Reazione di Grignard

La reazione di Grignard (pronunciato /ɡriɲar/) è una reazione chimica organometallica in cui gli alogenuri alchilici o arilmagnesici (reagenti di Grignard) attaccano gli atomi di carbonio elettrofilici presenti all'interno dei legami polari (ad esempio, in un gruppo carbonilico come nell'esempio riportato di seguito). I reagenti di Grignard agiscono come nucleofili. La reazione di Grignard produce un legame carbonio-carbonio. Essa altera l'ibridazione del centro di reazione. La reazione di Grignard è uno strumento importante nella formazione dei legami carbonio-carbonio. Può anche formare legami carbonio-fosforo, carbonio-stagno, carbonio-silicio, carbonio-boro e altri legami carbonio-eteroatomici.

An example of a Grignard reaction

Si tratta di una reazione di addizione organometallica nucleofila. L'alto valore pKa della componente alchilica (pKa = ~45) rende la reazione irreversibile. Le reazioni di Grignard non sono ioniche. Il reagente di Grignard esiste come cluster organometallico (in etere).

Lo svantaggio dei reagenti di Grignard è che reagiscono prontamente con solventi protici (come l'acqua), o con gruppi funzionali con protoni acidi, come alcoli e ammine. L'umidità atmosferica può alterare la resa di fabbricazione di un reagente di Grignard da torniture di magnesio e da un alogenuro alchilico. Uno dei molti metodi utilizzati per escludere l'acqua dall'atmosfera di reazione è quello di essiccare a fiamma il recipiente di reazione per far evaporare tutta l'umidità, che viene poi sigillato per evitare che l'umidità ritorni. I chimici utilizzano poi gli ultrasuoni per attivare la superficie del magnesio in modo che consumi l'acqua presente. Questo può permettere ai reagenti di Grignard di formarsi con una minore sensibilità all'acqua presente.

Un altro svantaggio dei reagenti di Grignard è che non formano facilmente legami carbonio-carbonio reagendo con gli alogenuri alchilici con un meccanismoSN2.

François Auguste Victor Grignard ha scoperto le reazioni e i reagenti di Grignard. Prendono il nome da questo chimico francese (Università di Nancy, Francia) che per questo lavoro ha ricevuto il premio Nobel per la chimica del 1912.

Ad un reagente Grignard viene aggiunta una soluzione di un composto carbonilico. (Vedi galleria sotto)Zoom
Ad un reagente Grignard viene aggiunta una soluzione di un composto carbonilico. (Vedi galleria sotto)

Meccanismo di reazione

L'aggiunta del reagente di Grignard ad un carbonile procede tipicamente attraverso uno stato di transizione ad anello a sei membri.

The mechanism of the Grignard reaction.

Tuttavia, con i reagenti di Grignard sterici ostacolati, la reazione può procedere per trasferimento di un singolo elettrone.

Le reazioni di Grignard non funzionano in presenza di acqua; l'acqua provoca la rapida decomposizione del reagente. Così, la maggior parte delle reazioni di Grignard si verificano in solventi come l'etere dietilico anidro o tetraidrofurano (THF), perché l'ossigeno in questi solventi stabilizza il reagente di magnesio. Il reagente può anche reagire con l'ossigeno presente nell'atmosfera. Questo inserirà un atomo di ossigeno tra la base di carbonio e il gruppo degli alogenuri di magnesio. Di solito, questa reazione laterale può essere limitata dai vapori volatili del solvente che spostano l'aria sopra la miscela di reazione. Tuttavia, i chimici possono eseguire le reazioni in atmosfere di azoto o argon. Nelle reazioni su piccola scala, i vapori di solvente non hanno spazio sufficiente per proteggere il magnesio dall'ossigeno.

Reagente di Grignard

I reagenti di Grignard sono formati dall'azione di un alogenuro alchilico o arilico sul metallo magnesio. La reazione è condotta aggiungendo l'alogenuro organico ad una sospensione di magnesio in un etere, che fornisce i ligandi necessari per stabilizzare il composto organomagnesico. I solventi tipici sono l'etere dietilico e il tetraidrofurano. L'ossigeno e i solventi protici come l'acqua o gli alcoli non sono compatibili con i reagenti di Grignard. La reazione procede attraverso il trasferimento di singoli elettroni.

R-X + Mg → R-X-- + Mg-+

R-X-- → R- + X-

X- + Mg-+ → XMg-

R- + XMg- → RMgX

Le reazioni di Grignard spesso iniziano lentamente. In primo luogo, c'è un periodo di induzione durante il quale il magnesio reattivo viene esposto ai reagenti organici. Dopo questo periodo di induzione, le reazioni possono essere altamente esotermiche. Alchil e aril bromuri e ioduri sono substrati comuni. Si usano anche cloruri, ma i fluoruri sono generalmente non reattivi, tranne che con magnesio appositamente attivato, come il magnesio Rieke.

