格氏试剂
格氏试剂,又称格林尼亚试剂,是指烃基卤化镁(R-MgX)一类有机金属化合物,是一种很好的亲核试剂。在有机合成和有機金屬化學中有重要用途。此类化合物的发现者法国化学家维克多·格林尼亚(François Auguste Victor Grignard)因此而获得1912年诺贝尔化学奖。[1][2]
制备
[编辑]格氏试剂一般由卤代烷与金属镁(为了增大表面积,一般为细丝或粉末)在无水乙醚或四氢呋喃(THF)中反应制得。在乙醚中,格氏试剂形成有两个分子乙醚构成的錯合物。乙醚可用100℃加热后减压蒸馏的方式除去,得到的格氏试剂可溶于石油醚、苯、或二甲苯溶剂中使用。高温合成时可用丁醚或戊醚代替乙醚。在四氢呋喃中,由于氧更显露,更容易形成錯合物,许多不活泼的卤代烃也可发生反应。由於格氏试剂极为活泼,遇水即水解,遇羰基化合物即加成,因此在反应时,反应器皿中不能有水,也不能有二氧化碳。在封闭状态下格氏试剂溶液很稳定,可以制成商品出售。
由于碘代烷价格较高,一般用溴代烷合成。但由于氯、溴甲烷均为气体,使用不便,一般使用碘甲烷合成碘化甲基镁(CH3MgI)。乙烯型卤代烃要在四氢呋喃中方能形成格氏试剂。而氯代芳烃的形成除THF外,还须控制温度与压力。烯丙型及苯甲基型格氏试剂,合成后会与尚未反应的卤代烃发生偶合,因而需要严格控制温度。
格氏试剂的制备如果较难引发,可以加一小粒碘引发,碘切不可加多,否則会有较多副产物出现。
理論
[编辑]由于镁原子直接和碳链相连,极化作用的结果是使邻近镁原子的那个碳原子呈负电性,使得这根C-Mg键极具反应活性。为了保证格氏试剂不发生其他反应,反应一般在醚类溶剂里进行,常用的有乙醚或四氢呋喃。格氏试剂实现了由碳正向碳负的转化,具有重要的意义。
反应
[编辑]格式试剂在有机合成中能起三种不同的功能。 一个是亲核试剂,这是最常见的功能;第二是作为碱使用,普通烷基卤化镁能产生相当于pka30左右的碱性,常常作为一种易得的强碱使用,常作为烯胺拔氢用碱;第三个功能是作为还原剂,这个功能的存在会造成副反应增多,产率下降(指在羰基加成反应裡)。
与具有极性的双键反应
[编辑]格氏试剂可与具有极性的双键发生加成。如格氏试剂与羰基发生加成常用于接长碳链或合成醇类化合物,是有机合成的重要反应。它是通过与羰基化合物(醛、酮、酯)进行亲核加成反应实现的,这种反应又称做格林尼亚反应。以丙酮的格林尼亚反应为例,机理如下:
选择不同的反应物可以得到不同的醇,如:
注意氧原子连的镁卤基团只有经水解才能脱去。
实际上,研发这种试剂的初衷是找一种通过取代反应接长碳链的物质,然而反应速度很慢。后来它在加成反应上的作用被发现,它才被广泛使用。
格氏试剂也可与RC≡N等发生加成:
- R'C≡N RMgX → R'(C=N)R
与活泼氢的反应
[编辑]- RMgX H2O → RH Mg(OH)X
- RMgX R'OH → RH R'OMgX
- RMgX R'COOH → RH R'COOMgX
- RMgX NH3 → RH NH2MgX
- RMgX R'NH2 → RH R'NHMgX
- RMgX R'C≡CH → RH R'C≡CMgX
与卤代烃作用
[编辑]格氏试剂与卤代烷作用可发生偶合作用生成烃:
H2C=CH–CH2Cl H2C=CH–CH2MgCl → H2C=CH–CH2–CH2–CH=CH2 MgCl2
这是合成末端烯烃的一种方法。
与金属卤化物反应
[编辑]格氏试剂的烃基可取代部分金属卤化物的卤原子,生成其它有机金属化合物:
- CdCl2 2RMgX → R2Cd 2MgClX
- AlCl3 3RMgX → R3Al 3MgClX
有机镉化物可用于合成酮,烷基铝是烯烃加氢聚合的催化剂之一。
其他反应
[编辑]格氏试剂可以和硫、硒、碲反应:[4]
- RMgX S(或Se、Te) → RSMgX
实验:制作格氏试剂并与羰基化合物反应
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将镁屑置于烧瓶之中
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加入四氢呋喃以及少量碘单质
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在加热过程之中滴加溴代烷烃溶液
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滴加完成之后,持续加热一会
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格氏试剂制备完成,烧瓶之中仍剩下少量未反应的镁屑
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在加入羰基化合物之前,将制备好的格氏试剂降温到0℃;由于降温格氏试剂沉淀析出,溶液呈现悬浮状
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将羰基化合物加入到格氏试剂之中
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将溶液回升到室温,反应结束
参考资料
[编辑]- ^ Smith, M. B.; March, J. Advanced Organic Chemistry, 5th ed.; John-Wiley & Sons: New York, 2001. ISBN 0-471-58589-0 - グリニャール試薬を用いた反応を網羅している。
- ^ Kürti, L.; Czakó, B. Storategic Applications of Named Reactions in Organic Chemistry; Elsevier: Amsterdam, 2005; pp 188–189. ISBN 0-12-429785-4 - グリニャール反応に関する論文など38の参考文献が記載されている。
- ^ 《有机化学》第二版.高等教育出版社. 谷亨杰 吴泳 丁金昌 编.2000年7月第2版. 第七章 卤代烃 亲核取代反应. P180
- ^ 宋礼成, 王佰全. 金属有机化学原理及应用. 高等教育出版社,2012.10. pp 108