Reakcijos su Grignardo reagentais.
Grignardo reagento formulė yra RMgX, kur X yra halogenas, o R yra alkilo arba arilo (benzeno žiedo pagrindu) grupė. Šioje temoje laikysime, kad R yra alkilo grupė (pvz., BuMgBr). Grignardo reagentai gaminami į kolbą, kurioje yra dietileteris, į mažus magnio gabalėlius pridedant halogenoalkano. Kolboje įtaisomas grįžtamasis kondensatorius, o mišinys 20-30 minučių kaitinamas vandens vonioje.
Viskas turi būti visiškai sausa, nes Grignardo reagentai reaguoja su vandeniu (žr. toliau). Visos reakcijos, kuriose naudojamas Grignardo reagentas, atliekamos su mišiniu, gautu po šios reakcijos. Jokiu būdu negalima jo atskirti.
Grignardo reagentai ir vanduo.
Grignardo reagentai reaguoja su vandeniu ir susidaro alkanai. Dėl šios priežasties pirmiau nurodyto paruošimo metu viskas turi būti labai sausa. Pavyzdžiui:Neorganinis produktas Mg(OH)Br vadinamas "baziniu bromidu" ir yra tarsi pusiaukelė tarp magnio bromido ir magnio hidroksido.
Bendroji Grignardo ir karbonilų reakcija.
Įvairių rūšių karbonilinių junginių ir Griganardo reagentų reakcijos gali atrodyti gana sudėtingos, tačiau iš tikrųjų jos visos reaguoja vienodai - keičiasi tik grupės, prijungtos prie anglies ir deguonies dvigubos jungties. Daug lengviau suprasti, kas vyksta, atidžiai išnagrinėjus bendrąjį atvejį (naudojant "R" grupes, o ne konkrečias grupes), o tada, kai reikia, įterpti įvairias realias grupes.
Reakcijos iš esmės yra identiškos reakcijai su anglies dioksidu - skiriasi tik organinio produkto pobūdis. Pirmajame etape Grignardo reagentas prideda dvigubą anglies ir deguonies jungtį.
Reakcijos iš esmės yra identiškos reakcijai su anglies dioksidu - skiriasi tik organinio produkto pobūdis. Pirmajame etape Grignardo reagentas prideda dvigubą anglies ir deguonies jungtį.
Po to prie jo pridedama praskiestos rūgšties, kad jis hidrolizuotųsi. (Naudoju įprastai priimtą lygtį, neatsižvelgdamas į tai, kad Mg(OH)Br toliau reaguos su rūgštimi).
Susidaro alkoholis. Vienas iš svarbiausių Grignardo reagentų panaudojimo būdų yra galimybė lengvai gaminti sudėtingus alkoholius. Koks alkoholis bus gautas, priklauso nuo to, nuo kokio karbonilo junginio pradėjote, kitaip tariant, kokie yra R ir R'.
Grignardo reagentai plačiai naudojami įvairių klasių organinių junginių sintezei. Toliau pateikiami keli pavyzdžiai.
:
Kodėl Grignardo reagentai reaguoja su karbonilais?
Ryšys tarp anglies atomo ir magnio yra polinis. Anglis yra elektroneigiamesnė už magnį, todėl jungiamoji elektronų pora traukiama anglies link. Todėl anglies atomas turi nedidelį neigiamą krūvį.
Anglies ir deguonies dviguba jungtis taip pat yra labai polinė, anglies atomas turi didelį teigiamą krūvį. Todėl Grignardo reagentas gali būti nukleofilas, nes Grignardo reagento anglies atomas turi nedidelį neigiamą krūvį, o karbonilo junginyje - teigiamą. Nukleofilas yra neigiamas (arba šiek tiek neigiamas) atomas, kuris atakuoja teigiamus (arba šiek tiek teigiamus) centrus kitose molekulėse ar jonuose.
Grignardo reagento, fenilmagnio bromido, paruošimas.
Grignardo reagentai atlieka svarbų vaidmenį organinėje sintezėje. Šiuos junginius galima pritaikyti įvairiausioms funkcinėms grupėms gauti, o organo magnio darinių susidarymas ir reakcija yra vienas iš svarbiausių alkilo halogenidų panaudojimo organinėje sintezėje būdų. Halogenido ir magnio reakcija vyksta metalo paviršiuje ir formaliai yra metalo oksidacija. Reakcija paprastai vykdoma sausame eteriniame tirpiklyje, eteris veikia kaip Lewiso bazė, nes tirpina Grignardo reagentą ir leidžia jam difunduoti nuo metalo. Norint, kad susidarytų organometalinis reagentas, reikalingas aktyvus metalo paviršius, todėl gali kilti tam tikrų sunkumų pradedant reakciją dėl metalo paviršiuje esančių metalų oksidų. Dažnai švarų paviršių galima išgauti prieš naudojimą kelias minutes trinant magnį skiedinyje. Dar vienas naudingas triukas reakcijai pradėti - į mišinį įmaišyti nedidelį jodo kristalą, kuris reaguoja su magniu ir sudaro labai reaktyvią magnio jodido (MgI2) druską.
