Связь $C-Li$ в литийорганических реагентах сильно поляризована. В результате, углерод привлекает большую часть электронной плотности в связи и такое соединение напоминает карбанион. Таким образом, литийорганические реагенты имеют сильноосновные свойства и нуклеофильны. Поэтому наиболее распространенные реакции литийорганических соединений включают их использование в качестве нуклеофилов, сильных оснований для депротонирования, также они используются как инициаторы полимеризации и исходные материалы для получения других металлоорганических соединений.
Литийорганические реагенты в качестве нуклеофилов
В качестве нуклеофилов, литийорганические реагенты подвергаются реакции карболитации, в результате которой связь углерод-литий взаимодействует через углерод-углеродную двойную или тройную связь, образуя новые виды литийорганических соединений. Эта реакция является наиболее широко используемой реакцией литийорганических соединений. Карболитация играет ключевую роль в процессах анионной полимеризации, и н-бутиллитий используют в качестве катализатора для инициирования полимеризации стирола, бутадиена, изопрена или, или их смеси.
Рисунок 1.
Карболитация
Еще одной областью, в которой используется эта реактивность является формирование карбоциклических и гетероциклических веществ через внутримолекулярную карболитацию. Как форма анионной циклизации, внутримолекулярной реакции карболитация имеет несколько преимуществ по сравнению с радикальной циклизацией:
- Во-первых, она возможна для продукта циклического типа, которые способны реагировать с электрофильными литийорганическими реагентами, в то время как по радикальному пути такие соединения часто не циклизуются.
- Во-вторых, анионная циклизация часто более регио- и стереоспецифична чем радикальная циклизация, в частности, в случае 5-гексиллития. Внутримолекулярная карболитация позволяет внедрять алкил-, виниллитий по тройным связям и моно- алкилзамещенным двойным связям. Ариллитий может также претерпевать дополненительную циклизацию с образованием 5-членного кольца. Ограничения внутримолекулярной карболитации включают трудности формирования 3х или 4х-членных колец, а промежуточные виды циклических литийорганических веществ часто имеют тенденцию подвергаться кольцевым взаимодействиям. Ниже приведен пример внутримолекулярной реакции карболитации. Соединения лития, полученные из литий-галогенного обмена циклизуются с образованием виниллития через 5-экзо- соединение с замыканием кольца. Виниллитиевое соединение далее вступает в реакцию с электрофильными частицами и дает функционализированное циклопентилиденовое соединение.
Рисунок 2.
Взаимодействие с карбонильными соединениями
Нуклеофильные литийорганические реагенты реагируют с электрофильными карбонильными двойными связями с образованием углерод-углеродных связей. Они могут вступать в реакцию с альдегидами и кетонами для получения спиртов. Взаимодействие в основном происходит через полярную связь $Li-C$. Кроме того, добавление солей лития, таких как $LiClO_4$ может улучшить стереоселективность реакции.
Рисунок 3.
Когда кетон является стерически затрудненным, то использование реактивов Гриньяра часто приводит к уменьшению выхода карбонильных продуктов. Однако, алкиллитиевые реагенты, с такими кетонами реагируют легче, и могут быть использованы для синтеза замещенных спиртов. Ниже приводится пример реакции с этиллитием и адамантоном для получения третичного спирта.
Рисунок 4.
Взаимодействие с карбоновыми кислотами
Литийорганические реагенты также превосходят реагенты Гриньяра в их способности реагировать с карбоновыми кислотами с образованием кетонов. Эта реакция может быть оптимизирована путем тщательного регулирования количества добавления литийорганического реагента, или с использованием хлористого триметилсилила, чтобы погасить избыток литиевого реагента. Более распространенный способом синтеза кетонов является метод Вайнреба, заключающийся в добавлении литийорганических реагентов к амидам ($N$-метокси-$N$-метил амиду). Эта реакция приводит к кетонам, когда литийорганические реагенты используют в избытке, вследствие комплексообразования иона лития между $N$-метокси кислородом и карбонильным кислородом, который образует четырехгранный промежуточный продукт, который разрушается при кислотной деструкции.
Рисунок 5.
Литийорганические реагенты могут также вступать в реакцию с диоксидом углерода с образованием карбоновых кислот.
Реакции $S{N2}$ типа
Литийорганические реагенты могут служить в качестве нуклеофилов и осуществляют реакции $S_{N2}$ типа с алкил- или аллильными галогенидами. Несмотря на то, что они считаются более реакционноспособными, чем реактивы Гриньяра в алкилировании, их использование по-прежнему ограничено из-за конкурирующих побочных реакций, таких как радикальные реакций или металл-галогенная замена. Большинство литий-органических реагентов, используемых в $S_{N2}$ алкилировании более стабилизированы, менее основны, и менее агрегированны, так как гетероатом стабилизируется в арил- или аллиллитиевых реагентах. Было показано, что повышение выходов и скорости реакции напрямую связано с реакционной способностью ариллитиевых реагентов и часто усиливается с добавлением алкоголятов калия. Литийорганические реагенты могут также осуществлять нуклеофильные атаки на эпоксиды для образования спиртов.
Рисунок 6.
