格式反应习题详解教学内容.docx

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格式反应习题详解教学内容

格式反应习题详解

中学化学竞赛试题资源库——格氏试剂

1.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,生成相应的烃基.如：

X-Mg-CH2CH3+H2O→CH3CH3

X-Mg-CH2CH3+CH3CH2OH→CH3CH3

X-Mg-CH2CH3+HC≡CH→CH3CH3

2.与CO2或O2的反应 

格氏试剂可以与二氧化碳或氧气发生亲核加成反应生成增加一个碳的羧酸或同碳数的过氧化合物.格氏试剂与二氧化碳的加成反应在有机合成中也有着重要的意义,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. 

3.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

这也许是格氏试剂在合成上最重要的性质之一.此类反应是格氏试剂的显负价的碳原子显示了良好的亲核性,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—C—C—O—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,也是有机合成中合成醇类的最常用的方法.在做复杂的醇类的反合成分析时,要清楚地意识到醇羟基的α碳原子就是原来醛酮分子中的羰基碳,醇羟基的一个β碳原子可能就是原来格氏试剂中显负价的官能碳,而α碳原子和这个β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,而且这也是制备增加一个碳的醇的常用方法.另外,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.

格氏反应

格氏试剂Grignardreagent一种金属有机化合物，通式RMgX（R代表烃基，X代表卤素）。

1901年由F.-A.V.格利雅首次使用卤代烃RX与镁在醚类溶液中反应制得。

又称格利雅试剂。

格氏试剂广泛用于有机合成中，从RMgX可以制得RH、R—COOH、R—CHO、R—CH2OH、R—OH、CROHRR′、CRR′O和RnM（n为金属的化合价，M为其他金属）。

在合适的情况下，RMgX还能与α、β-不饱和羰基化合物发生共轭的加成反应。

格氏试剂在醚的稀溶液中以单体形式存在，并与两分子醚络合，浓溶液中以二聚体存在。

中文名

格氏反应

外文名

 Grignardreaction

通用方法

溶剂的准备、镁屑处理等

物质影响

底物结构对格氏反映的影响等

操作要求

实验引发阶段、滴加反应液等

1.1 简介

2.2 通用方法

3.▪ 溶剂的准备

4.▪ 镁屑处理

5.▪ 制备

6.3 物质影响

1.▪ 底物的结构

2.▪ 用量和细度

3.▪ 水分

4.▪ 种类和用量

5.▪ 选择和用量

6.▪ 反应温度

7.4 操作要求

1.▪ 实验引发阶段

2.▪ 滴加反应液

3.▪ 反应结束后

4.5 工业生产

5.▪ 注意问题

6.▪ 选择溶剂

1.▪ 过程中的监控

2.▪ 转移格氏液

3.▪ 回收方法

4.▪ 处理

简介

编辑

卤代烃在无水乙醚或THF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（V.Grignard）发明的。

1871年，格林尼亚生于法国塞堡（CherbourgFrace）。

当他在里昂（Lyons）大学学习时，曾师从巴比亚（P.A.Barbier）教授。

当时，巴比亚主要从事有机锌化合物的研究，他以锌和碘甲烷反应得到二甲基锌，这种有机锌化合物被用作甲基化试剂。

后来，巴比亚又以金属镁替代锌来进行尝试，也获得相似的金属有机化合物，不过反应条件比较苛刻。

于是。

巴比亚便让格林那继续对有机镁化合物的制备作深入研究。

研究发现，用碘甲烷和金属镁在乙醚介质中反应可以方便地得到新的化合物，不经分离而直接加入醛或酮就会发生进一步反应，反应产物经水解后可以得到相应的醇。

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RI>RBr>RCI>>RF

实际上还没有人用氟代烃制格氏试剂。

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>3oRX>2oRX>1oRX>CH2=CHX

格氏试剂对水十分敏感，其次为CO2，最后为O2。

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。

格氏试剂与空气中的氧气会发生反应的方程式如下：

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CO2和O2气体对反应的影响不明显。

通用方法

编辑

溶剂的准备

⑴　无水乙醚的制备

检测过氧化物的方法：

取5mL左右待处理的乙醚，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；或者用5mL乙醚加1mL10%碘化钾溶液，振摇1min后如有过氧化物则放出游离碘，水层则呈黄色，再加4滴0.5%淀粉液后，水层呈蓝色则表示乙醚中有过氧化物）。

检测水分的方法：

在1mL乙醚溶液里加入约0.1g硫酸铜粉末，振荡后若硫酸铜粉末变成蓝色则表示有水存在，或者采用卡尔菲休法直接检测含水量，或者加入约3-4片二苯甲酮试剂，乙醚颜色变为漂亮的蓝色说明没有水存在，检其含水量应≤0.06%时就能符合发生格氏反应的要求了。

