Зырить аржан for Магний органические соединения

{{YouTube|SbzTyLvnag4|width=300|height=250}}

== Общие сведения ==
Магнийорганические соединения представляют собой важнейший класс металлоорганических веществ, характеризующийся наличием прямой химической связи между атомом углерода и атомом магния. Наибольшую известность и колоссальную практическую значимость в данной группе получили смешанные магнийгалогенорганические соединения, исторически называемые реактивами Гриньяра. Впервые эти вещества были синтезированы французскими химиками Виктором Гриньяром и Филиппом Барбье на рубеже девятнадцатого и двадцатого веков (около 1900 года). Первоначально Барбье использовал в своих синтезах металлический цинк, однако именно замена цинка на магний, предложенная Гриньяром, привела к созданию универсальных высокореакционноспособных реагентов, произведших подлинную революцию в органическом синтезе. В чистом виде реактивы Гриньяра представляют собой бесцветные кристаллы, в которых атомы магния и галогена образуют сложные пространственные структуры. Магнийорганические соединения выступают незаменимыми реагентами в современной лабораторной практике и химической промышленности, применяясь на многих стадиях конструирования сложных органических молекул.

== Классификация ==
Магнийорганические соединения классифицируются на смешанные (реактивы Гриньяра, содержащие органический радикал, атом магния и атом галогена) и симметричные (диалкилмагниевые или диарилмагниевые соединения). Строение реактивов Гриньяра в твердом состоянии и в растворах радикально отличается. В кристаллах вокруг атома магния формируется тетраэдрическая координационная сфера за счет лигандов, в роли которых выступают молекулы растворителя. При удалении части молекул растворителя образуются димерные структуры, в которых атомы галогена выполняют функцию мостиков между двумя атомами магния. В некоторых ассоциированных частицах роль мостиков могут выполнять и алкильные группы.

В растворах простых эфиров классическая эмпирическая формула не в полной мере отражает реальное химическое строение реагента. В реакционной системе устанавливается сложное динамическое равновесие, известное как равновесие Шленка, в котором одновременно присутствуют мономерные и димерные смешанные и симметричные соединения, различные ионные частицы, а также их сольватированные комплексы с молекулами растворителя. Концентрация и тип этих частиц строго зависят от природы органического радикала, галогена, используемого растворителя, температуры и общей концентрации раствора. При введении сильных оснований Льюиса (например, тетраметилэтилендиамина) и понижении температуры скорости взаимопревращений частиц снижаются, что позволяет идентифицировать отдельные комплексы методами ядерного магнитного резонанса высокого разрешения. Несмотря на структурную сложность растворов, в химических уравнениях традиционно используется упрощенная формула реактива Гриньяра, поскольку природа конечных продуктов реакции определяется в первую очередь типом алкильного радикала и галогена.

== Способы получения ==
Основным и наиболее распространенным методом синтеза магнийорганических соединений является прямое взаимодействие галогеналканов, галогенаренов или винилгалогенидов с металлическим магнием в среде абсолютного (безводного) растворителя, традиционно — диэтилового эфира. Для успешного инициирования реакции требуется активация поверхности металлического магния, что достигается введением микроколичеств кристаллического иода или 1,2-дибромэтана. Реакционная способность галогенопроизводных закономерно снижается в ряду от иодидов к хлоридам. Кроме того, она зависит от строения углеводородного радикала: алкилгалогениды реагируют со значительно большими скоростями, чем арил- и винилгалогениды. Наименее активными субстратами являются соединения с атомом хлора при двойной связи.

В случаях низкой реакционной способности субстрата (например, при синтезе винилмагнийгалогенидов) классический диэтиловый эфир заменяют на растворители с более высокой координирующей способностью, такие как тетрагидрофуран, ди-н-бутиловый эфир или высококипящие глимы. Для получения арилмагнийгалогенидов (и других труднодоступных реактивов) при низких температурах применяется высокоактивный магний, синтезируемый непосредственно в реакционной среде путем восстановления безводного хлорида магния металлическим калием (магний Рике). Механизм образования реактива Гриньяра включает стадию одноэлектронного переноса от поверхности металла к молекуле галогенопроизводного с промежуточным генерированием свободных алкильных радикалов. Известен также метод Барбье, при котором синтез реактива Гриньяра осуществляется in situ — непосредственно в присутствии целевого электрофильного реагента.

Симметричные диалкилмагниевые соединения могут быть получены из диалкилртутных соединений под действием металлического магния, однако на практике этот метод считается излишне трудоемким. Более эффективным препаративным подходом является искусственное смещение равновесия Шленка путем добавления к эфирному раствору реактива Гриньяра специфических оснований Льюиса (в частности, 1,4-диоксана). Диоксан образует стабильный нерастворимый комплекс с галогенидом магния, выпадающий в осадок, оставляя в растворе чистое симметричное диалкилмагниевое соединение. На базе диалкилмагния путем селективного отщепления одного радикала при действии соответствующих нуклеофильных реагентов синтезируют алкилмагнийалкоксиды (при действии щелочей), алкилмагнийамиды (при действии аминов) и алкилмагнийсульфиды. Отдельной группой выступают карбеновые комплексы, примером получения которых служит взаимодействие дииодметана с избытком магния, приводящее к образованию димагниевого производного.

