Grignard-reagens

A Grignard-reagens vagy Grignard-vegyület az R−Mg−X általános képlettel leírható fémorganikus vegyületek gyűjtőneve, ahol az R alkil vagy arilcsoport, X pedig egy halogént jelöl (legtöbbször brómot). Nagyon reakcióképes, nyomnyi mennyiségű vízzel is hevesen elreagál, ezért csak vízmentes közegben használható. Elterjedten használt redukálószer és fontos alkilezőszer. Tipikus példa rá a metil-magnézium-klorid és a fenil-magnézium-bromid. Elterjedt reagensek a szerves kémiában új szén-szén-kötések létrehozásakor, hasonlóan a lítiumorganikus vegyületekhez.

A Grignard-reagensek tisztán rendkívül reakcióképes szilárd anyagok. Legtöbbször szerves oldószerekben, dietil-éterben vagy tetrahidrofuránban oldva használják. Oldatban stabil, amennyiben vízmentesített a rendszer. Az oldószerrel rendszerint komplexet alkot, melyhez a magnézium koordinációs kötéssel kapcsolódik.

A Grignard-reagens nevét Victor Grignard francia kémikusról kapta, aki 1900-ban fedezte fel, amiért 1912-ben kémiai Nobel-díjjal jutalmazták.

Előállítása

A Grignard-vegyületeket alkil-halogenidek fémes magnéziummal való reakciójával állítják elő. A reagens stabilizálásához étereket használnak. A művelet víztől és levegőtől elzárva végzendő, mivel ezek protolízis vagy oxidáció révén használhatatlanná teszik a reagenst.^[1] Az alkil-magnézium-halogenid képződése lassan indul be a fém felületén megjelenő oxidréteg miatt, azonban idővel felgyorsul és igen exotermmé válhat. A reakció bármely halogénnel kivitelezhető, azonban az alkil-fluoridok kis reakciókészsége miatt azokhoz nem szimpla magnézium, hanem speciálisan aktivált Rieke-magnézium szükséges.^[2]

Az előállításhoz rendszerint magnéziumszalagot használnak. Az azt körülvevő magnéziumoxid-réteg azonban gátolja a reakciót. A passzívréteg megbontására, a reaktív magnézium felszabadítására több módszer is rendelkezésre áll, köztük a fémszalagok porrá őrlése helyben, az erős keverés és az ultrahangos kezelés.^[3] Ezenkívül aktiválószerként jódot, metil-jodidot vagy 1,2-dibrómetánt használnak. Utóbbi esetén az etilénbuborékok megjelenése jelzi, hogy a magnézium reakcióképes. A keletkező vegyület a további reakciókra nincs hatással.

$\mathrm {Mg+BrC_{2}H_{2}Br\rightarrow C_{2}H_{2}+MgBr_{2}}$

Az aktiválószerekkel elreagáló magnézium mennyisége nem jelentős. Kis mennyiségű higany(II)-kloriddal a fémfelület amalgámmá alakítható, ezáltal nő a reaktivitása is.

Kimutatás

A Grignard-vegyület vízzel való heves reakcióját felhasználják annak kimutatására vagy minőségi ellenőrzésére. Általánosságban az ilyen teszteknél valamilyen vízmentes, protikus reagenst használnak, amelynek könnyen mérhető a tömege, például mentolt színezőanyag jelenlétében. A fenantrolinnal vagy 2,2'-bipiridinnel való reakciója szintén színváltozással jár.^[4]

Reakciói

Karbonilvegyületekkel

A Grignard-reagens számos karbonilcsoportot tartalmazó vegyülettel képes reakcióba lépni, beleértve az aldehideket, ketonokat, észtereket, amidokat, de még a szén-dioxidot is.^[5]

Leggyakrabban az aldehidek és ketonok alkilezésére használják a Grignard-reakcióban. Ekkor a karbonilcsoport alkohollá redukálódik, míg az oxigénhez kapcsolódó szénre beépül a plusz alkilcsoport.^[6]

Reaction of CH3C(=O)CH(OCH3)2 with H2C=CHMgBr — Reaction of CH₃C(=O)CH(OCH₃)₂ with H₂C=CHMgBr

Fontos megjegyezni, hogy az acetálcsoport nem reagál a Grignard-reagenssel, így az át nem alakítandó karbonilcsoportok levédhetők acetállá alakítással.

Aldehidekkel vagy prokirális ketonokkal való reakcióban a Felkin-Anh-modell vagy a Cram-szabály alapján megjósolható, hogy melyik sztereoizomer fog keletkezni. A könnyen deprotonálható 1,3-diketonok és a hasonlóan CH-savas vegyületekkel szemben a Grignard-reagens gyenge bázisként viselkedik, így az enolátion mellett a magnéziumhoz kapcsolódó alkilcsoport is felszabadul alkán formájában.

