Grignardovo činidlo - Grignard reagent

Grignardova činidla jsou obvykle psána jako RMgX, ale ve skutečnosti je centrum hořčíku (II) po rozpuštění v Lewisových zásaditých rozpouštědlech čtyřboké , jak je zde ukázáno pro bis-adukt methylmagnesiumchloridu a THF.

Grignardovo činidlo nebo Grignardovo sloučenina je chemická sloučenina s obecným vzorcem R-Mg-X , kde X je halogen a R je organická skupina , normálně alkyl nebo aryl . Dva typické příklady jsou methylmagnesiumchlorid Cl -Mg -CH
3
a fenylmagnesiumbromid (C.
6
H
5
) −Mg − Br
. Jsou podtřídou organohorečnatých sloučenin .

Grignardovy sloučeniny jsou oblíbenými činidly v organické syntéze pro vytváření nových vazeb uhlík-uhlík. Například když reagují s jinou halogenovanou sloučeninou R' -X ' v přítomnosti vhodného katalyzátoru , obvykle poskytnou jako vedlejší produkt R -R' a halogenid hořečnatý MgXX ' ; a ten je nerozpustný v běžně používaných rozpouštědlech. V tomto aspektu jsou podobné organolithným činidlům .

Čistá Grignardova činidla jsou extrémně reaktivní pevné látky. Obvykle se s nimi manipuluje jako s roztoky v rozpouštědlech, jako je diethylether nebo tetrahydrofuran ; které jsou relativně stabilní, pokud je vyloučena voda. V takovém prostředí je Grignardovo činidlo vždy přítomno jako komplex s atomem hořčíku připojeným ke dvěma etherovým kyslíkům koordinačními vazbami .

Objev Grignardovy reakce v roce 1900 byl oceněn Nobelovou cenou v roce 1912. Další podrobnosti o historii viz Victor Grignard .

Syntéza

Z kovového Mg

Grignardova činidla se tradičně připravují zpracováním organického halogenidu (obvykle organobrominu) s kovem hořečnatým. Étery jsou nutné ke stabilizaci organohořečnaté sloučeniny . Voda a vzduch, které rychle ničí činidlo protonolýzou nebo oxidací, jsou vyloučeny pomocí bezvzduchových technik . Ačkoli činidla musí být stále suchá, ultrazvuk může umožnit vytvoření Grignardových činidel ve vlhkých rozpouštědlech aktivací hořčíku tak, že spotřebovává vodu.

Jak je běžné u reakcí zahrnujících pevné látky a roztok, tvorba Grignardových činidel často podléhá indukční periodě . Během této fáze se pasivační oxid na hořčíku odstraní. Po této indukční době mohou být reakce vysoce exotermické . Tuto exotermicitu je třeba vzít v úvahu, když se reakce zvyšuje z laboratoře na výrobní závod. Většina organohalogenidů bude fungovat, ale vazby uhlík-fluor jsou obecně nereaktivní, kromě speciálně aktivovaného hořčíku (prostřednictvím kovů Rieke ).

Hořčík

Reakce za vzniku Grignardových činidel obvykle zahrnuje použití magnéziové pásky. Veškerý hořčík je potažen pasivační vrstvou oxidu hořečnatého , který inhibuje reakce s organickým halogenidem. K oslabení této pasivační vrstvy bylo vyvinuto mnoho metod , čímž se vysoce reaktivní hořčík vystaví organickému halogenidu. Mechanické metody zahrnují drcení kousků Mg in situ, rychlé míchání a sonikaci . Jod , methyljodid a 1,2-dibromethan jsou běžná aktivační činidla. Použití 1,2-dibromethanu je výhodné, protože jeho účinek lze sledovat pozorováním bublin ethylenu . Vedlejší produkty jsou navíc neškodné:

Mg + BrC 2 H 4 Br → C 2 H 4 + MgBr 2

Množství Mg spotřebované těmito aktivačními činidly je obvykle nevýznamné. Malé množství chloridu rtuťnatého bude fúzovat povrch kovu, zvýšení jeho reaktivity. Jako iniciátor se často používá přidání předem připraveného Grignardova činidla.

