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.

Victor Grignard

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.

ElőállításaSzerkesztés

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.

 

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

KimutatásSzerkesztés

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]

ReakcióiSzerkesztés

KarbonilvegyületekkelSzerkesztés

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]

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 alkilezéseSzerkesztés

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

 

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-halogenidekkelSzerkesztés

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.

OxidációSzerkesztés

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 alkalmazásSzerkesztés

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]

GalériaSzerkesztés

FordításSzerkesztés

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 jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

ForrásokSzerkesztés

  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
  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 ideje: 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 
  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.