第三章_金属有机反应

1. 有机锂化合物的亲核性和碱性比格利 雅试剂强。大体积的烷基锂可与有很大 空间位阻的羰基化合物发生亲核加成反 应，而格利雅试剂则不能。例如：
O Et2O (CH3)3CLi + (CH3)3C-C-C(CH3)3 -60℃
H2O [(CH ) C] C-OH 3 3 3
合 成
OH
O
+
Li
2. 有机锂可以与羧酸和二氧化碳反应制备酮。
O
空间位阻小


O
H2C
CH2

H2C
CH
R'
环氧乙烷
O H2 C R MgX CH2 OMgX
取代环氧乙烷
三元环较 活泼，易 开环。
OH H2O R CH2 CH2
R CH2 CH2 亲核取代 烷氧基镁 O
伯醇
R
MgX
H2C
CH
R'
H 2O
OH R CH2 C H R'
仲醇
提示：合成上用于制备比卤代烷多2个碳的醇类化合物
C. 与醛酮的亲核加成反应 羰基碳有亲电性
O MgX R
H2C O
H 2O

OMgX R C H2 O R
OH C
C
亲核加成 醇
R CH2 OH
伯醇
R'CH R MgX O R' C R"
H 2O R
提示：合成上用 于制备比卤代烷 多 R`+1 个碳原
O
H 2O
R' R CH OH
仲醇
主要内容 一般原理 有机镁化合物 有机锂化合物 有机锌和有机镉化合物 有机铜化合物

有机金属化合物
金属 R = M (M = 金属, metal) Li 1. 类型 Mg Cd 离子型（与碱金属形成的化合物） Cu 烷基锂 电负性 1.0 1.2 1.7 1.9
R
Li
离子型化合物：碱金属和碱土金属的电负性很小，它们
2. 通过金属－卤素交换制备（锂－卤交换）
RLi + R’X → R’Li + RX 例： RX + C4H9Li → C4H10 + RLi
通过金属－卤素交换是制备有机锂试剂的 另一重要方法。该法主要用于1－烯基锂 或芳基锂的制备。此类反应进行的方向是 朝着生成更稳定的有机锂化合物，即金属 连接到电负性更大的碳上。
R
R'
+
MgX2
苄基、烯丙基、3o烷基
1o 和 2o 烷基卤代烷 不发生偶联
例：
RCH
CHCH2 RCH
MgX CHCH2
+
RCH
CHCH2 +
X MgX2
CH2CH CHR
提示： 制备活泼卤代烷的Grignard试剂时，应采用
低温和稀溶液反应，以防偶联发生。
B. 与环氧乙烷衍生物的反应

OLi RCOOH + R'Li
RLi + CO2
RR'C OLi
RCOOLi
RLi
H3+O
RCOR'
H3+O
R2C-OLi
R2CO
有机锂与羧酸合成酮的特点是：如果原羧酸是光活性的， 所得的酮也同样是光活性的。羧酸分子中有羟基、胺基等， 也同样可以反应。格氏试剂与二氧化碳反应生成羧酸，但 有机锂与二氧化碳加成则生成酮。这主要是由于有机锂化 合物比有机镁化合物具有更强的亲核性，有机锂能继续与 羧酸根作用：利用这个反应可以制备酮。
R' C OH
子的醇类化合物。
R" 叔醇
HI CH2CHO OH O + C 2H5OC CMgX (1)(C 2H5)2O (2)H H3O Hg
+ +
CH CHOC 2H5 OH
C C OC 2H5 OH O CH2C OC 2H5
O CH2C OC 2H5 OH
- H2O
2+
D. 与酯类加成
3.苯基锂进行亲核反应时，有一定的选择性， 而作为一个强碱，它可以用于苯炔机理的反 应。例如：
OCH3 F H
OCH3
-LiF C6H6Li
OCH3 + LiC6H5 F Li
OCH3 Li H3O+ C6H5 OCH3 H C6H5
例
HO
Br
Mg 无水醚
HO
MgBr
H2N
Br
Mg 无水醚
H2N
MgBr
应用: 通过Grignard试剂制备氘代化合物或还原卤代烷至烷烃
Mg R X 无水乙醚 H2O R H 还原 R MgX D2O R D 氘代

