Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Литийорганические реагенты являются металлоорганические соединения , которые содержат углерод - литиевые облигации. Эти реагенты важны в органическом синтезе и часто используются для переноса органической группы или атома лития на субстраты на стадиях синтеза посредством нуклеофильного присоединения или простого депротонирования. [1] Литийорганические реагенты используются в промышленности в качестве инициатора анионной полимеризации , которая приводит к производству различных эластомеров . Они также применялись в асимметричном синтезе в фармацевтической промышленности. [2] Из-за большой разницы в электроотрицательностимежду атомом углерода и атомом лития связь C-Li является высокоионной . Благодаря полярной природе связи C-Li литийорганические реагенты являются хорошими нуклеофилами и сильными основаниями. Для лабораторного органического синтеза многие литийорганические реагенты коммерчески доступны в виде растворов. Эти реагенты обладают высокой реакционной способностью, а иногда и пирофорными .

Стеклянные бутылки, содержащие бутиллитий
Втор-бутиллитиевый агрегат

История и развитие [ править ]

Исследования литийорганических реагентов начались в 1930-х годах и были начаты Карлом Циглером , Георгом Виттигом и Генри Гилманом . По сравнению с реагентами Гриньяра (магния) литийорганические реагенты часто могут выполнять одни и те же реакции с повышенными скоростями и более высокими выходами, например, в случае металлирования . [3] С тех пор литийорганические реагенты превзошли широко используемые реагенты Гриньяра. [4]

Структура [ править ]

Хотя простые разновидности алкиллития часто представлены как мономер RLi, они существуют в виде агрегатов ( олигомеров ) или полимеров. [5] Степень агрегации зависит от органического заместителя и присутствия других лигандов. [6] [7] Эти структуры были выяснены с помощью различных методов, в частности 6 Li, 7 Li и 13 C ЯМР спектроскопии и рентгеноструктурного анализа. [1] Вычислительная химия поддерживает эти задания. [5]

Природа углерод-литиевой связи [ править ]

Делокализованная электронная плотность в аллиллитиевых реагентах

Относительная электроотрицательность углерода и лития предполагает, что связь C-Li будет сильно полярной. [8] [9] [10] Однако некоторые литийорганические соединения обладают такими свойствами, как растворимость в неполярных растворителях, что усложняет проблему. [8] В то время как большинство данных предполагают, что связь C-Li является по существу ионной, были споры о том, существует ли небольшой ковалентный характер в связи C-Li. [9] [10] Согласно одной из оценок, процент ионного характера соединений алкиллития составляет от 80 до 88%. [11]

В соединениях аллиллития катион лития координируется с лицевой стороной углеродной π связи по типу η 3 вместо локализованного карбанионного центра, таким образом, аллиллитий часто менее агрегирован, чем алкиллитий. [6] [12] В комплексах ариллития катион лития координируется с одним карбанионным центром через связь Li-C σ-типа. [6] [13]

Твердотельные структуры метиллитий тетрамер, н- бутиллитий гексамеры и полимерная лестница фениллити

Твердотельная структура [ править ]

Металлические ядра тетраэдра и октаэдра, образованные агрегацией координатного комплекса треугольник Li3 - карбанион [5]

Подобно другим видам, состоящим из полярных субъединиц, литийорганические соединения объединяются. [7] [14] На формирование агрегатов влияют электростатические взаимодействия, координация между литием и окружающими молекулами растворителя или полярными добавками, а также стерические эффекты. [7]

Основным строительным блоком для создания более сложных структур является карбанионный центр, взаимодействующий с треугольником Li 3 по типу η- 3 . [5] В простых алкиллитиевых реагентах эти треугольники объединяются с образованием тетраэдрических или октаэдрических структур. Например, метиллитий , этиллитий и трет- бутиллитий присутствуют в тетрамере [RLi] 4 . Метиллитий существует в виде тетрамеров в кластере кубанового типа в твердом состоянии с четырьмя центрами лития, образующими тетраэдр. Каждый метанид в тетрамере в метиллитии может иметь агостическое взаимодействие с катионами лития в соседних тетрамерах.[5] [7] Этиллитий и трет- бутиллитий, с другой стороны, не проявляют этого взаимодействия и, таким образом, растворимы в неполярных углеводородных растворителях. Другой класс алкиллития имеет гексамерные структуры, такие как н- бутиллитий , изопропиллитий и циклогексаниллитий. [5]

