醛和酮

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用于醛酮加成的格氏试剂

最后更新:2022年12月1日|

格氏试剂:它们的形成、反应和反应机理

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今天的试剂是大多数学生都有过的经验。格利雅试剂都是由金属镁和烷基烯基卤化物。它们是非常好的亲核试剂,可以和亲电试剂反应羰基化合物(醛、酮、酯类,二氧化碳等)和环氧化物。它们也是非常强的碱,会与酸性氢(如醇、水和羧酸)反应。

类似的或相同的:非常类似于有机锂试剂。

格氏试剂的形成

格氏试剂是通过将金属镁加入烷基烯基卤化物。卤化物可以是Cl、Br或I(不是F)。然而,用碘化物和溴化物制造格氏格纳德稍微容易一些。注意这里发生了什么——镁“插入”在碳和卤化物之间。当我们把格氏试剂称为“RMgX”时,这种卤化物就是“X”。

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格氏试剂与醛反应生成仲醇

格氏试剂最常见的用途之一是与醛和酮反应生成醇。第一步,格氏键形成碳碳键。这将导致一个醇盐(共轭碱一个酒精).为了形成酒精在反应的最后,有必要加入酸(在所谓的“工作”步骤)。这里显示为“H3O+”(“X”只是反离子,观众在这里)

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格氏试剂与酮反应生成叔醇

与酮的反应类似。再说一遍,这里的Cl没有什么特别之处——这完全取决于你最初是如何制作格力纳德的。

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格力加两倍酯和酸卤化物

格氏试剂也会加入酯类。使这些反应变得更复杂的是它们添加两次。加酸后的净产物是叔胺酒精。卤化酸亦是如此(酰卤化物)和酸酐。一个显著的例外是羧酸(下文将详细介绍)。

reaction-of-grignard-reagents-with-esters-to-give-tertiary-alcohols-double-addition

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环氧化物中格氏试剂的添加

格氏试剂的另一个重要反应是它们会加入环氧化合物形成碳-碳键。这里要记住的一件事是它们的趋势是增加替换的一端环氧-即空间受阻较小的一端。你可以认为这个反应本质上类似于anSN2的反应。在加入酸后,形成酒精是获得。

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格氏试剂与二氧化碳反应生成羧酸

格氏试剂也加入二氧化碳(CO2)形成羧酸盐,反应类似于它们与酮和醛的反应。羧酸在加入酸(如我们信赖的H3O(+))后转化为羧酸。

reaction-of-grignard-reagents-with-co2-carbon-dioxide-to-give-carboxylic-acids

格氏试剂是强碱-质子化(和氘化)

最后,由于格氏试剂本质上是烷烃的共轭碱,它们也是极强碱。这意味着有时酸碱反应可以与亲核加成反应竞争。一种常见的情况是在羧酸中加入格氏试剂。人们很容易忘记这一点羧酸也是酸。这就意味着,不加羰基,它们反而和质子反应形成羧酸盐盐。

reaction-of-grignard-reagents-with-acidic-hydrogens-acids-to-incorporate-h-and-deuterium

这也可以用于转换烷基卤化物到烷烃。首先用镁处理,然后用强酸处理格氏。这就得到了烷烃。你也可以用这个来介绍(D)变成分子!第一步是制备格氏试剂。第二种方法是用氘酸如D2O处理格氏纤维。这就得到了氘化烷烃!

机理:格氏试剂加入醛和酮

那么它是如何工作的呢?格氏试剂的关键其实很简单。当你考虑碳(2.5)和镁(1.1)的相对电负性时,碳和镁之间的键是极化对碳。这意味着碳比镁更富电子实际上亲核!让我们仔细看看。

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在格氏反应与醛的反应中,碳攻击羰基碳原子进行1,2-加成反应得到醇盐。在第二步,加酸给你酒精


(高级)参考资料和进一步阅读

  1. 格里纳德,v。C。学会科学。1900130, 1322 - 1324
    维克多·格里纳德的原始论文描述了一种新的方法酒精从碳氢化合物合成。
  2. 维克多·格里纳德和保罗·萨巴蒂尔:两位诺贝尔化学奖的杰出得主
    亨利·b·卡根
    化学。Int。艾德。201251, 2 - 9
    DOI:10.1002 / anie.201201849
    对于那些对科学史感兴趣的人来说,这是对维克多·格里纳德和保罗·萨巴蒂尔生活的历史视角,并深入了解他们的生活,他们如何做出开创性的发现,以及他们工作的影响等等。
  3. 机械活化镁转炉制备活性格氏试剂
    凯伦·v·贝克,约翰·m·布朗,奈杰尔·休斯,杰罗姆·斯卡努里斯和安·塞克斯顿
    有机化学杂志199156(2), 698 - 703
    DOI:
    10.1021 / jo00002a039
    有时,使用金属Mg形成格氏试剂可能具有挑战性,并且已经开发了各种激活金属表面的方法,包括在惰性气氛下通过干搅拌Mg旋转数小时的机械激活。

