ソース: Vy 雅洞、Faben クルス、化学科、カリフォルニア大学、アーバイン、カリフォルニア州
この実験は、グリニャール反応を適切に遂行する方法を実演します。有機金属試薬の形成は、マグネシウムとハロゲン化アルキル グリニャール試薬を合成によって実証されます。グリニャール試薬の一般的な使用方法を示…

1. グリニャール試薬の生成
2 求核付加反応
グリニャール反応は、有機合成における炭素-炭素結合の形成に有用なツールです。
この反応は、100年以上前にフランスの化学者ビクター・グリニャールによって発見され、1912年にノーベル賞を受賞しました。
グリニャール反応は2つのステップで構成されています。最初のステップは、有機ハロゲン化物をマグネシウム金属(通常はターニングの形で存在する)と反応させることです。これにより、ハロゲン化有機マグネシウム(別名グリニャール試薬)がin situで形成されます。
第2段階は、この試薬とアルデヒド、ケトン、エステルなどのカルボニル含有化合物との反応で、使用する化合物に応じて、試薬とカルボニル含有化合物の両方の有機部分からなる第二級または第三級アルコールが生成されます。
このビデオでは、化学実験室で頻繁に使用されるグリニャール試薬である臭化アリルマグネシウムを調製するためのステップバイステップのプロトコールを紹介します。これに続いて、この試薬をトランスシンナムアルデヒドと反応させて第二級アルコールを得る手順が続きます。最後に、この反応のいくつかの応用例を見ていきます。
試薬を添加する前に、50 mLのフラスコと攪拌棒で火炎乾燥して微量の水をすべて取り除き、窒素雰囲気下で室温まで冷却します。グリニャール試薬は湿気に非常に敏感であるため、これは非常に重要です。
次に、オーブンで乾燥させたマグネシウムのターニングとヨウ素の結晶をいくつか加え、金属から酸化マグネシウムコーティングを除去することで反応の開始を容易にします。続いて、24mLの無水THFを加えます。
フラスコを氷水浴に入れて熱を緩和し、攪拌しながらシリンジで臭化アリルをゆっくりと加えます。次に、氷水浴からフラスコを取り出し、反応混合物を室温に戻します。反応を確実に完了させるために、ガスクロマトグラフィーを使用して臭化アリルの消費量を監視します。
グリニャール反応を使用する準備ができたら、反応の次のステップに備えます。火炎乾燥させた200mLのフラスコに加え、トランスシンナムアルデヒドと30mLの無水THFを攪拌し、窒素雰囲気下で撹拌します。水分の存在下では、グリニャール試薬は破壊され、カルボニル含有化合物と反応しないため、これは重要です。
トランスシンナムアルデヒド溶液を0度で攪拌し、先端が2つある針をヘッドスペースに挿入し、もう一方の端をグリニャール試薬を含むフラスコのヘッドスペースに挿入します。.シンナムアルデヒドから窒素を充填したバルーンを取り出し、グリニャールフラスコに窒素ラインを追加します。
窒素ラインで陽圧を加え、グリニャール試薬をシンナムアルデヒドに移します。添加が完了したら、先端が2本入りの針をバルーンアタッチメントに交換し、冷浴を取り外し、室温で攪拌します。反応が完了したかどうかを判断するには、薄層クロマトグラフィーを使用してトランスシンナムアルデヒドの消費量をモニターします。
反応が完了したと判断されたら、混合物を0度に冷却し、攪拌しながら、30mLの飽和塩化アンモニウム水溶液と50mLの酢酸エチルを慎重に加えます。セパリー漏斗を使用して層を分離し、酢酸エチルの3つの50mL部分で水性層を抽出します。分離液漏斗で有機抽出物を混合し、50mLの飽和塩化ナトリウム水溶液で洗浄します。
約500 mgの硫酸マグネシウムを加えて、結合した有機層から微量の水を取り除き、次に固体をろ過して、追加の酢酸エチルですすいでください。混合物を減圧下で濃縮し、フラッシュカラムクロマトグラフィーを使用して粗材料を精製します。
製品の構造を確認するため、乾燥物2mgを重水素化溶媒0.5mLに溶解し、プロトンNMRで分析します。
さて、実験室の手順の例を見てきたので、グリニャール反応の有用な応用例をいくつか見てみましょう。
ホルボキサゾールAは、強力な抗菌性、抗真菌性、および抗増殖性を示すことが示されている天然物であり、その製造のための合成手順の開発に取り組みを促しています。グリニャール反応は、この合成の重要なステップで使用され、臭化オキサゾリル-メチルマグネシウムがラクトンカルボニルを攻撃してヘミケタール中間体を形成します。グリニャール反応は広く適用されていますが、基質の性質によっては副反応が発生する可能性があるため、新しい合成を設計する際には考慮する必要があります。
例えば、基質がヒンダードカルボニルである場合、グリニャール試薬は塩基として反応し、基質を脱プロトン化してエノラートを生成することができます。ワークアップ後、出発物質が回収されます。あるいは、β-水素化物の脱離反応が起こり、カルボニルがアルコールに還元されることもあります。
これらの副反応を抑制するために、塩化セリウム(III)などのランタノイド塩を反応に添加し、塩がカルボニル酸素と配位することでカルボニル求電子性を高めます。これにより、グリニャール試薬はカルボニルに添加して目的の製品を生成し、不要な製品の割合を減らすことができます。
例えば、塩化シクロペンチルマグネシウムとシクロヘキセノンとの反応では、塩化セリウム3が添加されていない場合、β-水素化物除去生成物が優勢です。しかしながら、セリウム塩の存在下で同じ反応を行うと、所望の付加生成物が高収率で得られる。
JoVEのグリニャール反応の紹介をご覧になりました。これで、グリニャール反応の原理、実験の実行方法、およびその応用のいくつかを理解できるはずです。ご覧いただきありがとうございます!
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Q1: What is a Grignard reagent and how is it formed?
A Grignard reagent, or organomagnesium halide, forms when an organohalide reacts with magnesium metal turnings. This organometallic reagent is created in situ and serves as a nucleophile in subsequent reactions. The formation requires anhydrous conditions and an inert atmosphere since Grignard reagents are extremely sensitive to moisture and will be destroyed in its presence.