Димер LDA с ТГФ, координированным с катионами Li

Общие амиды лития, например литий бис (триметилсилил) амид и диизопропиламид лития , также подвержены агрегации. [15] Амиды лития принимают структуры типа полимерной лестницы в некоординирующем растворителе в твердом состоянии, и они обычно существуют в виде димеров в эфирных растворителях. В присутствии сильно донорных лигандов образуются три- или тетрамерные литиевые центры. [16] Например, LDA существует в основном в виде димеров в THF. [15] Структуры обычных амидов лития, таких как диизопропиламид лития (LDA) и гексаметилдисилазид лития (LiHMDS), были тщательно изучены Колумом и его сотрудниками с помощью ЯМР-спектроскопии . [17]Другой важный класс реагентов - силиллитий, широко используемый в синтезе металлоорганических комплексов и полисилановых дендримеров . [7] [18] В твердом состоянии, в отличие от алкиллитиевых реагентов, большинство силиллитиев имеют тенденцию к образованию мономерных структур, координированных с молекулами растворителя, такими как ТГФ, и только несколько силиллитий были охарактеризованы как более высокие агрегаты. [7] Это различие может возникать из-за метода получения силиллития, стерических затруднений, вызванных объемными алкильными заместителями на кремнии, и менее поляризованной природы связей Si-Li. Добавление сильно донорных лигандов, таких как TMEDA и (-) - спартеин , может вытеснять координирующие молекулы растворителя в силиллитии.[7]

Структура решения [ править ]

Опора исключительно на структурную информацию об агрегатах литияорганического происхождения, полученных в твердом состоянии из кристаллических структур, имеет определенные ограничения, поскольку литийорганические реагенты могут принимать различные структуры в среде реакционного раствора. [6] Кроме того, в некоторых случаях бывает трудно выделить кристаллическую структуру литийорганического соединения. Следовательно, изучение структуры литийорганических реагентов и литийсодержащих промежуточных продуктов в форме раствора чрезвычайно полезно для понимания реакционной способности этих реагентов.[19] ЯМР-спектроскопия стала мощным инструментом для исследования агрегатов лития в растворе. Для алкиллитиевых соединений C-Li JСвязь часто используется для определения количества лития, взаимодействующего с карбанионным центром, а также для определения того, являются ли эти взаимодействия статическими или динамическими. [6] Отдельные сигналы ЯМР также могут отличать присутствие нескольких агрегатов от общей мономерной единицы. [20]

На структуру литийорганических соединений влияет присутствие оснований Льюиса, таких как тетрагидрофуран (THF), диэтиловый эфир (Et 2 O), тетраметилэтилендиамин (TMEDA) или гексаметилфосфорамид (HMPA). [5] Метиллитий является особым случаем, в котором сольватация эфиром или полярной добавкой HMPA не дезагрегирует тетрамерную структуру в твердом состоянии. [7] С другой стороны, ТГФ дезагрегирует гексамерный бутиллитий: тетрамер является основным компонентом, а ΔG для взаимного превращения между тетрамером и димером составляет около 11 ккал / моль. [21] TMEDA может также образовывать хелат с катионами лития в n-бутиллитий и образуют сольватированные димеры, такие как [(TMEDA) LiBu-n)] 2 . [5] [6] Было показано, что фениллитий существует в виде искаженного тетрамера в кристаллизованном эфирном сольвате и в виде смеси димера и тетрамера в эфирном растворе. [6]

Структура и реакционная способность [ править ]

Поскольку структура литийорганических реагентов изменяется в зависимости от их химического окружения, меняются их реакционная способность и селективность. [7] [22] Один из вопросов, связанных с взаимосвязью структура-реакционная способность, заключается в том, существует ли корреляция между степенью агрегации и реакционной способностью литийорганических реагентов. Первоначально предполагалось, что низшие агрегаты, такие как мономеры, более реакционноспособны в алкиллитии. [23] Однако пути реакций, в которых реакционноспособными частицами являются димеры или другие олигомеры, также были обнаружены [24], а для амидов лития, таких как LDA, реакции на основе димеров являются обычными. [25] Серия исследований кинетики раствора LDA-опосредованных реакций предполагает, что более низкие агрегаты енолятов не обязательно приводят к более высокой реакционной способности. [17]

