그리나드 반응

그리나드 반응은 유기 합성에서 탄소-탄소 결합을 형성하는 데 유용한 도구입니다.

이 반응은 100년도 더 전에 빅토르 그리냐르(Victor Grignard)라는 프랑스 화학자에 의해 발견되었으며, 1912년에 노벨상을 수상했습니다.

그리나드 반응은 두 단계로 구성됩니다. 첫 번째 단계는 유기 할로겐화물을 일반적으로 선삭 형태로 존재하는 마그네슘 금속과 반응시키는 것입니다. 이는 유기마그네슘 할라이드(organomagnesium halide, 일명 그리나드(Grignard) 시약의 in situ 형성으로 이어집니다.

두 번째 단계는 이 시약과 알데히드, 케톤 또는 에스테르와 같은 카르보닐 함유 화합물 간의 반응이며, 사용된 화합물에 따라 시약과 카르보닐 함유 화합물 모두의 유기 부분으로 구성된 2차 또는 3차 알코올이 생성됩니다.

이 동영상에서는 화학 실험실에서 자주 사용되는 그리나드 시약인 알릴 마그네슘 브로마이드를 준비하기 위한 단계별 프로토콜을 보여줍니다. 그 다음에는 이 시약을 트랜스-신남알데히드와 반응시켜 2차 알코올을 얻는 절차가 뒤따를 것입니다. 마지막으로 이 반응의 몇 가지 응용 프로그램을 살펴보겠습니다.

시약을 첨가하기 전에 50mL 플라스크와 교반 막대를 화염 건조하여 모든 미량의 물을 제거한 다음 질소 분위기 아래에서 실온으로 냉각합니다. 그리나드 시약은 수분에 매우 민감하기 때문에 이는 매우 중요합니다.

다음으로, 오븐에서 건조된 마그네슘 터닝과 몇 개의 요오드 결정을 추가하면 금속에서 산화마그네슘 코팅을 제거하여 반응 시작을 용이하게 합니다. 그런 다음 무수 THF 24mL를 첨가합니다.

플라스크를 얼음물에 넣어 발생하는 열을 완화하고 저어주면서 주사기를 통해 브로마이드 알릴을 천천히 첨가합니다. 그런 다음 얼음물 수조에서 플라스크를 제거하고 반응 혼합물이 실온에 도달하도록 합니다. 반응 완료를 보장하려면 가스 크로마토그래피를 사용하여 브롬화 알릴의 소비를 모니터링하십시오.

그리나드 반응을 사용할 준비가 되면 반응의 다음 단계를 준비합니다. 화염 건조된 200mL 플라스크에 넣고 트랜스 신남알데히드와 무수 THF 30mL를 저어주고 질소 분위기 아래에서 저어줍니다. 이것은 수분이 있는 경우 그리냐르 시약이 파괴되고 카르보닐 함유 화합물과 반응하지 않기 때문에 중요합니다.

트랜스 신남알데히드 용액을 0도에서 저어주고 이중 팁 바늘을 헤드 스페이스에 삽입하고 다른 쪽 끝을 그리나드 시약이 들어 있는 플라스크의 헤드 스페이스에 삽입합니다. 계피알데히드에서 질소로 채워진 풍선을 제거하고 그리나드 플라스크에 질소 라인을 추가합니다.

질소 라인으로 양압을 가하여 Grignard 시약을 계피 알데히드로 전달합니다. 첨가가 완료되면 양단 바늘을 풍선 부착물로 교체하고 냉탕을 제거하고 실온에서 저어줍니다. 반응이 완료되었는지 여부를 확인하려면 박층 크로마토그래피를 사용하여 트랜스-신남알데히드의 소비를 모니터링하십시오.

반응이 완료된 것으로 확인되면 혼합물을 0도로 냉각하고 교반하면서 포화 염화암모늄 수용액 30mL와 에틸 아세테이트 50mL를 조심스럽게 첨가합니다. 분리 깔때기를 사용하여 층을 분리하고 50mL 에틸 아세테이트 3개로 수성층을 추출합니다. 분리 깔때기에 유기 추출물을 결합하고 50mL 포화 염화나트륨 수용액으로 세척합니다.

약 500mg의 황산마그네슘을 첨가하여 결합된 유기층에서 미량의 수분을 제거한 다음 고체를 걸러내고 추가 에틸 아세테이트로 헹굽니다. 감압 하에서 혼합물을 농축하고 플래시 컬럼 크로마토그래피를 사용하여 조물질을 정제합니다.

제품의 구조를 확인하기 위해 건조된 물질 2mg을 0.5mL 중수소화 용매에 용해시키고 양성자 NMR로 분석합니다.

이제 실험실 절차의 예를 살펴보았으므로 그리나드 반응의 몇 가지 유용한 응용 프로그램을 살펴보겠습니다.

포복사졸 A는 강력한 항균, 항진균 및 항증식 특성을 나타내는 것으로 나타난 천연 제품으로, 제조를 위한 합성 절차를 개발하기 위한 노력을 촉구하고 있습니다. 그리나드 반응은 이 합성의 핵심 단계에서 사용되며, 옥사졸릴-메틸마그네슘 브로마이드가 락톤 카르보닐을 공격하여 헤미케탈 중간체를 형성합니다. 그리나드 반응이 널리 적용되고 있지만, 기질의 특성에 따라 부반응이 발생할 수 있으므로 새로운 합성을 설계할 때 이를 고려해야 합니다.

예를 들어, 기질이 방해된 카르보닐인 경우 Grignard 시약은 염기로 반응하여 기질을 탈양성자화하고 에놀레이트를 생성할 수 있습니다. 작업 시 출발 물질이 회수됩니다. 대안적으로, 베타-하이드라이드 제거 반응이 일어나 카르보닐이 알코올로 환원될 수 있습니다.

이러한 부반응을 억제하기 위해 염화세륨(III)과 같은 란탄족 염이 반응에 첨가되며, 여기서 염은 카르보닐 산소와 배합하여 카르보닐 친전자성을 향상시킵니다. 이를 통해 그리나드 시약이 카르보닐에 첨가하여 원하는 생성물을 제공하고 원치 않는 생성물의 비율을 줄일 수 있습니다.

예를 들어, 시클로펜틸 마그네슘 클로라이드와 시클로헥세논 사이의 반응에서 3 클로라이드 세륨이 첨가되지 않으면 베타 하이드라이드 제거 생성물이 우세합니다. 그러나, 세륨 염의 존재 하에서 동일한 반응을 수행할 때, 원하는 첨가 생성물이 높은 수율로 얻어진다.

여러분은 방금 Grignard 반응에 대한 JoVE의 소개를 시청했습니다. 이제 그리나드 반응의 원리, 실험 수행 방법 및 일부 응용 프로그램을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!