Speciálně aktivovaný hořčík, jako je hořčík Rieke , tento problém obchází. Oxidovou vrstvu lze také rozbít pomocí ultrazvuku, pomocí míchací tyčinky seškrábnout oxidovanou vrstvu nebo přidáním několika kapek jódu nebo 1,2-dijodethanu . Další možností je použít sublimovaný hořčík nebo antracen hořečnatý .

Mechanismus

Pokud jde o mechanismus, reakce probíhá prostřednictvím přenosu jednoho elektronu :

R − X + Mg → R − X • - + Mg • +
R − X • - → R + X -
R + Mg • + → RMg +
RMg + + X - → RMgX

Reakce přenosu Mg (výměna halogen – Mg)

Alternativní příprava Grignardových činidel zahrnuje přenos Mg z předem připraveného Grignardova činidla na organický halogenid. Rovněž se používají jiná organohorečnatá činidla. Tato metoda nabízí tu výhodu, že přenos Mg toleruje mnoho funkčních skupin. Ilustrativní reakce zahrnuje isopropylmagnesiumchlorid a arylbromid nebo jodidy:

i -PrMgCl + ArCl → i -PrCl + ArMgCl

Ze sloučenin alkylzinku (reduktivní transmetalace )

Další způsob syntézy Grignardových činidel zahrnuje reakci Mg s organozinečnatou sloučeninou . Tato metoda byla použita k výrobě Grignardových činidel na bázi adamantanu , která jsou, vzhledem k CC vazebným vedlejším reakcím, obtížně vyrobitelná běžnou metodou z alkylhalogenidu a Mg. Redukční transmetalace dosahuje:

AdZnBr + Mg → AdMgBr + Zn

Testování Grignardových činidel

Protože jsou Grignardova činidla tak citlivá na vlhkost a kyslík, bylo vyvinuto mnoho metod pro testování kvality šarže. Typické testy zahrnují titrace vážitelnými bezvodými protickými činidly, např. Mentolem za přítomnosti barevného indikátoru. Interakce Grignardova činidla s fenanthrolinem nebo 2,2'-bipyridinem způsobuje změnu barvy.

Reakce Grignardových činidel

S karbonylovými sloučeninami

Grignardova činidla reagují s řadou karbonylových derivátů.

Reakce Grignardových činidel s karbonyly

Nejobvyklejší použití Grignardova činidla je alkylace aldehydy a ketony, tedy na Grignardovy reakce :

Reakce CH3C (= O) CH (OCH3) 2 s H2C = CHMgBr

Všimněte si, že acetal funkce (chráněný karbonyl) nereaguje.

Takové reakce obvykle zahrnují vodné kyselé zpracování, ačkoli tento krok je zřídka uveden v reakčních schématech. V případech, kdy se Grignardovo činidlo přidává k aldehydu nebo prochirálnímu ketonu, může model Felkin-Anh nebo Cramovo pravidlo obvykle předpovídat, který stereoizomer se vytvoří. Grignardovo činidlo RMgX se snadno deprotonovanými 1,3- diketony a příbuznými kyselými substráty funguje pouze jako báze, přičemž dává enolátový anion a uvolňuje RH alkanu.

Grignardova činidla jsou nukleofily v nukleofilních alifatických substitucích, například s alkylhalogenidy v klíčovém kroku průmyslové výroby naproxenu :

Syntéza naproxenu
Reakce Grignardových činidel s různými elektrofily

Reakce jako základ

Grignardova činidla slouží jako základ pro protické substráty (toto schéma neukazuje podmínky zpracování, které obvykle zahrnují vodu). Grignardova činidla jsou zásaditá a reagují s alkoholy, fenoly atd. Za vzniku alkoxidů (ROMgBr). Fenoxidový derivát je citlivý na formylaci paraformaldehydem za vzniku salicylaldehydu .

Alkylace kovů a metaloidů

Stejně jako organolithné sloučeniny jsou Grignardova činidla užitečná pro vytváření vazeb uhlík -heteroatom.

