واکنش‌های معرف‌های گریگنارد با آب، اسیدهای کربوکسیلیک و دیگر گونه‌های اسیدی خفیف

آخرین پست ما در مورد چگونگی ساخت مواد آلی فلزی خاص، به ویژه معرف های Grignard و ارگانولیتیوم صحبت کردیم. چیزی که ما دیدیم این است که آنها تمایل به بازهای قوی دارند، زیرا آنها بازهای مزدوج آلکین ها هستند (pK_آ ≈ 25)، آلکن ها (pK_آ ≈ 42) و آلکان ها (pK_آ ≈ 50)

ممکن است بگویید “خوب” گریگناردها و ارگانولیتیوم ها پایه های قوی هستند. “پس چی؟ معنی آن چیست؟ ”

این یک معامله بزرگ است، در واقع. هدف از پست امروز نشان دادن برخی از پیامدهای مهم این واقعیت است.

فهرست مطالب

1. آلی فلزات با آب، الکل ها، اسیدهای کربوکسیلیک و سایر اسیدهای ملایم واکنش می دهند.
2. یک کاربرد مفید: ترکیب دوتریوم (D)
3. چرا تلاش برای ساخت معرف گریگنارد از مولکولی که دارای هیدروژن اسیدی است (به عنوان مثال OH, CO)₂ح) محکوم به شکست است
4. یادداشت ها (استفاده از گروه های حفاظتی)

---

1. آلی فلزات بازهای قوی هستند و با اسیدها (حتی اسیدهای ضعیف) واکنش نشان می دهند.

از آنجایی که معرف‌های گریگنارد و ارگانولیتیوم از قوی‌ترین بازهای شناخته شده هستند، نه تنها با «اسیدهای قوی» معمولی مانند هالیدهای هیدروژن (مانند هیدروژن هیدروژن) واکنش نشان می‌دهند، بلکه به آسانی با گونه‌هایی که اغلب آنها را نمی‌دانیم، واکنش‌های اسید-بازی انجام می‌دهند. بسیار اسیدی، مانند آب (pK_آ 14)، الکل ها (pK_آ 16-18)، آلکین های انتهایی (pK_آ 25) یا حتی آمین ها (pK_آ 35-38).

به هر حال، اگر مجبور شده اید معرف های گریگنارد را در آزمایشگاه بسازید – و بسیاری از شما این کار را انجام می دهید – یکی از اولین چیزهایی که به شما گفته می شود این است که اهمیت خشک نگه داشتن حلال ها و ظروف شیشه ای. اگر آثاری از آب در حلال شما وجود داشته باشد، گریگنارد شما با آن در یک واکنش ساده اسید-باز واکنش داده و اسید مزدوج گریگنارد (یک آلکان یا آلکن/آرن) و یک یون هیدروکسید (بسیار کمتر بازی) را تشکیل می‌دهد.

به همین دلیل، برای سنتز معرف های گریگنارد، ما همیشه حلال های بدون پروتون های اسیدی را انتخاب می کنیم که به راحتی خشک شوند. حلال های اتری مانند دی اتیل اتر و تتراهیدروفوران (THF) انتخاب های عالی هستند.

این معرف‌ها را به‌عنوان شمع‌های روشن در نظر بگیرید – بالقوه بسیار قدرتمند، اما همچنین در برابر خاموش شدن آسیب‌پذیر هستند. [As anyone who has worked with t-butyllithium can attest, the “candle”analogy is perhaps a little too applicable – dispensing this liquid by syringe is often accompanied by a small tip of flame at the syringe tip where drops of liquid spontaneously combust with oxygen in the air.]