Molti reagenti Grignard, come il cloruro di metilmagnesio, il bromuro di fenilmagnesio e il bromuro di allilmagnesio sono disponibili in commercio in soluzioni di tetraidrofurano o etere dietilico.

Utilizzando l'equilibrio di Schlenk, i reagenti di Grignard formano quantità variabili di composti di diorganomagnesio (R = gruppo organico, X = alogenuro):

2 RMgX is in equilibrium withR2Mg + MgX2

Iniziazione

Sono stati sviluppati molti metodi per avviare le reazioni di Grignard che sono lenti ad iniziare. Questi metodi indeboliscono lo strato di MgO che ricopre il magnesio. Essi espongono il magnesio all'alogenuro organico per avviare la reazione che rende il reagente di Grignard.

I metodi meccanici includono la frantumazione dei pezzi Mg in situ, il mescolamento rapido o l'utilizzo di ultrasuoni (sonicazione) della sospensione. Iodio, ioduro di metile e 1,2-dibromoetano sono agenti attivanti comunemente impiegati. I chimici usano l'1,2-dibromoetano perché la sua azione può essere monitorata dall'osservazione di bolle di etilene. Inoltre, i prodotti collaterali sono innocui:

Mg + BrC2H4Br → C2H4 + MgBr2

La quantità di Mg consumata da questi agenti attivanti è di solito insignificante.

L'aggiunta di una piccola quantità di cloruro mercurico amalgamerà la superficie del metallo, permettendogli di reagire.

Produzione industriale

I reagenti Grignard sono prodotti nell'industria per l'uso in loco o per la vendita. Come nel caso della scala da banco, il problema principale è quello dell'avvio. Una porzione di un lotto precedente di reagente Grignard viene spesso utilizzata come iniziatore. Le reazioni di Grignard sono esotermiche; questa esotermicità deve essere considerata quando una reazione viene scalata dal laboratorio all'impianto di produzione.

Reazioni dei reagenti di Grignard

Reazioni con i composti carbonilici

I reagenti di Grignard reagiranno con una varietà di derivati del carbonile.

Reactions of Grignard reagents with carbonyls

L'applicazione più comune è quella dell'alchilazione di aldeidi e chetoni, come in questo esempio:

Reaction of CH3C(=O)CH(OCH3)2 with H2C=CHMgBr

Si noti che la funzione acetalica (un carbonile mascherato) non reagisce.

Tali reazioni di solito comportano un workup acido a base di acqua (acquosa), anche se questo è raramente mostrato negli schemi di reazione. Nei casi in cui il reagente di Grignard si aggiunge ad un'aldeide prochirica o chetone, il modello Felkin-Anh o la Regola di Cram può di solito prevedere quale stereoisomero si formerà.

Reazioni con altri elettrofili

Inoltre, i reagenti di Grignard reagiscono con gli elettrofili.

Reactions of Grignard reagents with various electrophiles

Un altro esempio è la produzione di salicilaldeide (non mostrata sopra). In primo luogo, il bromoetano reagisce con il Mg in etere. In secondo luogo, il fenolo in THF converte il fenolo in Ar-OMgBr. In terzo luogo, il benzene viene aggiunto in presenza di polvere di paraformaldeide e trietilammina. Quarto, la miscela viene distillata per eliminare i solventi. Successivamente, viene aggiunto il 10% di HCl. La salicilaldeide sarà il prodotto principale finché tutto è molto secco e in condizioni di inerzia. La reazione funziona anche con iodoetano al posto del bromoetano.

Formazione di obbligazioni a B, Si, P, Sn

Il reagente di Grignard è molto utile per la formazione di legami carbonio-eteroatomici.

Reactions of Grignard reagents with non carbon electrophiles

Reazioni di accoppiamento carbonio-carbonio

Un reagente Grignard può anche essere coinvolto nelle reazioni di accoppiamento. Ad esempio, il bromuro di nonilmagnesio reagisce con il p-clorobenzoato di metile per dare acido p-nonilbenzoico, in presenza di Tris(acetilacetonato)ferro(III), spesso simboleggiato come Fe(acac)3, dopo il workup con NaOH per idrolizzare l'estere, mostrato come segue. Senza il Fe(acac)3, il reagente di Grignard attaccherebbe il gruppo dell'estere sopra l'alogenuro arilico.

Per l'accoppiamento degli alogenuri arilici con l'aril Grignards, anche il cloruro di nichel in tetraidrofurano (THF) è un buon catalizzatore. Inoltre, un catalizzatore efficace per l'accoppiamento degli alogenuri alchilici è il tetraclorocuprato di dilitio (Li2CuCl4), preparato miscelando cloruro di litio (LiCl) e cloruro di rame (II) in THF. L'accoppiamento Kumada-Corriu dà accesso a stirene [sostituito].

Ossidazione

L'ossidazione di un reagente di Grignard con l'ossigeno avviene attraverso un radicale intermedio ad un idroperossido di magnesio. L'idrolisi di questo complesso produce idroperossidi e la riduzione con un ulteriore equivalente di reagente di Grignard dà un alcol.

