
Los reactivos o compuestos de Grignard son compuestos químicos con la fórmula general RMgX(S) n , donde X es un haluro , R es un grupo orgánico (normalmente alquilo o arilo ), S es un éter y n suele ser 2. Generalmente, los grupos éter se omiten de la fórmula. Así, dos ejemplos típicos son el cloruro de metilmagnesio ClMgCH3 y el bromuro de fenilmagnesio C6H5MgBr . Son una subclase de los compuestos organomagnésicos .
Los compuestos de Grignard son reactivos populares en síntesis orgánica para la formación de nuevos enlaces carbono-carbono . El enlace carbono-magnesio en el reactivo de Grignard es un enlace covalente polar. El átomo de carbono presenta una carga negativa en exceso y actúa como nucleófilo.
Los reactivos de Grignard rara vez se aíslan en estado sólido. Por lo general, se manipulan en disoluciones en disolventes como el éter dietílico o el tetrahidrofurano, utilizando técnicas libres de aire . Los reactivos de Grignard son complejos en los que el átomo de magnesio está unido a dos ligandos éter , así como a los ligandos haluro y organo.
El descubrimiento de la reacción de Grignard en 1900 fue reconocido con el Premio Nobel otorgado a Victor Grignard en 1912.
Síntesis
Del metal Mg
Tradicionalmente, los reactivos de Grignard se preparan tratando un haluro orgánico (normalmente organobromado) con magnesio metálico. Se requieren éteres para estabilizar el compuesto organomagnésico . Se excluyen el agua y el aire, que destruyen rápidamente el reactivo por protonólisis u oxidación. [ 1 ] Aunque los reactivos aún deben estar secos, los ultrasonidos permiten la formación de reactivos de Grignard en disolventes húmedos al activar el magnesio de manera que consume el agua. [ 2 ]
Como es común en las reacciones que involucran sólidos y soluciones, la formación de reactivos de Grignard suele estar sujeta a un período de inducción . Durante esta etapa, se elimina el óxido pasivante del magnesio. Después de este período de inducción, las reacciones pueden ser altamente exotérmicas . Esta exotermicidad debe tenerse en cuenta cuando una reacción se escala del laboratorio a la planta de producción. [ 3 ] La mayoría de los organohaluros funcionarán, pero los enlaces carbono-flúor generalmente no son reactivos, excepto con magnesio activado especialmente (a través de metales de Rieke ).
Magnesio
Típicamente, la reacción para formar reactivos de Grignard implica el uso de cinta de magnesio. Todo el magnesio está recubierto con una capa pasivante de óxido de magnesio , que inhibe las reacciones con el haluro orgánico. Se han desarrollado muchos métodos para debilitar esta capa pasivante, exponiendo así el magnesio altamente reactivo al haluro orgánico. Los métodos mecánicos incluyen la trituración de los trozos de Mg in situ, la agitación rápida y la sonicación . [ 2 ] El yodo , el yoduro de metilo y el 1,2-dibromoetano son agentes activadores comunes. El uso de 1,2-dibromoetano es ventajoso ya que su acción puede monitorearse mediante la observación de burbujas de etileno . [ 4 ] Además, los subproductos son inocuos:
- Mg + BrC 2 H 4 Br → C 2 H 4 + MgBr 2
La cantidad de Mg consumida por estos agentes activadores suele ser insignificante. Al ser tratados con pequeñas cantidades de cloruro mercúrico , los fragmentos de magnesio se recubren con una amalgama , lo que aumenta su reactividad.
El magnesio activado, como el magnesio de Rieke , soluciona este problema. [ 5 ] La capa de óxido también se puede romper usando ultrasonidos, usando una varilla de agitación para raspar la capa oxidada, [ 6 ] o agregando unas gotas de yodo o 1,2-diyodoetano . Otra opción es usar magnesio sublimado o antraceno de magnesio . [ 7 ]
El "magnesio Rieke" se prepara mediante la reducción de un cloruro de magnesio anhidro con potasio :
- MgCl₂ + 2 K → Mg + 2 KCl
Mecanismo
En términos de mecanismo, la reacción procede a través de una transferencia de un solo electrón : [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
Reacción de transferencia de Mg (intercambio halógeno-Mg)
Una preparación alternativa de reactivos de Grignard implica la transferencia de Mg desde un reactivo de Grignard preformado a un haluro orgánico. También se utilizan otros reactivos de organomagnesio. [ 11 ] Este método ofrece la ventaja de que la transferencia de Mg tolera muchos grupos funcionales. Una reacción ilustrativa involucra cloruro de isopropilmagnesio y bromuro o yoduros de arilo: [ 12 ]
- i -PrMgCl + ArBr → i -PrCl + ArMgBr
A partir de compuestos de alquilzinc (transmetalación reductiva)
Otro método para sintetizar reactivos de Grignard implica la reacción de Mg con un compuesto de organozinc . Este método se ha utilizado para hacer reactivos de Grignard basados en adamantano , que, debido a reacciones secundarias de acoplamiento CC, son difíciles de hacer por el método convencional a partir del haluro de alquilo y Mg. La transmetalación reductiva logra: [ 13 ]
- AdZnBr + Mg → AdMgBr + Zn
fluoruros de organomagnesio
Los reactivos de Grignard con cloruro, bromuro y yoduro son reactivos de uso común. Los fluoruros correspondientes (RMgF) no se sintetizaron hasta 1970. [ 14 ] En 1920 se informó de una reducción del fluoruro de amilo al hidrocarburo correspondiente con magnesio activado, [ 15 ] aunque no se identificaron intermedios. Los fluoruros de alquilmagnesio se prepararon por primera vez en 1970, utilizando magnesio, yodo catalítico y el fluoruro de alquilo en tetrahidrofurano o 1,2-dimetoxietano a reflujo . [ 16 ] [ 17 ]
Prueba de reactivos de Grignard
Debido a la alta sensibilidad de los reactivos de Grignard a la humedad y al oxígeno, se han desarrollado numerosos métodos para evaluar la calidad de un lote. Las pruebas típicas incluyen titulaciones con reactivos próticos anhidros y pesables, como el mentol , en presencia de un indicador de color. La interacción del reactivo de Grignard con la fenantrolina o la 2,2'-biquinolina provoca un cambio de color. [ 18 ]
Reacciones de los reactivos de Grignard
Como nucleófilos
Los reactivos de Grignard reaccionan con una variedad de derivados carbonílicos . [ 19 ]

