格氏試劑

格氏試劑,又稱格林納試劑,是指烴基(R-MgX)一類有機金屬化合物,是一種很好的親核試劑。在有機合成有機金屬化學中有重要用途。此類化合物的發現者法國化學家維克多·格林尼亞François Auguste Victor Grignard)因此而獲得1912年諾貝爾化學獎[1][2]

製備

格氏試劑一般由鹵代烷與金屬(為了增大表面積,一般為細絲或粉末)在無水乙醚四氫呋喃(THF)中反應製得。在乙醚中,格氏試劑形成有兩個分子乙醚構成的絡合物。乙醚可用100℃加熱後減壓蒸餾的方式除去,得到的格氏試劑可溶於石油醚、苯、或二甲苯溶劑中使用。高溫合成時可用丁醚或戊醚代替乙醚。在四氫呋喃中,由於氧更顯露,更容易形成錯合物,許多不活潑的鹵代烴也可發生反應。由於格氏試劑極為活潑,遇水解,遇羰基化合物即加成,因此在反應時,反應器皿中不能有水,也不能有二氧化碳。在封閉狀態下格氏試劑溶液很穩定,可以製成商品出售。

由於碘代烷價格較高,一般用溴代烷合成。但由於氯、溴甲烷均為氣體,使用不便,一般使用碘甲烷合成碘化甲基鎂(CH3MgI)。乙烯型鹵代烴要在四氫呋喃中方能形成格氏試劑。而氯代芳烴的形成除THF外,還須控制溫度與壓力。烯丙型及苯甲基型格氏試劑,合成後會與尚未反應的鹵代烴發生偶合,因而需要嚴格控制溫度。

格氏試劑的製備如果較難引發,可以加一小粒碘引發,碘切不可加多,否則會有較多副產物出現。

理論

由於鎂原子直接和碳鏈相連,極化作用的結果是使鄰近鎂原子的那個碳原子呈負電性,使得這根C-Mg鍵極具反應活性。為了保證格氏試劑不發生其他反應,反應一般在醚類溶劑里進行,常用的有乙醚四氫呋喃。格氏試劑實現了由碳正向碳負的轉化,具有重要的意義。

反應

格式試劑在有機合成中能起三種不同的功能。 一個是親核試劑,這是最常見的功能;第二是作為鹼使用,普通烷基鹵化鎂能產生相當於pka30左右的鹼性,常常作為一種易得的強鹼使用,常作為烯胺拔氫用鹼; 第三個功能是作為還原劑,這個功能的存在會造成副反應增多,產率下降(指在羰基加成反應里)。

與具有極性的雙鍵反應

格氏試劑可與具有極性的雙鍵發生加成。如格氏試劑與羰基發生加成常用於接長碳鏈或合成類化合物,是有機合成的重要反應。它是通過與羰基化合物()進行親核加成反應實現的,這種反應又稱做格林尼亞反應。以丙酮的格林尼亞反應為例,機理如下:

Grignard-Reaction Mechanism.png 

選擇不同的反應物可以得到不同的醇,如:

Grignard-Reaktion verschiedene Produkte.png 
Grignard-Reaktion mit Estern.png 

注意氧原子連的鎂鹵基團只有經水解才能脫去。

實際上,研發這種試劑的初衷是找一種通過取代反應接長碳鏈的物質,然而反應速度很慢。後來它在加成反應上的作用被發現,它才被廣泛使用。

格氏試劑也可與RC≡N等發生加成:

R'C≡N + RMgX → R'(C=N)R

與活潑氫的反應

格氏試劑與活潑氫的反應是製備烷烴的方法之一[3]

RMgX + H2O → RH + Mg(OH)X
RMgX + ROH → RH + ROMgX
RMgX + RCOOH → RH + RCOOMgX
RMgX + NH3 → RH + NH2MgX
RMgX + RNH2 → RH + RNHMgX
RMgX + R'C≡CH → RH + R'C≡CMgX

與鹵代烴作用

格氏試劑與鹵代烷作用可發生偶合作用生成烴:

H2C=CH–CH2Cl + H2C=CH–CH2MgCl → H2C=CH–CH2–CH2–CH=CH2 + MgCl2

這是合成末端烯烴的一種方法。

與金屬鹵化物反應

格氏試劑的烴基可取代部分金屬鹵化物的鹵原子,生成其它有機金屬化合物:

CdCl2 + 2RMgX → R2Cd + 2MgClX
AlCl3 + 3RMgX → R3Al + 3MgClX

有機鎘化物可用於合成,烷基鋁是烯烴加氫聚合的催化劑之一。

其他反應

格氏試劑可以和硫、硒、碲反應:[4]

RMgX + S(或Se、Te) → RSMgX

實驗:製作格氏試劑並與羰基化合物反應

參考資料

  1. ^ 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。
  2. ^ 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の參考文獻が記載されている。
  3. ^ 《有機化學》第二版.高等教育出版社. 谷亨傑 吳泳 丁金昌 編.2000年7月第2版. 第七章 鹵代烴 親核取代反應. P180
  4. ^ 宋禮成, 王佰全. 金屬有機化學原理及應用. 高等教育出版社,2012.10. pp 108