去除过氧化物的方法：

将乙醚转入分液漏斗，加入相当于乙醚体积1/5的新配的FeSO4溶液（硫酸亚铁溶液的制备：

取100mL水，慢慢加入6mL浓硫酸，再加入60g硫酸亚铁溶解），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（不论何时都不要将乙醚蒸干），每次都收集33℃～37℃馏分。

去除水份的方法：

先用无水氯化钙干燥（一般情况下，只要加入足量的CaCl2后放置3、4天，过滤后就可以直接使用了），再压入钠丝过夜，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。

乙醚须保存在棕色玻璃瓶中。

除去过氧化物的乙醚久置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。

⑵　无水THF的准备

THF的水份越低越好，一般要在500ppm以下。

工业生产中买回德国进口的THF一般不用干燥的，因为水份都在200ppm以下约100ppm左右。

或者买回工业级的THF用4A分子筛干燥24～48h（使用之前，最好在300～400℃烘烤3小时活化后，在干燥器里冷却后直接放入要干燥的溶剂里），加入二苯甲酮作为指示剂，液体颜色变蓝时说明干燥好了。

镁屑处理

把镁带表面的氧化膜用砂纸磨去，用剪刀把镁带剪碎成屑状，再用10%的盐酸加热镁屑至所有镁屑表面为亮白色，并回流0.5h以彻底清洗去除表面的氧化膜。

再用10%的盐酸加入适量到镁屑中搅拌，立即减压抽滤，用丙酮冲洗镁屑，65摄氏度下真空干燥3h左右，N2保护下保存备用。

制备

关键是无水无氧操作。

N2保护的250mL四口烧瓶上，配置干燥洁净的搅拌器、恒压滴液漏斗和带有CaCl2和无水NaHCO3干燥管的回流冷凝管。

向四口烧瓶中置入29.2g（1.2mo1）镁屑，用20mL？

无水乙醚浸没（所用仪器均需干燥，溶剂和试剂都必须经过干燥处理）。

搅拌下，先滴入约占总量10%的卤代烃乙醚溶液（由0.1mol卤代烃和适量无水乙醚配制而成）。

如果反应液呈现混浊状并且温度上升，表明反应已经引发成功。

如果没有产生上述现象，则需要加入1～2小粒碘晶，并用电吹风微微加热至回流（可用热水浴加热，切不可用明火加热）碘的颜色开始渐渐消褪，溶液变混浊，反应即开始，迅速撤去加热源。

将余下的卤代烃乙醚溶液滴应瓶中，滴速以维持反应液平稳沸腾为宜。

此时要剧烈搅拌，这样可冲刷掉在镁表面形成的粘稠的格氏试剂，使镁能和新鲜的卤化物接触良好顺利反应。

反应引发成功后滴加的速度不能太快，约1滴/2秒。

此时应控制反应温度，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。

滴毕，再用小火加热回流约半小时使反应完全，即得格氏试剂乙醚溶液（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），其反应完成后颜色是发灰黑色的。

若滴完以后烧瓶内仍有大量镁屑没反应完，可再加热回流1～2小时。

物质影响

编辑

底物的结构

底物结构对格氏反映的影响

格氏制备活性基本上是I>Br>Cl>>F，但因碘化物的价格较贵，所以生产上能选用Cl、Br的原料制备就尽量选用Cl、Br原料，尽量不要用碘化物。

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。

用溴苯做格氏反应则非常容易，用THF回流，引发剂都不用加，还需要防止反应过快而冲料。

如果原料活性太强，则可控制反应温度在0～20℃之间。

但是，氯苯用同样的方法就实现不了。

用氯代烃做底物时，因其活性较低，所以比较难引发，需回流了半个小时以上才能引发成功。

一般做法是直接与镁粉回流数小时，同时还要加入硝酸盐或硝基物催化，不加THF或Et2O。

当使用芳环上含有带氟取代基的多卤代芳烃来制备格氏试剂时，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，直接用镁和原料在溶剂中制备即可，很容易引发。

只要格氏试剂的浓度不是很高的话，基本就没有什么副产。

而且，氟原子的存在会使格氏试剂的制备更容易，用THF或者乙醚做溶剂都可以，即使在回流温度下，氟原子也不会发生变化，收率也很高，3、4、5－三氟溴苯的格氏试剂都没问题。

有一本外文书专门介绍格氏试剂（？

Organomagnesiummethodsinorganicsynthesis）的，其中有几章，好像温度偏低一点（-30℃）就能抑制芳香环上溴的格氏化反应。

所以要想不发生氟上的反应，温度不能高，只要溴原子的部位发生格氏反应能进行就可以了。

溶剂中好像提到要添加N－甲基吗啉，更能选择性格氏化反应。

用量和细度

镁的用量和细度对格氏反应的影响

⑴镁的用量对格氏反应的影响

关于镁的量有很多种说法：

有的说