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格氏试剂(Grignard Reagent)是以卤代物在无水乙醚或四氢呋喃中和金属镁作用生成的卤化镁RMgX,其性质极为活泼,广泛应用于有机合成。格氏试剂的形成条件包括其活性、热稳定性和与特定基团的兼容性。活性方面,C-Mg键高度极化,C原子带部分负电荷,使其作为碳亲核试剂表现优异。热稳定性上,格氏试剂较为稳定,但对空气敏感,易与二氧化碳或氧气发生亲核加成反应生成羧酸或过氧化物。与质子性基团不兼容,存在活泼氢的化合物如醇、硫醇、酚、羧酸、1°, 2° 胺、端基炔等与格氏试剂不兼容。
格氏试剂的制备方法通常包括直接氧化加成和卤素-镁交换反应。生成活性顺序根据卤素和烷基的不同而不同,一般情况下,苄基卤代烃、烯丙基卤代烃优于叔卤代烷、仲卤代烷和伯卤代烷,卤代芳烃。实验室中常采用反应性居中的溴代烷来合成格氏试剂。
在制备格氏试剂时,应注意溶剂的选择,常用乙醚或四氢呋喃作为溶剂,但根据具体情况可能需要烃类溶剂。使用纯镁条或镁屑以减少副反应,避免使用镁粉,并确保溶剂无水,反应体系用惰性气体保护。温度控制在室温下不引发时可稍加热,引发后应降低温度,避免偶联。引发剂的添加根据卤代烃的活性而定,过多会导致副产物增加。反应过程中还需防止水分影响,引发后需缓慢滴加卤代烃,并控制温度和反应速度。
格氏试剂反应中的常见副反应包括与卤代物进行武兹反应、与水和氧气反应生成烷烃和烷氧化物、羰基化合物的烯醇化以及含有β-H的格氏试剂与位阻较大的羰基化合物进行分子间的氢转移,导致羰基化合物还原。处理多余的格氏试剂通常在冰浴下加入饱和的氯化铵水溶液或5%的盐酸。
实例说明,格氏试剂在有机合成中的应用广泛,可用于合成各种化合物,如通过与醛、酮、酯、酰卤、腈、亚胺、酯、环氧、二氧化碳、三氯化磷、三氯化硼、四氯化硅等发生反应,合成所需有机分子。格氏试剂的制备和使用需要严格控制条件,以确保反应的顺利进行和产物的高产率。