Grignarda reakcija

Reakcijas mehānisms

Grignarda reaģenta pievienošana karbonilam parasti notiek caur sešdaļīga gredzena pārejas stāvokli.

Tomēr, ja Griganarda reaģenti ir stēriski traucējoši, reakcija var notikt ar viena elektrona pārnesi.

Grignarda reakcijas nedarbojas, ja ir ūdens; ūdens izraisa reaģenta strauju sadalīšanos. Tāpēc lielākā daļa Grignarda reakciju notiek šķīdinātājos, piemēram, bezūdens dietilēterī vai tetrahidrofurānā (THF), jo šajos šķīdinātājos esošais skābeklis stabilizē magnija reaģentu. Reaģents var reaģēt arī ar atmosfērā esošo skābekli. Tā starp oglekļa bāzi un magnija halogenīdu grupu tiek ievietots skābekļa atoms. Parasti šo blakusreakciju var ierobežot gaistošo šķīdinātāju tvaiki, kas izspiež gaisu virs reakcijas maisījuma. Tomēr ķīmiķi var veikt reakcijas slāpekļa vai argona atmosfērā. Neliela mēroga reakcijās šķīdinātāja tvaikiem nav pietiekami daudz vietas, lai pasargātu magniju no skābekļa.

Grignarda reaģenta izgatavošana

Grignarda reaģenti veidojas, iedarbojoties alkilhalogenīdam vai arilhalogenīdam uz magnija metālu. Reakciju veic, pievienojot organisko halogenīdu magnija suspensijai ēterī, kas nodrošina ligandus, kuri nepieciešami organogēnija savienojuma stabilizācijai. Tipiski šķīdinātāji ir dietilēteris un tetrahidrofurāns. Skābeklis un proktiskie šķīdinātāji, piemēram, ūdens vai spirti, nav saderīgi ar Grignarda reaģentiem. Reakcija notiek ar viena elektrona pārnesi.

R-X + Mg → R-X-- + Mg-+

R-X-- → R- + X-

X- + Mg-+ → XMg-

R- + XMg- → RMgX

Grignardu reakcijas bieži sākas lēni. Vispirms ir indukcijas periods, kura laikā reaktīvais magnijs saskaras ar organiskajiem reaģentiem. Pēc šī indukcijas perioda reakcijas var būt ļoti eksotermiskas. Bieži sastopami substrāti ir alkil- un arilbromīdi un jodīdi. Izmanto arī hlorīdus, bet fluorīdi parasti nereaģē, izņemot ar īpaši aktivētu magniju, piemēram, Riekes magniju.

Daudzi Grignarda reaģenti, piemēram, metilmagnija hlorīds, fenilmagnija bromīds un alilmagnija bromīds, ir pieejami tirdzniecībā tetrahidrofurāna vai dietilētera šķīdumos.

Izmantojot Šlenka līdzsvaru, Grignarda reaģenti veido dažāda daudzuma diorganomagnija savienojumus (R = organiskā grupa, X = halogenīds):

2 RMgX _R2Mg + MgX2

Iniciācija

Ir izstrādātas daudzas metodes, lai iniciētu Grignarda reakcijas, kas sākas lēni. Šīs metodes vājina MgO slāni, kas pārklāj magniju. Ar tām magnijs tiek pakļauts organiskā halogenīda iedarbībai, lai sāktu reakciju, kuras rezultātā veidojas Grignāra reaģents.

Mehāniskās metodes ietver Mg gabaliņu sasmalcināšanu uz vietas, strauju maisīšanu vai suspensijas apstrādi ar ultraskaņu (sonikāciju). Jods, metiljodīds un 1,2-dibrometāns ir parasti izmantotie aktivatori. Ķīmiķi izmanto 1,2-dibrometānu, jo tā darbību var kontrolēt, novērojot etilēna burbuļus. Arī blakusprodukti ir nekaitīgi:

Mg + BrC2H4Br → _C2H4 + MgBr2

Mg daudzums, ko patērē šie aktivatori, parasti ir nenozīmīgs.

Pievienojot nelielu daudzumu dzīvsudraba hlorīda, metāla virsma tiek amalgamēta, ļaujot tam reaģēt.

Rūpnieciskā ražošana

Grignarda reaģentus ražo rūpniecībā izmantošanai vai pārdošanai. Tāpat kā standarta mērogā, galvenā problēma ir uzsākšanas problēma. Par iniciatoru bieži izmanto daļu no iepriekšējāsrignarda reaģenta partijas. Grignāra reakcijas ir eksotermiskas; šī eksotermiskums jāņem vērā, ja reakciju no laboratorijas palielina līdz ražošanas iekārtai.

Griganarda reaģentu reakcijas

Reakcijas ar karbonila savienojumiem

Grignarda reaģenti reaģē ar dažādiem karbonilatvasinājumiem.

Visbiežāk to izmanto aldehīdu un ketonu alkilēšanai, kā šajā piemērā:

Ņemiet vērā, ka acetāla funkcija (maskēts karbonils) nereaģē.

