AlegsaOnline.com

Grignard reaksiyonu

Yazar: Leandro Alegsa

18-05-2022

Grignard reaksiyonu (/ɡriɲar/ olarak telaffuz edilir), alkil veya aril magnezyum halojenürlerin (Grignard reaktifleri) polar bağlar içinde bulunan elektrofilik karbon atomlarına (örneğin, aşağıda gösterilen örnekte olduğu gibi bir karbonil grubunda) saldırdığı organometalik bir kimyasal reaksiyondur. Grignard reaktifleri nükleofil olarak hareket eder. Grignard reaksiyonu bir karbon-karbon bağı üretir. Reaksiyon merkezi ile ilgili hibridizasyonu değiştirir. Grignard reaksiyonu karbon-karbon bağlarının oluşumunda önemli bir araçtır. Ayrıca karbon-fosfor, karbon-kalay, karbon-silikon, karbon-bor ve diğer karbon-heteroatom bağlarını da oluşturabilir.

An example of a Grignard reaction

Bu bir nükleofilik organometalik katılma reaksiyonudur. Alkil bileşeninin yüksek pK_a değeri (pK_a = ~45) reaksiyonu tersinmez hale getirir. Grignard reaksiyonları iyonik değildir. Grignard reaktifi organometalik bir küme olarak bulunur (eter içinde).

Grignard reaktiflerinin dezavantajı, protik çözücülerle (su gibi) veya alkoller ve aminler gibi asidik protonlara sahip fonksiyonel gruplarla kolayca reaksiyona girmeleridir. Atmosferik nem, magnezyum dönüşümü ve bir alkil halojenürden bir Grignard reaktifi yapma verimini değiştirebilir. Reaksiyon atmosferinden suyu uzaklaştırmak için kullanılan birçok yöntemden biri, tüm nemi buharlaştırmak için reaksiyon kabını alevle kurutmak ve ardından nemin geri gelmesini önlemek için kabı kapatmaktır. Kimyagerler daha sonra magnezyum yüzeyini aktive etmek için ultrason kullanır, böylece mevcut suyu tüketir. Bu, Grignard reaktiflerinin mevcut suya karşı daha az hassasiyetle oluşmasını sağlayabilir.

Grignard reaktiflerinin bir diğer dezavantajı, alkil halojenürlerle S_N 2 mekanizması ile reaksiyona girerek karbon-karbon bağlarını kolayca oluşturmamalarıdır.

François Auguste Victor Grignard, Grignard reaksiyonlarını ve reaktiflerini keşfetti. Bu çalışmalarından dolayı 1912 Nobel Kimya Ödülü'ne layık görülen bu Fransız kimyagerin (Nancy Üniversitesi, Fransa) adını almışlardır.

Bir Grignard reaktifine bir karbonil bileşiği çözeltisi eklenir. (Aşağıdaki galeriye bakınız)

Reaksiyon mekanizması

Grignard reaktifinin bir karbonile eklenmesi tipik olarak altı üyeli halka geçiş durumu üzerinden ilerler.

The mechanism of the Grignard reaction.

Bununla birlikte, sterik olarak engellenmiş Grignard reaktifleri ile reaksiyon tek elektron transferi ile ilerleyebilir.

Grignard reaksiyonları su varsa çalışmaz; su reaktifin hızla ayrışmasına neden olur. Bu nedenle, Grignard reaksiyonlarının çoğu susuz dietil eter veya tetrahidrofuran (THF) gibi çözücülerde gerçekleşir, çünkü bu çözücülerdeki oksijen magnezyum reaktifini stabilize eder. Reaktif ayrıca atmosferde bulunan oksijen ile de reaksiyona girebilir. Bu, karbon bazı ile magnezyum halojenür grubu arasına bir oksijen atomu ekleyecektir. Genellikle bu yan reaksiyon, uçucu çözücü buharlarının reaksiyon karışımının üzerindeki havanın yerini almasıyla sınırlandırılabilir. Ancak kimyagerler reaksiyonları azot veya argon atmosferinde gerçekleştirebilirler. Küçük ölçekli reaksiyonlarda, çözücü buharları magnezyumu oksijenden korumak için yeterli alana sahip değildir.