Grignard oxygen oxidation pathways

Una reazione di Grignards con l'ossigeno in presenza di un alcene rende un alcol etilenico esteso. Questi sono utili nella sintesi di composti più grandi. Questa modifica richiede reagenti di Grignard aryl o vinilici. Aggiungendo solo il Grignard e l'alcene non si ottiene una reazione, dimostrando che la presenza di ossigeno è essenziale. L'unico inconveniente è il requisito di almeno due equivalenti di reagente di Grignard nella reazione. Questo può essere affrontato utilizzando un doppio sistema di Grignard con un reagente Grignard di riduzione a basso costo come il bromuro di n-butilmagnesio.

Grignard oxygen oxidation example

Sostituzione alifatica nucleofila

I reagenti di Grignard sono nucleofili nelle sostituzioni alifatiche nucleofile, ad esempio con alogenuri alchilici in una fase chiave della produzione industriale di naprossene:

Naproxen synthesis

Eliminazione

Nella sintesi dell'olefina di Boord, l'aggiunta di magnesio ad alcuni β-aloetilometri provoca una reazione di eliminazione dell'alcene. Questa reazione può limitare l'utilità delle reazioni di Grignard.

Boord olefin synthesis, X = Br, I, M = Mg, Zn

Degrado di Grignard

La degradazione di Grignard un tempo era uno strumento di identificazione della struttura (chiarimento) in cui un Grignard RMgBr formato da un bromuro eteroarilico HetBr reagisce con l'acqua a Het-H (bromo sostituito da un atomo di idrogeno) e MgBrOH. Questo metodo di idrolisi permette di determinare il numero di atomi alogeni in un composto organico. Nell'uso moderno, la degradazione di Grignard viene utilizzata nell'analisi chimica di alcuni triacilgliceroli.

Uso industriale

Un esempio della reazione di Grignard è un passo fondamentale nella produzione industriale del Tamoxifen. (Il Tamoxifene è attualmente utilizzato per il trattamento del cancro al seno positivo al recettore degli estrogeni nelle donne):

Tamoxifen production

Galleria

·        

Torniture di magnesio poste su una fiaschetta.

·        

Coperto con THF e un piccolo pezzo di iodio aggiunto.

·        

Durante il riscaldamento è stata aggiunta una soluzione di bromuro di alchile.

·        

Dopo il completamento dell'aggiunta, la miscela è stata riscaldata per un po' di tempo.

·        

La formazione del reagente di Grignard era stata completata. Una piccola quantità di magnesio è rimasta nella fiaschetta.

·        

Il reagente Grignard così preparato è stato raffreddato a 0°C prima dell'aggiunta del composto carbonilico. La soluzione è diventata torbida da quando il reagente di Grignard è precipitato fuori.

·        

Al reagente di Grignard è stata aggiunta una soluzione di composto carbonilico.

·        

La soluzione è stata riscaldata a temperatura ambiente. La reazione è stata completa.

Pagine correlate

  • Reazione di Wittig
  • Reazione di Barbier
  • Sintesi dell'aldeide Bodroux-Chichibabin
  • Reazione Fujimoto-Belleau
  • Reagenti di organolithium
  • Reazione di Sakurai

Domande e risposte

D: Che cos'è la reazione di Grignard?


R: La reazione di Grignard è una reazione chimica organometallica in cui gli alogenuri di alchil o aril-magnesio (reagenti di Grignard) attaccano gli atomi di carbonio elettrofili presenti nei legami polari.

D: Che tipo di legame produce la reazione di Grignard?


R: La reazione di Grignard produce un legame carbonio-carbonio.

D: Quali altri tipi di legami si possono formare con la reazione di Grignard?


R: La reazione di Grignard può anche formare legami carbonio-fosforo, carbonio-stagno, carbonio-silicio, carbonio-boro e altri legami carbonio-eteroatomo.

D: In che modo l'elevato valore di pKa del componente alchilico influisce sulla reazione di Grignard?


R: L'elevato valore di pKa del componente alchilico (pKa = ~45) rende la reazione irreversibile.

D: A quale tipo di reazioni di addizione partecipano i reagenti di Grignard?


R: I reagenti di Grignard partecipano alle reazioni di addizione nucleofila organometallica.

D: Quali sono gli svantaggi associati all'uso dei reagenti di Grignard? R: Alcuni svantaggi associati all'uso dei reagenti di Grignard includono la loro reattività con solventi protici come l'acqua e gruppi funzionali con protoni acidi, come gli alcoli e le ammine; la sensibilità all'umidità atmosferica; la difficoltà di formare legami carbonio-carbonio reagendo con alogenuri alchilici con un meccanismo SN2.

D: Chi ha scoperto la Reazione di Grigand e i Reagenti?


R:La scoperta della Reazione e del Reagente Griand è attribuita al chimico francese Franחois Auguste Victor Griand, che per questo lavoro ricevette il Premio Nobel per la Chimica nel 1912.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3