    以下3篇论文是格氏试剂形成机理的研究:
  4. 格氏试剂的形成机理:自由分子的俘获烷基与四甲基哌啶- n -氧基反应的自由基中间体
    卡伦·s·鲁特、克雷格·l·希尔、勒奈特·m·劳伦斯和乔治·m·怀特塞兹
    美国化学学会杂志1989111(14), 5405 - 5412
    DOI:10.1021 / ja00196a053
  5. 格氏试剂形成机理。反应的表面性质
    M. Walborsky和Janusz Rachon
    美国化学学会杂志1989111(5), 1896 - 1897
    DOI:10.1021 / ja00187a063
  6. 格氏试剂形成机理。d -模型计算与实验产品产量的比较
    约翰·f·加斯特和布莱恩·l·斯威夫特
    美国化学学会杂志1989111(1), 241 - 250
    DOI:10.1021 / ja00183a037
  7. 4 -甲氧基4 ' -NITROBIPHENYL
    K. Stille, Antonio M. Echavarren, Robert M. Williams和James A. Hendrix
    Org。Synth。199371, 97年
    DOI:10.15227 / orgsyn.071.0097
    这个过程的第二步包括的合成p -茴香基溴化镁,它是一种复杂的格氏试剂,需要用碘化甲酯对镁进行特殊活化。

评论

评论部分

78个关于"用于醛酮加成的格氏试剂

  1. 醛酮与格氏试剂反应时形成的碳正离子是通过1-2甲基位移或氢化物位移稳定的吗?

      1. 由于氟是卤素中最小的元素,氟与碳原子形成了很强的共价键,因此为了打破这种键,必须施加强有力的条件

  2. 如果你试图用格氏化学合成一种产物,而格氏反应物(R-MgBr)也含有酯而另一个反应物是醛,格氏反应物会在与醛反应之前先与自己反应吗?

  3. Greg Nard将相当于3,4-环氧-4-甲基环己醇(图1)加入甲基溴化镁的醚溶液中,然后加入稀盐酸。他预期的产物是二醇(图2)。他没有得到任何预期的产物。他得到了什么产品?”i have tried everything for the answer i cannot figure it out

    1. 听起来它只是去质子化了环上1号位置的羟基,假设底物是3,4-环氧-4-甲基环己烷-1-醇。烷氧基可能会打开环氧化合物生成一种我叫不出名字的产物,但应该是双环己醚其中一个环上有甲基和以前的环氧羟基。所以格氏打开环氧没有二醇因为-OH是一个酸性太强的质子在CH3MgBr存在的情况下。

      1. 哦哦,或者你可能会得到一个很酷的分子内攻击如果你把底物扔到椅子构象中让O-这样攻击环氧化物。我不知道。值得建立一个模型或画出草图。如果你使用的是非常稀的底物溶液,那么两个分子找到彼此的可能性很小,分子内的可能性就会胜出。

        1. 但在分子内的情况下,你最终会在取代度更高的一侧打开环氧化合物,得到两个共用C-O-C桥的5元环(要把这个模型拿出来!)而不是4+6……

  4. 感谢您在这些页面上所做的所有工作!你能谈谈格氏试剂与羧酸盐和羧酸的反应吗?他们会无动于衷吗?我被要求展示羧酸盐(丁酸乙酯)和格氏甲酯的产物,然后是水的检验。我猜盐和格氏不会发生反应(因为这些盐非常稳定),水会简单地质子化形成羧酸。想法吗?

    1. 好问题。它倾向于启动电子转移类型的反应,最终导致R-X (X是卤素)键的断裂。格栅在溶液中倾向于成簇,因此它们的空间阻力比它们可能表现出来的要大。解决方法是用CuBr或类似的方法将它们制成有机氯化物(吉尔曼试剂)。然后SN2反应很好(特别是在初级底物上)。詹姆斯

  5. 我们最近在实验室里用乙醚做了一个格氏合成,反应的迹象是沉淀物浑浊,镁上出现了气泡,但我不知道这些气泡是什么气体……它们是乙醚吗?

