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Organic Chemistry II

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Overview

출처: 비 M. 동과 파벤 크루즈, 화학학과, 캘리포니아 대학, 어바인, 캘리포니아

이 실험은 그리나드 반응을 제대로 수행하는 방법을 보여줍니다. 유기 금속 시약의 형성은 마그네슘과 알킬 할리데와 그리냐드 시약을 합성하여 입증될 것입니다. 그리나드 시약의 일반적인 사용을 입증하기 위해, 카보닐에 뉴클레오필공격은 새로운 C-C 결합을 형성하여 이차 알코올을 생성하기 위해 수행될 것이다.

Principles

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그리나드 반응은 알데히드, 케톤 또는 에스테르와 같은 알킬/아릴 할리드와 카보닐 사이의 탄소 탄소 결합을 형성하는 방법입니다. 노벨상을 수상한 이 화학은 그리냐드 시약 형성과 카보닐에 추가된 두 단계로 구성되어 있어 새로운 탄소 탄소 결합을 구축합니다. 그리냐드 시약은 오가노메탈 화합물, 특히 유기물질 화합물입니다. 그리나드 시약의 합성에는 알킬 또는 아릴 할라이드(염화물, 브로마이드 또는 요오드)와 마그네슘이 필요합니다. 이 단계에서, 전기필(전기필은 전자결핍이고 전자를 받아들인다) 알킬 할라이드는 뉴클레오필로 변형된다(뉴클레오필은 전자가 풍부하고 전자를 기증한다) 카바니온과 같은 화합물이다. 그리나드 반응의 두 번째 단계는 카보닐에 그리냐드 시약의 뉴클레오필적 첨가를 수반한다. 이 단계 후, 새로운 탄소 탄소 결합이 형성되고 카보닐은 알코올로 변환됩니다. 수분이 없는 조건에서 두 단계를 모두 수행하는 것이 중요하며, 그렇지 않으면 사용된 그리나드 시약은 물과 반응하며 원하는 그리냐드 또는 C-C 결합 형성 결과가 없습니다. 그리나드 반응은 합성 화학자가 알킬 또는 아릴 할라이드를 복용하고 탄소 탄소 결합을 구성하는 데 사용할 수있는 유기체 화합물로 변환 할 수있는 중요하고 널리 사용되는 도구입니다.

Figure 1

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Procedure

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Figure 2

1. 그리나드 시약 형성

  1. 마그네틱 스터디 바가 장착된 둥근 바닥 플라스크를 화염 건조시합니다.
  2. 둥근 바닥 플라스크에 마그네슘(Mg, 1.1 equiv.)을 추가합니다.
  3. 소량의 요오드를 추가합니다 (I2,몇 가지 결정). 요오드의 추가 MgO를 제거 MgO의 표면에 어떤 MgO를 제거 하는 데 도움이 및 아릴/알킬 할리드 접촉하 고 반응에 대 한 허용. 메틸 요오드 또는 1,2-디브로모에탄의 초음파 처리 또는 첨가는 개시에 도움이 될 수 있습니다.
  4. 얼음 수조로 반응 혼합물을 0 °C로 식힙니다.
  5. 마그네슘을 사용하여 라운드 하단 플라스크에 아렐 브로마이드(1 equiv.)의 THF(1M) 용액을 천천히 추가합니다.
  6. 아렐 브로마이드의 용액을 첨가한 후, 실온에서 3시간 동안 반응 혼합물을 저어줍니다.