Procedūra.
Grignardo reagentas paruošiamas pirmiausia į sausą 250 ml apvaliadugnę kolbą įstatant CaCl2 džiovinimo vamzdelį. Naudotinas magnis (2 g = 0,082 molio magnio turiningųjų dalelių) įdedamas į kolbą, tiesiogiai prijungiamas kalcio chlorido vamzdelis ir kolba kruopščiai kaitinama dideliu kaitinimo gaubtu ir reostatu. Didelės kaitinimo mantijos valdiklis nustatomas į "6" padėtį ir kolba kaitinama tol, kol tampa per karšta, kad ją būtų galima paliesti pirštu. Aušinant kolba per kalcio chloridą praleidžia sausą orą. Nuimkite kaitinimo mantiją ir atvėsinkite kolbą iki kambario temperatūros (kolba turi būti tik šiek tiek šilta prie rankos arba vėsesnė), o tik po to tęskite darbą. Išimkite kalcio chlorido džiovinimo vamzdelį ir į 250 apvaliadugnę kolbą supilkite 15 ml absoliutaus eterio ir 9 ml (13,5 g = 0,086 molio) bromobenzeno. Pakeiskite CaCl2 džiovinimo mėgintuvėlį. Jei reakcijos požymių iš karto nesimato, pradėkite reakciją, sutrupindami keletą magnio apvirinimų. Tai daroma įkišus sausą maišymo strypą suplotu galu ir atsargiai sutraiškius magnio gabalėlį stipriai į kolbos dugną po skysčio paviršiumi, atliekant strypo sukamuosius judesius. Kai tai atliekama tinkamai, skystis tampa šiek tiek drumstas, o suspausto metalo paviršiuje prasideda greitas burbuliavimas. Šiuo metu į kolbą įpilama dar 25 ml absoliutaus eterio, prie kolbos pritvirtinamas grįžtamasis kondensatorius, o CaCl2 vamzdelis - prie grįžtamojo kondensatoriaus viršaus, kaip parodyta paveikslėlyje.
Nepradėkite leisti vandens per kondensatorių, kol eterio garai nesudrėkins jungties kondensatoriaus viršuje. Prireikus atvėsinkite kolbą, paliesdami kolbos dugną ledo vonia, kad sulėtintumėte reakciją, tačiau nenaudokite jos, jei tai nėra būtina. Tai būtina tik tuo atveju, jei eterio garai išeina iš džiovinimo vamzdelio viršaus. Jei reakciją vis dėlto reikia atšaldyti, būkite atsargūs, kad reakcija nebūtų per daug sulėtinta, kitaip ji gali sustoti ir vėl neprasidėti pašalinus ledą. Kas šešiasdešimt sekundžių kolbą energingai sukite. Prasidėjus reakcijai, savaiminis virimas praskiestame mišinyje gali būti lėtas arba tapti lėtas. Tokiu atveju į kolbą įpilkite dar kelis ml bromobenzeno. Reakcija yra baigta, kai eteris nustoja burbuliuoti ir lieka tik kelios nedidelės metalo liekanos. Pažymėkite eterio lygį kolboje. Reakcijos metu patikrinkite, ar eterio tūris nesumažėjo. Jei taip, įpilkite daugiau sauso eterio. Kadangi stovėdamas Grignardo reagento tirpalas blogėja, kitą etapą reikia pradėti iš karto.
Grignardo reagento kondensacija su metilo benzoatu.
Grignardo reagento kondensacija su metilo benzoatu.
Atskiriamajame piltuvėlyje sumaišykite 5 g (0,037 molio; 1,09 g/ml) metilbenzoato ir 15 ml absoliutaus eterio, kolbą su Grignardo reagento tirpalu trumpam atvėsinkite ledo vonelėje. Išimkite džiovinimo mėgintuvėlį ir į kondensatoriaus viršų įstatykite Claiseno adapterį ir skiriamąjį piltuvėlį, kaip parodyta dešinėje. Dešimt minučių po truputį pilkite metilbenzoato tirpalą, aušindami tik tiek, kiek reikia egzoterminės reakcijos kontrolei. Šio etapo metu produkto druska atsiskiria kaip balta kieta medžiaga. Kolbą reguliariai sukite, kol reakcija nurims ir kolba bus kambario temperatūros. Pereikitetiesiai prie kito etapo.
