Reacție Grignard | o reacție chimică organometalică

Mecanismul de reacție

Adiția reactivului Grignard la un carbonil se realizează de obicei prin intermediul unei stări de tranziție a unui inel cu șase membri.

Cu toate acestea, în cazul reactivilor Grignard cu impedimente sterice, reacția poate avea loc prin transfer de un singur electron.

Reacțiile Grignard nu vor funcționa dacă este prezentă apa; apa determină descompunerea rapidă a reactivului. Astfel, majoritatea reacțiilor Grignard au loc în solvenți precum eterul dietilic anhidru sau tetrahidrofuranul (THF), deoarece oxigenul din acești solvenți stabilizează reactivul de magneziu. Reactivul poate reacționa, de asemenea, cu oxigenul prezent în atmosferă. Acest lucru va introduce un atom de oxigen între baza de carbon și grupul de halogenură de magneziu. De obicei, această reacție secundară poate fi limitată de faptul că vaporii de solvenți volatili deplasează aerul deasupra amestecului de reacție. Cu toate acestea, chimiștii pot efectua reacțiile în atmosferă de azot sau argon. În reacțiile la scară mică, vaporii de solvent nu au suficient spațiu pentru a proteja magneziul de oxigen.

 

Realizarea unui reactiv Grignard

Reactivii Grignard se formează prin acțiunea unei halogenuri de alchil sau aril pe magneziu metalic. Reacția se realizează prin adăugarea halogenurii organice la o suspensie de magneziu într-un eter, care furnizează liganzii necesari pentru a stabiliza compusul organomagnezian. Solvenții tipici sunt eterul dietilic și tetrahidrofuranul. Oxigenul și solvenții protici, cum ar fi apa sau alcoolii, nu sunt compatibili cu reactivii Grignard. Reacția se desfășoară prin transfer de electroni unici.

R-X + Mg → R-X^•− + Mg^•+

R-X^•− → R^• + X⁻

X⁻ + Mg^•+ → XMg^•

R^• + XMg^• → RMgX

Reacțiile Grignard încep adesea lent. Mai întâi, există o perioadă de inducție în timpul căreia magneziul reactiv este expus la reactivii organici. După această perioadă de inducție, reacțiile pot fi foarte exotermice. Bromurile și iodurile de alchil și aril sunt substraturi comune. Se utilizează și cloruri, dar fluorurile sunt în general nereactive, cu excepția magneziului special activat, cum ar fi magneziul Rieke.

Numeroși reactivi Grignard, cum ar fi clorura de metilmagneziu, bromura de fenilmagneziu și bromura de alilmagneziu, sunt disponibili în comerț în soluții de tetrahidrofuran sau de eter dietilic.

Utilizând echilibrul Schlenk, reactivii Grignard formează cantități variabile de compuși de diorganomagneziu (R = grup organic, X = halogenură):

2 RMgX R₂ Mg + MgX₂

Inițiere

Au fost dezvoltate multe metode pentru inițierea reacțiilor Grignard care se declanșează lent. Aceste metode slăbesc stratul de MgO care acoperă magneziul. Ele expun magneziul la halogenura organică pentru a începe reacția care produce reactivul Grignard.

Metodele mecanice includ zdrobirea bucăților de Mg in situ, agitarea rapidă sau utilizarea ultrasunetelor (sonicare) a suspensiei. Iodul, iodura de metil și 1,2-dibromoetanul sunt agenți de activare utilizați în mod obișnuit. Chimiștii folosesc 1,2-dibromoetanul deoarece acțiunea sa poate fi monitorizată prin observarea bulelor de etilenă. De asemenea, produșii secundari sunt inofensivi:

Mg + BrC₂ H₄ Br → C₂ H₄ + MgBr₂

Cantitatea de Mg consumată de acești agenți de activare este de obicei nesemnificativă.

Adăugarea unei cantități mici de clorură de mercur va amalgama suprafața metalului, permițându-i acestuia să reacționeze.

Producția industrială

Reactivii Grignard sunt produși în industrie pentru a fi folosiți la locul de muncă sau pentru vânzare. Ca și la scară de banc, principala problemă este cea a inițierii. O parte dintr-un lot anterior de reactiv Grignard este adesea utilizată ca inițiator. Reacțiile Grignard sunt exotermice; această exotermie trebuie luată în considerare atunci când o reacție este scalată de la laborator la instalația de producție.

 

Reacții ale reactivilor Grignard

Reacții cu compuși carbonilici

Reactivii Grignard vor reacționa cu o varietate de derivați carbonilici.

Cea mai frecventă aplicație este pentru alchilarea aldehidelor și cetonelor, ca în acest exemplu:

Observați că funcția acetal (un carbonil mascat) nu reacționează.

Astfel de reacții implică, de obicei, o pregătire acidă pe bază de apă (apoasă), deși acest lucru este rareori indicat în schemele de reacție. În cazurile în care reactivul Grignard se adaugă la o aldehidă sau cetonă prochirală, modelul Felkin-Anh sau regula lui Cram pot prezice, de obicei, ce stereoisomer se va forma.

