Overview
מקור: Vy M. דונג ופאבן קרוז, המחלקה לכימיה, אוניברסיטת קליפורניה, אירווין, קליפורניה
ניסוי זה ידגים כיצד לבצע כראוי תגובת Grignard. היווצרות של ריאגנט אורגנומטלי תוכח על ידי סינתזה של ריאגנט גרינארד עם מגנזיום ואלקיל הייליד. כדי להדגים שימוש נפוץ של ריאגנט Grignard, התקפה נוקלופילית על קרבוניל יבוצע כדי ליצור אלכוהול משני על ידי יצירת קשר C-C חדש.
Principles
תגובת הגריניארד היא שיטה ליצירת קשרים פחמתיים בין אלקיל/אריל האלידס לבין קרבונילים כמו אלדהידים, קטונים או אסטרים. כימיה זו, זו שזכתה בפרס נובל, מורכבת משני שלבים: היווצרות ריאגנט של גרינגארד ותוספת לאחר מכן של גרינגארד לפח כדי לבנות קשר פחמן-פחמן חדש. ריאגנט גרינארד הוא תרכובת אורגנומטלית, במיוחד תרכובת organomagnesium. הסינתזה של ריאגנט Grignard דורש אלקיל או אריל הייד (כלורידים, ברומידים, או יוד) ומגנזיום. בשלב זה, האלקטרופילי (אלקטרופיל חסר אלקטרונים ומקבל אלקטרונים) אלקיל האלייד הופך לתרכובת דמוית קרבניון נוקלופילית (נוקלאופילי עשיר באלקטרונים ותורם אלקטרונים). השלב השני של תגובת גרינארד כרוך בתוספת נוקלאופילית של ריאגנט Grignard על קרבוניל. לאחר שלב זה נוצר קשר פחמן-פחמן חדש והקלבוניל הופך לאלכוהול. חשוב לבצע את שני השלבים בתנאים נטולי לחות אחרת ריאגנט Grignard בשימוש יגיב עם מים, ואין תוצאות היווצרות קשר Grignard או C-C הרצוי. תגובת Grignard היא כלי חשוב ונפוץ המאפשר כימאים סינתטיים לקחת כל אלקיל או אריל הייליד ולהפוך אותו לתרכובת organomagnesium, אשר ניתן להשתמש בו כדי לבנות קשרים פחמן פחמן.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Procedure
1. היווצרות ריאגנט של גרינגארד
- יבש להבה בקבוקון תחתון עגול מצויד מוט ערבוב מגנטי.
- הוסיפו מגנזיום (מ"ג, 1.1 equiv.) לבקבוקון התחתון העגול.
- מוסיפים כמות קטנה של יוד (אני2,כמה גבישים). תוספת של יוד היא כדי לעזור להסיר כל MgO על פני השטח של Mg. הסרת MgO מאפשר Mg ו aryl / אלקיל halide לבוא במגע ולהגיב. Sonication או תוספת של מתיל יודיד או 1,2-dibromoethane יכול גם לעזור עם חניכה.
- מצננים את תערובת התגובה ל-0 מעלות צלזיוס עם אמבט מי קרח
- הוסיפו באיטיות תמיסת THF (1 מ') של אליל ברומיד (1 equiv.) לבקבוקון התחתון העגול עם מגנזיום.
- לאחר הוספת הפתרון של אליל ברומיד, מערבבים את תערובת התגובה במשך 3 שעות בטמפרטורת החדר.
2. תוספת נוקלאופילית
- בבקבוקון עגול נפרד מיובש להבה, מוסיפים טרנס-cinnamaldehyde (0.85 equiv.) ו THF (0.5 M ביחס לטרנס-cinnamaldehyde) וקוררים ל 0 °C (5 °F).
- הוסיפו באיטיות את תמיסת ה-THF של ריאגנט גרינגארד (אליל-מגנזיום ברומיד) לתמיסת הטרנס-סינמלדהיד.
- לאחר התוספת, לחמם את תערובת התגובה לטמפרטורת החדר על ידי הסרת אמבט מי קרח ומערבבים במשך 4 שעות.
- עקוב אחר התקדמות התגובה באמצעות TLC על ידי חיפוש היעלמותו של טרנס-סינמלדהיד.