Grignardova činidla reagují s mnoha elektrofily na bázi kovů. Například, podstupují transmetalací s chloridu kademnatého (CDCI, 2 ), čímž se získá dialkylcadmium :

2 RMgX + CDCl 2 → R 2 Cd + 2 Mg (X) CI

Schlenkova rovnováha

Většina Grignardových reakcí se provádí v éterických rozpouštědlech, zejména v diethyletheru a THF . S chelatačním diether dioxanem procházejí některá Grignardova činidla redistribuční reakcí za vzniku diorganomagnesium sloučenin (R = organická skupina, X = halogenid):

2 RMgX + dioxan ⇌ R 2 Mg + MgX 2 (dioxan)

Tato reakce je známá jako Schlenkova rovnováha .

Předchůdci magnezitů

Grignardova činidla reagují se sloučeninami organolithia za vzniku komplexů (Bu = butyl):

BuMgBr + 3  BuLi → LiMgBu 3 + BuBr

Spojení s organickými halogenidy

Grignardova činidla se není obvykle reagují s organickými halogenidy, na rozdíl od jejich vysoké reaktivity s jinými hlavními skupiny halogenidů. V přítomnosti kovových katalyzátorů se však Grignardova činidla účastní CC vazebných reakcí . Například nonylmagnesium bromidu reaguje s methyl- p -chlorobenzoate, čímž se získá p kyselinu -nonylbenzoic, v přítomnosti Tris (acetylacetonato) železo (III), (Fe (acac) 3 ), po zpracování s hydroxidem sodným , aby se hydrolyzoval na ester , je uvedeno následovně . Bez Fe (acac) 3 by Grignardovo činidlo zaútočilo na esterovou skupinu přes arylhalogenid .

Syntéza 4-nonylbenzoové kyseliny pomocí Grignardova činidla

Pro kopulaci arylhalogenidů s arylovými Grignardovými činidly je dobrým katalyzátorem také chlorid nikelnatý v tetrahydrofuranu (THF). Účinným katalyzátorem pro kopulace alkylhalogenidů je navíc dilthium -tetrachlorkarbát (Li 2 CuCl 4 ), připravený smícháním chloridu lithného (LiCl) a chloridu měďnatého (CuCl 2 ) v THF. Spojka Kumada-Corriu poskytuje přístup k [substituovaných] styreny .

Oxidace

Ošetřením Grignardova činidla kyslíkem se získá organoperoxid hořečnatý. Hydrolýzou tohoto materiálu se získají hydroperoxidy nebo alkohol. Tyto reakce zahrnují radikální meziprodukty.

Jednoduchá oxidace Grignardových činidel na alkoholy má malý praktický význam, protože výtěžky jsou obecně nízké. Naproti tomu dvoustupňová sekvence pomocí boranu ( viz výše ), která je následně oxidována na alkohol peroxidem vodíku, má syntetické využití.

Syntetická využitelnost Grignardových oxidací může být zvýšena reakcí Grignardových činidel s kyslíkem v přítomnosti alkenu na ethylenový alkohol . Tato úprava vyžaduje aryl nebo vinyl Grignards. Přidání pouze Grignarda a alkenu nevede k reakci, která prokazuje, že přítomnost kyslíku je nezbytná. Jedinou nevýhodou je požadavek alespoň dvou ekvivalentů Grignardu, i když to lze částečně obejít použitím duálního Grignardova systému s levným redukčním Grignardem, jako je n-butylmagnesiumbromid.

Grignardův příklad oxidace kyslíkem

Odstranění

Při syntéze Boordových olefinů vede přidání hořčíku k určitým beta-halogenetherům k eliminační reakci na alken. Tato reakce může omezit užitečnost Grignardových reakcí.

