Reakcijas ar Grignāra reaģentiem.
Griganarda reaģenta formula ir RMgX, kur X ir halogēns, bet R ir alkilgrupa vai arilgrupa (uz benzola gredzena bāzes). Šajā tēmā par R uzskatīsim alkilgrupu (piemēram, BuMgBr). Grignarda reaģentus izgatavo, pievienojot halogēnalkānu maziem magnija gabaliņiem kolbā, kas satur dietilēteri. Kolbu aprīko ar atgaitas dzesētāju, un maisījumu 20 - 30 minūtes silda virs ūdens vannas.
Visam jābūt pilnīgi sausam, jo trignarda reaģenti reaģē ar ūdeni (skatīt turpmāk). Visas reakcijas, kurās izmanto Grignarda reaģentu, veic ar maisījumu, kas iegūts šīs reakcijas rezultātā. To nekādā veidā nevar atdalīt.
Griganarda reaģenti un ūdens.
Griganarda reaģenti reaģē ar ūdeni, veidojot alkānus. Tas ir iemesls, kāpēc iepriekš minētās sagatavošanas laikā visam jābūt ļoti sausam. Piemēram:Neorganisko produktu Mg(OH)Br sauc par "bāzisko bromīdu", un tas ir sava veida pusceļā starp magnija bromīdu un magnija hidroksīdu.
Vispārīga reakcija starp grignardiem un karboniliem.
Reakcijas starp dažādiem karbonilsavienojumiem un Griganarda reaģentiem var izskatīties diezgan sarežģītas, taču patiesībā tie visi reaģē vienādi - mainās tikai grupas, kas pievienotas oglekļa-skābekļa dubultajai saitei. Ir daudz vieglāk saprast, kas notiek, rūpīgi aplūkojot vispārējo gadījumu (izmantojot "R" grupas, nevis konkrētas grupas), un pēc tam, kad tas ir nepieciešams, pievienojot dažādas reālās grupas.
Reakcijas būtībā ir identiskas reakcijai ar oglekļa dioksīdu - atšķiras tikai organiskā produkta veids. Pirmajā posmā Grignarda reaģents pievienojas pāri oglekļa-skābekļa dubultajai saitei.
Reakcijas būtībā ir identiskas reakcijai ar oglekļa dioksīdu - atšķiras tikai organiskā produkta veids. Pirmajā posmā Grignarda reaģents pievienojas pāri oglekļa-skābekļa dubultajai saitei.
Pēc tam pievieno atšķaidītu skābi, lai to hidrolizētu. (Es izmantoju parasti pieņemto vienādojumu, neņemot vērā to, ka Mg(OH)Br reaģēs tālāk ar skābi).
Veidojas spirts. Viens no galvenajiem Grignarda reaģentu izmantošanas veidiem ir iespēja viegli izgatavot sarežģītus alkoholus. Tas,kādu spirtu iegūsiet, ir atkarīgs no tā, ar kādu karbonilsavienojumu sākāt, citiem vārdiem sakot, kādi ir R un R'.
Grignarda reaģentus plaši izmanto dažādu organisko savienojumu sintēzē. Daži piemēri ir sniegti turpmāk.
:
Kāpēc Grignarda reaģenti reaģē ar karboniliem?
Savienojums starp oglekļa atomu un magniju ir polārs. Ogleklis ir elektronegatīvāks nekā magnijs, tāpēc saistošais elektronu pāris tiek vilkts uz oglekļa pusi. Tā rezultātā oglekļa atoms ir ar nelielu negatīvu lādiņu.
Arī oglekļa un skābekļa dubultā saite ir ļoti polāra, un oglekļa atomam ir ievērojams pozitīvs lādiņš. Tāpēc Grignarda reaģents var kalpot kā nukleofils, jo starp Grignarda reaģenta oglekļa atomu ir neliels negatīvs moments un oglekļa pozitīvs moments karbonilsavienojumā. Nukleofils ir negatīvs (vai nedaudz negatīvs) atoms, kas uzbrūk pozitīviem (vai nedaudz pozitīviem) centriem citās molekulās vai jonos.
Grignarda reaģenta, fenilmagnija bromīda, pagatavošana.
