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1、格氏反应
卤代烃在无水乙醚或四氢咲喃中和金属镁作用生成烷基卤化镁RMgX,这种有机镁化合物被称作格氏试剂(GrignardReagent)。格氏试剂可以与醛、酮等化合物发生加成反应,经水解后生成醇,这类反应被称作格氏反应(GrignardReaction)。格氏试剂是有机合成中应用最为广泛的试剂之一,它是由法国化学家格林尼亚()发明的。其反应过程可表示为:后来的研究表明,烷基卤化镁(即格氏试剂)可以用于许多反应,应用范围极广,因而很快成为有机合成中最常用的试剂之一。格氏试剂的发明极大地促进了有机合成的发展,格林尼亚因此而获得1912年诺贝尔化学奖。通常,各种卤代烃和镁反应都可以生成格氏试剂。不过,不同的卤代烃与镁反应活性有差异。一般来讲,当烷基相同时,碘代烷最易反应,氟代烃活性最差(实际上还没有人用氟代烃制RI>RBr>RCI>>RF当卤素原子不变时,苄基卤代烃和烯丙基卤代烃活性最高,乙烯基卤代烃活性最低:ArCH2X、CH2=CHCH2X>30RX>20RX>10RX>CH2=CHX格氏试剂对水十分敏感。事实上,凡是具有活泼氢的化合物都可以和格氏试剂反应,例如醇、末端炔烃、伯胺及羧酸等。因此,在制备格氏试剂时,应该使用无水试剂和干燥的仪器。此外,格氏试剂与空气中的氧也会发生反应,如:
2RMgX+O2==2ROMgX不过,在以乙醚作溶剂的格氏反应中,由于乙醚的蒸气压较大,反应液被乙醚气氛所包围,因而空气中的氧对反应影响不明显。在格氏试剂制备中,溶剂的选择也是个关键。通常选用绝对乙醚作溶剂。这是由于乙醚分子中的氧原子具有孤对电子,它可以和格氏试剂形成可溶于溶剂的配合物:若使用其他溶剂,如烷烃,反应生成物会因不溶于溶剂而覆盖在金属镁表面,从而使反应终止。
除了乙醚外,四氢咲喃也是进行格氏反应的良好溶剂。尤其是当某些卤代烃,如氯乙烯、氯苯等在乙醚中难以和镁反应,若以四氢咲喃替代乙醚作溶剂,则可以顺利地发生反应。由于四氢咲喃的沸点比乙醚高,因而以四氢咲喃作溶剂进行格氏反应比用乙醚要安全一些。
2、格氏反应通法
无水乙醚的制备首先取少量待处理的乙醚,加入等体积2%碘化钾溶液并滴入几滴稀盐酸,振摇后若使淀粉溶液呈紫色,即表明乙醚中含有过氧化物(也可用淀粉-碘化钾试纸检验过氧化物)。除去过氧化物的方法如下:将乙醚转入分液漏斗,加入相当于乙醚体积1/5的H2SO4亚铁溶液,剧烈振摇,静置分层,除去水相。然后,将除去过氧化物的乙醚分馏两次[1],每次都收集33°C〜37°C馏分。
乙醚须保存在棕色玻璃瓶中,压入钠丝,盖上带有毛细管的瓶盖,以便让产生的氢气逸出。
当压入的钠丝表面仍具有光泽,或溶剂中不再冒泡,表明溶剂可以用于格氏反应。注意:除去过氧化物的乙醚,久王后仍然会产生过氧化物,而且乙醚很容易吸收空气中的水分。因此,处理后的乙醚应及早使用,不可久置。
(2)格氏试剂制备
