金属有机化学课件

金属有机化学的历史回顾 主族金属有机化合物及其在药物化学中 的应用 过渡金属有机化合物及其在药物化学中 的应用
1760年在巴黎军事药学院，Cadet等利用金属钴盐合成了 一种密写墨水。由于钴盐的矿物中含有氧化砷，所以分离 后得到砷的化合物:As2O3+ 4CH3COOK“Cadet’s fuming liquid”(含有[(CH3)2As]2O)这是人类合成的第一个有机金 属化合物 1807年Zeise盐的发现，Na[PtCl3(C2H4)]。这是第一个含 烯烃配体的有机金属化合物。 1899年P. Barbier采用镁作为试剂进行如下反应：
MgBr O
O O
CuBr THF
Cu O
O O
5. 有机金属化合物 + 芳基卤化物
RM + R`X→RX + R`M M = Li n−BuLi + PhX→n−BuX + PhLi
6 有机金属化合物＋C−H酸
RM + R'H
RH + R'M
R
H + C2H5MgBr
R
C + n-BuLi
MgBr
溶剂：乙醚（实验室）四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃，甲 基叔丁基醚等(工厂)
特殊类型格氏试剂的制备
在洁净干燥的1000ml三口瓶中，加入无水乙酸乙酯 250ml和氯化镁101g与三乙胺146ml。在室温下充分搅拌1h 后，分批加入丙二酸乙酯钾盐86.Og，搅拌0．5h后放置备 用。
常见反应
与活泼氢的反应生成烷烃 与金属卤化物的反应生成其它金属有机化合物 与羰基化合物的反应生成仲醇 与酯或酰氯反应生成叔醇 与有机环氧化合物的反应生成醇
对于重主族元素(M = Tl, Pb, Bi, Hg)，由于这 些元素的M—C键很弱，上述反应比较困难。 但可以通过加入电负性很强的金属来促进这个 反应的进行：
b混合金属的反应
2Na + Hg + CH3Br → (CH3)2Hg + 2NaBr ΔH = −530kJ/mol4
NaPb + 4C2H5Cl → (C2H5)4Pb + 3Pb + 4NaCl
1951年 P. Pauson和S. A. Miller各自独立合成出二茂铁 (C5H5)2Fe， 这是现代有机金属化学的里程碑。
1955 E. O. Fisher: (C6H6)2Cr: bis(benzene)chromium 1955年K. Ziegler采用混合金属催化剂(TiCl4/AlR3)在常温常 压下催化乙烯、丙烯聚合；随后，G. Natta发展并深入研究了 这个反应。它们在工业上的应用大大改善了人们的生活。
实际应用的例子
O
O
O
O
O
+ C4H9Li
O
O TMEDA
H
O
O
THF Li
O
OH
O
O
O
TMEDA是富马酸，也叫 反丁烯二酸
用于去质子化
与羰基的加成反应
活性比格氏试剂要高，较少受位阻的影响较小。
Li
H3C
CH3 +
H3C
O
CH3
H3C
CH3 +
H3C
O
CH3
MgBr
H3C CH3
+
H
H3C
CH3
2.烯醇化反应
如果羰基碳原子上连有较大基团．形成较大的空间障碍时，亲核试剂 不能有效地攻击羰基碳，转而夺取 -H，被作用物生成烯醇式结构。
H3C
CH3 + RMgX
H3C
O
CH3
H R MgX
O
H3C H3C
CH3
+ RH
CH3 OMgX
3.羰基还原反应
格氏试剂与酮的加成对立体效应敏感，当酮和格氏试剂 空间障碍增加时，羰基更多地趋向于被还原。
在GC和GC-MS中的应用
主要作为衍生化方法，将羟基衍生化为硅 醚，以降低沸点，提高稳定性，以利于检测。
硅醚在羟基保护中的应用
三甲基硅基醚（TMS－OR），二苯甲基硅基醚（ DPMS－OR），三乙基硅基醚（TES－OR），异丙基 二甲基硅基醚（IPDMS－OR），叔丁基二甲基硅基醚 （TBDMS－OR），三异丙基硅基醚（TIPS－OR）， 叔丁基二苯基硅基醚(TBDPS－OR)，二叔丁基甲基硅 基醚(DTBMS－OR)。
3.有机金属化合物＋有机金属化合物
RM + R`M`→R`M + RM` 4PhLi + (CH2=CH)4Sn→4(CH2=CH)Li + Ph4Sn 由于生成Ph4Sn沉淀，使反应平衡向右移动，易于进行。
4.有机金属化合物和金属卤化物(盐)交换