Este tipo de reacciones suelen implicar un tratamiento ácido acuoso, aunque este paso rara vez se muestra en los esquemas de reacción.
La aplicación más común de los reactivos de Grignard es la alquilación de aldehídos y cetonas, es decir, la reacción de Grignard : [ 20 ]

Tenga en cuenta que el grupo funcional acetal (un carbonilo protegido) no reacciona.
Los reactivos de Grignard también reaccionan con muchos electrófilos "similares al carbonilo" :

Los compuestos con protones lábiles no son electrófilos adecuados, porque los reactivos de Grignard son bases fuertes y la desactivación por protonación ocurre mucho más rápido que la adición.
Los reactivos de Grignard son nucleófilos en sustituciones alifáticas nucleofílicas, por ejemplo, con haluros de alquilo, en una etapa clave de la producción industrial de naproxeno :

Las reacciones como base
Los reactivos de Grignard son básicos y reaccionan con alcoholes, fenoles, etc. para dar alcóxidos (ROMgBr). [ 21 ] Las 1,3- dicetonas y sustratos relacionados también son lo suficientemente ácidos como para que el reactivo de Grignard RMgX funcione simplemente como una base, liberando el alcano RH para dar un enolato de magnesio .
Alquilación de metales y metaloides
Al igual que los compuestos de organolitio , los reactivos de Grignard forman enlaces carbono-heteroátomo de manera útil con muchos electrófilos basados en metales. Por ejemplo, experimentan transmetalación con cloruro de cadmio (CdCl 2 ) para dar dialquilcadmio : [ 22 ]
- 2 RMgX + CdCl 2 → R 2 Cd + 2 Mg(X)Cl
Equilibrio de Schlenk
La mayoría de las reacciones de Grignard se llevan a cabo en disolventes etéreos, especialmente éter dietílico y THF . Los reactivos de Grignard reaccionan con 1,4-dioxano para dar los compuestos de diorganomagnesio y el polímero de coordinación insoluble MgX₂ (dioxano) ₂ y (R = grupo orgánico, X = haluro):
- 2 RMgX + dioxano ⇌ R 2 Mg + MgX 2 (dioxano) 2
Esta reacción aprovecha el equilibrio de Schlenk , desplazándolo hacia la derecha.
Precursores de los magnesiatos
Los reactivos de Grignard reaccionan con compuestos de organolitio para dar complejos ate (Bu = butilo): [ 23 ]
- BuMgBr + 3 BuLi → LiMgBu 3 + BuBr
Acoplamiento con haluros orgánicos
Los reactivos de Grignard no suelen reaccionar con haluros orgánicos, a diferencia de su alta reactividad con otros haluros de los grupos principales. Sin embargo, en presencia de catalizadores metálicos, los reactivos de Grignard participan en reacciones de acoplamiento C-C . Por ejemplo, el bromuro de nonilmagnesio reacciona con p -clorobenzoato de metilo para dar ácido p -nonilbenzoico, en presencia de tris(acetilacetonato)hierro(III) (Fe(acac) ₃ ), después del tratamiento con NaOH para hidrolizar el éster , como se muestra a continuación. Sin el Fe(acac) ₃ , el reactivo de Grignard atacaría el grupo éster en lugar del haluro de arilo . [ 24 ]

