Реакция на Гриняр – механизъм, приложения и приготвяне на реагенти

Механизъм на реакцията

Прибавянето на Гринярдовия реагент към карбонил обикновено преминава през преходно състояние на шестчленен пръстен.

Въпреки това при стерилно възпрепятствани реагенти на Гриняр реакцията може да протече чрез пренос на един електрон.

Реакциите на Гриняр не протичат при наличие на вода; водата води до бързо разлагане на реактива. Затова повечето реакции на Гриняр протичат в разтворители като безводен диетилов етер или тетрахидрофуран (THF), тъй като кислородът в тези разтворители стабилизира магнезиевия реагент. Реагентът може да реагира и с кислорода, който се съдържа в атмосферата. При това между въглеродната основа и групата на магнезиевия халогенид се вмъква кислороден атом. Обикновено тази странична реакция може да бъде ограничена от изпаренията на летливите разтворители, които изместват въздуха над реакционната смес. Химиците обаче могат да извършват реакциите в азотна или аргонова атмосфера. При реакциите в малък мащаб парите на разтворителя нямат достатъчно пространство, за да предпазят магнезия от кислорода.

Създаване на реагент на Гриняр

Реагентите на Гриняр се образуват от действието на алкилен или арилен халогенид върху магнезиев метал. Реакцията се провежда чрез добавяне на органичния халогенид към суспензия на магнезий в етер, което осигурява лиганди, необходими за стабилизиране на органомагнезиевото съединение. Типични разтворители са диетилов етер и тетрахидрофуран. Кислородът и протичните разтворители, като вода или алкохоли, не са съвместими с реагентите на Гринярд. Реакцията протича чрез единичен електронен пренос.

R-X + Mg → R-X^•− + Mg^•+

R-X^•− → R^• + X⁻

X⁻ + Mg^•+ → XMg^•

R^• + XMg^• → RMgX

Реакциите на Гринярд често започват бавно. Първо, има индукционен период, през който реактивният магнезий се излага на въздействието на органичните реагенти. След този индукционен период реакциите могат да бъдат силно екзотермични. Обичайни субстрати са алкилни и арилбромиди и йодиди. Използват се и хлориди, но флуоридите обикновено са нереактивни, с изключение на специално активирания магнезий, като например магнезия на Рике.

Много от реагентите на Гриняр, като метилмагнезиев хлорид, фенилмагнезиев бромид и алилмагнезиев бромид, се предлагат в търговската мрежа в разтвори на тетрахидрофуран или диетилов етер.

Използвайки равновесието на Шленк, реагентите на Гриняр образуват различни количества диорганмагнезиеви съединения (R = органична група, X = халогенид):

2 RMgX R₂ Mg + MgX₂

Иницииране

Разработени са много методи за иницииране на реакции на Гринярд, които започват бавно. Тези методи отслабват слоя MgO, който покрива магнезия. Те излагат магнезия на въздействието на органичния халогенид, за да започне реакцията, при която се получава реагентът на Гриняр.

Механичните методи включват раздробяване на парчетата Mg на място, бързо разбъркване или използване на ултразвук (сониране) на суспензията. Обикновено се използват йод, метил йодид и 1,2-диброметотан като активиращи агенти. Химиците използват 1,2-диброметан, тъй като действието му може да се контролира чрез наблюдение на мехурчета етилен. Освен това страничните продукти са безвредни:

Mg + BrC H₂₄ Br → C H₂₄ + MgBr₂

Количеството Mg, което се консумира от тези активиращи агенти, обикновено е незначително.

Добавянето на малко количество живачен хлорид ще амалгамира повърхността на метала и ще му позволи да реагира.

Индустриално производство

Реагентите на Гриняр се произвеждат в промишлеността за използване на място или за продажба. Както и при бенчмаркинга, основният проблем е свързан с инициирането. Като инициатор често се използва част от предишна партида от реагента на Гриняр. Реакциите на Гриняр са екзотермични; тази екзотермичност трябва да се вземе предвид, когато реакцията се увеличава от лаборатория до производствено предприятие.

Реакции на реагентите на Гриняр

Реакции с карбонилни съединения

Реагентите на Гриняр ще реагират с различни карбонилни производни.

Най-често срещаното приложение е за алкилиране на алдехиди и кетони, както в този пример:

Обърнете внимание, че ацеталната функция (маскиран карбонил) не реагира.

Такива реакции обикновено включват киселинна обработка на водна основа, въпреки че това рядко се показва в реакционните схеми. В случаите, когато реагентът на Гриняр се добавя към прохирален алдехид или кетон, моделът на Фелкин-Ан или правилото на Крам обикновено могат да предскажат кой стереоизомер ще се образува.

Реакции с други електрофили

Освен това реагентите на Гриняр ще реагират с електрофили.

