehídos a alcoholes; sin embargo, la diastereoselectividad es baja y existe una variedad de métodos más estereoselectivos. [16] Los aldehídos se pueden reducir selectivamente en presencia de cetonas. [4]
(10)
![SmI2Scope3.png](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/3/35/SmI2Scope3.png)
Los compuestos de carbonilo α-funcionalizados se reducen para producir los correspondientes compuestos de carbonilo. Se pueden reemplazar varios grupos funcionales con hidrógeno usando este método; una transformación que es relativamente única para el yoduro de samario es la reducción de α-hidroxi cetonas y α-hidroxi lactonas. En general, las lactonas α, β-diheterosustituidas pueden eliminar para dar lactonas insaturadas al reaccionar con SmI 2 , aunque el uso de etilenglicol como donante de protones minimiza este proceso [17]
(11)
![SmI2Scope4.png](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/8/89/SmI2Scope4.png)
Algunos grupos funcionales que contienen nitrógeno, más notablemente los grupos nitro, se reducen mediante yoduro de samario a las correspondientes hidroxilaminas o aminas. Los compuestos nitro pueden reducirse selectivamente a cualquier producto, dependiendo de las condiciones y el tiempo de reacción. [18]
(12)
![SmI2Scope5.png](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/e/ed/SmI2Scope5.png)
Comparación con otros métodos
El yoduro de samario es eficaz para la reducción de una amplia gama de grupos funcionales; sin embargo, otros agentes reductores son más útiles en ciertos contextos. SmI 2 provoca la dimerización reductora de haluros alílicos o bencílicos, y los haluros quirales experimentan una reducción no estereoespecífica. [4] Por otro lado, la compatibilidad de su grupo funcional es mayor que la de muchos agentes reductores; la reducción de haluros es posible en presencia de ésteres o alcoholes. [6] Las fragmentaciones reductoras con yoduro de samario tienen la desventaja de que no son estereoespecíficas; sin embargo, la estereoselectividad es mayor en algunos casos cuando se usa SmI 2 en lugar de otros agentes reductores. [19] La reducción de ácidos carboxílicos α, β-insaturados y derivados a los correspondientes compuestos carbonílicos saturados por SmI 2 es una transformación útil mediada por algunos otros agentes reductores. [20] Las condiciones de reacción suaves empleadas para las reducciones de yoduro de samario representan una ventaja significativa de la reacción sobre otras reducciones de un solo electrón, incluida la reducción de metales en disolución y los métodos inducidos por metales de transición. [13]
Condiciones y procedimiento experimentales
Condiciones típicas
El yoduro de samario se genera convenientemente en la reacción del metal de samario con diyodometano o diyodoetano. El uso de diyodometano es conveniente porque el oxidante es un líquido (el diyodoetano es un sólido). Aunque el SmI 2 puro es sensible al aire, las soluciones del reactivo pueden manipularse en el aire sin precauciones especiales. SmI 2 reacciona muy lentamente con agua e incluso más lentamente con alcoholes. Los alcoholes se utilizan comúnmente como codisolventes o fuentes de protones en las reducciones de SmI 2 , ya que la extinción inmediata de intermedios cargados negativamente con una fuente de protones ha demostrado ser beneficiosa para los rendimientos de la reacción. [21] Es importante destacar que, debido a que SmI 2 es un reductor de un electrón, se deben usar equivalentes múltiples para lograr reducciones de dos electrones de sustratos orgánicos. En la mayoría de los casos, es suficiente una cantidad estequiométrica del reactivo o un ligero exceso.
La polaridad del solvente tiene un efecto profundo en el curso de las reducciones de SmI 2 . El aumento de la polaridad del medio de reacción generalmente hace que SmI 2 sea un agente reductor más fuerte. HMPA se puede utilizar para este propósito; sin embargo, el HMPA es un carcinógeno conocido y debe manipularse con sumo cuidado.
Los procedimientos de tratamiento pueden variar según la estabilidad de los productos. Si los productos orgánicos de la reacción son estables al ácido acuoso, se puede usar ácido clorhídrico acuoso para apagar la reacción. Para los estudios que involucran productos lábiles a los ácidos, se pueden usar soluciones levemente básicas o tampones de pH 7-8. Las sales de samario son normalmente insolubles en estas condiciones, pero forman una suspensión en la fase acuosa de la que se puede extraer el producto orgánico deseado. [22]
Procedimiento de ejemplo
(13)
![SmI2Ex.png](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/c/c8/SmI2Ex.png)
A una suspensión de polvo de samario (0,32 g, 2,1 mmol) en 2 ml de tetrahidrofurano a temperatura ambiente se le añadió una solución de 1,2-diyodoetano (0,56 g, 2 mmol) en 2 ml de tetrahidrofurano. La suspensión de color verde oliva resultante se agitó a temperatura ambiente durante 1 hora, después de lo cual la suspensión de yoduro de samario (II) azul oscuro resultante que se había formado se enfrió a -78 ° y se trató con una solución de 2-acetoxi-5- yodo-1-fenil-1-pentanona (0,35 g, 1 mmol) en 1 mL de metanol y 2 mL de tetrahidrofurano. La mezcla marrón resultante se agitó durante 10 minutos a -78º, se calentó a temperatura ambiente y luego se vertió en carbonato de potasio acuoso saturado. La fase acuosa se extrajo con éter dietílico (5 x 10 ml) y los extractos combinados se secaron (sulfato de magnesio anhidro). La evaporación del disolvente dejó un sólido que se recristalizó en éter dietílico para producir 0,24 g (87%) de 5-yodo-1-fenil-1-pentanona, pf 72-73 °. IR (CCl 4 ): 1690 cm -1 . 1 H RMN (CCl 4 ): δ 7,9 (m, 3 H), 7,4 (m, 3 H), 3,2 (t, J = 6 Hz, 2 H), 2,9 (t, J = 7,5 Hz, 2 H), 1,8 ( m, 4 H). 13 C RMN: δ 199,26, 136,63, 132,90, 128,21 (2 C), 127,84 (2 C), 37,09, 32,85, 24,92, 6,12. Análisis espectral de masas exacto, calculado para C 11 H 13 IO, 288,0012; encontrado, 288,0011. [13]
Referencias
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