Grignard reaktifi yapmak

Grignard reaktifleri, bir alkil veya aril halojenürün magnezyum metali üzerindeki etkisiyle oluşur. Reaksiyon, organomagnezyum bileşiğini stabilize etmek için gerekli ligandları sağlayan bir eter içindeki magnezyum süspansiyonuna organik halojenür eklenerek gerçekleştirilir. Tipik çözücüler dietil eter ve tetrahidrofurandır. Su veya alkoller gibi oksijen ve protik çözücüler Grignard reaktifleri ile uyumlu değildir. Reaksiyon tek elektron transferi yoluyla ilerler.

R-X + Mg → R-X^•− + Mg^•+

R-X^•− → R^• + X⁻

X⁻ + Mg^•+ → XMg^•

R^• + XMg^• → RMgX

Grignard reaksiyonları genellikle yavaş başlar. İlk olarak, reaktif magnezyumun organik reaktiflere maruz kaldığı bir indüksiyon periyodu vardır. Bu indüksiyon periyodundan sonra, reaksiyonlar oldukça ekzotermik olabilir. Alkil ve aril bromürler ve iyodürler yaygın substratlardır. Klorürler de kullanılır, ancak Rieke magnezyum gibi özel olarak aktive edilmiş magnezyum dışında florürler genellikle reaktif değildir.

Metilmagnezyum klorür, fenilmagnezyum bromür ve alilmagnezyum bromür gibi birçok Grignard reaktifi ticari olarak tetrahidrofuran veya dietil eter çözeltilerinde mevcuttur.

Schlenk dengesini kullanarak, Grignard reaktifleri değişen miktarlarda diorganomagnezyum bileşikleri oluşturur (R = organik grup, X = halojenür):

2 RMgX R₂ Mg + MgX₂

Başlangıç

Başlaması yavaş olan Grignard reaksiyonlarını başlatmak için birçok yöntem geliştirilmiştir. Bu yöntemler magnezyumu örten MgO tabakasını zayıflatır. Grignard reaktifini oluşturan reaksiyonu başlatmak için magnezyumu organik halide maruz bırakırlar.

Mekanik yöntemler arasında Mg parçalarının yerinde ezilmesi, hızlı karıştırma veya süspansiyonun ultrasonu (sonikasyon) kullanılması yer alır. İyot, metil iyodür ve 1,2-dibromoetan yaygın olarak kullanılan aktive edici maddelerdir. Kimyagerler 1,2-dibromoetan kullanmaktadır çünkü etkisi etilen kabarcıklarının gözlemlenmesiyle izlenebilmektedir. Ayrıca, yan ürünler zararsızdır:

Mg + BrC₂ H₄ Br → C₂ H₄ + MgBr₂

Bu aktive edici maddeler tarafından tüketilen Mg miktarı genellikle önemsizdir.

Az miktarda merkürik klorür ilavesi metalin yüzeyini amalgamlaştırarak reaksiyona girmesini sağlayacaktır.

Endüstriyel üretim

Grignard reaktifleri endüstride yerinde kullanılmak veya satılmak üzere üretilir. Tezgah ölçeğinde olduğu gibi, ana sorun başlatma sorunudur. Önceki bir Grignard reaktifi partisinin bir kısmı genellikle başlatıcı olarak kullanılır. Grignard reaksiyonları ekzotermiktir; bir reaksiyon laboratuvardan üretim tesisine ölçeklendirildiğinde bu ekzotermiklik dikkate alınmalıdır.

Grignard reaktiflerinin reaksiyonları

Karbonil bileşikleri ile reaksiyonlar

Grignard reaktifleri çeşitli karbonil türevleri ile reaksiyona girecektir.

Reactions of Grignard reagents with carbonyls

En yaygın uygulama, bu örnekte olduğu gibi aldehitlerin ve ketonların alkilasyonudur:

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

Asetal fonksiyonunun (maskelenmiş bir karbonil) reaksiyona girmediğine dikkat edin.

