Реактивы Гриньяра

9 заданий

Получение и строение

Чтобы атом углерода стал нуклеофилом, его связывают с металлом, который отдаёт ему электроны. Магний в сухом эфире встраивается между атомом углерода и галогеном: получается реактив Гриньяра \(\ce{RMgX}\). Магний менее электроотрицателен, чем углерод, поэтому связь C–Mg поляризована в обратную сторону по сравнению со связью C–X: атом углерода несёт частичный отрицательный заряд.

\[\ce{C2H5Br + Mg ->[\text{эфир}] C2H5MgBr}\]

Эфир (диэтиловый или ТГФ) обязателен: его атомы кислорода координируют магний и стабилизируют реагент. Реактив Гриньяра — очень сильное основание: алканы — кислоты с \(pK_a\) около 50, и реагент мгновенно отрывает протон от любой группы OH, NH, COOH и \(\ce{C#C-H}\).

edit_noteРазбор задачи: реактив Гриньяра и тяжёлая вода

Что образуется при действии \(\ce{D2O}\) на метилмагнийиодид? Метил-анион отрывает дейтрон от \(\ce{D2O}\): \(\ce{CH3MgI + D2O -> CH3D + Mg(OD)I}\). Получается метан с одним атомом дейтерия — так метку вводят в строго определённое положение молекулы.

boltВсё кислое разрушает реагент

Вода, спирты, кислоты, амины с NH, концевые алкины — любое соединение, более кислое, чем алкан, протонирует реактив Гриньяра. Посуду сушат, эфир берут безводный.

history_eduСухой эфир Гриньяра

Виктор Гриньяр начинал с работ своего учителя Филиппа Барбье, который вводил магний прямо в смесь галогенида и кетона. Гриньяр догадался сначала получать магнийорганическое соединение в эфире отдельно (1900) и получил за это Нобелевскую премию 1912 года.

Присоединение к карбонильной группе

Атом углерода реактива Гриньяра атакует электрофильный атом углерода карбонильной группы. Пара электронов связи C–Mg образует новую связь C–C, а π-связь C=O переходит на атом кислорода: образуется алкоголят магния. При обработке кислотой он превращается в спирт.

Этилмагнийбромид и циклогексанон: новая связь C–C, алкоголят, затем спирт

С формальдегидом — первичный спирт \(\ce{R-CH2-OH}\) (цепь длиннее на один атом).
С другими альдегидами \(\ce{R'CHO}\) — вторичный спирт \(\ce{R-CH(OH)-R'}\).
С кетонами — третичный спирт.
С углекислым газом — карбоновая кислота \(\ce{R-COOH}\).
С оксидом этилена — первичный спирт \(\ce{R-CH2-CH2-OH}\) (цепь длиннее на два атома).
Со сложным эфиром — третичный спирт с двумя одинаковыми группами R (присоединяются две молекулы реагента).

Что даёт циклогексилмагнийбромид с разными электрофилами

циклогексилметанол: + CH₂O — Что даёт циклогексилмагнийбромид с разными электрофилами

edit_noteРазбор задачи: подсчёт атомов углерода

Бутилмагнийбромид содержит четыре атома углерода. С формальдегидом образуется пентан-1-ол (\(4 + 1\)), с ацетальдегидом — гексан-2-ол (\(4 + 2\)), с ацетоном — 2-метилгексан-2-ол (\(4 + 3\)), с углекислым газом — пентановая кислота (\(4 + 1\)), с оксидом этилена — гексан-1-ол (\(4 + 2\)), с этилформиатом — нонан-5-ол (две молекулы реагента и один атом углерода эфира). Прежде чем называть продукт, сложите атомы углерода.

boltКакой спирт получится

Формальдегид — первичный, другой альдегид — вторичный, кетон — третичный, сложный эфир — третичный с двумя одинаковыми группами, оксид этилена — первичный с цепью длиннее на два атома.

auto_awesomeКислота из сухого льда

В лаборатории карбоксилирование ведут просто: раствор реактива Гриньяра выливают на измельчённый сухой лёд. Избыток твёрдого \(\ce{CO2}\) одновременно охлаждает смесь, а после подкисления получается карбоновая кислота.

Ретросинтез и защита групп

Чтобы спланировать синтез спирта через реактив Гриньяра, мысленно разорвите связь C–C у атома, несущего группу OH: один фрагмент даёт реактив Гриньяра, другой — карбонильное соединение. У третичного спирта с тремя разными группами таких разрывов три, у вторичного — два, у первичного — один (формальдегид) либо оксид этилена.

Если в молекуле есть группа OH, NH, COOH или C=O, реактив Гриньяра из неё получить нельзя: такие группы сначала защищают — группу OH превращают в силиловый эфир, карбонильную — в ацеталь (тема 24).

3-бромпропан-1-ол — Защита гидроксильной группы перед получением реактива Гриньяра

силиловый эфир: OH защищена — Защита гидроксильной группы перед получением реактива Гриньяра

edit_noteРазбор задачи: пентан-1,4-диол

Нужно соединить 3-бромпропан-1-ол и ацетальдегид (\(3 + 2 = 5\) атомов углерода). Магний прямо добавить нельзя: гидроксильная группа протонирует реагент. Поэтому группу OH защищают силиловым эфиром, получают реактив Гриньяра, присоединяют ацетальдегид, обрабатывают водой и снимают защиту фторид-ионом. Продукт — пентан-1,4-диол.

boltРазрыв у группы OH

Для синтеза спирта разорвите одну из связей C–C у атома с группой OH: к отделившейся группе допишите MgBr, к оставшемуся атому — двойную связь с кислородом.

auto_awesomeЗащитные группы

Силиловые эфиры устойчивы к реактивам Гриньяра и основаниям, но легко снимаются фторид-ионом: связь Si–F — одна из самых прочных одинарных связей. Этим пользуются в синтезе сложных молекул, где защищают сразу несколько групп.

push_pinГлавное

Магний в сухом эфире превращает галогенид \(\ce{RX}\) в реактив Гриньяра \(\ce{RMgX}\), в котором атом углерода несёт частичный отрицательный заряд: это сильный нуклеофил и очень сильное основание. Вода, спирты, кислоты и концевые алкины разрушают реагент. С формальдегидом образуется первичный спирт, с другими альдегидами — вторичный, с кетонами — третичный, с углекислым газом — кислота, с оксидом этилена — спирт с цепью длиннее на два атома.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.