Kagan试剂 (SmI2,二碘化钐) 是法国著名的有机化学家Kagan于1977 年报道的一种重要的单电子还原剂[1,2]。与传统的碱金属(Li、Na、K)和碱土金属(Mg、Ca)等单电子还原剂相比,二碘化钐具有更为广泛的应用性,不但可用作单电子还原剂,也可促进自由基偶联、消除、加成和Reformatsky型亲核加成等反应。特别是在适当的配体和添加剂的调控下,二碘化钐参与的反应会表现出良好的化学选择性。此外,二碘化钐参与的反应操作相对简单、方便;且与常用有机锡试剂的经典自由基反应相比也更为温和、低毒。因此,Kangan试剂在现代有机合成中得到了广泛的关注和应用[3-10]。Kagan试剂的制备:将略微过量的钐粉和等物质的量的碘或二碘甲烷在四氢呋喃中加热反应,可得到深蓝色、饱和浓度为0.1 mol/L的二碘化钐四氢呋喃溶液(式 1)。该试剂的制备必须在严格无水、无氧的条件下进行;而应用于具体的反应时,水的存在往往会展现出特殊的效果。合成应用:二碘化钐在水、醇等质子源存在下,可作为单纯的单电子还原剂还原羰基、缺电子烯基、氰基和硝基等官能团。质子源的存在不单是提供质子淬灭反应,更主要的是可以提高二碘化钐的还原电位,从而实现一些较为稳定的官能团的还原。例如,在SmI2-THF体系中添加1000当量(物质的量)的水(即与THF等体积),可以将5-取代巴比妥1(巴比妥环可视为环状的双酰亚胺化合物)类化合物还原为氮杂半缩醛(式 2)[11]。当采用还原能力极强的SmI2-H2O-Et3N体系时,甚至可以将酰胺 2 还原为相应的醇(式 3)[12]。二碘化钐可以促进醛、酮发生自身还原偶联反应,即频哪醇偶联反应。而在二碘化钐作用下亚胺化合物,包括:肟、 腙、普通亚胺和N-酰基亚胺与醛、酮发生交叉偶联反应(即氮杂频哪偶联反应) 得到邻氨基醇类化合物,是更为有用的反应。例如,手性叔丁基亚磺酰基醛亚胺3与醛的交叉偶联反应可高非对映立体选择性地合成光学活性的邻氨基醇化合物[13]。在神经激肽NK-1受体拮抗剂(+)-CP-99994和(+)-L-733060的不对称合成中,正是利用这一方法制备了手性邻氨基醇关键合成砌块4(式 4)[14]。二碘化钐也可促进酰亚胺离子与醛的自由基交叉偶联反应。例如,在治疗青光眼药物包公藤甲素(Bao Gong Teng A) 的不对称全合成中 (式 5),应用Lewis酸与氮杂缩醛5 作用原位产生酰亚胺离子,并在SmI2促进下与醛基发生分子内的自由偶联环化反应,成功地构造出莨菪烷结构[15]。二碘化钐可使α-卤代、砜基、烷氧基或酰氧基等的羰基化合物发生α-消除反应,如果β-位还有可离去基团,则可得到α,β-不饱和化合物。例如,在紫杉醇(taxol) 的全合成中,二碘化钐对α,β-环氧酮的消除反应,构建了关键的跨环α,β-不饱和酮结构[16,17]。二碘化钐促进的自由基加成反应在有机合成中有许多应用。例如,在吲哚生物碱蕊木宁(kopsinine)的不对称全合成中(式 7),利用SmI2-HMPA体系促进的分子内黄原酸酯与α,β-不饱和酯的6-endo-trig自由基加成反应,构建了关键的桥环中间体6[18]。二碘化钐也可在Lewis酸协助下促进氮杂半缩醛与α,β-不饱和化合物的自由基加成[19,20]。例如,在一叶萩碱 [(-)-securinine]的形式全合成和14,15-二氢一叶萩碱的不对称全合成中,应用DIBAL-H还原酰亚胺中间体7为氮杂半缩醛,串联SmI2参与的与丙烯腈的“一瓶”自由基交叉偶联反应,得到了重要的四取代吡咯烷中间体8 (式 8)[21]。二碘化钐还原α-卤代酯或酰胺可以得到类似Reformatsky 试剂的烯醇钐盐,进而可以和醛、酮或α,β-不饱和化合物发生亲核加成。例如,在大环内酰胺(+)-Q-1047H-A-A的合成中 (式 9),α-溴代酰胺与醛基的分子内Reformatsky反应是闭合内酰胺大环的关键步骤[22]。在一些复杂多环天然产物的全合成中,二碘化钐也被于引发串联反应,从而高效地实现多环核心骨架的构建。例如,在抗生素截短侧耳素(pleuromutilin)的全合成中 (式10),利用二碘化钐参与的分子内串联反应,高效地构建了目标分子的三环核心结构 9[23,24]。在二碘化钐的合成应用中,大多需要采用化学计量的试剂,难以通过手性配体调控对映立体选择性是其最主要的局限。最近,利用化学计量的手性三齿配体,首次实现了二碘化钐促进的烯基二取代乙酰乙酸乙酯化合物10的对映选择性环化去对称化反应 (式11)。反应的非对映立体选择性很高,对映立体选择性良好。然而,使用大量的手性配体难以实现规模化合成[25]。参考文献[1] Namy, J. L.; Girard, P.; Kagan, H. B. Nouv. J. Chim. 1977, 1, 5.[2] Girard, P.; Namy, J. L.; Kagan, H. B. J. Am. Chem. Soc. 1980, 102, 2693.[3] Molander G. A.; Harris C. R. Chem. Rev. 1996, 96, 307.[4] Kagan, H. B. Tetrahedron 2003, 59, 10351.