Также некоторые основания Льюиса увеличивают реакционную способность литийорганических соединений. [26] [27] Однако не всегда ясно, действуют ли эти добавки как сильные хелатирующие лиганды и как наблюдаемое увеличение реакционной способности связано со структурными изменениями в агрегатах, вызванными этими добавками. [26] [27] Например, TMEDA увеличивает скорость и эффективность многих реакций с участием литийорганических реагентов. [7] Что касается алкиллитиевых реагентов, TMEDA действует как лиганд-донор, снижает степень агрегации [5] и увеличивает нуклеофильность этих веществ. [28]Однако TMEDA не всегда действует как лиганд-донор для катиона лития, особенно в присутствии анионных кислородных и азотных центров. Например, он слабо взаимодействует с LDA и LiHMDS даже в углеводородных растворителях без конкурирующих донорных лигандов. [29] При литировании имина, в то время как ТГФ действует как сильный донорный лиганд для LiHMDS, слабо координирующий TMEDA легко диссоциирует от LiHMDS, что приводит к образованию димеров LiHMDS, которые являются более реактивными частицами. Таким образом, в случае LiHMDS TMEDA не увеличивает реакционную способность за счет снижения агрегационного состояния. [30] Кроме того, в отличие от простых алкиллитиевых соединений, TMEDA не дезагрегирует литиоацетофенолят в растворе ТГФ. [6] [31]Добавление HMPA к амидам лития, таким как LiHMDS и LDA, часто приводит к смеси агрегатов димер / мономер в ТГФ. Однако соотношение разновидностей димера / мономера не изменяется с увеличением концентрации HMPA, таким образом, наблюдаемое повышение реакционной способности не является результатом дезагрегации. Механизм увеличения реакционной способности этих добавок все еще исследуется. [22]

Реактивность и приложения [ править ]

Связь C-Li в литийорганических реагентах сильно поляризована. В результате углерод притягивает большую часть электронной плотности в связи и напоминает карбанион. Таким образом, литийорганические реагенты являются сильноосновными и нуклеофильными. Некоторые из наиболее распространенных применений литийорганических реагентов в синтезе включают их использование в качестве нуклеофилов, сильных оснований для депротонирования, инициатора полимеризации и исходного материала для получения других металлоорганических соединений.

Как нуклеофил [ править ]

Реакции карболитирования [ править ]

Как нуклеофилы, литийорганические реагенты претерпевают реакции карболитирования, в результате чего связь углерод-литий присоединяется через двойную или тройную связь углерод-углерод, образуя новые литийорганические соединения. [32] Эта реакция является наиболее широко используемой реакцией литийорганических соединений. Карболитирование является ключевым в процессах анионной полимеризации, и н- бутиллитий используется в качестве катализатора для инициирования полимеризации стирола , бутадиена или изопрена или их смесей. [33] [34]

Еще одно применение, в котором используется преимущество этой реакционной способности, - это образование карбоциклических и гетероциклических соединений путем внутримолекулярного карболитирования. [32] Как форма анионной циклизации, реакции внутримолекулярного карболитирования имеют ряд преимуществ по сравнению с радикальной циклизацией . Во-первых, образующиеся циклические литийорганические соединения могут реагировать с электрофилами, в то время как часто бывает трудно уловить радикальный промежуточный продукт соответствующей структуры. Во-вторых, анионные циклизации часто более регио- и стереоспецифичны, чем радикальная циклизация, особенно в случае 5-гексениллитий. Внутримолекулярное карболитирование позволяет добавлять алкил-, виниллитий.к тройным связям и моноалкилзамещенным двойным связям. Ариллитий также может присоединяться, если образуется 5-членное кольцо. Ограничения внутримолекулярного карболитирования включают сложность образования 3- или 4-членных колец, поскольку промежуточные циклические органические соединения лития часто имеют тенденцию к раскрытию кольца. [32] Ниже приведен пример реакции внутримолекулярного карболитирования. Виды лития, полученные в результате литий-галогенового обмена, циклизовались с образованием виниллития за счет замыкания 5-экзо-триггерного кольца. Виниллитий далее реагирует с электрофилами и дает функционализированные циклопентилиденовые соединения. [35]

Добавление к карбонильным соединениям [ править ]

Нуклеофильные литийорганические реагенты могут присоединяться к электрофильным двойным карбонильным связям с образованием углерод-углеродных связей. Они могут реагировать с альдегидами и кетонами с образованием спиртов . Добавление происходит в основном посредством полярного присоединения, при котором нуклеофильные органические соединения лития атакуют с экваториального направления и производят аксиальный спирт. [36] Добавление солей лития, таких как LiClO 4, может улучшить стереоселективность реакции. [37]

Когда кетон стерически затруднен, использование реактивов Гриньяра часто приводит к восстановлению карбонильной группы вместо добавления. [36] Однако алкиллитиевые реагенты с меньшей вероятностью восстанавливают кетон и могут использоваться для синтеза замещенных спиртов. [38] Ниже приведен пример добавления этиллития к адамантону для получения третичного спирта. [39]