在250mL三口烧瓶上,配置搅拌器、恒压滴液漏斗和带有CaCl2干燥管的回流冷凝管[(4)]。()镁屑,用20mL无水乙醚浸没[2]。
搅拌下,先滴入5mL25%卤代烃乙醚溶液()。如果反应液呈现混浊状并且温度上升,表明反应已经开始。如果没有产生上述现象,则需要加入1〜2小粒碘晶,并微微加热[3]。
片刻,碘的颜色开始渐渐消褪,溶液变混浊,反应即开始,停止加热。将余下的卤代烃溶液滴入反应瓶中,滴速以维持反应液平稳沸腾为宜。加毕,用温水浴加热回流约半小时,使反应完全,即得格氏试剂乙醚溶液[4]。
注释:
不论何时都不要将乙醚蒸干。
所用仪器均需干燥。溶剂和试剂都必须经过干燥处理。
可用热水浴加热,切不可用明火加热。
空气中的氧会与格氏试剂发生缓慢的氧化,格氏试剂的乙醚溶液在暗室里会发出美丽的光,就是这个缘故。因此,格氏试剂不可久置,通常随制随用。
格氏世试剂制备生产经验[加密0]
水分(或是活泼质子)的影响是关键,也就是对原辅料的质量控制,和设备的干燥处理,在投料前没有将这些准备措施做好,将直接影响反应的进行,特别是反应的引发。本来是已经引发好了的,但是当滴加原料后,由于水分(或是活泼质子)的影响又将反应盖灭了。于是这个在不引起操作人员注意的时候,等滴加液累积到一定的量后,一旦引发再次进行,将急剧反应放出大量的热,轻则冲料引起物料损失,重则发生爆炸事故。
在滴加反应液前,必须十分肯定反应已经引发,并且能顺利将加下去的反应液反应掉。否则既便不是很确定,就不能进行连续滴加操作,而且累积滴加的量最多不能超过总量的10%。
如果是由于水分的影响,使反应不能正常进行,现象会变成白色(或乳白色)浑浊,就需十分注意,应加入较多的引发剂来保证接续的操作不会被阻断。
如果处理时由于操作失误已经加入过多的物料,引发后放热十分剧烈,可就得时刻关注釜内的反应情况和温度变化、回流流量的情况等,及时开夹套冷却水降温,可以适当的减少冲料产生的几率。
格氏制备活性基本上是I>Br>Cl,但价格也是如此,所以生产上能选用
Cl的原料制备,就尽量选用Cl原料,引发剂可以选择Br取代的物料,这样我们引发剂的用量可以适当的增加,使反应能更顺利的进行,而不会影响引发剂的残留在产品中产生杂质。
格氏制备好后都要求过滤除去未反应的镁屑,这个镁屑处理起来很麻烦,最好还是投回去做格氏反应,他的表面已经被活化了,更容易引发反应
(1)芳卤一般用THF做溶剂,因为在乙醚的沸点时候一般不能引发,需要升高温度,烷基卤一般用乙醚,因为它在较低温度下就可以引发,THF处理没有乙醚方便,吸水厉害,价格也高,并不是不能用!
溴甲烷可以做,我曾经做2-甲基-2-金刚烷醇的时候做过,很好做的好象低温下5-10度就可以了
请问不想用的格氏试剂怎么处理?总不能直接加水处理吧?醇好像也不行吧
我做过很多次格氏试剂反应,多余不要的肯定是要加水溶液猝灭掉的,就用饱和氯化铵溶液,要在冰水浴下慢慢滴加进去,一下子加进去当然会很剧烈,但这样就不会的。
如果量少,一般用5%的盐酸就可以为何不用丙酮与之反应来破坏呢?最后再加一些稀盐酸.