Šādās reakcijās parasti izmanto ūdens (ūdens) skābo apstrādi, lai gan reakciju shēmās tas reti tiek parādīts. Gadījumos, kad Grignarda reaģents tiek pievienots prohirālam aldehīdam vai ketonam, Felkina-Anha modelis vai Kramas likums parasti ļauj paredzēt, kurš stereoizomērs veidosies.

Reakcijas ar citiem elektrofīliem

Turklāt Grignarda reaģenti reaģē ar elektrofīliem.

Vēl viens piemērs ir salicilaldehīda ražošana (nav parādīts iepriekš). Vispirms brometāns reaģē ar Mg ēterī. Otrkārt, fenols THF šķīdumā pārvēršas par Ar-OMgBr. Treškārt, pievieno benzolu paraformaldehīda pulvera un trietilamīna klātbūtnē. Ceturtkārt, maisījumu destilē, lai atdalītu šķīdinātājus. Tad pievieno 10 % HCl. Salicilaldehīds būs galvenais produkts, ja viss būs ļoti sauss un inertos apstākļos. Reakcija darbojas arī ar jodoetānu brometāna vietā.

Saistību veidošanās ar B, Si, P, Sn

Grignarda reaģents ir ļoti noderīgs oglekļa-heteroatomu saišu veidošanai.

Oglekļa-oglekļa savienošanas reakcijas

Savienošanas reakcijās var iesaistīt arī Grignarda reaģentu. Piemēram, nonilmagnija bromīds reaģē ar metil-p-hlorbenzoātu, lai iegūtu p-nonilbenzoskābi, Tris(acetilacetonato)dzelzs(III) klātbūtnē, ko bieži apzīmē ar Fe(acac)_3, pēc apstrādes ar NaOH, lai hidrolizētu esteri, kas parādīta šādi. Bez Fe(acac)₃ Griganarda reaģents iedarbotos uz estera grupu, nevis uz arilhalogenīdu.

Arilhalogenīdu savienošanai ar arilgrignardiem labs katalizators ir arī niķeļa hlorīds tetrahidrofurānā (THF). Turklāt efektīvs katalizators alkilhalogenīdu savienošanai ir dilitija tetrahlorokuprāts (Li2CuCl4), ko iegūst, sajaucot litija hlorīdu (LiCl) un vara(II) hlorīdu (CuCl2) THF. Kumada-Korriu sakabes metode ļauj iegūt [aizvietotus] stirēnus.

Oksidācija

Grignarda reaģenta oksidēšana ar skābekli notiek ar starpposma radikāļa starpproduktu, veidojot magnija hidroperoksīdu. Šī kompleksa hidrolīzes rezultātā rodas hidroperoksīdi, un reducējot ar papildu ekvivalentu Griganarda reaģentu, rodas spirts.

Grignardu reakcijā ar skābekli alkēna klātbūtnē rodas etilēna pagarinātais spirts. Tie ir noderīgi lielāku savienojumu sintēzei. Šai modifikācijai ir vajadzīgi aril- vai vinilgrignardi reaģenti. Pievienojot tikai grignardu un alķēnu, reakcija nenotiek, kas liecina, ka skābekļa klātbūtne ir būtiska. Vienīgais trūkums ir tas, ka reakcijā ir nepieciešami vismaz divi ekvivalenti Grignarda reaģenta. To var atrisināt, izmantojot dubulto Grignarda sistēmu ar lētu reducējošu Grignarda reaģentu, piemēram, n-butilmagnija bromīdu.

Nukleofīlā alifātiskā aizvietošana

Grignarda reaģenti ir nukleofīli nukleofīlajās alifātiskajās aizvietotājvielās, piemēram, ar alkilhalogenīdiem, kas ir galvenais solis rūpnieciskajā naproksēna ražošanā:

Eliminācija

Boorda olefīnu sintēzē, pievienojot magniju noteiktiem β-haloēteriem, notiek alkēna eliminācijas reakcija. Šī reakcija var ierobežot Grignarda reakciju lietderību.

Grignarda degradācija

Savulaik Grignarda degradācija bija struktūras identifikācijas (noskaidrošanas) instruments, kurā Grignarda RMgBr, kas veidojas no heteroarila bromīda HetBr, reaģē ar ūdeni līdz Het-H (bromu aizstāj ar ūdeņraža atomu) un MgBrOH. Šī hidrolīzes metode ļauj noteikt halogēna atomu skaitu organiskajā savienojumā. Mūsdienās Grignarda sadalīšanu izmanto dažu triacilglicerīnu ķīmiskajā analīzē.

Izmantošana rūpniecībā

Grignarda reakcijas piemērs ir galvenais posms tamoksifēna rūpnieciskajā ražošanā. (Tamoksifēnu pašlaik izmanto estrogēnu receptoru pozitīva krūts vēža ārstēšanai sievietēm.):

Galerija

Saistītās lapas

• Vittiga reakcija
• Barbjē reakcija
• Bodru-Čičibabina aldehīdu sintēze
• Fujimoto-Belleau reakcija
• Organolītija reaģenti
• Sakurai reakcija