格氏試劑在有機(jī)合成中的應(yīng)用

1、格氏試劑在有機(jī)合成中的應(yīng)用摘 要 格氏試劑是有機(jī)金屬化合物中重要的一類化合物，也是有機(jī)合成中非常重要的試劑之一，應(yīng)用廣泛。格氏試劑與不同的物質(zhì)反應(yīng)，可以合成烴類、醇類、酮類、醛類、羧酸類及金屬有機(jī)化合物等。本文討論了格氏試劑的制備、性質(zhì)及其在有機(jī)合成中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞格氏試劑有機(jī)合成應(yīng)用格氏試劑是1912年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者法國(guó)化學(xué)家格里尼亞(V.Grignard)所發(fā)現(xiàn)并制得的,這個(gè)試劑是有機(jī)化學(xué)家所知的最有用和最多能的試劑之一。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有機(jī)化學(xué)教科書都對(duì)這一試劑的制備、性質(zhì)及其在有機(jī)合成中的應(yīng)用進(jìn)行了描述和討論。為此，本文就格氏試劑制備、性質(zhì)及其在有機(jī)合成中的應(yīng)用作一討論。1格氏試劑的制備

2、及結(jié)構(gòu)RMg是格氏試劑的通式。其實(shí)，真實(shí)的格氏試劑并不是單分子烴基鹵化鎂在醚中的簡(jiǎn)單溶液， 而是RMg MgX (RMgX)等多種物質(zhì)經(jīng)過一個(gè)希蘭克(Schlenk)轉(zhuǎn)化形成的一種動(dòng)態(tài)平衡混合體系 ， 即：蘆門曲、片聲y%。組成格氏試劑的各種物質(zhì)的相對(duì)數(shù)量取決于許多因素,包括 烴基和鹵素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、溶劑的種類、 濃度的大小、溫度的高低等。有的文獻(xiàn)認(rèn)為格氏試劑是把(C2H5)2O“ v鎂屑放在無水乙醚(或其它醚)中，滴加鹵代烷而制得2,即皿廠：小。烴基鹵化鎂稱為Grignard試劑，這類反應(yīng)也叫做Grignard反應(yīng)。在格氏試劑中，乙醚,也可以是苯、四氫呋喃或其他醚類是起溶劑的作用，它能與格氏

3、試劑 絡(luò)合生成穩(wěn)定的溶劑化物即：這些醚類溶劑是格氏試劑R Mg+X'|結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，在形成的絡(luò)合物中,氧原子提供孤對(duì)電子與烴基鹵化鎂原子形成配位鍵：碳-鎂和鎂-鹵鍵。它們的性質(zhì)是不一樣的，碳-鎂鍵一般是共價(jià)鍵，而鎂-鹵鍵通常是離子鍵，即:碳-鎂鍵上的兩個(gè)成鍵原子，它們的電負(fù)性不同， 碳為2.50,鎂的為1.23。碳的電負(fù)性大于鎂，成鍵電子富集于碳原子的一方,常可起到碳負(fù)離子的 作用呵，使得烴基帶上負(fù)電荷，而鎂帶上部分正電荷，碳 -鎂鍵是強(qiáng)極性的，即Rs-Mg+Xo在一般情況下進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，格氏試劑異裂，是一個(gè)親核試劑，格氏試劑比較穩(wěn)定，在無水的條件下，可以保持一段時(shí)間，但它對(duì)有些

4、化合物表現(xiàn)出很大的活性，例如：Rs一 Mgs+X+HOH R- H+Mg(OH)X格氏試劑遇水分解，故在制備、保存、與其它試劑反應(yīng)時(shí)都必須在無水的條件下進(jìn)行。 2格氏試劑在有機(jī)合成中的應(yīng)用格氏試劑既是一個(gè)親核試劑，又是一個(gè)堿性試劑，它可發(fā)生許多的化學(xué)反應(yīng)。RMgX可以與一gN羰基加成，羰基先與一分子該試劑形成絡(luò)合物，繼而與另一分子該試劑形成六元環(huán)的過渡態(tài)，再經(jīng)電子重新排布與絡(luò)合最終完成反應(yīng)。各種不飽和基團(tuán)的反應(yīng)活潑性大體為：醛 酮酰鹵 酯 腈。格氏試劑可以與上述基團(tuán)反應(yīng)，進(jìn)而合成相應(yīng)有機(jī)化合物。2.1醇的制備格氏試劑經(jīng)氧化或作為親核試劑與醛、酮、酯發(fā)生親核加成反應(yīng)生成醇。2.1.1伯醇的合成1

