Магнийорганический синтез

4.4.Реакции с органогалогенидами.

    Реакции магнийорганических соединений с органическими галогенпроизводными представляют собой далеко не простые процессы [8]. Даже с аллил- или бензилгалогенидами радикальные процессы, по-видимому, более предпочтительны, чем ионные . Радикальные и одноэлектронные процессы сильно ускоряются под влиянием следов переходных металлов, и вопрос о том, в какой степени известные в настоящее время факты основаны на этом влиянии, является открытым. Переходные металлы также промотируют реакции сочетания алкилгалогенидов (схема 29). Эта реакция была систематически исследована Харрашем, использовавшим дихлорид кобальта в качестве сокатализатора [8]; аналогичной активностью обладают и производные других металлов.

Схема 29:

    В отсутствие катализаторов магнийорганические соединения практически не реагируют с арил- и алкен-1-илгалогенидами. В то же время хорошие выходы продуктов сочетания различных радикалов достигаются в присутствии производных переходных металлов (особенно никеля) (схемы 30 [9] и 31 [10]). Для успешного проведения подобного рода превращений магнийорганические соединения можно переводить in situ в промежуточные медьорганические реагенты, способные эффективно алкилировать арил- или алкенилгалогениды.

Схема 30:

Схема 31:

    Арил- и винилгалогениды могут также с успехом восстанавливаться реактивами Гриньяра в сочетании с различными соединениями переходных металлов; в подобных процессах эффективными оказались титаноцендихлорид и галогениды марганца(II) в ТГФ.

4.5.Реакции с алкоксипроизводными.

    Поскольку магнийорганические соединения сравнительно неактивны в реакции α-металлирования, при их взаимодействии с алкоксипроизводными происходит в основном замещение алкоксигруппы. Ациклические и циклические простые моноэфиры с большими циклами в этой реакции обычно неактивны, но в случае гем-диэфиров и соединений с малыми циклами протекает ряд интересных и практически важных превращений.

    (а) Оксираны и оксетаны. «Нормальной» реакцией магнийорганического соединения с этиленоксидом можно считать превращение, приводящее к первичному спирту (схема 32). Такая реакция наблюдается в действительности и может протекать с высокими выходами. Аналогичные продукты образуются при использовании в этой реакции замещенных оксиранов, причем направление раскрытия цикла определяется атакой на углеродный атом с наименьшей электронной плотностью [8]. В то же время реакция может сопровождаться многочисленными осложнениями, в частности перегруппировкой эпоксидов в альдегиды пли кетоны (см. разд. 4.4.4.2) с последующим присоединением реактива Гриньяра, а также образованием галогенгидринов реакцией с галогенидом магния (схема 33).

 Схема 32:

Схема 33:

    Аналогичные продукты образуются с участием оксетанов, хотя эти соединения и менее активны, чем оксираны [8]. Раскрытие кольца ТГФ наблюдается редко.

    (б) Ацетали. Замещение алкоксигруппы при реакции ациклических ацеталей с магнийорганическими соединениями обычно идет лишь в весьма жестких условиях. В случае смешанных ацеталей преимущественно отщепляется группа, являющаяся лучшей уходящей группой при нуклеофильном замещении. Так, арилоксигруппы замещаются легче, чем алкоксигруппы ( схема 34).

Схема 34:

    Циклические ацетали (особенно 1,3-диоксоланы) обычно настолько инертны в этой реакции, что их часто используют для защиты соответствующих карбонильных соединений; в жестких условиях, однако, эти соединения могут расщепляться магнийорганическими соединениями, давая простые гидроксиэфиры (схема 35)

Схема 35:

 

    в) Ортоэфиры.  Взаимодействие реактивов Гриньяра с этилортоформиатом (схема 36) является удобным методом синтеза альдегидов (или их ацеталей) [8].

Схема 36:

4.6.Пиролиз, фотолиз и электролиз.

    Термическое  разложение магнийорганических соединений может приводить к различным продуктам, образующимся, по-видимому, в результате отщепления гидрида магния и(или) гомолитического расщепления связи магний — углерод. Так, например, этилмагнийгалогениды дают при термолизе этилен и этан наряду с многочисленными углеводородами С₃—С_б . Реактивы Грниьяра весьма стабильны к облучению, но в тех случаях, когда фотолиз происходит, он приводит к тем же продуктам, что и пиролиз. Эфирные растворы реактивов Гриньяра проводят электрический ток, хотя концентрации ионных частиц в них малы (см. схему 2). Ранние работы по электролизу таких растворов реактивов Гриньяра по преимуществу не преследовали практических целей, но в настоящее время этот процесс приобретает важное значение, поскольку было найдено, чго применение свинцовых анодов приводит к алкильным соединениям свинца. В промышленности по этой схеме получают тетраметил- и тетраэтилевинец. Возможно, что свииецорганпческне соединения образуются в результате атаки анода радикалами, образующимися при одноэлектронном переносе [1] (схема 37, представляющая несомненно, сильно упрощенную картину процесса).

Схема 37:

4.7.Другие пути применения магнийорганических соединений в органическом синтезе.

    Некоторые  из наиболее полезных и интересных  реакций, не описанных в предыдущих  разделах, перечислены в табл. 15.2.5.  
 
 
 
 
 

Таблица 15.2.5. Реакции магнийорганических соединений RMgX или R₂Mg. 