Nukleofil szubsztitúciós reakciókban a nukleofil szerepét tölti be. Ez a Naproxén ipari gyártásának kulcslépése.

Fémek és félfémek alkilezése

A lítiumorganikus vegyületekhez hasonlóan a szén- és a heteroatomok közötti kötések létrehozására szolgálhat.

{\begin{matrix}{\ce {R4B-}}\\{\color {White}\scriptstyle {\ce {Et2O.BF3}}\ {\mbox{vagy}}\ {\ce {NaBF4}}}{\Bigg \uparrow }\scriptstyle {\ce {Et2O.BF3}}\ {\mbox{vagy}}\ {\ce {NaBF4}}\\{\ce {Ph2PR <-[{\ce {Ph2PCl}}] RMgX ->[{\ce {Bu3SnCl}}] Bu3SnR}}\\{\color {White}\scriptstyle {\ce {B(OMe)3}}}{\Bigg \downarrow }\scriptstyle {\ce {B(OMe)3}}\\{\ce {RB(OMe)2}}\end{matrix}}

A Grignard-vegyületek számos fémtartalmú elektrofil vegyülettel reakcióba lépnek. A kadmium-kloridot például dialkil-kadmiummá alakítja, ahogy a fémek kicserélődnek.:^[7]

2 RMgX + CdCl₂ → R₂Cd + 2 Mg(X)Cl

Alkil-halogenidekkel

A Grignard-reagensek jellemzően nem reagálnak a halogéncsoporttal, azok viszonylag nagy reakciókészsége ellenére. Bizonyos fémtartalmú katalizátorok jelenlétében azonban nemcsak lecserélhető a halogén alkilcsoportra, de ebben az esetben a reagens még előnyben is részesíti a karbonilcsoportokkal szemben. Példaként alább a metil−para-klórbenzoát átalakítása látható para-nonil-benzoesavvá nonil-magnézium-bromid segítségével. A katalizátor vas(III)-acetilacetonát, amely nélkül a Grignard-reagens az észteres karbonilcsoportot támadná. Második lépésként az észter lúgos hidrolízisével szabadítjuk fel a savat.^[8]

Aril-Grignard-vegyületekhez szintén jól használható katalizátor a nikkel-klorid vagy a lítium-kloridból és réz-kloridból készített dilítium-tetrakloro-kuprát (Li₂CuCl₄) tetrahidrofuránban (THF) oldva.

Oxidáció

Grignard-vegyületek oxigénnel való reakciója szerves magnézium-peroxidokat eredményezhet, amelyből hidrolízissel alkil-hidroperoxidok vagy alkoholok keletkeznek. A reakció gyökös mechanizmusú.

A Grignard-reagensek alkohollá történő egyszerű oxidációja nem bír nagy gyakorlati jelentőséggel, mivel csekély hozammal játszódik le. Ugyanakkor a borán jelenlétében hidrogén-peroxiddal végzett kétlépéses oxidáció már alkalmas alkoholok előállításához.

Hosszabb szénláncú alkoholok alkénekből történő előállítására szintén használnak aril- vagy vinil-Grignard-reagenseket oxigén jelenlétében.^[9] Az oxigén alapvető fontosságú, enélkül ugyanis nem megy végbe reakció. A folyamat hátránya, hogy kétszeres mennyiségű Grignard-reagenst igényel, ám annak csak a fele jelenik meg a végtermékben. Ennek kiküszöbölésére a beépítendő alkilcsoportot tartalmazó Grignard mellett olcsóbb n-butil-magnézium-bromidot adnak a reakciótérbe.

Ipari alkalmazás

Bonyolult szerves vegyületek, gyógyszerhatóanyagok előállításához kulcsfontosságú a Grignard-reagens használata. Például az emlőrák kezelésére használt Tamoxifen^[10] nem-sztereoszelektív gyártásához fenil-magnézium-bromidot használnak:^[11]

Galéria

Magnéziumszalagok a lombikban.
Tetrahidrofurán és némi jód hozzáadva.
Alkil-bromid az elegyhez keverve melegítés közben.
Miután minden belekerült, tovább melegítjük.
A Grignard-reagens kialakult. Egy kevés magnézium maradt a lombikban.
A reakcióelegyet 0°C-ra hűtjük. Az oldat zavarossá válik, ahogy az imént előállított Grignard-vegyület kicsapódik.
A karbonilvegyület oldatát a reakciótérbe adagoljuk.
Az oldat visszamelegedett szobahőmérsékletűre. A reakciónak vége.