Друг пример е производството на салицилалдехид (не е показан по-горе). Първо, бромоетанът реагира с Mg в етер. Второ, фенол в THF превръща фенола в Ar-OMgBr. Трето, добавя се бензен в присъствието на параформалдехид на прах и триетиламин. Четвърто, сместа се дестилира, за да се отстранят разтворителите. След това се добавя 10 % HCl. Салицилалдехидът ще бъде основният продукт, стига всичко да е много сухо и при инертни условия. Реакцията протича и с йодоетан вместо бромоетан.

Образуване на връзки с B, Si, P, Sn

Реагентът на Гриняр е много полезен за образуване на връзки между въглерод и хетероатом.

Реакции на свързване въглерод-въглерод

Реагентът на Гринярд може да участва и в реакциите на свързване. Например, нонилмагнезиев бромид реагира с метил р-хлоробензоат, за да се получи р-нонилбензоена киселина в присъствието на трис(ацетилацетонато)желязо(III), често символизирано като Fe(acac)₃ , след обработка с NaOH за хидролизиране на естера, показано по следния начин. Без Fe(acac)₃ , реагентът на Гриняр би атакувал естерната група над арилхалогенида.

За свързването на арилхалогениди с арилгригнарди никеловият хлорид в тетрахидрофуран (THF) също е добър катализатор. Освен това ефективен катализатор за свързване на алкилни халогениди е дилитиев тетрахлорокупрат (Li₂ CuCl₄ ), получен чрез смесване на литиев хлорид (LiCl) и меден(II) хлорид (CuCl₂ ) в THF. Свързването на Kumada-Corriu дава достъп до [заместени] стирени.

Окисляване

Окислението на реагент на Гриняр с кислород се извършва чрез междинен радикал до магнезиев хидропероксид. При хидролизата на този комплекс се получават хидропероксиди, а при редукцията с допълнителен еквивалент на Григнардовия реактив се получава алкохол.

R - M g X + O 2 ⟶ R ∙ + O 2 ∙ - + M g X + ⟶ R - O - O - M g X + H 3 O + ⟶ R - O - O - H + H O - M g X + H + ↓ R - M g X R - O - M g X + H 3 O + ⟶ R - O - H + H O - M g X + H + {\displaystyle {\begin{array}{l}{\mathsf {R{-}MgX}}\quad +\quad {\mathsf {O2}}\quad \longrightarrow \quad {\color {Red}{\mathsf {R^{\bullet }+O_{2}^{\bullet {-}}}}}\quad +\quad {\mathsf {MgX^{+}}}\longrightarrow &{R{-}O{-}O{-}MgX}}&+\quad {\mathsf {H_{3}O^{+}}}&\longrightarrow \quad {\mathsf {R{-}O{-}O{-}H}}&+\quad {\mathsf {HO{-}MgX+H^{+}}}\\&\quad \ \ {\Bigg \downarrow }{\mathsf {R{-}MgX}}\\&{\mathsf {R{-}O{-}MgX}}&+\quad {\mathsf {H_{3}O^{+}}}&\longrightarrow \quad {\mathsf {R{-}O{-}H}}&+\quad {\mathsf {HO{-}MgX+H^{+}}}\end{array}}}

Реакцията на Григнард с кислород в присъствието на алкен води до получаване на етиленов алкохол. Те са полезни при синтеза на по-големи съединения. Тази модификация изисква арилни или винилни григнардови реагенти. Добавянето само на григнард и алкен не води до реакция, което показва, че присъствието на кислород е от съществено значение. Единственият недостатък е изискването за поне два еквивалента на Григнардовия реагент в реакцията. Този проблем може да се реши чрез използване на двойна система на Гриняр с евтин редуциращ реагент на Гриняр, като например n-бутилмагнезиев бромид.

Нуклеофилно алифатно заместване

Реагентите на Гриняр са нуклеофили в нуклеофилните алифатни замествания, например с алкилхалогениди в ключов етап от промишленото производство на напроксен:

Елиминиране

При синтеза на олефини по Боорд добавянето на магнезий към някои β-халогени води до реакция на елиминиране на алкена. Тази реакция може да ограничи полезността на реакциите на Гриняр.

Разграждане на Гриняр

Едно време разграждането на Гриняр е било инструмент за идентифициране (изясняване) на структурата, при което Гриняр RMgBr, образуван от хетероарилбромид HetBr, реагира с вода до Het-H (бром, заменен с водороден атом) и MgBrOH. Този метод на хидролиза позволява да се определи броят на халогенните атоми в дадено органично съединение. В съвременната употреба разграждането на Гриняр се използва при химичния анализ на някои триацилглицероли.

Промишлена употреба

Пример за реакция на Гринярд е ключов етап в промишленото производство на тамоксифен. (Понастоящем тамоксифенът се използва за лечение на рак на гърдата при жени с положителни естрогенни рецептори):

Галерия

Свързани страници

• Реакция на Wittig
• Реакция на Барбие
• Синтез на алдехида Bodroux-Chichibabin
• Реакция на Фуджимото-Бело
• Органолитиеви реактиви
• Реакция на Сакурай