Reacții cu alți electrofili

În plus, reactivii Grignard vor reacționa cu electrofilele.

Un alt exemplu este fabricarea salicilaldehidei (nu este prezentată mai sus). Mai întâi, bromoetanul reacționează cu Mg în eter. În al doilea rând, fenolul în THF transformă fenolul în Ar-OMgBr. În al treilea rând, se adaugă benzen în prezența pulberii de paraformaldehidă și a trietilaminei. În al patrulea rând, amestecul se distilează pentru a elimina solvenții. În continuare, se adaugă HCl 10%. Salicilaldehida va fi produsul majoritar atâta timp cât totul este foarte uscat și în condiții inerte. Reacția funcționează și cu iodoetan în loc de bromoetan.

Formarea de legături cu B, Si, P, Sn

Reactivul Grignard este foarte util pentru formarea legăturilor carbon-heteroatom.

Reacții de cuplare carbon-carbon

Un reactiv Grignard poate fi, de asemenea, implicat în reacțiile de cuplare. De exemplu, bromura de nonilmagneziu reacționează cu p-clorobenzoatul de metil pentru a da acid p-nonilbenzoic, în prezența fierului (III) Tris(acetilacetonat), adesea simbolizat ca Fe(acac)₃ , după ce a fost prelucrat cu NaOH pentru a hidroliza esterul, prezentat după cum urmează. Fără Fe(acac)₃ , reactivul Grignard ar ataca gruparea ester peste halogenura de aril.

Pentru cuplarea halogenurilor de aril cu aril Grignard, clorura de nichel în tetrahidrofuran (THF) este, de asemenea, un bun catalizator. În plus, un catalizator eficient pentru cuplarea halogenurilor de alchil este tetraclorocupratul de dilitiu (Li₂ CuCl₄ ), preparat prin amestecarea clorurii de litiu (LiCl) și a clorurii de cupru(II) (CuCl₂ ) în THF. Cuplarea Kumada-Corriu permite accesul la stirenele [substituite].

Oxidare

Oxidarea unui reactiv Grignard cu oxigen are loc prin intermediul unui radical intermediar la un hidroperoxid de magneziu. Prin hidroliza acestui complex se obțin hidroperoxizi, iar prin reducere cu un echivalent suplimentar de reactiv Grignard se obține un alcool.

R - M g X + O 2 ⟶ R ∙ + O 2 ∙ - + M g X + ⟶ R - O - O - O - M g X + H 3 O + ⟶ R - O - O - O - H + H O - M g X + H + ↓ R - M g X R - O - M g X + H 3 O + ⟶ R - O - 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 &{\mathsf {R{-}O{-}O{-}O{-}MgX}}&+\quad {\mathsf {H_{3}O^{+}}&&\longrightarrow \quad {\mathsf {\mathsf {R{-}O{-}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 {\mathsf {HO{-}MgX+H^{+}}}}}end{array}}}}}

O reacție a Grignardului cu oxigenul în prezența unei alchene produce un alcool etilenic extins. Aceștia sunt utili la sintetizarea unor compuși mai mari. Această modificare necesită reactivi aril sau vinil Grignard. Adăugarea doar a Grignardului și a alchenei nu duce la o reacție, ceea ce arată că prezența oxigenului este esențială. Singurul dezavantaj este cerința de a avea cel puțin doi echivalenți de reactiv Grignard în reacție. Acest inconvenient poate fi rezolvat prin utilizarea unui sistem Grignard dublu cu un reactiv Grignard reducător ieftin, cum ar fi bromura de n-butilmagneziu.

Substituție alifatice nucleofilă

Reactivii Grignard sunt nucleofili în substituțiile alifatice nucleofile, de exemplu, cu halogenuri de alchil într-o etapă cheie în producția industrială de naproxen:

Eliminare

În sinteza olefinelor Boord, adiția magneziului la anumiți β-haloeteri are ca rezultat o reacție de eliminare a alchenei. Această reacție poate limita utilitatea reacțiilor Grignard.

 

Degradarea Grignard

Degradarea Grignard a fost la un moment dat un instrument de identificare (elucidare) a structurilor, în care un Grignard RMgBr format dintr-o bromură de heteroaril HetBr reacționează cu apa la Het-H (brom înlocuit cu un atom de hidrogen) și MgBrOH. Această metodă de hidroliză permite determinarea numărului de atomi de halogen dintr-un compus organic. În utilizarea modernă, degradarea Grignard este folosită în analiza chimică a anumitor triacilgliceroli.

 

Utilizare industrială

Un exemplu de reacție Grignard este o etapă cheie în producția industrială de tamoxifen. (Tamoxifenul este utilizat în prezent pentru tratamentul cancerului de sân cu receptori de estrogen pozitivi la femei):

 

Galerie

 

Pagini conexe

• Reacția Wittig
• Reacția Barbier
• Sinteza aldehidei Bodroux-Chichibabin
• Reacția Fujimoto-Belleau
• Reactivi de organolițiu
• Reacția lui Sakurai