2. 뉴클레오필성 추가

  1. 별도의 화염 건조 둥근 바닥 플라스크에서 트랜스계말데히드(0.85 equiv.) 및 THF(시나말데히드(계피알데히드)를 추가하고 0°C로 냉각한다.
  2. 트랜스계피 -계피 알데히드 용액에 그리나드 시약(알렐 마그네슘 브로마이드)의 THF 용액을 천천히 추가합니다.
  3. 추가 후, 얼음 수조를 제거하여 상온에 반응 혼합물을 따뜻하게하고 4 시간 동안 저어.
    1. 트랜스계말데히드의 실종을 찾아 TLC를 통한 반응 진행 상황을 모니터링한다.
  4. 반응 완료 후, 얼음 수조와 혼합물을 0 °C로 냉각.
  5. 염화암모늄(NH4Cl)의 포화 수성 용액으로 반응을서서히 담금질한다.
  6. 혼합물을 분리 깔때기로 옮기고 에틸 아세테이트 3x로 수성 층을 추출합니다.
  7. 유기 층을 결합하고 물과 소금물 (NaCl의 포화 수성 용액)과 세척합니다.
  8. 무수성 MgSO4로유기 층을 건조시키고, 필터를 하고, 회전 증발을 통해 용매를 증발시다.
  9. 플래시 컬럼 크로마토그래피를 통해 원유 잔류물을 정화합니다.

그리나드 반응은 유기 합성에서 탄소 탄소 결합의 형성을위한 유용한 도구입니다.

이 반응은 1912년 노벨상을 수상한 빅토르 그리나드라는 프랑스 화학자에 의해 100여 년 전에 발견되었습니다.

그리나드 반응은 두 단계로 구성됩니다. 첫 번째 단계는 마그네슘 금속으로 유기체를 반응하는 것으로, 일반적으로 회전 의 형태로 존재한다. 이것은 유기체 할리데 A.K.A. 그리냐드 시약의 시상 형성으로 이어집니다.

두 번째 단계는 알데히드, 케톤 또는 에스테르와 같은 이 시약과 카보닐 함유 화합물 사이의 반응이며, 사용되는 화합물에 따라, 시약 및 카보닐 함유 화합물 모두에서 유기 부분으로 구성된 이차 또는 삼차 알코올이 생성된다.

이 비디오에서는 화학 실험실에서 자주 사용되는 그리나드 시약인 알랄마그네슘 브로마이드를 준비하기 위한 단계별 프로토콜을 보여줄 것입니다. 이것은 이차 알콜을 얻기 위하여 트랜스계피알데히드로 이 시약을 반응하기 위한 절차가 선행될 것입니다. 마지막으로, 우리는이 반응의 응용 프로그램의 몇 가지를 볼 수 있습니다.

시약을 추가하기 전에 50mL 플라스크를 화염 건조시키고 바를 저어 모든 물 흔적을 제거한 다음 질소 의 대기 하에서 실온으로 식힙니다. 그리나드 시약은 습기에 매우 민감하기 때문에 이것은 매우 중요합니다.

다음으로, 오븐에 말린 마그네슘 선회와 금속에서 산화물 코팅 마그네슘을 제거하여 반응의 개시를 용이하게 하는 요오드의 몇 가지 결정을 추가합니다. 그 후, 무수THF의 24mL를 추가합니다.

플라스크를 얼음 수조에 넣고 생성된 열을 완화하고 교반하면 주사기를 통해 알릴 브로마이드를 천천히 추가합니다. 그런 다음 얼음 수조에서 플라스크를 제거하고 반응 혼합물이 실온에 도달 할 수있도록합니다. 반응의 완성을 보장하기 위해 가스 크로마토그래피를 사용하여 아렐 브로마이드의 소비를 모니터링합니다.

그리나드 반응이 준비되면 반응의 다음 단계를 준비하십시오. 화염 건조 200mL 플라스크에 넣고 바 트랜스 계피알데히드와 30mL의 무수성 THF를 저어질소 대기하에서 저어줍니다. 이것은 수분의 존재에서 그리냐드 시약이 파괴되고, 카보닐 함유 화합물과 반응하지 않을 것이기 때문에 중요합니다.

트랜스계피알데히드 용액을 0도 에서 저어서 머리 공간에 이중 팁 바늘을 삽입하고, 다른 쪽 끝은 그리나드 시약을 포함하는 플라스크의 헤드스페이스에 삽입합니다. 계피 알데히드에서 질소로 채워진 풍선을 제거하고 그리나드 플라스크에 질소 선을 추가합니다.