Q2: Why must glassware be flame-dried before preparing a Grignard reaction?
Flame-drying removes all traces of water from the flask and stir bar, which is critical because Grignard reagents are highly sensitive to moisture. Any residual water would destroy the reagent and prevent it from reacting with the carbonyl-containing compound. An inert nitrogen atmosphere must also be maintained throughout the procedure to protect the reagent.
Q3: What is the role of iodine in initiating a Grignard reaction?
Iodine crystals facilitate initiation of the Grignard reaction by removing the magnesium oxide coating from the metal surface. This oxide layer can inhibit the reaction between magnesium and the organohalide. By removing this coating, iodine enables efficient contact between the magnesium metal and the alkyl halide, allowing the reaction to proceed smoothly.
Q4: How does the Grignard reagent react with carbonyl compounds to form alcohols?
The Grignard reagent acts as a nucleophile and attacks the electrophilic carbonyl carbon in aldehydes, ketones, or esters. This nucleophilic attack forms a new carbon-carbon bond, creating an intermediate that yields a secondary or tertiary alcohol upon workup. The alcohol product contains organic portions from both the Grignard reagent and the carbonyl compound.
Q5: What side reactions can occur with hindered carbonyl substrates in Grignard reactions?
With hindered carbonyls, the Grignard reagent can act as a base, deprotonating the substrate to form an enolate and recovering starting material. Alternatively, beta-hydride elimination can occur, reducing the carbonyl to an alcohol instead of producing the desired addition product. Lanthanide salts like cerium(III) chloride suppress these side reactions by coordinating with the carbonyl oxygen and enhancing its electrophilicity.
Q6: How are Grignard reaction products purified and characterized?
After workup with ammonium chloride and ethyl acetate, the organic layers are washed with saturated sodium chloride solution and dried with magnesium sulfate. The crude material is purified using flash column chromatography. Product structure is verified by dissolving the dried material in deuterated solvent and analyzing by proton NMR to confirm the desired carbon-carbon bond formation.
Q7: What are practical applications of the Grignard reaction in organic synthesis?
The Grignard reaction is used in synthesizing complex natural products like phorboxazole A, which exhibits antibacterial, antifungal, and antiproliferative properties. In this synthesis, an oxazolyl-methylmagnesium bromide attacks a lactone carbonyl to form a hemiketal intermediate. The reaction's ability to form new carbon-carbon bonds makes it invaluable for constructing complex organic molecules in pharmaceutical and materials research.