Adityvinio produkto hidrolizė.
Adityvinio produkto hidrolizė.
Reakcijos mišinį atsargiai supilkite į 250 ml Erlenmejerio kolbą, kurioje yra 50 ml 10 % sieros rūgšties ir apie 25 g ledo. Reakcijos kolbą išplaukite keliais ml paprasto (bevandenio) eterio ir keliais ml 10 % sieros rūgšties. Įpilkite šiuos plovimus į Erlenmejerio kolbą. Gerai sukite, kad paskatintumėte papildomo junginio hidrolizę; pagrindinės magnio druskos virsta vandenyje tirpstančiomis neutraliomis druskomis, o trifenilkarbinolis pasiskirsto eterio sluoksnyje. Gali prireikti papildomo eterio (paprasto) kiekio, jei pradinis eterio sluoksnis dėl garavimo tapo per mažas. Šioje vietoje galite sustoti, jei nepakanka laiko kitai daliai užbaigti. Laikykite paženklintą Erlenmejerio indą gaubte su lengvai pritvirtintu kamštiniu (ne guminiu) kamščiu. Kamštis turi būti pakankamai laisvas, kad išsiskiriančių vandenilio dujų slėgis išsiskirtų.
Kai nesuvartotas Mg metalas liečiasi su rūgštimi, intensyviai išsiskiria vandenilio dujos, ir reakcijos mišinys gali putoti, jei papildymas per greitas.
Produkto išskyrimas.
Jei eterio sluoksnyje yra kietų baltų kristalų, tai yra produkto kristalai, kurie susidarė dėl to, kad dalis eterio sluoksnio išgaravo. Šiuos kristalus galima išskirti įpylus mišinį į skiriamąjį piltuvėlį per stiklinį piltuvėlį su mažu stiklo vatos kamščiu kotelyje. Kristalai nuplaunami nedideliu kiekiu eterio tirpiklio. Norėdami išskirti likusį produktą, Erlenmejerio kolbą, iš kurios išpylėte pradinį tirpalą, išplaukite keliais ml paprasto eterio ir įpilkite į skiriamąjį piltuvą. Kruopščiai pakratykite piltuvą, atsargiai išleisdami piltuve susikaupusias dujas. Nusunkite vandeninį sluoksnį. Sukratykite eterio sluoksnį su 10 % sieros rūgštimi, kad dar labiau pašalintumėte magnio druskas, ir pašalinkite sieros rūgšties sluoksnį. Eterio sluoksnį nuplaukite sočiuoju natrio chlorido tirpalu, kad pašalintumėte eteryje ištirpusį vandenį. Pašalinkite natrio chlorido tirpalą. Šioms plovimo operacijoms naudojamo skysčio kiekis nėra labai svarbus. Paprastai pakanka plovimo skysčio kiekio, kuris sudaro trečdalį eterio tūrio. Galutiniam eterio tirpalo džiovinimui eterio sluoksnis iš atskiriamojo piltuvėlio kaklelio supilamas į Erlenmejerio kolbą, įpilama apie 5 g granuliuoto bevandenio natrio sulfato, kolba kartkartėmis pasukama ir po 5 minučių eteris iš kietojo džioviklio dekantuojamas į kitą švarią, sausą Erlenmejerio kolbą. Į eterinį tirpalą įpilkite 25 ml ligroino ir užkimškite kolbą kamščiu. Leiskite mišiniui pastovėti per naktį arba iki kito laboratorinio laikotarpio. Po stovėjimo turėtų susidaryti trifenilkarbinolio kristalai. Pagrindinė priemaiša bifenilas turėtų likti tirpus rekristalizacijos tirpiklyje. Filtruokite kristalus siurbimo filtravimo būdu, kol jie išdžius. Užrašykite išskirto produkto svorį ir apskaičiuokite išeigą %. Nustatykite lydymosi temperatūrą.
Kai nesuvartotas Mg metalas liečiasi su rūgštimi, intensyviai išsiskiria vandenilio dujos, ir reakcijos mišinys gali putoti, jei papildymas per greitas.
Produkto išskyrimas.
