格氏试剂在有机合成中的应用

格氏试剂在有机合成中的应用

摘要格氏试剂是有机金属化合物中重要的一类化合物, 也是有机合成中非常重要的试剂之一, 应用广泛。格氏试剂与不同的物质反应, 可以合成烃类、醇类、酮类、醛类、羧酸类及金属有机化合物等。本文讨论了格氏试剂的制备、性质及其在有机合成中的应用。关键词格氏试剂有机合成应用

格氏试剂是1912年诺贝尔化学奖获得者法国化学家格里尼亚（V.Grignard）所发现并制得的,这个试剂是有机化学家所知的最有用和最多能的试剂之一。国内外现有机化学教科书都对这一试剂的制备、性质及其在有机合成中的应用进行了描述和讨论。为此, 本文就格氏试剂制备、性质及其在有机合成中的应用作一讨论。

1 格氏试剂的制备及结构

RMgX是格氏试剂的通式。其实，真实的格氏试剂并不是单分子烃基卤化镁在醚中的简单溶液，

而是R

2Mg、MgX

2

、(RMgX)

n

等多种物质经过一个希兰克(Schlenk)转化形成的一种动态平衡混合体系[1]，

即：。组成格氏试剂的各种物质的相对数量取决于许多因素, 包括烃基和卤素的结构与性质、溶剂的种类、浓度的大小、温度的高低等。有的文献认为格氏试剂是把

镁屑放在无水乙醚（或其它醚）中, 滴加卤代烷而制得[2], 即。

烃基卤化镁称为Grignard试剂，这类反应也叫做Grignard反应[3]。

在格氏试剂中, 乙醚, 也可以是苯、四氢呋喃或其他醚类是起溶剂的作用，它能与格氏试剂络合生成稳定的溶剂化物[4]即:

这些醚类溶剂是格氏试剂结构中的重要组成部分，在形成的络合物中, 氧原子提供孤对电子与烃基卤化镁原子形成配位键：碳-镁和镁-卤键。它们的性质是不一样的，碳-镁键一般是共价键, 而镁-卤键通常是离子键, 即:碳-镁键上的两个成键原子, 它们的电负性不同, 碳为2.50, 镁的为1.23。碳的电负性大于镁，成键电子富集于碳原子的一方, 常可起到碳负离子的作用[5], 使得烃基带上负电荷，而镁带上部分正电荷，碳-镁键是强极性的，即Rδ-Mgδ+X。

在一般情况下进行反应时,格氏试剂异裂，是一个亲核试剂，格氏试剂比较稳定, 在无水的条件下, 可以保持一段时间, 但它对有些化合物表现出很大的活性,例如：Rδ-—Mgδ+X+HOH →R—H+Mg(OH)X

格氏试剂遇水分解, 故在制备、保存、与其它试剂反应时都必须在无水的条件下进行。

2 格氏试剂在有机合成中的应用

格氏试剂既是一个亲核试剂, 又是一个碱性试剂, 它可发生许多的化学反应。

RMgX可以与—C≡N、羰基加成，羰基先与一分子该试剂形成络合物, 继而与另一分子该试剂形成六元环的过渡态,再经电子重新排布与络合最终完成反应。

各种不饱和基团的反应活泼性大体为：醛>酮>酰卤>酯>腈。

格氏试剂可以与上述基团反应，进而合成相应有机化合物。

2.1醇的制备

格氏试剂经氧化或作为亲核试剂与醛、酮、酯发生亲核加成反应生成醇。

2.1.1伯醇的合成

1)与甲醛的反应

2)与环氧乙烷的反应

2.2.2仲醇的合成

与醛的反应

2.2.3叔醇的合成

1)与酮反应

2)与酰氯的反应

2.3合成醛类

与甲酸反应

2.4合成酮类

与羧酸反应

2.5合成酸类

1)与二氧化碳反应

2)与酸酐反应

2.6烃类的制备

格氏试剂(Rδ- :Mgδ+ X)作为极强的碱,能与含活泼氢的化合物(如酸、水、醇、氨、炔氢等)作

R MgX+H+R H+MgX+，用,得到烃类化合物,反应如下:

R MgX+H2O R H+Mg(OH)X R R H+Mg(OR')X

，

R MgX+NH3R H+Mg(NH2)X

上述反应都是酸碱反应,质子从弱碱转移到强碱。

2.7在金属有机化合物合成中的应用

格氏试剂与锌盐、镉盐、锡盐反应可制备比格氏试剂活性小,而选择性高的有机锌化合物和有

机镉化合物及有机锡化合物。

2.7.1镁化反应制备有机镁化合物

一般的有机镁化合物, 可以直接用卤素化合物在无水乙醚中和金属镁作用而得, 但对一些难

形成的格氏试剂一般采用间接法制备, 即用一种有机镁化合物与含有活泼氢原子联在碳上的另一

种有机化合物发生镁化反应制备[6]。

一些具有吸电子基团, 能使一碳原子上的氢原子活泼性增加的有机化合物,也可以利用镁化法,

制成具有功能团的格氏试剂。镁化法不仅可以用镁代替活泼氢原子, 也可以代替活泼卤原子, 即镁

卤互换。

2.7.2合成其它金属有机化合物

同非金属的烃类化合物一样, 金属的各类化合物大部分也是利用金属卤化物与格氏试剂反应

制得，如[7]：

SbCl3+PhMgBr3Sb

SnCl4+C2H5MgBr2H5)4

,

利用有机镁化合物与其它金属有机化合物的交换反应, 也可以制备新的金属有机化合物。如:

二茂钛、二茂铁的化合物不太容易合成, 特别是二茂钛的氢化物非常活泼, 很难分离, 但可原

位制备和使用。利用与格氏试剂反应是最常用的一种方法。

2.8铜催化加成反应

格氏试剂和α,β - 不饱和化合物发生共轭加成反应一般生产1, 2 - 加成产物。在催化剂铜盐存在下,则可以良好的收率生成1, 4 - 加成产物,是形成新的C - C键的重要方法之一[ 8,9 ]。此类反应往往是合成一些天然产物(如萜类)的关键步骤。如果加入手性配体,则可使反应具有立体选择性。Kanai等合成了手性P-N配体,并将其用于格氏试剂与α,β—不饱和酮的共轭加成反应。2.9锆催化加成反应

常用的锆催化剂为二氯二茂锆(Cp

2ZrCl

2

) ,在其作用下,格氏试剂可以与一些含有不饱和键的

化合物发生加成反应。二氯二茂锆制备方便,成本低廉,故应用广泛。一般认为,二氯二茂锆/格氏试剂体系的高活性源于形成中间体二茂锆氢(Cp

2

Zr-H) 。

二氯二茂锆可催化格氏试剂与碳氮双键发生加成反应。例如,乙基溴化镁与亚胺在加热条件下

也不能发生加成反应, 但若加入催化剂量的Cp

2ZrCl

2

,反应可在室温下进行,收率几乎定量[10]。二氯

二茂锆/格氏试剂体系也可与碳碳双键发生加成反应。例如:与内- 5 - 降冰片烯的反应,能够得到立体选择性产物[12] 。保护反应利用格氏试剂的碱性与活泼氢反应,即可将有活泼氢的化合物保护,反应完成后,用少量水处理即可去保护。GW501516 是一种过氧化物酶体增殖子激活受体γ的激动剂,可以用于肥胖症的治疗。其合成收率不高。Ham等利用格氏试剂作保护剂,研究了一锅煮合成GW501516关键中间体的方法,收率提高到91%。

格氏试剂的结构至今还不完全清楚,但近几年来随着顺磁共振、化学诱导动态核极化等先进技术的发展应用, 已有越来越多的证据表明, 格氏试剂是经由单电子转移机理形成的。格氏试剂之所以在有机合成中广泛应用, 与其及活泼的性质有关, 正因为如此,制备和保存格氏试剂时必须防止水气、酸、醇、胺等物质, 这些不利因素制约了格氏试剂的使用, 但是随着元素有机化合物的发展, 格氏反应条件的不断改进, 格氏试剂的用途会越来越广泛, 会进一步适用于大规模工业生产, 满足国民经济的需要。

参考文献：

[1]梁述绕.关于格氏试剂的组成与结构[J].化学教育,1983,(6):21.

[2]东北师大, 华南师大等有机化学上、下[M].北京:高等教育出版社,1986,177-248.

[3]梁述绕.关于格氏试剂的组成与结构[J].化学教育,1983,(6):21.

[4][美]R.T莫里森.有机化学(上册)[M].复旦大学化学系, 有机化学教研室译.上海:科技出版社,1980,72.

[5]徐景达.有机化学[M].北京:人民卫生出版社,1998,113.

[6]王葆仁.有机合成反应.科学出版社,1985,1030-1100.

[7]陈寿山等.《金属有机化合物合成手册》.化学工业出版社,(1986)

[8] 王玉炉. 有机合成化学[M]. 北京:科学出版社,2005,86-92

[9] 邢其毅, 裴伟伟, 徐瑞秋,等. 基础有机化学[M]. 第3版. 北京: 高等教育出版社,2007, 249-299.

[10]许胜, 陶晓春. 二氯二茂钛(锆) /格氏试剂体系在有机合成中的应用[J]. 有机化学, 2004, 24 (3) : 250 - 257.

The Application of Grignard Reagent in Organic

Synthesis

Chemistry and Environment Science College,Inner Mongolia Normal University Chemistry Education Grade 2009,Ning Wei