5、)與甲醛的反應(yīng)2）與環(huán)氧乙烷的反應(yīng)222仲醇的合成與醛的反應(yīng)2.2.3叔醇的合成1）與酮反應(yīng)2）與酰氯的反應(yīng)2.3合成醛類與甲酸反應(yīng)2.4合成酮類與羧酸反應(yīng)2.5合成酸類1）與二氧化碳反應(yīng)2）與酸酐反應(yīng)2.6烴類的制備格氏試劑（Rs- :Mgs+ X）作為極強(qiáng)的堿,能與含活潑氫的化合物（如酸、水、醇、氨、炔氫等）作用，得到烴類化合物，反應(yīng)如下R MgX+H” R H+MgXR-MgX+H 2OR- H+Mg(OH)XR- MgX+R'OH” R H+Mg(OR')XR-MgX+NH 3> R- H+Mg(NH 2)X上述反應(yīng)都是酸堿反應(yīng)，質(zhì)子從弱堿轉(zhuǎn)移到強(qiáng)堿。2.7在金屬

6、有機(jī)化合物合成中的應(yīng)用格氏試劑與鋅鹽、鎘鹽、錫鹽反應(yīng)可制備比格氏試劑活性小，而選擇性高的有機(jī)鋅化合物和有機(jī)鎘化合物及有機(jī)錫化合物。2.7.1鎂化反應(yīng)制備有機(jī)鎂化合物一般的有機(jī)鎂化合物，可以直接用鹵素化合物在無水乙醚中和金屬鎂作用而得，但對(duì)一些難形成的格氏試劑一般采用間接法制備，即用一種有機(jī)鎂化合物與含有活潑氫原子聯(lián)在碳上的另一 種有機(jī)化合物發(fā)生鎂化反應(yīng)制備。一些具有吸電子基團(tuán)，能使一碳原子上的氫原子活潑性增加的有機(jī)化合物，也可以利用鎂化法 制成具有功能團(tuán)的格氏試劑。鎂化法不僅可以用鎂代替活潑氫原子，也可以代替活潑鹵原子，即鎂 鹵互換。2.7.2合成其它金屬有機(jī)化合物同非金屬的烴類化合物一樣，金

7、屬的各類化合物大部分也是利用金屬鹵化物與格氏試劑反應(yīng) 制得，如：SnCl4+C2H5MgBr Sn（。2出）4 SbCb+PhMgBr PhsSbJ利用有機(jī)鎂化合物與其它金屬有機(jī)化合物的交換反應(yīng)，也可以制備新的金屬有機(jī)化合物。如： 二茂鈦、二茂鐵的化合物不太容易合成，特別是二茂鈦的氫化物非常活潑，很難分離，但可原 位制備和使用。利用與格氏試劑反應(yīng)是最常用的一種方法。2.8銅催化加成反應(yīng)格氏試劑和a , B -不飽和化合物發(fā)生共軛加成反應(yīng)一般生產(chǎn)1,2 - 加成產(chǎn)物。在催化劑銅 鹽存在下 , 則可以良好的收率生成 1, 4 - 加成產(chǎn)物 , 是形成新的 C - C 鍵的重要方法之一 8,9 。此