질소 선으로 양압을 적용하여 그리냐드 시약을 계만알데히드로 옮겨 넣습니다. 추가가 완료되면 이중 팁 바늘을 풍선 부착물로 교체하고 찬욕을 제거하고 실온에서 저어줍니다. 반응이 완료되었는지 여부를 확인하려면 얇은 층 크로마토그래피를 사용하여 트랜스계피알데히드의 소비를 모니터링하십시오.

반응이 완료된 것으로 확인되면 혼합물을 0도로 냉각시키고 교반하는 동안 포화 수성 염화 용액 30mL및 에틸 아세테이트 50mL를 조심스럽게추가한다. 분리 깔때기를 사용하여 층을 분리하고, 에틸 아세테이트의 3 개의 50 mL 부분으로 수성 층을 추출합니다. 유기 추출물을 분리 깔때기에 결합하고 50mL 포화 수성 염화 나트륨 용액으로 세척하십시오.

결합된 유기 층에서 물의 흔적을 제거하여 황산 마그네슘 약 500 mg을 추가한 다음 고체를 걸러내고 추가 에틸 아세테이트로 헹구는 것입니다. 저압하에서 혼합물을 농축하고 플래시 컬럼 크로마토그래피를 사용하여 원유 물질을 정화합니다.

제품의 구조를 확인하기 위해, 0.5 mL 의 신화 용매에 건조 물질의 2 mg을 용해하고 양성자 NMR에 의해 분석한다.

이제 예제 실험실 절차를 보았으니 그리나드 반응의 유용한 응용 프로그램을 살펴보겠습니다.

Phorboxazole A는 강력한 항균, 항진균 및 항증식 특성을 나타내는 것으로 나타난 천연 제품으로 제조를 위한 합성 절차 개발에 노력을 촉구합니다. 그리나드 반응은 옥사졸-메틸마그네슘 브로마이드가 락톤 카보닐을 공격하여 헤미칼 중급을 형성하는 이 합성의 핵심 단계에서사용된다. 그리나드 반응이 널리 적용되는 동안, 측면 반응은 기판의 특성에 따라 발생할 수 있으며, 새로운 합성을 설계할 때 고려해야 합니다.

예를 들어, 기판이 방해된 카보닐인 경우, 그리나드 시약은 기판을 분해하고 황판을 산출하는 기지로서 반응할 수 있다. 작업이 완료되면 시작 재질이 복구됩니다. 대안적으로, 베타 수화물 제거 반응이 일어날 수 있고, 알콜에 탄산염의 감소로 이끌어 내는.

이러한 측면 반응을 억제하기 위해, 세륨(III) 염화물과 같은 란탄염이 반응에 첨가되어 염이 탄산 산소와 조화를 이키어 탄산 전기필성을 강화한다. 이를 통해 그리나드 시약이 카보닐에 첨가하여 원하는 제품을 제공하고 원치 않는 제품의 속도를 줄일 수 있습니다.

예를 들어, 사이클로펜틸마그네슘염염과 사이클로헥세네네 사이의 반응에서 세륨 3개의 염화물이 첨가되지 않으면 베타 수화물 제거 제품이 지배적입니다. 그러나, 세륨 염의 존재에서 동일한 반응이 수행되면, 원하는 첨가물은 높은 수율로 얻어진다.

당신은 방금 그니나드 반응에 대한 JoVE의 소개를 지켜보았습니다. 이제 그리나드 반응의 원리, 실험을 수행하는 방법 및 일부 응용 프로그램을 이해해야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다!

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Results

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정제 된 제품은 다음 1H NMR 스펙트럼을 가져야한다 : 1H NMR δ 7.23-7.39 (m, 5H), 6.60 (d, J = 16.0 Hz, 1H), 6.23 (dd, J = 6.4 Hz, 1H), 5.84 (m, 1H), 5.14-5.20 (m, 2H), 4.35 (q, J = 6.4 Hz, 1H), 2.37-2.43 (1H), 2.37-2.43 m.(1H), 2.37-2.4H(1H), 2.37-2.4H(1H), 2.37-2.4H(1H), 2.37-2.4H(1H), 2.37-2.4H(1H), 2.37-2.43m(1H)

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Applications and Summary

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이 실험은 아릴/알킬 할리데에서 그리냐드 시약을 합성하는 방법과 새로운 탄소 탄소 결합을 구축하기 위해 카보닐 화합물에 뉴클레오필로 첨가를 수행하기 위해 그리냐드 시약을 사용하는 방법을 보여 주었다.