[5] Gopalaiah, K.; Kagan, H. B. New J. Chem. 2008, 32, 607.[6] Nicolaou, K. C.; Ellery, S. P.; Chen J. S. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 7140.[7] Procter, D. J.; Flowers, R. A. II; Skrydstrup, T. Organic Synthesis using Samarium Diiodide. A Practical Guide. Cambridge: RSC Publishing, 2010.[8] Szostak, M.; Spain, M.; Procter, D. J. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 9155.[9] Szostak, M.; Fazakerley, N. J.; Parmar, D.; Procter, D. J. Chem. Rev. 2014, 114, 5959.[10] Just-Baringo, X.; Procter, D. J. Acc. Chem. Res. 2015, 48, 1263.[11] Szostak, M.; Sautier, B.; Spain, M.; Behlendorf, M.; Procter, D. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2013, 52, 12559.[12] Szostak, M.; Spain, M.; Eberhart, A. J.; Procter, D. J. J. Am. Chem. Soc. 2014, 136, 2268.[13] Zhong, Y.-W.; Dong, Y.-Z.; Fang, K.; Izumi, K.; Xu, M.-H.; Lin, G.-Q. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 11956.[14] Liu, R.-H.; Fang, K.; Wang, B.; Xu, M.-H.; Lin, G.-Q. J. Org. Chem. 2008, 73, 3307.[15] Lin, G.-J.; Zheng, X.; Huang, P.- Q. Chem. Commun. 2011, 47, 1545.[16] Masters, J. L.; Link, J. T.; Snyder, L. B.; Young, W. B.; Danishefsky, S. J. Angew. Chem. Int. Ed. 1995, 34, 1723.[17] Danishefsky, S. J.; Masters, J. J.; Young, W. B.; Link, J. T.; Snyder, L. B.; Magee, T. V.; Jung, D. K.; Isaacs, R. C. A.;Bornmann, W. G.; Alaimo, C. A.; Coburn, C. A.; Di Grandi, M. J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 2843.[18] Xie, J.; Wolfe, A. L.; Boger, D. L. Org. Lett. 2013, 15, 868.[19] Xiang, Y.-G.; Wang, X.-W.; Zheng, X.; Ruan, Y.-P.; Huang, P.-Q. Chem. Commun. 2009, 45, 7045.[20] Liu, X.-K.; Zheng, X.; Ruan, Y.-P.; Ma, J.; Huang, P. Q. Org. Biomol. Chem. 2012, 10, 1275.[21] Liu, J.; Ye, C.-X.; Wang, A.; Wang, A.-E.; Huang, P.-Q. J. Org. Chem. 2015, 80, 1034.[22] Yang, S.; Xi, Y.; Zhu, R.; Wang, L.; Chen, J.; Yang, Z. Org. Lett. 2013, 15, 812.[23] Helm, M. D.; Da Silva, M.; Sucunza, D.; Findley, T. J. K.; Procter, D. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 9315.[24] Fazakerley, N. J.; Helm, M. D.; Procter, D. J. Chem. Eur. J. 2013, 19, 6718.[25] Kern, N.; Plesniak, M. P.; McDouall, J. J. W.; Procter, D. J. Nat. Chem. 2017, 9, 1198.