Grignarda reaģentiem ir vadoša nozīme organiskajā sintēzē. Šos savienojumus var pielāgot visdažādāko funkcionālo grupu iegūšanai, un organmagnija atvasinājumu veidošanās un reakcija ir viens no galvenajiem alkilhalogenīdu izmantošanas veidiem organiskajā sintēzē. Halīda un magnija reakcija notiek uz metāla virsmas un formāli ir metāla oksidēšanās. Reakciju parasti veic sausā ētera šķīdinātājā, ēterim darbojoties kā Lūisa bāzei, šķīdinot Grignarda reaģentu un ļaujot tam difundēt prom no metāla. Lai veidotos metālorganiskais reaģents, nepieciešama aktīva metāla virsma, un reakcijas sākšana var būt apgrūtināta, jo uz metāla virsmas ir metāla oksīdi. Magnija slīpēšana jaucējkrupiņā dažas minūtes pirms lietošanas bieži vien ir efektīva, lai nodrošinātu tīru virsmu. Vēl viens noderīgs triks reakcijas uzsākšanai ir maisījumam pievienot nelielu joda kristālu, kas reaģē ar magniju, veidojot ļoti reaktīvu magnija jodīda (MgI2) sāli.
Procedūra.
Grignarda reaģentu pagatavo, vispirms uzliekot sausu 250 ml kolbu ar apaļu dibenu un CaCl2 žāvēšanas caurulīti. Izmantojamo magniju (2 g = 0,082 moli magnija tēringa) ievieto kolbā, tieši piestiprina kalcija hlorīda caurulīti un kolbu rūpīgi uzkarsē ar lielu sildīšanas kamīnu un reostatu. Lielās sildīšanas mantijas regulatoru noregulē uz iestatījumu "6" un silda kolbu, līdz tā ir pārāk karsta, lai to varētu sataustīt ar pirkstu. Atdziestot kolbai, caur kalcija hlorīdu ievada sausu gaisu. Pirms turpināt darbu, noņemiet sildīšanas mantiju un atdzesējiet līdz istabas temperatūrai (kolbai vajadzētu būt tikai nedaudz siltai uz rokas vai vēsākai). Izņem kalcija hlorīda žāvēšanas caurulīti un ielej 250 kolbā ar apaļo dibenu 15 ml absolūtā ētera un 9 ml (13,5 g = 0,086 moli) brombenzola. CaCl2 žāvēšanas caurulīti ievieto atpakaļ. Ja reakcija uzreiz nenotiek, reakciju ierosina, sasmalcinot dažus magnija virpuļus. To dara, ievietojot sausu maisīšanas stieni ar saplacinātu galu un uzmanīgi saspiežot magnija gabaliņu stingri pret kolbas dibenu zem šķidruma virsmas, stienim izdarot virpuļkustības. Kad tas ir izdarīts pareizi, šķidrums kļūst nedaudz duļķains, un pie saspiestā metāla virsmas sākas strauja burbuļošana. Šajā brīdī pievieno vēl 25 ml absolūtā ētera un pie kolbas piestiprina atgaitas dzesētāju, bet CaCl2 caurulīti pie atgaitas dzesētāja augšdaļas, kā parādīts attēlā.
Nesākt palaist ūdeni caur kondensatoru, kamēr ētera tvaiki nav samitrinājuši savienojumu kondensatora augšpusē. Vajadzības gadījumā kolbu atdzesē, pieskaras kolbas dibenam ar ledus vanniņu, lai palēninātu reakciju, bet neizmanto to, ja vien tas nav nepieciešams. Tas ir nepieciešams tikai tad, ja ētera tvaiki izplūst no žāvēšanas caurules augšdaļas. Ja reakcija ir jādzesē, jāuzmanās, lai reakcija netiktu pārāk palēnināta, citādi tā var apstāties un pēc ledus noņemšanas vairs nesākties. Kolbu ik pēc sešdesmit sekundēm enerģiski pagriež. Tiklīdz reakcija sākas, atšķaidītā maisījumā spontāna vārīšanās var būt lēna vai kļūt lēna. Tādā gadījumā kolbai pievieno vēl dažus ml brombenzola. Reakcija ir pabeigta, kad ēters pārstāj burbuļot un paliek tikai dažas nelielas metāla atliekas. Kolbā atzīmē ētera līmeni. Reakcijas laikā pārbauda, vai ētera tilpums nav samazinājies. Ja tas ir noticis, pievieno vēl sausa ētera. Tā kā Grignarda reaģenta šķīdums stāvot bojājas, nākamais posms jāsāk uzreiz.
Grignarda reaģenta kondensācija ar metilbenzoātu.
Grignarda reaģenta kondensācija ar metilbenzoātu.
Sadalītājpiltuvē sajauc 5 g (0,037 mola; 1,09 g/ml) metilbenzoāta un 15 ml absolūtā ētera, kolbu ar Grignāra reaģenta šķīdumu uz īsu brīdi atdzesē ledus vannā. Izņem žāvēšanas mēģeni un ievieto Claisen adapteri un dalāmo piltuvi kondensatora augšpusē, kā parādīts labajā pusē. Desmit minūšu laikā pa pilieniem ievada metilbenzoāta šķīdumu, dzesējot tikai tik ilgi, cik nepieciešams, lai kontrolētu eksotermisko reakciju. Šajā posmā atdalās produkta sāls kā balta cieta viela. Kolbu ar regulāriem starplaikiem griezt, līdz reakcija norimst un kolba ir istabas temperatūrā. Pārejietuzreiz pie nākamā soļa.
Aditūcijas produkta hidrolīze.
Aditūcijas produkta hidrolīze.
Uzmanīgi pārlej reakcijas maisījumu 250 ml Erlenmeijera kolbā, kurā ir 50 ml 10 % sērskābes un apmēram 25 g ledus. Reakcijas kolbas skalošanai izmanto dažus ml parastā (bezūdens) ētera un dažus ml 10 % sērskābes. Pievieno šos skalošanas šķīdumus Erlenmeijera kolbā. Labi sakratīt, lai veicinātu aditīvā savienojuma hidrolīzi; bāziskie magnija sāļi pārvēršas ūdenī šķīstošos neitrālos sāļos, un trifenilkarbinols izplatās ētera slānī. Var būt nepieciešams papildu (parasta) ētera daudzums, ja sākotnējais ētera slānis iztvaikošanas rezultātā ir kļuvis pārāk mazs. Šajā brīdī var pārtraukt, ja nav pietiekami daudz laika nākamās daļas pabeigšanai. Uzlīmēto Erlenmeijera trauku uzglabājiet tvaika nosūcējā ar viegli piestiprinātu korķa (nevis gumijas) aizbāzni. Aizbāžnim jābūt pietiekami vaļīgam, lai atbrīvotos gāzu spiediens no izdalījušās ūdeņraža gāzes.
Kad neizmantotais Mg metāls nonāks saskarē ar skābi, notiks intensīva ūdeņraža gāzes izdalīšanās, un reakcijas maisījums var putot, ja pievienošana ir pārāk strauja.
Produkta izolēšana.
Ja jūsu ētera slānim ir cietie baltie kristāli, šie produkta kristāli ir izveidojušies, jo daļa ētera slāņa ir iztvaikojusi. Šos kristālus var izolēt, ielejot maisījumu dalāmajā piltuvē caur stikla piltuvi ar nelielu stikla vates aizbāzni kājiņā. Kristālus izskalo ar nelielu daudzumu ētera šķīdinātāja. Lai izolētu atlikušo produktu, Erlenmeijera kolbu, no kuras izlej sākotnējo šķīdumu, izskalo ar dažiem ml parastā ētera un pievieno to dalāmajā piltuvē. Sakratiet piltuvi, uzmanīgi pārliecinoties, ka gāze piltuvē uzkrājusies. Nosusiniet ūdens slāni. Sakratīt ētera slāni ar 10 % sērskābi, lai vēl vairāk atdalītu magnija sāļus, un noņemt sērskābes slāni. Etera slāni izskalo ar piesātinātu nātrija hlorīda šķīdumu, lai atdalītu ēterī izšķīdušo ūdeni. Noņemiet nātrija hlorīda šķīdumu. Šajās mazgāšanas operācijās izmantotais šķidruma daudzums nav kritisks. Parasti pietiek ar mazgāšanas šķidruma daudzumu, kas vienāds ar vienu trešdaļu ētera tilpuma. Lai veiktu galīgo ētera šķīduma žāvēšanu, ielej ētera slāni no dalāmās piltuves kakliņa Erlenmeijera kolbā, pievieno apmēram 5 g granulēta bezūdens nātrija sulfāta, kolbu ik pa laikam pagriež un pēc 5 minūtēm dekantē ēteri no cietā žāvējošā aģenta citā tīrā, sausā Erlenmeijera kolbā. Eteriskajam šķīdumam pievieno 25 ml ligroīna un kolbu aizkorķē ar korķa aizbāzni. Ļauj maisījumam nostāvēties uz nakti vai līdz nākamajam laboratorijas periodam. Pēc nostāvēšanas jāveidojas trifenilkarbinola kristāliem. Galvenajam piemaisījumam bifenilam jāpaliek šķīstošam rekristalizācijas šķīdinātājā. Kristālus filtrē ar sūknēšanas filtrāciju, līdz tie izžūst. Reģistrē izdalītā produkta svaru un aprēķina iznākumu %. Noteikt kušanas temperatūru.
Kad neizmantotais Mg metāls nonāks saskarē ar skābi, notiks intensīva ūdeņraža gāzes izdalīšanās, un reakcijas maisījums var putot, ja pievienošana ir pārāk strauja.
Produkta izolēšana.