2. یک کاربرد مفید – ترکیب دوتریوم

گاهی اوقات، می‌توان از این تمایل «آزاردهنده» اسیدهای ضعیف برای تداخل در واکنش‌های گریگناردها و ارگانولیتیوم‌ها به نفع ما استفاده کرد. به عنوان مثال، جایگزینی D₂O for water یک روش عالی برای ترکیب کردن در اختیار ما قرار می دهد دوتریوم برچسب زدن به مولکول ها:

3. عوارض در تشکیل معرف های گریگنارد

با دانستن اینکه مواد آلی فلزی مانند گریگنارد و معرف‌های ارگانولیتیوم پایه‌های قوی هستند، آیا می‌توانید دلیلی برای عدم کارایی تشکیل معرف‌های آلی فلزی زیر ببینید؟

توجه داشته باشید که هر یک از این مولکول ها یک پروتون اسیدی دارند! بنابراین به محض تشکیل هر گریگنارد، بلافاصله توسط گروه عاملی اسیدی خنثی می شود تا اسید مزدوج آلی فلزی (که برای ما بی فایده است) و باز مزدوج هر گروه عاملی اسیدی به ما بدهد. [And don’t forget – acid base reactions are fast, relative to other types of reactions.  There’s no chance you’d get the “desired” reaction in before the acid-base reaction occurred]

به هر حال، این موضوع باعث ایجاد برخی «سوالات ترفندی» بسیار رایج در امتحانات می شود – پس مراقب باشید.

استفاده از عبارت “بی فایده” در دو پاراگراف بالا این سوال را ایجاد می کند – “به هر حال معرف های گریگنارد برای چه استفاده می شوند؟”

ما آن را در پست بعدی. گوش به زنگ باشید.

---

یادداشت

نکته 1. پوشاندن گروه‌های عملکردی اسیدی با استفاده از «گروه‌های حفاظتی»

همانطور که ممکن است حدس زده باشید، راهی برای حل مشکل گروه های عاملی اسیدی در تشکیل معرف های گریگنارد وجود دارد. راه حل در مفهوم بسیار ساده است.

همانطور که در این پست قبلی در مورد گروه های محافظ دیدیم، آنها کمی شبیه معادل شیمیایی “نوار نقاش” هستند.

1. ما گروه عاملی اسیدی را با تبدیل آن به یک گروه عملکردی که با گریگنارد ما واکنش نشان نمی‌دهد، “ماسک” می‌کنیم.
2. ما Grignard را تشکیل می دهیم و سپس از آن برای هدف انتخابی خود استفاده می کنیم.
3. وقتی آن واکنش کامل شد، گروه عاملی را حذف می کنیم و نقاب آن گروه عاملی «اسیدی» را از بین می بریم.

ویژگی های کلیدی گروه عاملی برای این اهداف این است که با واکنشگرهای Grignard (در این مورد) غیر واکنشی است و روش هایی برای نصب و حذف گروه محافظ بدون تأثیر بر سایر قسمت های مولکول وجود دارد. (ما اغلب اصطلاح ریاضی «متعامد» را برای اشاره به این ویژگی دوم به کار می بریم).

بیایید به یک مثال خاص نگاه کنیم.

من قصد دارم “گروه محافظ” واقعی را برای این اهداف مبهم بگذارم به عنوان “PG” (به پست: گروه های حفاظت از الکل مراجعه کنید).

به طور کلی، انواع خاصی از اترها مفید هستند – به ویژه سیلیل اترها، زیرا آنها به راحتی نصب می شوند (تری متیل سیلیل کلراید [TMSCl] یک مثال است) و حذف می شود (یون فلوراید به طور انتخابی سیلیل اترها را می شکافد).

البته مفهوم «گروه‌های محافظ» فقط به الکل‌ها محدود نمی‌شود – همچنین راه‌هایی برای پوشاندن اسیدهای کربوکسیلیک، آلدئیدها، کتون‌ها و بسیاری دیگر از گروه‌های عاملی وجود دارد که تمایل دارند «در مسیر» معرف‌های گریگنارد قرار بگیرند.

در پست بعدی در مورد برخی از واکنش های رایج گریگناردها و معرف های ارگانولیتیوم صحبت خواهیم کرد. صبر کن…. من فکر می کنم ما قبلاً این کار را در من انجام داده ایم معرف جمعه در گریگناردز. خوب، از آن بازدید کنید معرف جمعه ابتدا پست کنید، و سپس پیوند پست بعدی ما در مورد معرف‌های آلی (معرف‌های گیلمن) را دنبال کنید.

پست بعدی: واکنش های معرف های گریگنارد