Grignardo reakcija
Grignardo reakcija (tariama /ɡriɲar/) - tai organometalinė cheminė reakcija, kurios metu alkil- arba aril- magnio halogenidai (Grignardo reagentai) atakuoja elektrofilinius anglies atomus, esančius polinėse jungtyse (pvz., karbonilo grupėje, kaip parodyta toliau pateiktame pavyzdyje). Grignardo reagentai veikia kaip nukleofilai. Grignardo reakcijos metu susidaro anglies ir anglies jungtis. Ji pakeičia hibridizaciją apie reakcijos centrą. Grignardo reakcija yra svarbi anglies ir anglies jungčių susidarymo priemonė. Ji taip pat gali sudaryti anglies ir fosforo, anglies ir alavo, anglies ir silicio, anglies ir boro bei kitas anglies ir heteroatomų jungtis.
Tai yra nukleofilinė organometalinė pridėtinė reakcija. Dėl didelės alkilo komponento pKa vertės (pKa = ~45) reakcija yra negrįžtamoji. Grignardo reakcijos nėra joninės. Grignardo reagentas egzistuoja kaip metaloorganinis klasteris (eteryje).
Grignardo reagentų trūkumas yra tas, kad jie lengvai reaguoja su protiniais tirpikliais (pvz., vandeniu) arba su funkcinėmis grupėmis, turinčiomis rūgštinių protonų, pvz., alkoholiais ir aminais. Atmosferos drėgmė gali pakeisti Grignardo reagento, gauto iš magnio virpesių ir alkilo halogenido, išeigą. Vienas iš daugelio metodų, taikomų siekiant pašalinti vandenį iš reakcijos atmosferos, yra reakcijos indo džiovinimas liepsna, kad būtų išgarinta visa drėgmė, o po to indas sandariai uždaromas, kad drėgmė negrįžtų. Tada chemikai ultragarsu suaktyvina magnio paviršių, kad jis sunaudotų bet kokį esantį vandenį. Taip galima sudaryti Grignardo reagentus, kurie mažiau jautrūs esančiam vandeniui.
Kitas Grignardo reagentų trūkumas yra tas, kad jie nelengvai sudaro anglies ir anglies jungtis, reaguodami su alkilo halogenidais pagal SN2mechanizmą.
François Auguste'as Victoras Grignard'as atrado Grignard'o reakcijas ir reagentus. Jie pavadinti šio prancūzų chemiko (Nansi universitetas, Prancūzija), kuriam už šį darbą 1912 m. buvo paskirta Nobelio chemijos premija, vardu.
Į Grignardo reagentą įpilamas karbonilo junginio tirpalas. (Žr. toliau pateiktą galeriją)
Reakcijos mechanizmas
Grignardo reagento pridėjimas prie karbonilo paprastai vyksta per šešių narių žiedo pereinamąją būseną.
Tačiau su steriniais Grignardo reagentais reakcija gali vykti vieno elektrono pernašos būdu.
Grignardo reakcijos neveikia, jei yra vandens; dėl vandens reagentas greitai suyra. Todėl dauguma Grignardo reakcijų vyksta tokiuose tirpikliuose kaip bevandenis dietileteris arba tetrahidrofuranas (THF), nes šiuose tirpikliuose esantis deguonis stabilizuoja magnio reagentą. Reagentas taip pat gali reaguoti su atmosferoje esančiu deguonimi. Taip tarp anglies bazės ir magnio halogenidų grupės atsiranda deguonies atomas. Paprastai šią šalutinę reakciją gali riboti lakūs tirpiklio garai, išstumiantys orą virš reakcijos mišinio. Tačiau chemikai šias reakcijas gali atlikti azoto arba argono atmosferoje. Mažos apimties reakcijose tirpiklio garai neturi pakankamai vietos, kad apsaugotų magnį nuo deguonies.
Grignardo reagento gamyba
Grignardo reagentai susidaro veikiant alkilo arba arilo halogenidą magnio metalu. Reakcija vykdoma į magnio suspensiją eteryje pridedant organinio halogenido, kuris suteikia ligandų, reikalingų organiniam magnio junginiui stabilizuoti. Tipiški tirpikliai yra dietileteris ir tetrahidrofuranas. Deguonis ir protiniai tirpikliai, tokie kaip vanduo ar alkoholiai, nesuderinami su Grignardo reagentais. Reakcija vyksta vieno elektrono perdavimo būdu.
R-X + Mg → R-X-- + Mg-+
R-X-- → R- + X-
X- + Mg-+ → XMg-
R- + XMg- → RMgX
Grignardo reakcijos dažnai prasideda lėtai. Pirmiausia yra indukcijos laikotarpis, kurio metu reaktyvusis magnis yra veikiamas organinių reagentų. Po šio indukcijos laikotarpio reakcijos gali būti labai egzoterminės. Dažni substratai yra alkiliniai ir arilbromidai bei jodidai. Taip pat naudojami chloridai, tačiau fluoridai paprastai nereaguoja, išskyrus su specialiai aktyvuotu magniu, pavyzdžiui, Rieke magniu.
Daug Grignardo reagentų, tokių kaip metilmagnio chloridas, fenilmagnio bromidas ir alilmagnio bromidas, galima įsigyti tetrahidrofurano arba dietileterio tirpaluose.
Naudojant Šlenko pusiausvyrą, iš Grignardo reagentų susidaro skirtingi diorganomagnio junginių kiekiai (R = organinė grupė, X = halogenidas):
2 RMgX
R2Mg + MgX2
Iniciacija
Sukurta daug metodų, kaip inicijuoti lėtai prasidedančias Grignardo reakcijas. Šie metodai susilpnina magnį dengiantį MgO sluoksnį. Jais magnis veikiamas organinio halogenido, kad prasidėtų reakcija, kurios metu susidaro Grignardo reagentas.
Mechaniniai metodai apima Mg gabalėlių smulkinimą vietoje, greitą maišymą arba suspensijos apdorojimą ultragarsu (sonikaciją). Jodas, metilo jodidas ir 1,2-dibromoetanas yra dažniausiai naudojamos aktyvuojančios medžiagos. Chemikai naudoja 1,2-dibrometaną, nes jo veikimą galima stebėti stebint etileno burbuliukus. Be to, šalutiniai produktai yra nekenksmingi:
Mg + BrC2H4Br → C2H4 + MgBr2
Mg kiekis, kurį sunaudoja šios aktyvuojančios medžiagos, paprastai yra nereikšmingas.
Pridėjus nedidelį kiekį gyvsidabrio chlorido, metalo paviršius amalgamuojamas, todėl jis gali reaguoti.
Pramonės gamyba
Grignardo reagentai gaminami pramonėje ir naudojami vietoje arba parduodami. Pagrindinė problema, kaip ir atliekant bandomąjį tyrimą, yra inicijavimo problema. Dažnai kaip iniciatorius naudojama ankstesnės Grignardo reagento partijos dalis. Grignardo reakcijos yra egzoterminės; į šį egzotermiškumą reikia atsižvelgti, kai reakcija iš laboratorijos didinama į gamybos įmonę.
Grignardo reagentų reakcijos
Reakcijos su karbonilo junginiais
Grignardo reagentai reaguoja su įvairiais karbonilo dariniais.
Dažniausiai naudojamas aldehidų ir ketonų alkilinimui, kaip šiame pavyzdyje:
Atkreipkite dėmesį, kad acetalio funkcija (užmaskuotas karbonilas) nereaguoja.
Tokiose reakcijose paprastai naudojamas vandens (vandeninis) rūgštinis paruošimas, nors reakcijų schemose tai retai nurodoma. Tais atvejais, kai Grignardo reagentas pridedamas prie prochiralinio aldehido ar ketono, pagal Felkino-Anh modelį arba Kramo taisyklę paprastai galima nuspėti, kuris stereoizomeras susidarys.
Reakcijos su kitais elektrofilais
Be to, Grignardo reagentai reaguoja su elektrofilais.
Kitas pavyzdys - salicilaldehido gamyba (nepateikta pirmiau). Pirmiausia bromoetanas reaguoja su Mg eteryje. Antra, fenolis THF tirpale virsta Ar-OMgBr. Trečia, pridedant paraformaldehido miltelių ir trietilamino, pridedamas benzenas. Ketvirta, mišinys distiliuojamas, kad būtų pašalinti tirpikliai. Po to pridedama 10 % HCl. Pagrindinis produktas bus saliciloaldehidas, jei viskas bus labai sausa ir inertinėmis sąlygomis. Reakcija vyksta ir su jodoetanu vietoj bromoetano.
Ryšių su B, Si, P, Sn susidarymas
Grignardo reagentas yra labai naudingas anglies ir heteroatomų ryšiams sudaryti.
Anglies ir anglies jungimo reakcijos
Grignardo reagentas taip pat gali dalyvauti jungimo reakcijose. Pavyzdžiui, nonilmagnio bromidas reaguoja su metilo p-chlorbenzoatu, kad susidarytų p-nonilbenzoinė rūgštis, dalyvaujant Tris(acetilacetonato)geležiai(III), dažnai žymimai Fe(acac)3, po apdorojimo NaOH, kad būtų hidrolizuotas esteris, pavaizduotas taip. Jei nebūtų Fe(acac)3, Grignardo reagentas veiktų esterio grupę, o ne arilo halogenidą.
Arilhalidų jungimui su arilgrignardais geras katalizatorius taip pat yra nikelio chloridas tetrahidrofurane (THF). Be to, veiksmingas katalizatorius alkilo halogenidų jungimui yra dilitio tetrachlorokupratas (Li2CuCl4), gaunamas THF sumaišius ličio chloridą (LiCl) ir vario(II) chloridą (CuCl2). Kumada-Korriu jungimas leidžia gauti [pakaitinius] stirenus.
Oksidacija
Grignardo reagento oksidacija su deguonimi vyksta per tarpinį radikalą iki magnio hidroperoksido. Šio komplekso hidrolizės metu susidaro hidroperoksidai, o redukuojant papildomu Grignardo reagento ekvivalentu - alkoholis.
Grignardo reakcijos su deguonimi, esant alkenui, metu susidaro etileno pailgintas alkoholis. Tai naudinga sintetinant didesnius junginius. Šiai modifikacijai reikalingi arilo arba vinilo Grignardo reagentai. Pridėjus tik grignardą ir alkeną, reakcija nevyksta, o tai rodo, kad deguonies buvimas yra būtinas. Vienintelis trūkumas yra tas, kad reakcijoje reikia mažiausiai dviejų ekvivalentų Grignardo reagento. Tai galima išspręsti naudojant dvigubą Grignardo sistemą su pigiu redukuojančiu Grignardo reagentu, pavyzdžiui, n-butilmagnio bromidu.
Nukleofilinis alifatinis pakaitinimas
Grignardo reagentai yra nukleofilai, atliekantys nukleofilinius alifatinius pakaitus, pavyzdžiui, su alkilo halogenidais, kurie yra pagrindinis pramoninės naprokseno gamybos etapas:
Pašalinimas
Boordo olefinų sintezės metu, pridėjus magnio prie tam tikrų β-haloetrų, vyksta eliminavimo reakcija į alkeną. Ši reakcija gali apriboti Grignardo reakcijų naudingumą.
Grignardo skilimas
Grignardo skilimas vienu metu buvo struktūros identifikavimo (išaiškinimo) priemonė, kai Grignardo RMgBr, susidaręs iš heteroarilo bromido HetBr, reaguoja su vandeniu į Het-H (bromas pakeistas vandenilio atomu) ir MgBrOH. Šis hidrolizės metodas leidžia nustatyti halogeno atomų skaičių organiniame junginyje. Šiuolaikiniu būdu Grignardo skilimas naudojamas tam tikrų triacilglicerolių cheminei analizei.
Pramoninė paskirtis
Grignardo reakcijos pavyzdys - pagrindinis pramoninės tamoksifeno gamybos etapas. (Tamoksifenas šiuo metu vartojamas estrogenų receptoriams teigiamo krūties vėžio gydymui):
Galerija
· 
Ant kolbos dedami magnio sukiniai.
· 
Užpilama THF ir įdedamas nedidelis jodo gabalėlis.
· 
Kaitinant įpilta alkilbromido tirpalo.
· 
Baigus pridėjimą, mišinys kurį laiką buvo kaitinamas.
· 
Grignardo reagentas baigė formuotis. Kolboje dar liko nedidelis kiekis magnio.
· 
Taip paruoštas Grignardo reagentas prieš pridedant karbonilo junginį buvo atvėsintas iki 0 °C temperatūros. Tirpalas tapo drumstas, nes Grignardo reagentas nusėdo.
· 
Į Grignardo reagentą buvo įpiltas karbonilo junginio tirpalas.
· 
Tirpalas buvo pašildytas iki kambario temperatūros. Reakcija buvo baigta.
Susiję puslapiai
- Wittig reakcija
- Barbier reakcija
- Bodroux-Chichibabin aldehidų sintezė
- Fujimoto-Belleau reakcija
- Organolito reagentai
- Sakurai reakcija
Klausimai ir atsakymai
K: Kas yra Grignardo reakcija?
Atsakymas: Grignardo reakcija - tai organometalinė cheminė reakcija, kurios metu alkil- arba aril- magnio halogenidai (Grignardo reagentai) atakuoja elektrofilinius anglies atomus, esančius polinėse jungtyse.
K.: Kokio tipo ryšys susidaro Grignardo reakcijos metu?
Atsakymas: Grignardo reakcija sukuria anglies ir anglies jungtį.
K: Kokių dar tipų ryšiai gali susidaryti naudojant Grignardo reakciją?
A: Grignardo reakcija taip pat gali susidaryti anglies-fosforo, anglies-alavo, anglies-kietmedžio, anglies-silicio, anglies-boro ir kitos anglies-heteroatomų jungtys.
K: Kaip didelė alkilo komponento pKa vertė veikia Grignardo reakciją?
A: Dėl didelės alkilo komponento pKa vertės (pKa = ~45) reakcija tampa negrįžtama.
K: Kokio tipo adityvinėse reakcijose dalyvauja Grignardo reagentai?
A: Grignardo reagentai dalyvauja nukleofilinėse organometalinėse adicijos reakcijose.
K: Kokie yra kai kurie trūkumai, susiję su Grignardo reagentų naudojimu? Atsakymas: Kai kurie trūkumai, susiję su Grignardo reagentų naudojimu, yra šie: jų reaktyvumas su protiniais tirpikliais, tokiais kaip vanduo, ir funkcinėmis grupėmis, turinčiomis rūgštinių protonų, pavyzdžiui, alkoholiais ir aminais; jautrumas atmosferos drėgmei; ir sunkumai sudarant anglies ir anglies jungtis reaguojant su alkilo halogenidais pagal SN2 mechanizmą.
K: Kas atrado Griganto reakciją ir reagentus?
A:Griando reakcijos ir reagentų atradimu laikomas prancūzų chemikas Franחois Auguste Victor Griand, kuriam už šį darbą 1912 m. buvo paskirta Nobelio chemijos premija.