== Свойства ==
С химической точки зрения магнийорганические соединения обладают исключительной активностью. Они крайне чувствительны к разрушающему действию кислорода воздуха и влаги, вследствие чего все синтетические и аналитические операции с ними проводятся в строго инертной атмосфере (как правило, в токе аргона). При контакте с кислородом происходит глубокое окисление реагента, сопровождающееся генерированием органических радикалов и ярким люминесцентным свечением (хемилюминесценцией), что иногда используется в качестве эффектного демонстрационного эксперимента. Магнийорганические соединения бурно реагируют с водой, спиртами, тиолами, первичными и вторичными аминами, амидами и терминальными алкинами. В ходе этих реакций происходит металлирование субстрата по гетероатому (кислороду, сере, азоту) или углероду, а органический радикал реактива Гриньяра превращается в соответствующий углеводород.

В стандартных условиях магнийорганические соединения не проявляют способности присоединяться к неактивированным изолированным двойным или тройным углерод-углеродным связям. Терминальные алкины в этих условиях лишь подвергаются металлированию. Исключением являются аллильные реактивы Гриньяра, способные присоединяться к простым алкенам и алкинам, а также специфические реакции внутримолекулярного присоединения, которые реализуются при наличии в структуре субстрата координирующих электронодонорных групп (содержащих атомы кислорода или азота), оказывающих внутримолекулярное содействие. Присоединение к активированным алкенам, содержащим сильные электроноакцепторные группы (например, атомы фтора), протекает без осложнений. 

Специфическим свойством является многообразие механизмов взаимодействия магнийорганических соединений с карбонильными группами. Предполагается параллельное протекание процесса как по классическому механизму полярного 1,2-присоединения, так и по радикальному механизму одноэлектронного переноса (SET-механизм). В качестве побочных процессов часто фиксируется альфа-металлирование карбонильного субстрата или его восстановление до соответствующих спиртов и пинаконов. Восстановление до спиртов протекает через образование шестицентрового переходного состояния в тех случаях, когда в углеводородном радикале реактива Гриньяра присутствует бета-водородный атом. Формирование пинаконов осуществляется путем димеризации промежуточных кетильных радикалов; данный побочный процесс эффективно катализируется микропримесями переходных металлов, в частности солями железа.

== Применение ==
Магнийорганические соединения находят широчайшее применение в препаративном органическом синтезе в качестве универсальных нуклеофильных реагентов для конструирования новых углерод-углеродных связей. Фундаментальной реакцией является их присоединение к альдегидам и кетонам: взаимодействие реактива Гриньяра с формальдегидом позволяет получать первичные спирты, реакция с прочими гомологами альдегидов дает вторичные спирты, а присоединение к кетонам открывает путь к синтезу сложных третичных спиртов.

Карбоксилирование реактивов Гриньяра диоксидом углерода представляет собой классический и масштабно применяемый метод синтеза карбоновых кислот. Для предотвращения дальнейшего реагирования синтезированной соли карбоновой кислоты с избытком исходного реактива (что неизбежно приводит к образованию побочных кетонов и спиртов) процесс требует тщательного контроля температурного режима и концентрации реагентов. Взаимодействие с производными карбоновых кислот (в частности, с амидами) также применяется для получения кетонов, однако препаративная ценность этого метода снижена из-за невысоких выходов, обусловленных склонностью образующихся кетонов к дальнейшему реагированию.

Присоединение магнийорганических соединений к нитрилам приводит к образованию магнийпроизводных иминов, последующий контролируемый кислотный гидролиз которых служит надежным методом получения кетонов. При использовании значительного избытка реактива Гриньяра и проведении реакции в жестких условиях возможно получение третичных аминов. Реакции с оксимами кетонов позволяют с хорошими выходами конструировать напряженные трехчленные азотсодержащие гетероциклы (азиридины). Альфа, бета-ненасыщенные карбонильные соединения вступают с реактивами Гриньяра в реакции сопряженного 1,4-присоединения (в отличие от литийорганических соединений, склонных к 1,2-присоединению). Добавление в реакционную систему солей меди приводит к формированию промежуточных алкилмедных соединений, что многократно повышает региоселективность 1,4-присоединения.

Важнейшим направлением синтетического применения являются реакции кросс-сочетания магнийорганических соединений с арил- и винилгалогенидами, протекающие исключительно в присутствии катализаторов на основе переходных металлов (кобальта, никеля, палладия, серебра или железа). Классическим примером служит реакция Хараша, в которой катализатором выступает дихлорид кобальта. Данный метод позволяет с высокой эффективностью синтезировать несимметричные алкилбензолы (например, этилбензол) и производные бифенила, несмотря на то что точный механизм действия кобальтового катализатора до сих пор остается предметом научных дискуссий.

Магнийорганические соединения обладают способностью раскрывать кислородсодержащие гетероциклы с малыми размерами кольца (оксираны и оксетаны), что применяется в органическом синтезе для направленного удлинения углеродной цепи. Более крупные гетероциклы (тетрагидрофуран) и стабильные ацетали (1,3-диоксоланы) в обычных условиях инертны по отношению к реактивам Гриньяра и могут использоваться в качестве растворителей или защитных групп. Однако этилортоформиат успешно вступает в реакцию с магнийорганическими соединениями, обеспечивая удобный путь к синтезу альдегидов и их ацеталей. Взаимодействие с нитро- и нитрозосоединениями применяется для получения дизамещенных гидроксиламинов (в частности, таким методом синтезируют производные 1,3,5-тринитробензола).

== См. также ==
[[Метан]]
[[Метанол]]

[[Category:Органическая химия]]
[[Category:Металлоорганические соединения]]

[https://www.youtube.com/watch?v=SbzTyLvnag4 Смотреть видео]