- לאחר השלמת התגובה, מצננים את התערובת ל-0 מעלות צלזיוס עם אמבט מי קרח.
- לאט לאט להרוות את התגובה עם פתרון מימי רווי של אמוניום כלוריד (NH4Cl).
- מעבירים את התערובת למשפך מפריד ומחלצים את השכבה הממית עם אתיל אצטט 3x.
- שלבו את השכבות האורגניות ושטפו עם מים ומי מלח (תמיסה מימית רוויה של NaCl).
- יבש את השכבה האורגנית עם MgSO4נטול מים , לסנן, ולאדות את הממס באמצעות אידוי סיבובי.
- לטהר את השאריות הגולמיות באמצעות כרומטוגרפיה של עמוד פלאש.
תגובת Grignard הוא כלי שימושי להיווצרות קשרים פחמן-פחמן בסינתזה אורגנית.
תגובה זו התגלתה לפני יותר ממאה שנה על ידי כימאי צרפתי בשם ויקטור גרינארד, עליו זכה בפרס נובל בשנת 1912.
תגובת גרינארד מורכבת משני שלבים. הצעד הראשון הוא להגיב organohalide עם מתכת מגנזיום, בדרך כלל נוכח בצורה של פניות. זה מוביל להיווצרות במקום של אורגנומגנסיום הליד A.K.A. Grignard ריאגנט.
השלב השני הוא התגובה בין ריאגנט זה לבין תרכובת המכילה קרבוניל כמו אלדהיד, קטון או אסתר, ובהתאם לתרכובת המשמשת, אלכוהול משני או שלשוני, המורכב ממנות אורגניות הן מהריאגנט והן מהתרכובת המכילה קרבוניל, מיוצר.
בסרטון זה, נראה פרוטוקול שלב אחר שלב להכנת allylmagnesium bromide, ריאגנט Grignard בשימוש תכוף במעבדות כימיה. זה יהיה ואחריו ההליך להגיב ריאגנט זה עם טרנס-cinnamaldehyde כדי להשיג אלכוהול משני. לבסוף, נבחן כמה יישומים של תגובה זו.
לפני הוספת ריאגנטים, ייבש להבה בקבוקון 50 מ"ל ובר לערבב כדי להסיר את כל עקבות המים, ולאחר מכן להתקרר לטמפרטורת החדר תחת אווירה של חנקן. זה קריטי כמו ריאגנטים Grignard רגישים מאוד לחות.
לאחר מכן, מוסיפים פניות מגנזיום מיובשות בתנור וכמה גבישים של יוד אשר יאפשרו את תחילת התגובה על ידי הסרת כל ציפוי תחמוצת מגנזיום מהמתכת. לאחר מכן, להוסיף 24 מ"ל של THF נטול מים.
מניחים את הבקבוק באמבט מי קרח כדי למתן את החום המיוצר, ועם ערבוב, מוסיפים לאט אליל ברומיד באמצעות מזרק. לאחר מכן להסיר את הבקבוק מאמבט מי קרח ולאפשר לתערובת התגובה להגיע לטמפרטורת החדר. כדי להבטיח את השלמת התגובה, השתמש בכרומטוגרפיה של גז כדי לפקח על הצריכה של אליל ברומיד.
ברגע שהתגובה של גרינגארד תהיה מוכנה לשימוש, התכוננו לשלב הבא בתגובה. הוסיפו לבקבוקון 200 מ"ל מיובש להבה וערבבו בר טרנס-סינמלדהיד ו-30 מ"ל של THF נטול מים, וערבבו תחת אטמוספרת חנקן. זה חשוב כמו בנוכחות לחות ריאגנט Grignard יושמד, ולא יגיב עם תרכובת המכילה קרבוניל.
מערבבים את התמיסה הטרנס-סינמלדהיד ב-0 מעלות, ומכניסים מחט כפולה למרחב הראש, כשהקצה השני מוחדר למרחב הראש של הבקבוק המכיל את ריאגנט הגריניארד. מוציאים את הבלון מלא החנקן מהסינמלדהיד, ומוסיפים קו חנקן לבקבוק הגריניארד.