Bu tür reaksiyonlar genellikle su bazlı (sulu) asidik bir çalışma içerir, ancak bu reaksiyon şemalarında nadiren gösterilir. Grignard reaktifinin prokiral bir aldehit veya ketona eklendiği durumlarda, Felkin-Anh modeli veya Cram Kuralı genellikle hangi stereoizomerin oluşacağını tahmin edebilir.

Diğer elektrofillerle reaksiyonlar

Ayrıca, Grignard reaktifleri elektrofillerle reaksiyona girecektir.

Reactions of Grignard reagents with various electrophiles

Bir başka örnek de salisilaldehit yapımıdır (yukarıda gösterilmemiştir). İlk olarak, bromoetan eter içinde Mg ile reaksiyona girer. İkinci olarak, THF içindeki fenol, fenolü Ar-OMgBr'ye dönüştürür. Üçüncü olarak, paraformaldehit tozu ve trietilamin varlığında benzen eklenir. Dördüncü olarak, çözücüleri uzaklaştırmak için karışım damıtılır. Daha sonra, %10 HCl eklenir. Salisilaldehit, her şey çok kuru ve inert koşullar altında olduğu sürece ana ürün olacaktır. Reaksiyon bromoetan yerine iyodoetan ile de çalışır.

B, Si, P, Sn bağlarının oluşumu

Grignard reaktifi karbon-heteroatom bağları oluşturmak için çok kullanışlıdır.

Reactions of Grignard reagents with non carbon electrophiles

Karbon-karbon birleştirme reaksiyonları

Bir Grignard reaktifi de bağlanma reaksiyonlarına dahil olabilir. Örneğin, nonilmagnezyum bromür, aşağıdaki gibi gösterilen esteri hidrolize etmek için NaOH ile çalıştıktan sonra, genellikle Fe (acac)₃ olarak sembolize edilen Tris (asetilasetonato) demir (III) varlığında p-nonilbenzoik asit vermek üzere metil p-klorobenzoat ile reaksiyona girer. Fe(acac)₃ olmadan Grignard reaktifi aril halojenür üzerinden ester grubuna saldıracaktır.

Aril halojenürlerin aril Grignardlar ile bağlanması için tetrahidrofuran (THF) içindeki nikel klorür de iyi bir katalizördür. Ek olarak, alkil halojenürlerin bağlanmaları için etkili bir katalizör, THF içinde lityum klorür (LiCl) ve bakır (II) klorür (CuCl₂ ) karıştırılarak hazırlanan dilityum tetraklorokuprattır (Li₂ CuCl₄ ). Kumada-Corriu eşleşmesi [sübstitüe] stirenlere erişim sağlar.

Oksidasyon

Bir Grignard reaktifinin oksijen ile oksidasyonu, bir radikal ara ürün aracılığıyla bir magnezyum hidroperoksite gerçekleşir. Bu kompleksin hidrolizi hidroperoksitler verir ve ilave bir Grignard reaktifi eşdeğeri ile indirgenmesi bir alkol verir.

Grignard oxygen oxidation pathways

Grignardların bir alken varlığında oksijenle reaksiyonu, etilen uzatılmış bir alkol oluşturur. Bunlar daha büyük bileşiklerin sentezlenmesinde faydalıdır. Bu modifikasyon aril veya vinil Grignard reaktifleri gerektirir. Sadece Grignard ve alken eklenmesi bir reaksiyona neden olmaz, bu da oksijenin varlığının gerekli olduğunu gösterir. Tek dezavantajı, reaksiyonda en az iki eşdeğer Grignard reaktifine ihtiyaç duyulmasıdır. Bu, n-butilmagnezyum bromür gibi ucuz bir indirgeyici Grignard reaktifi ile ikili bir Grignard sistemi kullanılarak giderilebilir.

Grignard oxygen oxidation example

Nükleofilik alifatik sübstitüsyon

Grignard reaktifleri, örneğin endüstriyel Naproksen üretiminde önemli bir adım olan alkil halojenürlerle nükleofilik alifatik sübstitüsyonlarda nükleofillerdir:

Naproxen synthesis

Eliminasyon

Boord olefin sentezinde, belirli β-haloeterlere magnezyum eklenmesi, alkene bir eliminasyon reaksiyonu ile sonuçlanır. Bu reaksiyon Grignard reaksiyonlarının kullanımını sınırlayabilir.