Jei eterio sluoksnyje yra kietų baltų kristalų, tai yra produkto kristalai, kurie susidarė dėl to, kad dalis eterio sluoksnio išgaravo. Šiuos kristalus galima išskirti įpylus mišinį į skiriamąjį piltuvėlį per stiklinį piltuvėlį su mažu stiklo vatos kamščiu kotelyje. Kristalai nuplaunami nedideliu kiekiu eterio tirpiklio. Norėdami išskirti likusį produktą, Erlenmejerio kolbą, iš kurios išpylėte pradinį tirpalą, išplaukite keliais ml paprasto eterio ir įpilkite į skiriamąjį piltuvą. Kruopščiai pakratykite piltuvą, atsargiai išleisdami piltuve susikaupusias dujas. Nusunkite vandeninį sluoksnį. Sukratykite eterio sluoksnį su 10 % sieros rūgštimi, kad dar labiau pašalintumėte magnio druskas, ir pašalinkite sieros rūgšties sluoksnį. Eterio sluoksnį nuplaukite sočiuoju natrio chlorido tirpalu, kad pašalintumėte eteryje ištirpusį vandenį. Pašalinkite natrio chlorido tirpalą. Šioms plovimo operacijoms naudojamo skysčio kiekis nėra labai svarbus. Paprastai pakanka plovimo skysčio kiekio, kuris sudaro trečdalį eterio tūrio. Galutiniam eterio tirpalo džiovinimui eterio sluoksnis iš atskiriamojo piltuvėlio kaklelio supilamas į Erlenmejerio kolbą, įpilama apie 5 g granuliuoto bevandenio natrio sulfato, kolba kartkartėmis pasukama ir po 5 minučių eteris iš kietojo džioviklio dekantuojamas į kitą švarią, sausą Erlenmejerio kolbą. Į eterinį tirpalą įpilkite 25 ml ligroino ir užkimškite kolbą kamščiu. Leiskite mišiniui pastovėti per naktį arba iki kito laboratorinio laikotarpio. Po stovėjimo turėtų susidaryti trifenilkarbinolio kristalai. Pagrindinė priemaiša bifenilas turėtų likti tirpus rekristalizacijos tirpiklyje. Filtruokite kristalus siurbimo filtravimo būdu, kol jie išdžius. Užrašykite išskirto produkto svorį ir apskaičiuokite išeigą %. Nustatykite lydymosi temperatūrą.
Psichoaktyviųjų medžiagų sintezė su Grignardo reagentu.
Grignardo reagentas naudojamas kelių paviršinio aktyvumo medžiagų sintezei. Pavyzdžiui, sintetinių kanabinoidų sintezėje alkilo grupei prijungti prie indolo azoto atomo (žr. JWH-018 sintezės pavyzdį). Reakcija vyksta gana greitai švelniomis sąlygomis ir jos nereikia kaitinti.
Nukleofilinis Grignardo reagento pridėjimas leidžia atlikti tam tikrą nespecifinę ir stereospecifinę reakciją, kad susidarytų amfetaminas ir jo pirmtakas, pavyzdžiui, fenil-2-propanonas (P2P).
Kitas Grignardo reagento panaudojimo būdas -mefedrono (4-MMC) sintezė, naudojant 4-metilbenzaldehidą kaip pradinę medžiagą.
Gerai žinoma indolilmagnio jodido reakcija su pakaitiniais alkilhalogenidais, pvz., nitrilais Cl(CH2)nCN ir chloroacetilo dietilamidu, siekiant gauti atitinkamus 3-pakeistus indolus, nors labai reaktyvūs halogenidai, tokie kaip metiljodidas ir benzilchloridas, kartais duoda 1,3-pakeistus indolus. Šis DMT kelias galimas naudojant Grignardo reagentą.
Be ankstesnių įvairių taikymų, šis populiarus metodas naudojamas ketamino sintezės etape gaminant (o-chlorfenil)-ciklopentilketoną.
Išvada.
Kaip matote, Grignardo reagentas plačiai naudojamas organinėse sintezėse ir vaistų gamyboje iš dalies. Alkilo magnio halogenidai (dar vadinami Grignardo reagentais) veikia kaip nukleofilai, atakuodami elektrofilinį anglies atomą, kad susidarytų ryšys tarp anglies ir anglies. Grignardo reakcija yra svarbus metodas ryšiams anglis-anglis bei ryšiams anglis-heteroatomas sudaryti. Šis tarp slaptųjų chemikų populiariausių reakcijų sąrašas rodo milžiniškas Grignardo reagentų panaudojimo galimybes ir sudaro didelę mokslinių tyrimų sritį.
Last edited:
