第三章 金属有机化学(2)

2019-01-10 10:30

3.2.3氢化物和烯烃、炔烃的反应

通式如下所示:

M-H+C=CMCCH3.7

在非金属中,这类反应最有名的例子是硼烷和烯烃的反应。由于在这方面的研究,H.C.Brown获得l979年诺贝尔奖。

0.5B2H6+3C=C乙醚B(CCH)33.8

反应(3.8)所合成的烷基硼化合物,不须分离即可进行下一步反应,可以从烯烃合成烷烃、醇、醛、酮、羧酸、胺等。所用氢化物除了硼烷外,还可用NaBH4,LiBH4,KBH4等。烯烃以外,炔类也能插入B—H键。这类反应是顺式加成的反Markovnikov型反应:

CH+HBRCH=CHBRC

烯烃插入A1—H及Si—H键的反应也是重要的反应,烯烃插入A1—H键的反应,可以合成 Ziegler催化剂的原料三烷基铝。 应用烯烃对于Si—H键的插入反应,可以合成有机硅化合物中间体,以制造有机硅高分子。最近,发展了一些方便的实验室的有机合成方法,用过渡金属络合物为催化剂,将烯烃转变成铝、硅、硼等的有机金属化合物。

3.2.4应用其他插入反应的合成法

按照下面通式所示,从一个有机金属化合物和不饱和化合物可以生成新的

有机金属化合物。

M-C+C=YC-C-Y-M3.9

例如:丁基锂和乙烯在高压反应后,可以得到分子量高达17000左右的蜡状聚乙烯。

BuLi+CH2CH2BuCH2CH2LinCH2CH2Bu(CH2CH2) Lin+1

炔烃和丁基锂反应是,发生顺是加成,水解后得到烯烃:

PhCCPhBuLiPhBuC=CPhOH2LiPhBuC=CPhH

乙烯液能插入到Al-H键中,利用这一反应可以得到中等分子量的烃或醇。Ziegler在研究这一反应时,发现了过渡金属化合物的催化作用,发明了低压到据乙烯的方法。除了M-C键外,烯烃对于M-O,M-N,M-P键的插入反应有时也能发生。

重氮化合物的反应也可以说是一种插入反应。重氮甲烷或其衍生物和金属的卤化物和氢化物反应时,发生亚甲基插入反应:

醚ClSiCHClSiCl4+CH2N2乙2-50℃3+N2

此外,也利用插入反应的逆反应来合成有机金属化合物,脱二氧化碳反应即是其一例:

Ph3PbOCOCH2COOEt160℃减压Ph3PbCH2COOEt+CO2

3.2.5 和活泼氢化合物的反应

含有活泼氢的化合物,和金属或金属化合物反应,能生成有机金属化合物。

和阳性金属的反应中,最有名的例子是碱金属和末端炔烃的反应:

RCCH+Na-RCC Na+0.5H2

环戊二烯和碱金属反应可以生成C5H5M+,这一反应是l 901年Johannes Thiele发现的。和钾的反应在苯中即能发生,而和钠的反应则必需有1,2—二甲氧基乙烷、四氢映喃、二甲基甲酰胺等极性溶剂的溶剂化才能发生。环戊二烯在高温时和铁反应而生成二茂铁。

活泼氢化合物和金属化合物的反应,可以用下列通式表示:

RH+MYRM+HY3.10

这一反应可以看作一种酸和碱的反应,因此,当MY的碱性强,而活泼氢化合物的酸性弱时,反应也能发生。在这一平衡反应中,如HY能从体系中除去,。或生成的有机金属化合物能沉淀出去,反应就完全向右方进行。和烃类进行的这一形式的反应称为金属化(metalation),是H.Gilmann在l 934年发现的。炔烃类的反应有下面的例子:

RCCH+NaHRCC Na+H2

这一反应是使金属钠溶解于液氨中,氨基钠起着碱的作用。G rignard试剂和炔烃的反应,生成含有三键的G rignard试剂:

RCCH+EtMgBrRCCMgBr+C2H6

含有活泼氢的烃中,比较常见的有环戊二烯(pKa l5)、茚(pKa l8.5)、芴(pKa 22.9)等,例如:环戊二烯和钠、锂化合物有下列反应:

+NaHC5H5Na+H2

除此以外,活泼氢化合物的反应有丙二酸酯、β—酮酸酯、β—二酮、硝

基烷烃等的反应,由于它们的生成物不一定具有碳一金属键,此处从略。

式(3.10)型的反应,当反应试剂(MY)的碱性强时,不仅典的“酸性”烃类可以反应,即使是酸性小的化合物也能反应。例如:大部分芳香族化合物都比从烷基锂成的烷烃的酸性要大,如苯的pKa为37,甲烷的pKa为40,因而,用丁基锂可以使取代的苯的金属化顺利地进行,此反应称为锂化。

3.3 含1A族和2族元素的有机金属化合物

本节讨论1A族碱金属和2A,2B族金属的有机金属化合物,铜、银、金作过渡金属处理。

如3.1所述,当电负性为2.5的碳和金属成键时,和电负性小的金属所成的键,其金属一碳键将呈下列极化:

Mδ+——Cδ-

极化程度愈大,碳阴离子的反应性也愈大。在周期表同一周期中的金属,其反应性呈下列次序:

Li(1.0)>Be(1.5)>B(2.0) Na(1.0)>Mg(1.2)>Al(1.5) 括号内所示为A11red—Rochow电负性值。

3.3.1 碱金属

Li 有机碱金属化合物中最重要的是有机锂化合物。对它们的研究,是从1914年w.Schlenk开始的,K.ziegler,G. wittig,H. Gilmann等加以继承发展。现在,

丁基锂及某些烷基锂化合物已成商品,是使用方便的试剂。在有机碱金属化合物中,有机锂化合物的金属一碳键的共价性最高。所有的有机锂化合物都和氧能迅速反应,和水也激烈反应。和溴化锂和碘化锂反应生成组成为RLi(LiX)1—6的在空气中稳定的固体化合物。

烷基锂化合物在烃类溶液中,或在固态时,常形成缔合体,MeLi的固体为四聚体,4个锂原子构成一个正四面体,四个面的正中上部是甲基的位置。MeLi,EtLi,PrLi在烃类溶液中为六聚体,在乙醚或胺类中溶剂化后成为四聚体。

能形成螯合环的二胺,例如四甲基乙二胺Me2NCH2CH2NMe2将Li包围,可以得到比较稳定的单体烷基锂络合物。这一络合物,由于空间的原因,比相应的缔合的烷基锂明显地反应性要高。烷基锂可以作为丁二烯、异戊二烯等双烯的定向阴离子聚合催化剂。烷基锂除了这一用途外,还可使其它反应试剂锂化,生成新的碳阴离子反应中心,从而和亲电子试剂反应,应用于合成上。

应用锂化合物的合成方法比较简单、能在温和条件下进行,而且在很多情况—下选择性好,所以在有机合成中广泛应用。

烷基及芳基锂化合物可以和Mg,Cd,Zn的烷基化合物生成酸根型络合物(ate型络合物),例如:

2LiPh+MgPh2Li2(MgPh4)

这种酸根型络合物中,最重要的为铜络合物(cuprate):

2LiR+CuX_+Li CuR2+LiX

这—络合物和卤代烷能发生高度选择性的交叉偶联反应,所以在有机合成中广泛应用。


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