להפעיל לחץ חיובי עם קו החנקן כדי להעביר את ריאגנט Grignard לתוך cinnamaldehyde. לאחר השלמת התוספת, החליפו את המחט בעלת ההטיה הכפולה בבלון מצורף, הסירו את האמבטיה הקרה וערבוב בטמפרטורת החדר. כדי לקבוע אם התגובה הושלמה, השתמש בכרומטוגרפיה של שכבה דקה כדי לפקח על צריכת טרנס-סינמלדהיד.
לאחר שנקבע כי התגובה הושלמה, לקרר את התערובת ל 0 מעלות, ותוך כדי ערבוב, בזהירות להוסיף 30 מ"ל של תמיסת אמוניום כלוריד מימי רווי 50 מ"ל של אתיל אצטט. הפרד את השכבות באמצעות משפך מפריד, ולחלץ את השכבה מימית עם שלוש מנות 50 מ"ל של אצטט אתיל. שלבו את התמציות האורגניות במשפך המפריד, ושטפו עם תמיסת נתרן כלורי מימית 50 מ"ל.
הסר עקבות של מים מן השכבות האורגניות המשולבות על ידי הוספת כ 500 מ"ג של מגנזיום גופרתי, ולאחר מכן לסנן את מוצק ולשטוף עם אצטט אתיל נוסף. מרכזים את התערובת תחת לחץ מופחת, ומטהרים את החומר הגולמי באמצעות כרומטוגרפיה של עמוד פלאש.
כדי לאמת את המבנה של המוצר, להמיס 2 מ"ג של החומר היבש בממס 0.5 מ"ל deuterated ולנתח על ידי פרוטון NMR.
עכשיו שראינו הליך מעבדה לדוגמה, בואו נראה כמה יישומים שימושיים של תגובת Grignard.
Phorboxazole A הוא מוצר טבעי המוצג להפגין תכונות אנטיבקטריאליות, אנטי פטרייתיות, אנטי פטרייתי, אנטי-פטרייתי, מה שמעורר מאמצים בפיתוח הליכים סינתטיים לייצור שלה. תגובת Grignard משמשת בשלב מפתח של סינתזה זו, שבו oxazolyl-methylmagnesium ברומיד תוקף קרבוניל לקטון כדי ליצור ביניים hemiketal. בעוד תגובת Grignard מיושמת באופן נרחב, תגובות צד יכול להתרחש בהתאם לאופי של מצע, ויש לקחת בחשבון בעת עיצוב סינתזה חדשה.
לדוגמה, אם המצע הוא קרבוניל מעוכב, ריאגנט Grignard יכול להגיב כבסיס, deprotonating המצע, ולהניב enolate. לאחר העבודה למעלה, החומר ההתחלתי הוא התאושש. לחלופין, תגובת חיסול בטא-הידריד יכולה להתרחש, מה שמוביל להפחתת קרבוניל לאלכוהול.
כדי לדכא תגובות צד אלה, מלחי לנתניד כגון cerium(III) כלוריד מתווספים לתגובה, שם המלחים לתאם עם חמצן קרבוניל, שיפור אלקטרופיליות קרבוניל. זה בתורו מאפשר ריאגנט Grignard להוסיף קרבוניל לתת את המוצר הרצוי ומפחית את שיעור המוצרים הלא רצויים.
לדוגמה, בתגובה בין ציקלופנטילמגניום כלוריד וציקלוהקסנון, מוצר חיסול בטא-הידריד שולט, אם לא מתווסף כלוריד 3 סריום. עם זאת, כאשר אותה תגובה מבוצעת בנוכחות מלח cerium, המוצר תוספת הרצוי מתקבל בתשואה גבוהה.
הרגע צפית בהקדמה של ג'וב לתגובת גרינארד. עכשיו אתה צריך להבין את העקרונות של תגובת Grignard, איך לבצע ניסוי, וכמה יישומים שלה. תודה שצפיתם!
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Results
המוצר המטוהר צריך להיות ספקטרום NMR הבא 1H: 1H NMR δ 7.23-7.39 (m, 5H), 6.60 (d, J = 16.0 הרץ, 1H), 6.23 (dd, J = 6.4 הרץ, 1H), 5.84 (מ ', 1H), 5.14-5.20 (m, 2H), 4.35 (q, J = 6.4 הרץ, 1H), 2.37-2.43 (m, 2H), 1.9 (br s, 1H).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Applications and Summary
ניסוי זה הדגים כיצד לסנתז ריאגנט Grignard מ aryl / אלקיל הייליד וכיצד להשתמש ריאגנט Grignard לבצע תוספת נוקלופילית על תרכובת קרבוניל לבנות קשר פחמן-פחמן חדש.