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Grignard reagent című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Források

↑ (1933) „The Oxidation of Grignard Reagents”. Journal of the American Chemical Society 55 (4), 1693–1696. o. DOI:10.1021/ja01331a065.
↑ Lai Yee Hing (1981). „Grignard Reagents from Chemically Activated Magnesium”. Synthesis 1981 (9), 585–604. o. DOI:10.1055/s-1981-29537.
↑ Smith, David H. (1999). „Grignard Reactions in "Wet" Ether”. Journal of Chemical Education 76 (10), 1427. o. DOI:10.1021/ed076p1427.
↑ (2006) „Convenient Titration Method for Organometallic Zinc, Harshal ady Magnesium, and Lanthanide Reagents”. Synthesis 2006 (5), 890–891. o. DOI:10.1055/s-2006-926345.
↑ Henry Gilman and R. H. Kirby (1941). „Butyric acid, α-methyl-”. Org. Synth.. ; Coll. Vol. 1: 361
↑ Haugan, Jarle André (1997). „Total Synthesis of C31-Methyl Ketone Apocarotenoids 2: The First Total Synthesis of (3R)-Triophaxanthin”. Acta Chemica Scandinavica 51, 1096–1103. o. [2011. augusztus 11-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.3891/acta.chem.scand.51-1096. (Hozzáférés: 2021. március 30.)
↑ Unit 12 Aldehydes, Ketones and Carboxylic Acids, Chemistry Part II Textbook for class XII. India: National Council of Educational Research and Training, 355. o. (2010). ISBN 978-81-7450-716-7
↑ A. Fürstner, A. Leitner, G. Seidel (2004). „4-Nonylbenzoic Acid”. Org. Synth. 81, 33–42. o.
↑ (2005) „Air-Assisted Addition of Grignard Reagents to Olefins. A Simple Protocol for a Three-Component Coupling Process Yielding Alcohols”. J. Am. Chem. Soc. 127 (51), 18006–18007. o. DOI:10.1021/ja055732b. PMID 16366543.
↑ Richey, Herman Glenn. Grignard Reagents: New Developments. Wiley (2000). ISBN 0471999083
↑ Jordan VC (1993). „Fourteenth Gaddum Memorial Lecture. A current view of tamoxifen for the treatment and prevention of breast cancer”. Br J Pharmacol 110 (2), 507–17. o. DOI:10.1111/j.1476-5381.1993.tb13840.x. PMID 8242225. PMC 2175926.

Kémiaportál • összefoglaló, színes tartalomajánló lap

[1] (1933) „The Oxidation of Grignard Reagents”. Journal of the American Chemical Society 55 (4), 1693–1696. o. DOI:10.1021/ja01331a065.

[2] Lai Yee Hing (1981). „Grignard Reagents from Chemically Activated Magnesium”. Synthesis 1981 (9), 585–604. o. DOI:10.1055/s-1981-29537.

[3] Smith, David H. (1999). „Grignard Reactions in "Wet" Ether”. Journal of Chemical Education 76 (10), 1427. o. DOI:10.1021/ed076p1427.

[4] (2006) „Convenient Titration Method for Organometallic Zinc, Harshal ady Magnesium, and Lanthanide Reagents”. Synthesis 2006 (5), 890–891. o. DOI:10.1055/s-2006-926345.

[5] Henry Gilman and R. H. Kirby (1941). „Butyric acid, α-methyl-”. Org. Synth.. ; Coll. Vol. 1: 361

[Haugan1997-6] Haugan, Jarle André (1997). „Total Synthesis of C31-Methyl Ketone Apocarotenoids 2: The First Total Synthesis of (3R)-Triophaxanthin”. Acta Chemica Scandinavica 51, 1096–1103. o. [2011. augusztus 11-i dátummal az eredetiből archiválva]. DOI:10.3891/acta.chem.scand.51-1096. (Hozzáférés: 2021. március 30.)

[7] Unit 12 Aldehydes, Ketones and Carboxylic Acids, Chemistry Part II Textbook for class XII. India: National Council of Educational Research and Training, 355. o. (2010). ISBN 978-81-7450-716-7

[8] A. Fürstner, A. Leitner, G. Seidel (2004). „4-Nonylbenzoic Acid”. Org. Synth. 81, 33–42. o.

[9] (2005) „Air-Assisted Addition of Grignard Reagents to Olefins. A Simple Protocol for a Three-Component Coupling Process Yielding Alcohols”. J. Am. Chem. Soc. 127 (51), 18006–18007. o. DOI:10.1021/ja055732b. PMID 16366543.

[10] Richey, Herman Glenn. Grignard Reagents: New Developments. Wiley (2000). ISBN 0471999083

[Jordan_1993-11] Jordan VC (1993). „Fourteenth Gaddum Memorial Lecture. A current view of tamoxifen for the treatment and prevention of breast cancer”. Br J Pharmacol 110 (2), 507–17. o. DOI:10.1111/j.1476-5381.1993.tb13840.x. PMID 8242225. PMC 2175926.

[1]