    1. 同样的事情!水是一种足够强的酸,可以使醇酸质子化。[额外的细节,可以跳过:这将形成HO-和ROH。既然卢的酸强度和水差不多,为什么反应不反过来呢?关键是要加入大量多余的水。由于水的浓度要大得多,平衡使它向酒精方向发展。

  6. 格氏能攻击二氧化碳两次吗,因为羧酸盐中的碳在第一次格氏攻击后仍然带正电荷?然后质子化就形成了一个双生子?

  7. 嗨,我买了你所有的指南和应用程序,但应用程序自2012年以来就没有更新,而化学反应肯定没有改变orgo课程,我不买付费,我很好奇未来是否会有任何更新。

  8. 酮和醚都没有酸性氢,那为什么格氏试剂和酮反应而不是和醚反应呢?

    RMgX + R ' OR '—> ROR ' + MgX(OR ')
    上述反应会发生吗?

    如果发生了,为什么格氏试剂要放在干醚中?

    1. 简短的回答是否定的。烯烃中C-C π键上的电子在两个碳之间相对平均地共享,结果是两个碳都不带明显的部分正电荷。烯烃是不反应的。与之相反的是C=O键,碳部分带正电,氧部分带负电;格氏试剂在这种情况下反应性更强。

  9. 嗨,James,自从我开始学习ochem II后,我有一个问题一直在我的脑海里。为什么我们从来没有看到Grignards与酮和酯上的α氢反应,而是选择在取代反应中攻击羰基,即使pKas的差异理论上允许这样的去质子化(分别为pKa 50 vs pKa ~20和25)?

    1. 嗨,乔恩。酸碱反应*可以*发生,但通常只发生在空间位阻很大的酮上。
      部分原因是相对于碳,为什么在杂原子(例如OH)上的酸碱反应更快。(又名“最小运动原理”)
      像OH这样的杂原子上的酸碱反应非常快,因为在去质子化之后,原子周围的化学键几乎没有重组。
      相反,在α碳上,碳要从sp3杂化到sp2,这意味着另外两个碳氢键也要移动。
      另一个微妙的因素是酮的α碳上的酸碱反应要求C-H与羰基的π系统对齐(因此去质子化产生共振稳定的阴离子)。所以要发生酸碱反应,反应物之间的碰撞必须与碳上的碳氢键的构象一致。C=O键上的反应没有这样的构象障碍,假设格氏键在接近羰基的过程中没有任何障碍(即没有空间位阻),反应应该很快。我知道这听起来有点像手把手的,但这是一种试图逆向解释为什么酸碱反应在这种情况下相对缓慢的尝试。

  10. 格氏能和二氢戊烯反应吗?
    如果我们用两摩尔的grignard(在第一次攻击中,我相信它会使一边芳香)会发生什么?

  11. 嘿,詹姆斯,今天我遇到了这个问题https://tinyurl.com/y489es2g它写的是“如果CH3MgBr摄入过量,那么在反应中会消耗多少摩尔的CH3MgBr”
    我解决了这个问题,得出的结论是只需要2摩尔的CH3MgBr,但答案是3摩尔,请尽快帮助我。

    1. 通常不是你想要的结果(即替换)。电子转移、卤代烷基还原和消除都是常见的副反应。这取决于卤代烷的性质和取代方式。
      即使使用铜酸盐(吉尔曼试剂),在仲碳上进行取代反应也是非常具有挑战性的。

  12. 问候!首先,非常感谢您创建了这样一个精彩的网站!
    环己烷可以用作格氏试剂的溶剂吗?我的课本上说不可能,会是什么原因呢?它似乎也没有酸性氢。
    谢谢!

  13. 问候!首先,感谢您创建这个网站!
    例如,醛和酮也是酸性的。,acetone can act as an acid, so why don’t they give acid-base reaction with Grignard reagent. Is it because it is a weak acid? Are there any priority order like when will acid-base reaction occur and when nucleophillic addition? Thank you for your help!

  14. 你好,
    我在想,生成格栅的反应是放热的,是自发的。此外,氧化/还原反应是热力学反应(δ G = -nF(δ)E)。因此,我能否得出结论,生成格栅的反应是在热力学控制下的?
    这感觉与直觉相反,因为形成的有机金属化合物比卤代化合物反应性更强,更不稳定。
    我希望你能指点我哪里做错了。
    谢谢你的出色工作。

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