Grignard 作为亲核试剂
A. 与卤代烷的亲核取代
偶联反应
R
MgX
+
R'
X
例如：
RCH－C=C－OMgX
RCH－C=C－OH
O CH3CH=CH-C H
+
R MgBr
!,2加成
OH
CH3CH=CH-C
O H
R
1，4加成
CH3CHCH-C
R
一般来说：反应分子中空间位阻小时，Grinard试剂对 (1.2加成优先)，大多数情况下发生1，4加成
OH CH3CH CHCHCH3 COPh Ph CO2CH3 PhMgBr COPh (82%) Ph
CH3MgCl CH3CH CHCHO COPh PhMgBr
Grignard 试剂在合成中应用小结
R'X
烃类化合物
偶联反应 醛、酮、酯
Mg R X R MgX
亲核加成 环氧乙烷 亲核取代
CO2
各类醇 （多R+1碳） 各类醇 （多2碳）
无水醚
羧酸 （多1碳）
亲核加成
合成应用
合 成
O2N
OH O2N
提示：锂的反应活性高于镁，烷基锂的化学活
性也高于烷基卤化镁，在有机合成中有机锂显
得特殊重要。由于有机锂中的碳锂键的离子性
很强，碳负离子非常容易被氧化或与活泼氢结 合，所以在制备有机锂时应在情性气体保护下 进行，所用溶剂如乙醚、苯、环己烷等必须是 特别干燥。
丁基锂的制备： 1/3用量无水乙醚用于配制溴代正丁烷乙醚溶
所形成的烃基化合物，通式为RM, R2M，它们具有离子 化合物的典型特征。如：不溶于烃类溶剂，溶液可以导
电，对空气敏感，遇水发生剧烈分解。
极性共价键型（与第II、第III族金属形成的化合 物） R MgX 烷基镁
R2CuLi 二烷基铜锂
烷基镉 R2Cd 共价键化合物：ⅠB、ⅡB、Ⅲ-ⅦA元素电负性 大，它们主要生成σ 键化合物，如： R2Hg,(C2H5)4Pb等。虽然有些化合物的离子特性 仍相当大，但大多数化合物是共价键占优势。
O R' C OEt OH R
叔醇
2 R MgX
H 2O
C R
R'
与CO2加成（掌握）
CO2
O R
C
O O R C OMgX H2O O R C OH
MgX
制备多1碳的羧酸
E.与含-C=NR和-CN官能团化合物的反应
CH3O
CH=NC 2H5
PhCH2MgCl
CH3O
CHNHC 2H5 CH2Ph (75%)
一、有机锂试剂的制备
1.卤代烷和金属锂反应
卤代烷与金属锂在非极性溶剂（无水乙醚、
石油醚、苯）中作用生成有机锂化合物：
RX + 2Li → RLi + LiX
C4H9X + 2 Li
石油醚
C4H9Li + LiX
卤代烷与锂反应的活性次序为：R1＞RBr ＞RCl＞RF。氟代烷的反应活性很小．而 碘代烷又很容易与生成的RLi发生反应生成 高碳的烷烃，所以常用RBr或RCl来制取 RLi。 由于烯丙基氯和苄氯易发生Wurtz类偶联反 应，不易用此法制备相应的烯丙基锂和苄 基氯。
又称锂氢交换。
例：
Baidu NhomakorabeaCH3
C4H9Li + RH → C4H10 + RLi
+ LiCH2CH2CH2CH3
Me2NCH2CH2NMe2
CH2Li
+ CH3CH2CH2CH3
除丁基锂外，其它有机锂化合物如甲基锂、乙基锂、苯基锂等 也可以进行锂氢交换反应，因为丁基锂制备方便，活性适宜， 产生的丁烷易于挥发，所以最为常用。叔丁基锂、仲丁基锂较 正丁基锂更活泼，一般不常用。
二、 格氏试剂的制备 Grignard试剂
现制现用
+ Mg R X 活泼烯丙基格氏试剂
CH2=CHCH2Cl
+ Mg
醚 冰浴
醚
RMgX
CH2=CHCH2MgCl
乙醚作溶剂优点：1.格氏试剂在醚中溶解度高； 2.醚易挥发，在格氏试剂上形成保护层，使格 氏试剂不被氧化。
乙烯型卤代烃制备格氏试剂
+
Br N
OEt2 OEt2 Z R OEt2 R-Mg-X R-Mg-X Mg Mg R OEt2 Z OEt2 OEt2 (3) (1) (4) (2)
一般最常用的是格利雅提出的最简单的结构式（1），
当格氏试剂在乙醚中形成时时溶剂化的结构（2），
实验表明，（3）更准确。为了简便起见，书写反应 时仍用结构（1）代表格氏试剂。
第三章 有机金属化合物的反应