不引发怎么办
如果溶剂处理好了,看看镁有没有被氧化,将镁用稀盐酸处理、干燥后投料试试。如果为了保险,也为了偷懒,有机化学网首页不就有介绍红铝的吗,红铝我们用来不是还原,而是用来引发格式反应,它能将镁表面氧化膜去除,还能去除溶剂中没处理好的水分,从而非常好的引发反应。声明:我不是红铝的代言人,但我们用了确实还可以,有点贵,用来引发,量小,不太涉及成本概念。
加点1,2-二溴乙烷看能不能引发
有关芳环上格氏试剂的制备及其应用已有不少报道,不过所列文献很少有芳环上含有带氟取代基多卤代芳烃制备格氏试剂的,哪位大虾能给一些关于含氟芳基格氏试剂的制备以及应用方面的文献,谢谢了。
我现在所存在的主要问题是氟取代基对芳环上格氏试剂的制备到底会产生什么样的影响,用含氟芳基的溴化物或碘化物能否和镁直接制备格氏试剂,是否需要寻求其它的方法。
格氏试剂的制备,用溴化物或氯化物更好一些,尽量不要用碘化物,芳基上的氟,只要不在溴(或氯)的邻位,格氏试剂的制备是没问题的。而且,有氟的存在,格氏试剂的制备会更容易。
有一本外文书专门介绍格式试剂的,我看过其中几章,好像温度偏低一点(-30°C)能抑制芳香环上溴的格式化,所以要想不发生氟上的反应,温度不能高,只要溴格式反应能进行就可以了。溶剂中好像提到要添加N—甲基吗啉,更能选择性格式化反应。由于有一段时间没做合成,文献(该书)名给忘了,大体记得就是格式反应综述之类的。总之,在做一类反应前多看看有关的文献是非常必要的,听战友们的意见也重要但还不够。
只要氟不溴在邻位上,格氏的制备很容易,用THF或者乙醚做溶剂都可以,即使在回流温度下,氟也不会发生变化,收率很高的,3、4、5—三氟溴苯的格氏试剂都没问题。
直接用镁和原料在溶剂中制备即可,引发很容易,只要格氏试剂的浓度不是很高的话,基本没有什么副产物。
众所周知,溴苯做做格氏试剂非常容易,用THF回流,引发剂都不用加,还需要防止反应过快,,氯苯用同样的方法是实现不了的,一般做法是直接与镁粉回流数小时,.
制备格氏试剂主要困难是没法进行监控,但可以分析其影响因素:1溴代烷听烃较容易反应,加之环烷烃不稳定,引发阶段较难控制,温度过高,,不要太快,主要由递加速度控制,否则,,镁是过量的,但比表面积越大越好.
主要是要无水,还有要有引发的过程,搅拌自然要好了,不然的话镁的接触不好,还有尽量用镁粉,当然有些情况用镁条,带,丝也是可以的,温度的话要看具体的反应了,一般是保持微微回流就可以了
怎样减少做格氏试剂过程中的偶联副反应
溶剂量5-10倍,,温度不能太高。滴加速度保持反应体系温度港能若回流为宜。
我觉得反应温度是关键,反应引发起来后,滴加速度不能太快,温度不能太高,用手背感觉其反应瓶壁的温度,稍稍有些烫手即可。
控制反应液滴加速度,,,*C
格氏试剂主要引发困难,一般采用无水THF作溶剂,用乙醚挺危险的,最好不要用,其活性也没有THF好,但THF要无水,水份越低越好,一般要在500ppm以下。而卖的无水THF水份一般能达到200ppm左右。镁屑也要注意,表面最好不要有氧化层,要发亮的那种,而且比表面积越大越好,也就是表面越毛越好。引发剂用碘甲烷要比碘好一点。当然了反应时能氮气保护那最好了。一般做法是氮气保护下加入THF,镁屑,升温到所要的引发温度,加入少量的卤代物和引发剂,待引发反应后就可以滴加卤代物了直到反应结束。引发过程试卤代物情况而定,有的时间长点,有的时间短点。
加入固体氢氧化钾浸泡,使用前蒸馏。此法不如钠除水彻底,但对工业应用已足够。用二苯甲酮显色,若显蓝色,说明水已除。建议你改用甲基四氢呋喃,可能做格式反应效果会更好。工业生产中买回的四氢呋喃一般不用干燥的,因为水份都在
200PPM以下。
(12)我有次用氯代烃比较难引发,回流了半个多小时,才引发!!