RM + M`X→RX + MX
3CH3Li + SbCl3→ (CH3)3Sb + 3LiCl M的电正性大于M`时，有利于反应的进行
1989年 Jutzi研究了主族元素环戊二烯类配体化学，如： Cp*2Si。
1990年 M. Herberhold研究了有机过渡金属硫族化学
2001年 Nobel奖授予W.S. Knowles, R. Noyori and K. B. Sharpless,表彰他们在催化不对称还原和催化不对称氧化 方面的贡献。
这种金属化反应的实质是酸/碱平衡反应。较强的R`H的 酸性有利于反应的进行。
C－H酸性特别强的化合物可以直接与碱金属发生反应
+ Na
THF
+
-
Na + 1/2 H2
有机镁化合物的反应及其在药物化学中的应 用（Grignard试剂）
Grignard试剂的制备方法
格氏试剂是由卤代烃在干醚溶液中，与金属镁粉混合反应 所生成，其生成的反应方程式如下
主族元素金属有机化学
与碳原子以极性共价键相连。
极性共价键是具有离子键性质的共价键
共价键的离子性 因为金属的不同而不同。钾、锂、镁、 锌、镉的金属－碳键的离子特征百分数分别为51、47、 43、35、18和15。
金属有机化合物的制备方法
1.卤代烃和金属反应
a直接反应 2M ＋ nRX→RnM + MXn (或RnMXn) 2Li + C4H9Br → C4H9Li + LiBr Mg + C6H5Br → C6H5MgBr 由于形成MXn具有较高的熵，所以通常以上反应 较易进行。
H3C
CH3
OH
H3C CH3
+
H
H3C
H
H3C OH
与羰基的加成反应
PhMgBr
CC HH
O
PhLi
CC H H2 O
CC HH
OH
对,-不饱和羰基化合物的加成
主 要产物 主 要产物
与腈基反应
这是制备羰基化合物的好方法。
RLi与吡啶反应
制备2-烷基吡啶的好方法。
制备其它金属有机化合物
有机硅化合物及其在药学 中的应用
RX + Mg anhydrous ether
RMgX
X= I, Br, Cl
ether = ethyl ether, THF, 2-methyl-THF, 甲 基 叔 丁基 醚
格氏试剂性质极为活泼，在制备和使用时都受到一些 严格的限制。
在制备时需要严格的无水和无氧条件
引发剂：碘，碘甲烷，1,2-二溴乙烷
卤代烃和金属反应
+ C2H9Br
2Li
ether
+ C2H9Li
LiBr
锂的有机金属化合物的反应
在化学性质方面，有机锂化合物与Grignard试剂相似，但反 应活性更强。
a. 金属取代反应
RLi + R'H
R'Li + RH
这是一个制备有机锂化合物的重要方法。可以将R−Li作为 一个盐来看待，如果R`−H的酸性较强，那么将有利于此反 应的进行。
过渡金属的有机金属化学
有机金属化学丰富多彩的一面，主要展现在 有机过渡金属化学领域。
这是因为而过渡金属的(n−1)d, np和ns都是价 键轨道。这些轨道的部分占有使得过渡金属兼具 电子受/授体(electron−acceptor/−donor)的性质，过 渡金属进一步再与授/受(donor/acceptor)配体(如 CO，异腈，卡宾，烯烃等)相配合，由此而形成 的金属－配体MKL键的键级变化丰富多样(σ−授 体/π−受体协同效应，σ−donor/acceptor synergism) 。
常见副反应及其应用
1.格氏试剂的偶联反应
芳香烃基的和烷基的格氏试剂与卤代烃、硫酸酯、磺酸酯 等的偶联反应是制备增加烃基的或增加碳原子数的芳香烃 和高级烷烃的重要方法
格氏试剂的偶联反应用于辅酶Q10的合成
O
O
Mg
Cl
THF
O
O
O O
O O
Mg Br
Cl
O O
O O
Br MgCl
O O
O O
9H
H
9
2. 金属＋有机金属化合物
M + RM`→RM + M` Zn + (CH3)2Hg→ (CH3)2Zn + Hg ΔH = −35kJ/mol
这个方法适用于M = Li − Cs, Be − Ba, Al, Ga, Sn, Pb, Bi, Se, Te, Zn, Cd。RM`只能有弱的“放热”—而最好 具有“吸热”性(例如：(CH3)2Hg, ΔH= +94kJ/mol)。 决定这一方法是否可行的关键因素在于RM和RM`的 自由生成焓Δ(ΔGf°)之差。