Присоединением реактивов Гриньяра, магнийорганических соединений $RMgX$, к альдегидам получают спирты (табл. ниже).
Рисунок 1. Синтез спиртов с помощью магнийорганических соединений. Автор24 - интернет-биржа студенческих работ
Магнийорганические соединения как нуклеофилы
Магнийорганические соединения, как уже отмечалось, является лишь частично ионными соединениями и в большинстве случаев вовсе не диссоциированы на ионы. Но на радикале $R$ в молекуле реагента Гриньяра сосредоточен значительный избыток электронной плотности, благодаря чему эти соединения проявляют свойства нуклеофилами и могут вступать в реакции нуклеофильного замещения и присоединения. Во многих случаях течение реакций затруднен и требует определенных условий, поэтому часто получают низкие выходы целевых продуктов и возможные нежелательные побочные процессы.
Примером реакции нуклеофильного замещения может служить взаимодействие реагентов Гриньяра с алкилгалогенидами (реакция Вюрца - Гриньяра).
Рисунок 2.
Очень часто реакции с магнийорганическими соединениями усложняются конкурирующей реакцией элиминирования. К реакциям элиминирования наиболее склонны третичные алкил галогениды, в которых активированные атомы водорода доступнее, чем атомы углерода, связанные с атомами галогенов. По склонности к реакции отщепления алкилгалогениды располагаются в ряд:
Рисунок 3.
Реакции нуклеофильного присоединения
Реактивы Гриньяра чрезвычайно широко применяются именно в реакциях присоединения к кратным связям, в частности к карбонильной группе с образованием новых связей углерод - углерод. Поскольку на атоме углерода в карбонильных соединениях наблюдается значительный дефицит электронной плотности, обусловленный разницей электроотрицательности атомов углерода и кислорода и поляризуемость двойной связи, реактив Гриньяра атакует его как нуклеофил и при этом образуется уже упомянутую новую связь $C - C$. А магний во всех случаях перемещается от углерода к более электроотрицательному кислороду. Как правило, выходы целевых продуктов в подобных реакциях присоединения достаточно высокие и можно получить большое количество соединений с длинной углеродной цепью, исходя из веществ с меньшим числом углеродных атомов.
Примером могут служить реакции реактива Гриньяра с альдегидами, кетонами, эфирами, амидами и хлорангидридами кислот. На первой стадии реакции образуются смешанные магниевые соли - алкоголяты, из которых необходимые продукты выделяются путем дальнейшего кислотного гидролиза.
Так, при взаимодействии с формальдегидом и последующим гидролизом образуются первичные спирты, с другими альдегидами - вторичные, а с кетонами - третичные.
Рисунок 4.
Побочные реакции при взаимодействии с карбонильными соединениями
Несмотря на то, что во многих случаях присоединения реактивов Гриньяра к карбонильных соединений происходит с почти количественным выходом, необходимо отметить в некоторых случаях аномальный ход этой реакции. Взаимодействие магнийорганических соединений, например с кетонами начинается с координации положительного атома магния с электроотрицательным атома кислорода, а радикал $R$ со своей парой электронов, в свою очередь, образует связь с атомом углерода карбонильной группы. Если $R$ - объемный заместитель, то возникают стерические препятствия при атаке карбонильного атома углерода. Скорость присоединения резко уменьшается, и конкурентные побочные реакции могут играть большую роль.
Наиболее распространенными побочными процессами в случае описанной взаимодействия является енолеция и восстановления карбонильной соединения. Енолизация может иметь место, если в кетонах есть хотя бы один атом водорода в $\alpha$-положении. В этом случае магнийорганическое соединение действует как основа, забирая карбонильной соединения подвижный $\alpha$-атом водорода. При этом образуется одновременно связь между объемным заместителем $R$ и этим атомом и двойной $C=C$ связи.
Рисунок 5.
После гидролиза и изомеризации промежуточные ненасыщенные соединения образуют исходные кетоны. Часто образовавшийся енолят может реагировать со второй молекулой кетона (тип альдольной конденсации), образуя после следующего гидролиза продукта реакции $\beta$-гидроксиуглеродильное соединение.
Рисунок 6.
Процент енолизации может быть установлен как по количеству не прореагировавшего кетона, так и по количеству метана (в случае метилмагниййодида), который выделился. Степень енолизации будет повышаться с увеличением стерических препятствий для атаки на углеродную группу кетона.
Рисунок 7.
Если енолизация происходит только тогда, когда в углеродильном составе есть атом водорода в $\alpha$-положении, то восстановление (другой побочный процесс) зависит от структуры реактива Гриньяра и заключается в передаче гидрид-иона с $\beta$-положения этого реагента к углеродильного углерода кетона, то есть при взаимодействии с кетонами реактивы Гриньяра могут быть не только нуклеофильными реагентами, но и донорами гидрид-ионов, способными восстанавливать кетоны к спиртам. Самыми активными возобновляемыми агентами являются те реактивы Гриньяра, в которых атом водорода в $\beta$-лоложенни связан с третичным атомом углерода, а менее эффективны - если с вторичным, и совершенно не способны восстанавливать карбонильную группу - в случае первичного атома углерода.
Итак, для синтеза с максимальными выходами третичных спиртов нужно вводить в реакцию реактив Гриньяра с наименьшим по объему заместителем. Например, чтобы получить диметилизобутилкарбинол нужно взять метилизобутилкетон и метилмагнийгалогенид, а не наоборот. В противном случае возможно восстановление кетонов изобутильным реактивом Гриньяра.
Иногда побочные реакции при взаимодействии карбонильных соединений с реактивом Гриньяра происходят даже в том случае, когда у последних нет $\beta$-атомов водорода, а в кетонах или альдегидах - $\alpha$- атомов, то есть взаимодействие должно происходить без нежелательных последствий. Но в случае взаимодействия, например, фенилмагнийбромида с избытком бензальдегида образуется, кроме ожидаемого дифенилметанола, еще и бензиловый спирт и трифенилметанол.