8、 類反應(yīng)往往是合成一些天然產(chǎn)物 ( 如萜類 ) 的關(guān)鍵步驟。如果加入手性配體 , 則可使反應(yīng)具有立體選 擇性。Kanai等合成了手性P-N配體,并將其用于格氏試劑與a , 一不飽和酮的共軛加成反應(yīng)。 2.9 鋯催化加成反應(yīng)常用的鋯催化劑為二氯二茂鋯 (Cp2ZrCl 2) , 在其作用下 , 格氏試劑可以與一些含有不飽和鍵的 化合物發(fā)生加成反應(yīng)。 二氯二茂鋯制備方便 ,成本低廉,故應(yīng)用廣泛。 一般認(rèn)為,二氯二茂鋯/格氏試 劑體系的高活性源于形成中間體二茂鋯氫 (Cp2 Zr-H) 。二氯二茂鋯可催化格氏試劑與碳氮雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)。例如 , 乙基溴化鎂與亞胺在加熱條件下 也不能發(fā)生加成反應(yīng)，但若

9、加入催化劑量的Cp2ZrCl2,反應(yīng)可在室溫下進(jìn)行，收率幾乎定量10。二氯 二茂鋯/格氏試劑體系也可與碳碳雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)。例如 :與內(nèi)- 5 - 降冰片烯的反應(yīng) ,能夠得到 立體選擇性產(chǎn)物 12 。保護(hù)反應(yīng)利用格氏試劑的堿性與活潑氫反應(yīng) , 即可將有活潑氫的化合物保護(hù) , 反應(yīng)完成后,用少量水處理即可去保護(hù)。GW501516是一種過氧化物酶體增殖子激活受體丫的激動(dòng)劑 可以用于肥胖癥的治療。其合成收率不高。Ham等利用格氏試劑作保護(hù)劑，研究了一鍋煮合成GW50151關(guān)鍵中間體的方法，收率提高到91%格氏試劑的結(jié)構(gòu)至今還不完全清楚 , 但近幾年來隨著順磁共振、化學(xué)誘導(dǎo)動(dòng)態(tài)核極化等先進(jìn)技 術(shù)的發(fā)展

10、應(yīng)用 , 已有越來越多的證據(jù)表明 , 格氏試劑是經(jīng)由單電子轉(zhuǎn)移機(jī)理形成的。 格氏試劑之所 以在有機(jī)合成中廣泛應(yīng)用 , 與其及活潑的性質(zhì)有關(guān) , 正因?yàn)槿绱?,制備和保存格氏試劑時(shí)必須防止 水氣、酸、醇、胺等物質(zhì) , 這些不利因素制約了格氏試劑的使用 , 但是隨著元素有機(jī)化合物的發(fā)展 , 格氏反應(yīng)條件的不斷改進(jìn) , 格氏試劑的用途會(huì)越來越廣泛 , 會(huì)進(jìn)一步適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn) , 滿 足國(guó)民經(jīng)濟(jì)的需要。參考文獻(xiàn) ：1 梁述繞 . 關(guān)于格氏試劑的組成與結(jié)構(gòu) J. 化學(xué)教育 ,1983,(6):21.2 東北師大 , 華南師大等有機(jī)化學(xué)上、下 M. 北京: 高等教育出版社 ,1986,177-248

11、.3 梁述繞 . 關(guān)于格氏試劑的組成與結(jié)構(gòu) J. 化學(xué)教育 ,1983,(6):21.4 美R.T莫里森.有機(jī)化學(xué)(上冊(cè))M.復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系，有機(jī)化學(xué)教研室譯.上海:科技 出版社 ,1980,72.5 徐景達(dá). 有機(jī)化學(xué) M. 北京:人民衛(wèi)生出版社 ,1998,113.6 王葆仁 . 有機(jī)合成反應(yīng) . 科學(xué)出版社 ,1985,1030-1100.7 陳壽山等 . 金屬有機(jī)化合物合成手冊(cè) . 化學(xué)工業(yè)出版社 ,(1986)8 王玉爐 . 有機(jī)合成化學(xué) M. 北京 : 科學(xué)出版社 ,2005,86-929 邢其毅 , 裴偉偉 , 徐瑞秋 , 等. 基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué) M. 第 3 版. 北京 : 高等教

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