(13)(或是活泼质子)的影响是关键,也就是对原辅料的质量控制,和设备的干燥处理,在投料前没有将这些准备措施做好,将直接影响反应的进行,特别是反应的引发。本来是已经引发好了的,但是当滴加原料后,由于水分(或是活泼质子)的影响又将反应盖灭了。于是这个在不引起操作人员注意的时候,等滴加液累积到一定的量后,一旦引发再次进行,将急剧反应放出大量的热,轻则冲料引起物料损失,重则发生爆炸事故。,必须十分肯定反应已经引发,并且能顺利将加下去的反应液反应掉。否则既便不是很确定,就不能进行连续滴加操作,而且累积滴加的量最多不能超过总量的10%。,使反应不能正常进行,现象会变成白色(或乳白色)浑浊,就需十分注意,应加入较多的引发剂来保证接续的操作不会被阻断。
,引发后放热十分剧烈,可就得时刻关注釜内的反应情况和温度变化、回流流量的情况等,及时开夹套冷却水降温,可以适当的减少冲料产生的几率。>Br>Cl,但价格也是如此,所以生产上能选用Cl的原料制备,就尽量选用Cl原料,引发剂可以选择Br取代的物料,这样我们引发剂的用量可以适当的增加,使反应能更顺利的进行,而不会影响引发剂的残留在产品中产生杂质。格氏制备好后都要求过滤除去未反应的镁屑,这个镁屑处理起来很麻烦,最好还是投回去做格氏反应,他的表面已经被活化了,更容易引发反应。
反应试剂的准备:
Mg:
尽量不要用镁粉,一是反应太剧烈,二是镁粉表面容易形成氧化膜,三是镁粉不容易纯化。
尽量用镁屑,预处理方法:用百分之十的HCl的洗刷,立即抽滤,再用丙酮冲洗,真空干燥,N2保护下保存,备用。
卤化物使用前最好纯化。
常用溶剂为THF或Ether,最好用THF:沸点比ether高(见附件)。(可参见无水溶剂的处理)
引发
小弟做过:溴苯,碘甲烷,碘乙烷,异丙基等的grignardreagents.
温度:碘甲烷RT就可以引发,溴苯在65度左右,碘乙烷,异丙基在40度左右,所以如果在RT下不引发,可稍稍加热,温度不能过高,否则
会发生偶联反应,注:温度对于引发非常重要。
可加入碘,二溴乙烷等来引发。
可用以前做成功的grignardreagents来引发不易制备的grignardreagent.
grignardreagents的制备:
引发后温度会较高,容易发生偶联,应降低温度。
卤代物一定要用THF稀释8-10倍后用恒压漏斗滴加。
要剧烈搅拌,冲刷掉镁表面形成的grignardreagents.
滴加不要过快。1滴/2sec
注意:
2•选择合适的溶剂:一般乙醚或THF(可加部分甲苯)
注意你的卤代物的活性,调整溶剂用量,或更换溶剂,调整反应温度。例:苄基的就很活泼容易自偶连,需要大量乙醚稀释减少副反应。
我做过,收率挺高,是用schlenk技术做的。
关键是无水无氧。
一要无水,乙醚先用氯化钙干燥,再用金属钠干燥二要注意引发,用玻棒挤压镁条表面或者加入碘作引发
强烈的亲核性质
Grignard试剂可与物质中的活泼氢(如水、乙醇的羟基氢、乙炔的末端氢)反应生成相应
:
X-Mg-CH2CH3+H2O—CH3CH3
X-Mg-CH2CH3+CH3CH2OH—CH3CH3
X-Mg-CH2CH3+HC三CH—CH3CH3
与CO2或02的反应
,不仅通过生成新的C-C键实现了碳链的增长,而且恰到好处地实现了增加一个碳原子并引入羧基官能团,是制备增加一个碳原子的羧酸的最常用方法之一.
活泼卤代烃格氏试剂与活泼卤代烃之间的偶联反应此反应实现的是由活泼的卤代烃制备的格氏试剂同活泼卤代烃基之间的偶连,比如由苄基卤、烯丙基卤或三级卤代烷制备的格氏试剂.
此反应在某种程度上说可以看作是对Wurtz反应和Wurtz-Fittig反应以及乌尔曼反应的互补,因为这几个反应只能实现不活泼的烃基的偶连,而由格氏试剂实现的偶连反应不仅引入了活泼基团,而且由于它的特殊结构还可以实现不同的烃基之间的偶连.
由卤代烃的烃基通过偶连反应制备各种烃类,这些反应类型对于合成中碳链的增长有着非常重要的意义,要灵活掌握.
4、与醛酮加成成醇
,对缺电子的醛酮的羰基碳原子进行亲核加成,而显正电的镁离子加成到羰基氧原子上,生成一C—C—0—Mg—X的结构,再经过酸催化下的水解去掉镁的部分,生成醇的结构和镁的卤化物和氢氧化物.
此类反应可以用来合成各种醇类,,要清楚地意识到醇羟基的a碳原子就是原来醛酮分子中的羰基碳,醇羟基的一个B碳原子可能就是原来格氏试剂中显负价的官能碳,而a碳原子和这个B碳原子之间的单键就是通过这个亲核加成反应新形成的.