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

Grignard bozunması

Bir zamanlar Grignard bozunması, bir heteroaril bromür HetBr'den oluşan bir Grignard RMgBr'nin su ile Het-H (bir hidrojen atomu ile değiştirilen brom) ve MgBrOH'ye reaksiyona girdiği yapı tanımlamasında (aydınlatmada) bir araçtı. Bu hidroliz yöntemi, bir organik bileşikteki halojen atomlarının sayısının belirlenmesine olanak tanır. Modern kullanımda, Grignard bozunması belirli triaçilgliserollerin kimyasal analizinde kullanılır.

Endüstriyel kullanım

Grignard reaksiyonunun bir örneği, Tamoksifen'in endüstriyel üretiminde önemli bir adımdır. (Tamoksifen şu anda kadınlarda östrojen reseptörü pozitif meme kanseri tedavisinde kullanılmaktadır):

Tamoxifen production

Galeri

Bir şişe üzerine yerleştirilmiş magnezyum dönüşleri.

THF ile kaplanır ve küçük bir parça iyot eklenir.

Isıtma sırasında bir alkil bromür çözeltisi ilave edildi.

İlave tamamlandıktan sonra karışım bir süre daha ısıtıldı.

Grignard reaktifinin oluşumu tamamlanmıştır. Şişede hala az miktarda magnezyum kalmıştı.

Bu şekilde hazırlanan Grignard reaktifi, karbonil bileşiği eklenmeden önce 0°C'ye kadar soğutulmuştur. Grignard reaktifi çöktüğü için çözelti bulanıklaştı.

Grignard reaktifine bir karbonil bileşiği çözeltisi eklendi.

Çözelti oda sıcaklığına kadar ısıtıldı. Reaksiyon tamamlandı.

İlgili sayfalar

Wittig reaksiyonu
Barbier reaksiyonu
Bodroux-Chichibabin aldehit sentezi
Fujimoto-Belleau reaksiyonu
Organolityum reaktifleri
Sakurai tepkisi

Sorular ve Yanıtlar

S: Grignard reaksiyonu nedir?

C: Grignard reaksiyonu, alkil- veya aril-magnezyum halojenürlerin (Grignard reaktifleri) polar bağlar içinde bulunan elektrofilik karbon atomlarına saldırdığı organometalik bir kimyasal reaksiyondur.

S: Grignard reaksiyonu ne tür bir bağ üretir?

C: Grignard reaksiyonu bir karbon-karbon bağı üretir.

S: Grignard reaksiyonu kullanılarak başka ne tür bağlar oluşturulabilir?

C: Grignard reaksiyonu ayrıca karbon-fosfor, karbon-kalay, karbon-silikon, karbon-bor ve diğer karbon-heteroatom bağlarını oluşturabilir.

S: Alkil bileşeninin yüksek pKa değeri Grignard reaksiyonunu nasıl etkiler?

C: Alkil bileşeninin yüksek pKa değeri (pKa = ~45) reaksiyonu tersinmez yapar.

S: Grignard reaktifleri ne tür katılma reaksiyonlarında yer alır?

C: Grignard reaktifleri nükleofilik organometalik katılma reaksiyonlarında yer alır.

S: Grignard reaktiflerinin kullanımıyla ilgili bazı dezavantajlar nelerdir? C: Grignard reaktiflerinin kullanımıyla ilgili bazı dezavantajlar arasında su gibi protik çözücülerle ve alkoller ve aminler gibi asidik protonlara sahip fonksiyonel gruplarla reaktiviteleri; atmosferik neme duyarlılıkları; ve alkil halojenürlerle SN2 mekanizması ile reaksiyona girerek karbon-karbon bağları oluşturmada zorluk sayılabilir.

S: Grigand Reaksiyonunu ve Reaktifleri kim keşfetti?

C: Griand Reaksiyonu ve Reaktifinin keşfi, bu çalışmasıyla 1912 Nobel Kimya Ödülü'ne layık görülen Fransız kimyager Franחois Auguste Victor Griand'a atfedilir.