Para el acoplamiento de haluros de arilo con reactivos de Grignard de arilo, el cloruro de níquel en tetrahidrofurano (THF) también es un buen catalizador. Además, un catalizador eficaz para los acoplamientos de haluros de alquilo es el catalizador de Gilman tetraclorocuprato de litio ( Li₂CuCl₄ ), preparado mezclando cloruro de litio ( LiCl ) y cloruro de cobre(II) ( CuCl₂ ) en THF. El acoplamiento de Kumada-Corriu da acceso a estirenos (sustituidos) .
Oxidación
El tratamiento de un reactivo de Grignard con oxígeno produce el organoperóxido de magnesio. La hidrólisis de este compuesto genera hidroperóxidos o alcoholes. Estas reacciones involucran intermedios radicalarios .
La simple oxidación de reactivos de Grignard para dar alcoholes tiene poca importancia práctica ya que los rendimientos suelen ser bajos. Las oxidaciones de reactivos de Grignard con oxígeno (O₂ ) en presencia de un alqueno pueden dar un alcohol extendido con etileno . [ 25 ] Esta modificación requiere reactivos de Grignard arílicos o vinílicos . El reactivo de Grignard y el alqueno no reaccionan, lo que demuestra que el oxígeno es esencial para el acoplamiento. Una desventaja de este procedimiento es la necesidad de al menos dos equivalentes de Grignard, aunque esto puede evitarse parcialmente mediante el uso de un sistema de Grignard dual con un reactivo de Grignard reductor económico como el bromuro de n -butilmagnesio.

Eliminación
En la síntesis de olefinas de Boord , la adición de magnesio a ciertos β-haloéteres produce una reacción de eliminación que da lugar al alqueno. Esta reacción puede limitar la utilidad de las reacciones de Grignard.

reactivos de Grignard de alilo
Los reactivos de Grignard de alilo exhiben alta reactividad y selectividad especial en comparación con los de alquilo. [ 26 ] [ 27 ]
Uso industrial
Un ejemplo de la reacción de Grignard es un paso clave en la producción industrial (no estereoselectiva) de tamoxifeno [ 28 ] (actualmente utilizado para el tratamiento del cáncer de mama con receptores de estrógeno positivos en mujeres): [ 29 ]

Véase también
Galería
Las virutas de magnesio se colocan en un matraz.
Se añaden tetrahidrofurano y un pequeño trozo de yodo.
Se añade una solución de bromuro de alquilo mientras se calienta.
Una vez finalizada la adición, la mezcla se calienta durante un rato.
La formación del reactivo de Grignard ha finalizado. Aún queda una pequeña cantidad de magnesio en el matraz.
El reactivo de Grignard así preparado se enfría a 0 °C antes de la adición del compuesto carbonílico. La solución se vuelve turbia a medida que se produce la precipitación.
Se añade una solución de compuesto carbonílico al reactivo de Grignard.
La solución se calienta a temperatura ambiente. En este punto, la reacción ha finalizado.
Referencias
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- Química organometálica
- Reacciones de formación de enlaces carbono-carbono
- Reacciones de formación de enlaces carbono-heteroátomo
- Reactivos para química orgánica
- Magnesio
- Pruebas químicas
- Compuestos de organomagnesio