Ja jūsu ētera slānim ir cietie baltie kristāli, šie produkta kristāli ir izveidojušies, jo daļa ētera slāņa ir iztvaikojusi. Šos kristālus var izolēt, ielejot maisījumu dalāmajā piltuvē caur stikla piltuvi ar nelielu stikla vates aizbāzni kājiņā. Kristālus izskalo ar nelielu daudzumu ētera šķīdinātāja. Lai izolētu atlikušo produktu, Erlenmeijera kolbu, no kuras izlej sākotnējo šķīdumu, izskalo ar dažiem ml parastā ētera un pievieno to dalāmajā piltuvē. Sakratiet piltuvi, uzmanīgi pārliecinoties, ka gāze piltuvē uzkrājusies. Nosusiniet ūdens slāni. Sakratīt ētera slāni ar 10 % sērskābi, lai vēl vairāk atdalītu magnija sāļus, un noņemt sērskābes slāni. Etera slāni izskalo ar piesātinātu nātrija hlorīda šķīdumu, lai atdalītu ēterī izšķīdušo ūdeni. Noņemiet nātrija hlorīda šķīdumu. Šajās mazgāšanas operācijās izmantotais šķidruma daudzums nav kritisks. Parasti pietiek ar mazgāšanas šķidruma daudzumu, kas vienāds ar vienu trešdaļu ētera tilpuma. Lai veiktu galīgo ētera šķīduma žāvēšanu, ielej ētera slāni no dalāmās piltuves kakliņa Erlenmeijera kolbā, pievieno apmēram 5 g granulēta bezūdens nātrija sulfāta, kolbu ik pa laikam pagriež un pēc 5 minūtēm dekantē ēteri no cietā žāvējošā aģenta citā tīrā, sausā Erlenmeijera kolbā. Eteriskajam šķīdumam pievieno 25 ml ligroīna un kolbu aizkorķē ar korķa aizbāzni. Ļauj maisījumam nostāvēties uz nakti vai līdz nākamajam laboratorijas periodam. Pēc nostāvēšanas jāveidojas trifenilkarbinola kristāliem. Galvenajam piemaisījumam bifenilam jāpaliek šķīstošam rekristalizācijas šķīdinātājā. Kristālus filtrē ar sūknēšanas filtrāciju, līdz tie izžūst. Reģistrē izdalītā produkta svaru un aprēķina iznākumu %. Noteikt kušanas temperatūru.
Psihoaktīvo vielu sintēze ar Grignarda reaģentu.
Grignarda reaģentu izmanto vairāku virsmaktīvo vielu sintēzē. Piemēram, sintētisko kanabinoīdu sintēzē alkilgrupas pievienošanai indola slāpekļa atomam (sk. JWH-018 sintēzes piemēru). Reakcija notiek diezgan ātri, maigos apstākļos, un tai nav nepieciešama karsēšana.
Nukleofīliskā Grignarda reaģenta pievienošana ļauj veikt dažas nespecifiskas un stereospecifiskas reakcijas, lai iegūtu amfetamīnu un tā prekursoru, piemēram, fenil-2-propanonu (P2P).
Vēl viena Griganarda reaģenta izmantošanas metode ir mefedrona (4-MMC) sintēzesceļā , kā izejvielu izmantojot 4-metilbenzaldehīdu.
Indolilmagnija jodīda reakcija ar aizvietotiem alkilhalogenīdiem, piemēram, nitriliem Cl(CH2)nCN un hloracetildietilamīdu, lai iegūtu attiecīgos 3aizvietotos indolus, ir labi pazīstama, lai gan ļoti reaktīvi halogenīdi, piemēram, metiljodīds un benzilhlorīds, dažkārt dod 1,3aizvietotus indolus. Šis DMT ceļš iespējams ar Grignarda reaģenta palīdzību.
Papildus iepriekšējiem dažādiem lietojumiem šo populāro pieeju izmanto ketamīna sintēzes posmā (o-hlorfenil)-ciklopentilketona ražošanā.
Secinājums.
Kā redzams, Grignarda reaģents tiek plaši izmantots organiskajā sintēzē un zāļu ražošanā. Alkilmagnija halogenīdi (saukti arī par Grignarda reaģentiem) darbojas kā nukleofili, uzbrūkot elektrofīlajam oglekļa atomam, lai veidotu oglekļa-oglekļa savienojumu. Grignarda reakcija ir svarīga metode, lai veidotu oglekļa-oglekļa saites, kā arī oglekļa-heteroatomu saites. Šis slepeno ķīmiķu vidū populārāko reakciju saraksts liecina par milzīgajām Griganarda reaģentu izmantošanas iespējām un veido plašu pētniecības lauku.
Last edited:
