格氏试剂

格氏试剂，又称，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（）因此而获得1912年诺贝尔化学奖。[1][2]

制备

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

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

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

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

格氏试剂与活泼氢的反应是制备烷烃的方法之一[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

与卤代烃作用

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

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

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
  • 将镁屑置于烧瓶之中
    将镁屑置于烧瓶之中
  • 加入四氢呋喃以及少量碘单质
    加入四氢呋喃以及少量碘单质
  • 在加热过程之中滴加溴代烷烃溶液
    在加热过程之中滴加溴代烷烃溶液
  • 滴加完成之后，持续加热一会
    滴加完成之后，持续加热一会
  • 格氏试剂制备完成，烧瓶之中仍剩下少量未反应的镁屑
    格氏试剂制备完成，烧瓶之中仍剩下少量未反应的镁屑
  • 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
    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
  • 将羰基化合物加入到格氏试剂之中
    将羰基化合物加入到格氏试剂之中
  • 将溶液回升到室温，反应结束
    将溶液回升到室温，反应结束

参考资料
  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の参考文献が記載されている。
  3. 《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
  4. 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
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.