有 机 化 合 物
含C、H、O、N、Cl、Br、I、S等典型元素 含非典型元素如B、Si、P、Na、K、Li、Mg、Cu、Cd等
本章学习要求

了解有机金属化合物的基本概念； 掌握有机镁、有机锂、有机锌和有 机镉及有机铜化合物的反应原理制 备方法和应用范围。
Victor Grignard (1871 ~1935)
R
X
+
Mg
醚
RMgX
烷基卤化镁 Grignard试剂 （溶解于醚）
一、格氏试剂的结构
R Mg R' O R' R' O R' X R Mg R'2O X X Mg R OR'2
常用醚：乙醚 四氢呋喃 （THF） O
单体(稀溶液)
二聚体(浓溶液)
Bu-C CH + BuLi + BuLi
Bu-C CLi
+ BuH
Br N
Li N
+ BuBr
3. 通过 Shapiro反应制备
O R R`
ArSO2NHNH2
NNHTs R R`
2 n-BuLi
Li R
R`
该法是制备烯基锂的特殊方法。
4. 丁基锂与烃类反应 （锂－氢交换）
丁基锂和某些烃反应，使锂原子取代烃中的氢原子，生 成新的有机锂化合物，这里反应称为烃的金属化反应，
配位化合物 （与第ⅢB-ⅦB 族金属形成的化合物） ⅢB-ⅦB元素分子中的M-C键主要为π键。 其中有一类属多中心型化合物。
3.1 有机镁化合物———格氏试剂
格利雅1901年成功地完成了有机镁化合
物（后被称为格氏试剂）研究的博士论文。格
氏试剂是有机化学家使用的最有用和最多能的 化学试剂之一。格氏试剂打开了有机金属在各 种官能团合成的新领域，使人们大量地制造自 然界所没有的、性质更好的各种化合物，因此 该试剂在有机化学中占有很重要的地位。 格利雅以格氏试剂的发现，于1912年获得 诺贝尔化学奖。
2 R MgX + O2
2 R OMgX
H2O
R OH

Grignard 作为碱
H H OH OR' O OCR' NR'(H)2 C CR'
炔基Grignard试剂
化合物
(CH3)3CH CH3CH2H CH3H
MgX(OH) MgX(OR') O R H + MgX(OCR') XMg NR'(H)2 XMg C CR'
液，2/3用量投入反应器中。在氮气保护下加入
锂丝，-10℃下搅拌滴入少量溴代正丁烷乙醚溶
液，待反应液变浑浊，锂丝出现金属光泽时反
应已开始，继续滴加溴代正丁烷，反应在0-
10℃搅拌1～2小时，在氮气保护下滤去固体
LiBr，得正丁基锂乙醚溶液，滴定后封存备用。 产率为80～90％。
二、有机锂化合物在合成中的应用
O2N
MgBr
+
O2N
CHO
1.
乙 醚
?
CH3COCH3 Cl2
(CH3)2CHMgBr
?
KOH
?
2. O O NH MgBr
?
?
CH3COCl
CH22H27NO2
O O
NH
O N
MgBr O O N OH N
CH3COCl
3.3
有机锂试剂
有机锂试剂与Grinard试剂有许多相似之处，并比 Grinard试剂活泼，且具备一些特殊的反应性能： 与位阻大的酮反应 与羧酸盐负离子反应生成酮 与α，β-不饱和羰基化合物反应 与酰胺和-C=NR官能团化合物反应 与CO2反应 与烯烃双键反应 偶联反应 与电正性较低的金属卤化物反应
R' RMgX + R'C N R C NMgX
1 )H
+
2 )H2O
RR'CO

F.和共轭不饱和羰基化合物的加成反应 与αβ-不饱和羰基化合物反应，可发生1，2或1，4加成
R
1，2加成 4 3 2 1
R －CH=C－C－OH
H3+O
－CH=C－C－OMgX
-CH=C－C=O +RMgX
1，4加成
C2H5Br
+
Mg
醚
I2
BrMg
N
C2H5Br 和I2为催化剂
格氏试剂与活泼氢原子的交换反应
+
+
C2H5MgBr
THF
MgBr
RC
CH
C2H5MgBr
RC
THF
CMgBr
三、烷基卤化镁（Grignard试剂）的性质
醚
R
X

+
Mg
RMgX
基本性质：活泼，不稳定

R
MgX

强碱
R
强亲核试剂
遇氧气发生反应
R
MgX
+
H H H
pKa
71 62 60
共轭碱
(CH3)3CΘ CH3CH2Θ CH3Θ
化合物
H2NH HCCH CH3CH2OH
pKa
36 26 16
共轭碱
H2NΘ HCCΘ CH3CH2OΘ
HOH
15.7
HOΘ
提示
制备Grignard试剂应在无水（无氧）条件下进行。
底物中不能有活泼氢存在。