通常格氏试剂与醛类发生亲核加成反应生成二级醇;格氏试剂与酮类发生亲核加成反应生成三级醇;只有格氏试剂与甲醛发生亲核加成反应才会生成一级醇,,格氏试剂与环氧乙烷加成,可得到增加2个碳原子的一级醇.
格式试剂大生产的13条总结
反应的原料,溶剂水份必须控制的,我做了个预处理装置,将一批投料量的溶剂投入一锅中,锅底阀接一泵(防暴)打入4A分子筛填满的柱中,循环打2小时后打入格式锅中或滴加坛里。简单一点就是在溶剂桶中加干燥剂,滚滚。但这不推荐,比较危险。
反应体系的防水措施:反应锅跑气口加一由干燥剂做成的呼吸罐,投料时,回流完后冲氮气保护。
投料时,原料的管道跟溶剂的管道时分开的,不然会把在管道中的死体积的原料量带入反应锅中,投料完了,一开搅拌就冲料了。
投料时一定注意镁是否已加,数量是否准确,不然反应到镁消耗完了就停止反应了,这时一定不能补加镁,不然就冲料了或。。。应该从上锅口将锅内的液体吸出到干燥的锅中,再加镁,溶剂,将吸出的液体滴加进去,不能从下口放料是因为锅底阀中会有一些镁没有被搅拌出来放料时会被带出立即跟原料反应,造成冲料。
不管镁粉,镁屑,须是新鲜的,我觉得镁屑好一点,镁粉氧化层多,也容易氧化。我以前呆的厂里专门有3台刨床加工跟刨花一样的,而且规定是多少丝厚度,新鲜的,表面积也好,据说是对格式的收率能提高很多。
检验反应体系是否已经引发:从反应锅里吊一小瓶反应液,加碘立即退色就是已经引发了,或滴加你本滴加的东西有气泡,放热就说明已引发。这非常关键的。如没有引发的处理,锅内加碘,少许溴乙烷进去,适当加温,或实验室做一瓶由溴乙烷引发的500克左右原料的格式液,回流半小时后加进去。(不引发的几个原因:水分高,温度低,生成的格式浓度低)
格式液的颜色跟你的原料有关,我做过的基本是灰色的。
尽量不用玻璃冷凝器,如用使用惰性无水溶剂做冷却液。
转移格式液可用虹吸法,一锅内干燥密闭抽真空后关闭真空阀将格式锅中的上清夜吸过来。这样的好处是溶剂损失少,下锅格式也不用再引发了,直接加溶剂,镁,滴加就可。下一步是滴加格式的话,可做上下层平台,上层的格式锅底阀上升入锅底一节管,管上口封了钻眼,反正滴加格式的速度不用太快的。
现在的THF价格吓人,加苯,甲苯替代一部分的THF,但会影响有些格式试剂的溶解度。
可加六甲基磷酰三胺助溶。还可以在格式参与反应完后蒸出一部分溶剂后水解,一定不能蒸干。蒸出的溶剂最好是放在稀释原料中使用,不要放入格式锅中,如蒸出的溶剂中有与格式试剂反应的杂质,那就不能直接用了,需要处理。另这几天看到甲基THF,介绍不错,沸点高,格式的溶解度大,水中的溶解度小,水解后分层清楚,回收容易,价格跟THF差不多,如果真是的话,那是做格式的福音了。
溶剂的回收处理,一锅中加二甘醇,NaOH,加热减压蒸水,至顶温在90度,算一下溶剂中的水分量与加的NaOH量确定加多少溶剂。回流几小时,蒸出,水分基本在0。2%以下的,锅内的二甘醇再蒸水循环使用。回收的溶剂中有与格式反应的杂质的话,要把它处理掉。
:加显示温度计,观察回流速度来调节滴加的速度,上面的问题都注意的话一般在这里不太会出现什么问题了。有的工厂滴加非常快,他是边冷却边滴加的,很牛,常人不敢这么做,我听国外的工厂是温度与滴加联动装置,温度是波浪性型的,滴加是断续的,滴加后等温度升高后降了再滴加的,哪个步骤没升温或温度高到某个设定值就报警了。
,一定要当心,加无水溶剂,冷却,滴加萃灭剂。