그리냐드 반응은 합성 화학 세계에서 널리 적용되며 대학 연구 실험실, 국가 실험실 및 제약 회사에 사용됩니다. 간단한 그리나드 시약은 시판되지만, 종종 독특하고 전문적인 그리나드 시약이 필요합니다. 그리나드 반응은 합성 화학자가 아릴 또는 알킬 할리데에서 필요한 화합물에 액세스 할 수 있습니다. 카보닐에 뉴클레오필로 첨가된 것을 수행하는 것 외에도, 그리냐드 시약은 다른 다양한 전기성 화합물과 함께 뉴클레오필로 사용될 수 있다. 전문 그리냐드 시약의 예는 강력한 항균, 항균 및 증식 방지 특성을 나타내는 천연 제품인 phorboxazole A의 합성에서 찾을 수 있습니다.

Figure 3
그림 1. 코르바타졸 A

그리냐드 시약을 생성하는 또 다른 방법은 마그네슘 할로겐 교환입니다. 이 방법은 마그네슘을 사용하여 원하는 그리냐드를 생성하는 대신 미리 만들어진 그리냐드 시약을 사용합니다. 마그네슘 할로겐 교환을 위해 가장 일반적으로 사용되는 그리냐드 시약은 i-PrMgCl 및 i-PrMgBr이며, 둘 다 상업적으로 이용 가능합니다. 마그네슘 할로겐 교환은 광범위한 기능성 군 허용오차 1을나타내는 것으로 나타났다. 그 결과, 이 방법은 고기능화된 그리나드 시약을 생성하는 유용한 방법인 것으로 입증되었습니다. 일반적으로 그리냐드 시약과 반응하는 기능성 군을 함유한 알킬/아릴 할라이드는 마그네슘 할로겐 교환을 통해 그리나드 시약을 만드는 데 사용될 수 있다. 에스테르, 니트릴 및 알킬 염화물은 마그네슘 할로겐 교환 중에 그대로 유지됩니다. 또한, 요오디드는 브로마이드가 있는 상황에서 마그네슘 할로겐 교환을 선택적으로 겪을 수 있다.

Figure 4

그림 2. 마그네슘 할로겐 거래소

그리나드 시약은 일반적으로 뉴클레오필로 작용하고 탄산 화합물에 첨가하지만, 사용된 그리냐드와 카보닐의 특성에 따라 측면 반응이 발생할 수 있다. 일반적인 측면 반응은 그니나르 시약이 이홍색을 형성하기 위해 부부를 부부로 하는 뷔르츠 커플링입니다. sterically 부피가 큰 그리나드 또는 카보닐은 뉴클레오필성 추가를 어렵게 만들 수 있습니다. sterically 부피가 큰 기판을 가진 잠재적인 결과는 β-하이드라이드 전송을 통해 탄산염의 첨가 또는 감소의 부재이다. 탄산염에 방출 가능한 양성자의 존재는 또한 경쟁 적인 카보닐 enolization 때문에 뉴클레오필 추가 도전을 만들 수 있습니다. 이러한 측면 반응을 억제하고 뉴클레오필성 첨가를 촉진하는 일반적인 방법은 첨가제로서 란탄염, 특히 CeCl3을사용하는 것이다. 란탄염은 옥소필(산소에 끌리기)이므로 탄산 산소에 조율하고 카보닐의 전기성을 증가시다. 사이클로헥세네네에 사이클로펜틸 MgCl을 첨가하면 고등 알코올을 줄 것으로 예상되지만, 대신 탄산염은 이차 알코올을 주기 위해 감소된다. 이러한 측면 반응은 LaCl3을추가하여 원하는 그리나드 첨가에 찬성하여 억제될 수 있다.

Figure 5
그림 3. 란타니드 소금 프로모션 그리나드 추가

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References

  1. Angew. Chem. Int. Ed.,2003, 42, 4302.

Transcript

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