Субстрат	Продукты реакции
Азиды R1N3	R1NNNHRб
Хлорамин  ClNH2	RNHв
Диалкилсульфаты R12SO4	RR1
Галогены X21	RX1г
Метоксиамин MeONH2	RNH2д
Нитро- и нитрозосоединения R1NO2 и R1NO	Различные соединения включая RP1NHOHе
Кислород O2	ROOH, ROH и другие продукты
Доноры протонов (H2O, R1OH, R1NH2 и др.)	RHз
Сульфимины R1N=S=NR1	XMg[(R1N)2SR1]и
Сульфинаты R1SO2R2	R1SOR+R2OHк
Сульфонаты R1SO2OR2	RR1л
Сульфоны R1SO2R2	___м
Сульфонилгалогениды R1SO2X1	R1SO2Rн
Сульфоксиды R1SOR2	Различныео
Сера Sn	RSHп
Диоксид серы SO2	RSO2Hр
Тионилхлорид SOCl2	R2SOс

 

    А) В некоторых случаях после гидролиза. Б) Таутомерные соединения. В) Выходы непостоянны. г ) Может протекать обмен галогенов :RMgX+X¹₂    RX+RX¹; при взаимодействии с йодом возможно образование RR¹. Д) Реакция не идет с алкилмагннййодидами. Е) α,β-ненасыщенные нитросоединения вступают в реакцию сопряженного присоединения. Ж) реакция сопровождается хемилюминесценцией. 3) Реакцию можно использовать для получения меченых соединений, например с D₂O; реакция с метилмагнийгалогенидами лежит в основе метода определения «активного водорода» по Церевитинову. Цветная реакция, используемая в анализе. Л) Могут образовываться сульфоны R¹SO₂R или галогениды R²X. M) Диарилсульфоны неактивны, алкилсульфоны претерпевают α-металлирование. Н) Могут образовываться различные продукты, некоторые из них — путем α-металлирования сульфонов. О) Реакция, вероятно, включает присоединение по связи S-O и (или) α-металлирование. П) Аналогично реагируют селен и теллур. Р) Могут образовываться различные продукты вторичных реакций. С) Образуются вторичные продукты, однако умеренные выходы основного продукта достижимы.

5.Влияние солей на магнийорганические соединения.

    Хорошо  известно, что реактив Гриньяра (RMgX) в среде относительно пространственно-затрудненного кетона может осуществлять две конкурирующие реакции: присоединение по карбонильной группе и ее восстановление (схема 38).

Схема 38:

    Шастрет  и Амуру показали, что относительные  скорости этих конкурирующих  реакций существенно меняются  в присутствии различных солей. Это выражается в увеличении выхода продукта присоединения по отношению к продукту восстановления. При изучении взаимодействия C₃H₇MgBr ( 2 моля) с диизопропилкетоном (1 моль) в эфирной среде в присутствии (1,5 моля) и в отсутствие соли получены следующие результаты (они не зависят от концентрации магния):

Таблица 4. Доминирующая реакция  выраженная в процентах.

Соли	Присоединение, %	Восстановление, %
0	38	62
LiBr	59	41
LiClO4	68	32
Bu4N+ClO4 -	57	43
Bu4N+I-	61	39
Bu4N+Br-	70	30
Bu4N+Cl-	82	18

    Видно, что увеличение выхода продукта реакции присоединения под действием соли зависит от ее природы.

    Если влияние солей  лития может быть обусловлено,  по крайней мере частично, комплексообразованием  их катиона с карбонильной  группой, то такое объяснение  не подходит для солей четвертичных  аммониевых оснований, так как  взаимодействие должно быть очень  слабым (взаимодействие диполь –  катион, R₄N+….O=C      ). Значит,

Действие этих солей, как справедливо считают Шастрет  и Амуру, связано с их анионами. В самом деле, последние могут  координироваться с магнийорганическим соединением (схема 39).

Схема 39:

    В такой  отрицательно заряженной частице  связь  более поляризована, чем в электрически нейтральном магнийорганическом соединении. Усилие анионного характера органического радикала в комплексе [RMgX₂] – облегчает перенос R на углерод карбонильной группы (схема 40).

Схема 40:

    Такая  интерпретация хорошо согласуется  с тем фактом, что эффективность  солей аммония возрастает параллельно  увеличению «жесткости» их анионов: 

 

    Действительно,  энергия связывания аниона с  RMgX должна возрастать в той же последовательности и, следовательно смещать равновесие в сторону анионных частиц:

 

    Было также  показано, что при действии н-PrMgBr на трет-бутил-4-циклогексанон усилие анионного характера радикала R в присутствии солей может облегчать отрыв водорода из α-положения карбонильной группы (енолизация).

    Еще одним  интересным следствием ассоциации  магнийорганических соединений  с солями четвертичных аммониевых  оснований является влияние солей  на стереохимию реакции CH₃MgX с трет-бутил-4-циклогексаноном.

   Завершая  этот раздел отметим, что Шастрет  и Амуру распространили исследование  влияния солей на реакционную  способность цинк- и алюминийорганических  соединений. Указанные явления в  значительной степени аналогичны  тем, которые наблюдались в  случае магнийорганических соединений.

    Возрастание  реакционной способности магнийорганических  соединений при добавлении галогенидов  щелочных металлов или, еще  лучше, солей четвертичных аммониевых  оснований широко известно под  названием «нуклеофильный катализ» (или нуклеофильное содействие). Катализ может осуществляться  под действием анионов солей  или растворителей с сильно  выраженными донорными свойствами. Нуклеофильный катализ наблюдается  во многих реакциях электрофильного  замещения, в особенности с  применением ртутьорганических  соединений.[13]