תגובת Grignard מיושמת באופן נרחב בעולם הכימיה הסינתטית, ומשמשת במעבדות מחקר באוניברסיטה, מעבדות לאומיות וחברות תרופות. ריאגנטים פשוטים של Grignard זמינים מסחרית, אך לעתים קרובות נדרשים ריאגנטים ייחודיים ומתמחים של גרינארד. תגובת Grignard מאפשרת כימאים סינתטיים לגשת לתרכובות הדרושות אריל או אלקלילי האלידס. בנוסף לביצוע תוספות נוקלופיליות על קרבונילים, ריאגנטים Grignard יכול לשמש נוקלופילים בשילוב עם מגוון גדול של תרכובות אלקטרופיליות אחרות. דוגמה של ריאגנט Grignard מיוחדים ניתן למצוא בסינתזה של phorboxazole A, מוצר טבעי המציג תכונות אנטי בקטריאליות, אנטי פטרייתי, אנטי-התפשטות.
איור 1. פרובוקסזול A
דרך נוספת לייצר ריאגנטים Grignard היא באמצעות החלפת מגנזיום הלוגן. שיטה זו משתמשת ריאגנט Grignard מראש במקום להשתמש במגנזיום כדי ליצור את Grignard הרצוי. ריאגנטים Grignard הנפוץ ביותר עבור החלפת מגנזיום הלוגן הם i-PrMgCl ו i-PrMgBr, שניהם זמינים מסחרית. החלפת מגנזיום-הלוגן הוכח להפגין סובלנות קבוצה פונקציונלית רחבה1. כתוצאה מכך, שיטה זו הוכיחה להיות דרך שימושית ליצור ריאגנטים Grignard פונקציונלי מאוד. Alkyl / אריל halides עם קבוצות פונקציונליות כי בדרך כלל להגיב עם ריאגנטים Grignard יכול לשמש כדי להפוך ריאגנטים Grignard באמצעות החלפת מגנזיום הלוגן. אסטרים, ניטריל ואלקל כלורידים נשארים שלמים במהלך חילופי מגנזיום-הלוגן. בנוסף, יודידים יכולים לעבור באופן סלקטיבי החלפת מגנזיום-הלוגן בנוכחות ברומידים.
איור 2. בורסת מגנזיום-הלוגן
ריאגנטים Grignard בדרך כלל לפעול כמו נוקלופילים ולהוסיף על תרכובות קרבוניל, אבל תגובות לוואי יכול להתרחש בהתאם לאופי של Grignard ו קרבוניל בשימוש. תגובת צד נפוצה היא צימוד וורץ, שבו הזוגות Reagent Grignard לעצמו כדי ליצור עמעם. גריניארדים מגושמים באופן סטרי או קרבונילים יכולים להפוך את התוספת הנוקלופילית למאתגרת. תוצאות פוטנציאליות עם מצעים מגושמים באופן סטרי הן היעדר תוספת או הפחתה של קרבוניל באמצעות העברתΒββ-הידריד. נוכחותם של פרוטונים ניתנים לאיאוליזה ב קרבוניל יכולה גם להפוך את התוספת הנוקלופילית למאתגרת עקב אנליליזציה קרבוניל תחרותית. דרך נפוצה לדכא תגובות צד אלה ולקדם תוספת נוקלופילית היא להשתמש מלחי lanthanide, במיוחד CeCl3, כמו תוספים. מלחי לנתניד הם אוקסופיליים (נמשכים לחמצן), ולכן הם מתאמים לחמצן קרבוניל ומגבירים את האלקטרופיליות של הקרבוניל. זה צפוי כי תוספת של ציקלופנטיל MgCl לתוך ציקלוהקסנון ייתן את האלכוהול שלשלוני, אבל במקום זאת קרבוניל מופחת לתת את האלכוהול המשני. תגובה צדדית זו יכולה להיות מדוכאת לטובת התוספת הרצויה של גרינארד על ידי הוספת LaCl3.
איור 3. מלח לנתניד קידם את תוספת גרינגארד
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
References
- Angew. Chem. Int. Ed.,2003, 42, 4302.
