格氏试剂 ,又称格林尼亚试剂 ,是指烃基 卤 化镁 (R-MgX)一类有机金属化合物 ,是一种很好的亲核试剂 。在有机合成 和有機金屬化學 中有重要用途。此类化合物的发现者法国 化学家维克多·格林尼亚 (François Auguste Victor Grignard )因此而获得1912年诺贝尔化学奖 。[ 1] [ 2]
制备
格氏试剂一般由卤代烷 与金属镁 (为了增大表面积,一般为细丝或粉末)在无水乙醚 或四氢呋喃 (THF)中反应制得。在乙醚中,格氏试剂形成有两个分子乙醚构成的錯合物。乙醚可用100℃加热后减压蒸馏的方式除去,得到的格氏试剂可溶于石油醚、苯、或二甲苯溶剂中使用。高温合成时可用丁醚或戊醚代替乙醚。在四氢呋喃中,由于氧更显露,更容易形成錯合物 ,许多不活泼的卤代烃也可发生反应。由於格氏试剂极为活泼,遇水 即水解 ,遇羰基 化合物即加成,因此在反应时,反应器皿中不能有水,也不能有二氧化碳 。在封闭状态下格氏试剂溶液很稳定,可以制成商品出售。
由于碘代烷价格较高,一般用溴代烷合成。但由于氯、溴甲烷均为气体,使用不便,一般使用碘甲烷合成碘化甲基镁(CH3 MgI)。乙烯型卤代烃要在四氢呋喃 中方能形成格氏试剂。而氯代芳烃的形成除THF外,还须控制温度与压力。烯丙型及苯甲基型格氏试剂,合成后会与尚未反应的卤代烃发生偶合,因而需要严格控制温度。
格氏试剂的制备如果较难引发,可以加一小粒碘引发,碘切不可加多,否則会有较多副产物出现。
理論
由于镁原子直接和碳链相连,极化作用的结果是使邻近镁原子的那个碳原子呈负电性,使得这根C-Mg键极具反应活性。为了保证格氏试剂不发生其他反应,反应一般在醚类溶剂里进行,常用的有乙醚 或四氢呋喃 。格氏试剂实现了由碳正向碳负的转化,具有重要的意义。
反应
格式试剂在有机合成中能起三种不同的功能。
一个是亲核试剂,这是最常见的功能;第二是作为碱使用,普通烷基卤化镁能产生相当于pka30左右的碱性,常常作为一种易得的强碱使用,常作为烯胺拔氢用碱;第三个功能是作为还原剂,这个功能的存在会造成副反应增多,产率下降(指在羰基加成反应裡)。
与具有极性的双键反应
格氏试剂可与具有极性的双键发生加成。如格氏试剂与羰基发生加成常用于接长碳链或合成醇 类化合物,是有机合成的重要反应。它是通过与羰基化合物(醛 、酮 、酯 )进行亲核加成反应实现的,这种反应又称做格林尼亚反应。以丙酮 的格林尼亚反应为例,机理如下:
选择不同的反应物可以得到不同的醇,如:
注意氧原子连的镁卤基团只有经水解才能脱去。
实际上,研发这种试剂的初衷是找一种通过取代反应 接长碳链的物质,然而反应速度很慢。后来它在加成反应 上的作用被发现,它才被广泛使用。
格氏试剂也可与RC≡N等发生加成:
R'C≡N + RMgX → R'(C=N)R
与活泼氢的反应
格氏试剂与活泼氢 的反应是制备烷烃的方法之一[ 3] :
RMgX + H2 O → RH + Mg(OH)X
RMgX + R'OH → RH + R'OMgX
RMgX + R'COOH → RH + R'COOMgX
RMgX + NH3 → RH + NH2 MgX
RMgX + R'NH2 → RH + R'NHMgX
RMgX + R'C≡CH → RH + R'C≡CMgX
与卤代烃作用
格氏试剂与卤代烷作用可发生偶合作用生成烃:
H2 C=CH–CH2 Cl + H2 C=CH–CH2 MgCl → H2 C=CH–CH2 –CH2 –CH=CH2 + MgCl2
这是合成末端烯烃的一种方法。
与金属卤化物反应
格氏试剂的烃基可取代部分金属卤化物 的卤原子,生成其它有机金属化合物 :
CdCl2 + 2RMgX → R2 Cd + 2MgClX
AlCl3 + 3RMgX → R3 Al + 3MgClX
有机镉化物可用于合成酮 ,烷基铝是烯烃加氢聚合的催化剂之一。
其他反应
格氏试剂可以和硫、硒、碲反应:[ 4]
RMgX + S(或Se、Te) → RSMgX
实验:制作格氏试剂并与羰基化合物反应
参考资料
^ Smith, M. B.; March, J. Advanced Organic Chemistry , 5th ed.; John-Wiley & Sons: New York, 2001. ISBN 0-471-58589-0 - グリニャール試薬を用いた反応を網羅している。
^ Kürti, L.; Czakó, B. Storategic Applications of Named Reactions in Organic Chemistry ; Elsevier: Amsterdam, 2005; pp 188–189. ISBN 0-12-429785-4 - グリニャール反応に関する論文など38の参考文献が記載されている。
^ 《有机化学》第二版.高等教育出版社. 谷亨杰 吴泳 丁金昌 编.2000年7月第2版. 第七章 卤代烃 亲核取代反应. P180
^ 宋礼成, 王佰全. 金属有机化学原理及应用. 高等教育出版社,2012.10. pp 108