Syntéza olefinů Boord, X = Br, I, M = Mg, Zn

Průmyslové použití

Příklad Grignardovy reakce je klíčovým krokem v (nestereoselektivní) průmyslové výrobě tamoxifenu (v současné době se používá k léčbě rakoviny prsu pozitivního na estrogenový receptor u žen):

Výroba tamoxifenu

Viz také

Galerie

Reference

  1. ^ Goebel, MT; Marvel, CS (1933). „Oxidace Grignardových činidel“. Journal of the American Chemical Society . 55 (4): 1693–1696. doi : 10,1021/ja01331a065 .
  2. ^ Smith, David H. (1999). "Grignardovy reakce v" mokrém "etheru". Journal of Chemical Education . 76 (10): 1427. Bibcode : 1999JChEd..76.1427S . doi : 10.1021/ed076p1427 .
  3. ^ Philip E. Rakita (1996). „5. Praktiky bezpečného zacházení s Grignardovými látkami v průmyslovém měřítku“ ( výňatek z Knih Google ) . In Gary S. Silverman; Philip E. Rakita (eds.). Příručka Grignardových činidel . Stiskněte CRC . s. 79–88. ISBN 0-8247-9545-8.
  4. ^ Smith, David H. (1999). "Grignardovy reakce v" mokrém "etheru". Journal of Chemical Education . 76 (10): 1427. Bibcode : 1999JChEd..76.1427S . doi : 10.1021/ed076p1427 .
  5. ^ Lai Yee Hing (1981). „Grignardova činidla z chemicky aktivovaného hořčíku“. Syntéza . 1981 (9): 585–604. doi : 10,1055/s-1981-29537 .
  6. ^ Clayden, Jonathan; Greeves, Nick (2005). Organická chemie . Oxford: Oxford Univ. Lis. str.  212 . ISBN 978-0-19-850346-0.
  7. ^ Wakefield, Basil J. (1995). Organomagnesium metody v organické chemii . Akademický tisk. s. 21–25. ISBN 0080538177.
  8. ^ Garst, JF; Ungvary, F. „Mechanismus tvorby Grignardova činidla“. V činidlech Grignard ; Richey, RS, ed .; John Wiley & Sons: New York, 2000; s. 185–275. ISBN  0-471-99908-3 .
  9. ^ Pokročilá organická chemie Část B: Reakce a syntéza FA Carey, RJ Sundberg 2. vyd. 1983. Stránka 435
  10. ^ Garst, JF; Soriaga, MP „Formace Grignardova činidla“, Coord. Chem. Rev. 2004 , 248, 623 - 652. doi: 10,1016/j.ccr.2004.02.018.
  11. ^ Arredondo, Juan D .; Li, Hongmei; Balsells, Jaume (2012). „Příprava t-butyl-3-brom-5-formyllbenzoátu prostřednictvím selektivních kovových halogenových výměnných reakcí“ . Organické syntézy . 89 : 460. doi : 10,15227/orgsyn.089.0460 .
  12. ^ Knochel, P .; Dohle, W .; Gommermann, N .; Kneisel, FF; Kopp, F .; Korn, T .; Sapountzis, I .; Vu, VA (2003). „Vysoce funkcionalizovaná organohorečnatá činidla připravená výměnou halogen -kov“. Mezinárodní vydání Angewandte Chemie . 42 (36): 4302–4320. doi : 10.1002/anie.200300579 . PMID  14502700 .
  13. ^ Armstrong, D .; Taullaj, F .; Singh, K .; Mirabi, B .; Lough, AJ; Fekl, U. (2017). „Komplexy Adamantyl Metal: Nové cesty k adamantyl anionům a nové transmetaliace“. Transakce Dalton . 46 (19): 6212–6217. doi : 10,1039/C7DT00428A .
  14. ^ Krasovskiy, Arkady; Knochel, Paul (2006). „Pohodlná titrační metoda pro organokovový zinek, Harshal ady hořčík a lanthanidová činidla“. Syntéza . 2006 (5): 890–891. doi : 10,1055/s-2006-926345 .
  15. ^ Henry Gilman a RH Kirby (1941). „Kyselina máselná, α-methyl-“ . Organické syntézy .; Kolektivní objem , 1 , s. 361
  16. ^ Haugan, Jarle André; Songe, Pål; Rømming, Christian; Vstaň, Frode; Hartshorn, Michael P .; Merchán, Manuela; Robinson, Ward T .; Roos, Björn O .; Vallance, Claire; Wood, Bryan R. (1997). „Celková syntéza C31-methylketonových apokarotenoidů 2: První celková syntéza (3R) -triophaxanthinu“ (PDF) . Acta Chemica Scandinavica . 51 : 1096–1103. doi : 10,3891/acta.chem.scand.51-1096 . Citováno 2009-11-26 .
  17. ^ Peters, DG; Ji, C. (2006). „Vícekroková syntéza pro pokročilé vysokoškolácké laboratoře organické chemie“. Journal of Chemical Education . 83 (2): 290. doi : 10,1021/ed083p290 .
  18. ^ „Jednotka 12 aldehydy, ketony a karboxylové kyseliny“ (PDF) . Učebnice chemie část II pro třídu XII . 2 . Indie: Národní rada pro vzdělávací výzkum a školení. 2010. s. 355. ISBN 978-81-7450-716-7.
  19. ^ Arredondo, Juan D .; Li, Hongmei; Balsells, Jaume (2012). „Příprava t-butyl-3-brom-5-formyllbenzoátu prostřednictvím selektivních kovových halogenových výměnných reakcí“ . Organické syntézy . 89 : 460. doi : 10,15227/orgsyn.089.0460 .
  20. ^ A. Fürstner, A. Leitner, G. Seidel (2004). „Kyselina 4-nonylbenzoová“ . Organické syntézy . 81 : 33–42.Správa CS1: více jmen: seznam autorů ( odkaz )
  21. ^ Youhei Nobe; Kyohei Arayama; Hirokazu Urabe (2005). „Air-Assisted Adding of Grignard Reagents to Olefins. A Simple Protocol for a Three-Component Coupling Process Yielding Alcohols“. J. Am. Chem. Soc. 127 (51): 18006–18007. doi : 10,1021/ja055732b . PMID  16366543 .
  22. ^ Richey, Herman Glenn (2000). Grignardova činidla: nový vývoj . Wiley. ISBN 0471999083.
  23. ^ Jordan VC (1993). "Čtrnáctá Gaddum Memorial Lecture. Současný pohled na tamoxifen pro léčbu a prevenci rakoviny prsu" . Br J Pharmacol . 110 (2): 507–17. doi : 10.1111/j.1476-5381.1993.tb13840.x . PMC  2175926 . PMID  8242225 .

Další čtení

  • vyd. Gary S. Silverman .... (1996). Rakita, Philip E .; Silverman, Gary (eds.). Příručka Grignardových činidel . New York, NY: Marcel Dekker. ISBN 0-8247-9545-8.Správa CS1: doplňkový text: seznam autorů ( odkaz )
  • Mary McHale, „Grignardova reakce“, Connexions, http://cnx.org/content/m15245/1.2/ . 2007.
  • Grignardovy znalosti: Alkylová vazebná chemie s levnými přechodnými kovy Larry J. Westrum, Fine Chemistry listopad/prosinec 2002, s. 10–13 [1]

Odborná literatura

  • Rogers, HR; Hill, CL; Fujiwara, Y .; Rogers, RJ; Mitchell, HL; Whitesides, GM (1980). „Mechanismus tvorby Grignardových činidel. Kinetika reakce alkylhalogenidů v diethyletheru s hořčíkem“. Journal of the American Chemical Society . 102 (1): 217. doi : 10,1021/ja00521a034 .
  • De Boer, HJR; Akkerman, OS; Bickelhaupt, F. (1988). „Karbanionty jako meziprodukty při syntéze Grignardových činidel“. Angew. Chem. Int. Ed . 27 (5): 687–89. doi : 10,1002/anie.198806871 .
  • Van Klink, GPM; de Boer, HJR; Schat, G .; Akkerman, OS; Bickelhaupt, F .; Spek, A. (2002). „Karbanioni jako meziprodukty při tvorbě Grignardových činidel“. Organokovové . 21 (10): 2119–35. doi : 10,1021/om011083a . hdl : 1874/14334 .
  • Shao, Y .; Liu, Z .; Huang, P .; Liu, B. (2018). „Jednotný model tvorby Grignardova činidla“. Fyzikální chemie Chemická fyzika . 20 (16): 11100–08. doi : 10,1039/c8cp01031e . PMID  29620768 .