Литийорганические реагенты также лучше, чем реагенты Гриньяра, по их способности реагировать с карбоновыми кислотами с образованием кетонов. [36] Эту реакцию можно оптимизировать, тщательно контролируя количество добавляемого литийорганического реагента или используя триметилсилилхлорид для гашения избытка литиевого реагента. [40] Более распространенным способом синтеза кетонов является добавление литийорганических реагентов к амидам Вайнреба (N-метокси-N-метиламиды). Эта реакция дает кетоны, когда литийорганические реагенты используются в избытке из-за хелатирования иона лития между N-метокси кислородом и карбонильным кислородом, который образует тетраэдрический промежуточный продукт, который разрушается при кислотной обработке. [41]

Литийорганические реагенты также реагируют с диоксидом углерода с образованием после обработки карбоновых кислот . [42]

В случае еноновых субстратов, где возможны два сайта нуклеофильного присоединения (1,2-добавление к карбонильному углероду или 1,4- конъюгатное присоединениепо отношению к β-углероду), наиболее реакционноспособные литийорганические соединения предпочитают 1,2-добавление, однако есть несколько способов заставить литийорганические реагенты претерпевать добавление конъюгата. Во-первых, поскольку 1,4-аддукт, вероятно, будет более термодинамически благоприятным типом, сопряженное добавление может быть достигнуто путем уравновешивания (изомеризация двух продуктов), особенно когда нуклеофил лития является слабым и 1,2-присоединение является обратимым. Во-вторых, добавление донорных лигандов к реакции образует стабилизированные гетероатомами литиевые частицы, которые способствуют присоединению 1,4-конъюгата. В одном примере добавление ГМПА в низком уровне к растворителю способствует добавлению 1,4. В отсутствие донорного лиганда катион лития тесно координирован с атомом кислорода, однако, когда катион лития сольватируется HMPA,координация между карбонильным кислородом и ионом лития ослаблена. Этот метод, как правило, не может быть использован для воздействия на региоселективность алкил- и ариллитиевых реагентов.[43] [44]

Литиевые реагенты также могут выполнять энантиоселективное нуклеофильное присоединение к карбонилу и его производным, часто в присутствии хиральных лигандов. Эта реакционная способность широко применяется в промышленном синтезе фармацевтических соединений. Примером является синтез эфавиренца , мощного ингибитора обратной транскриптазы ВИЧ, производимого компанией Merck and Dupont . Ацетилид лития добавляют к прохиральному кетону с получением хирального спирта. Структура активного промежуточного продукта реакции была определена с помощью исследований ЯМР-спектроскопии в состоянии раствора и рентгеновской кристаллографии твердого состояния как кубический тетрамер 2: 2. [45]

Реакции типа S N 2 [ править ]

Литийорганические реагенты могут служить нуклеофилами и проводить реакции типа S N 2 с алкильными или аллильными галогенидами. [46] Хотя они считаются более реактивными, чем реакции Гриньяра при алкилировании, их использование все еще ограничено из-за конкурирующих побочных реакций, таких как радикальные реакции или обмен металл-галоген. Большинство литийорганических реагентов, используемых при алкилировании, являются более стабилизированными, менее основными и менее агрегированными, например, реагенты, стабилизированные гетероатомом, арил- или аллиллитиевые реагенты. [6] Было показано, что HMPA увеличивает скорость реакции и выход продукта, а реакционная способность ариллитиевых реагентов часто повышается за счет добавления алкоксидов калия. [36] Литиевые реагенты могут также проводить нуклеофильные атаки с помощью эпоксидов. с образованием спиртов.

В качестве основы [ править ]

Литийорганические реагенты имеют широкий диапазон основности . трет- Бутиллитий с тремя слабо электронодонорными алкильными группами является самым сильным коммерчески доступным основанием ( pKa = 53). В результате кислотные протоны на -ОН, -NH и -SH часто защищены в присутствии литийорганических реагентов. Некоторые обычно используемые литиевые основания представляют собой разновидности алкиллития, такие как н- бутиллитий и диалкиламиды лития (LiNR 2 ). Реагенты с объемными R-группами, такие как диизопропиламид лития (LDA) и бис (триметилсилил) амид лития (LiHMDS), часто стерически затруднены для нуклеофильного присоединения и, таким образом, более избирательны в отношении депротонирования. Диалкиламиды лития (LiNR 2) широко используются в енолятах и альдольных реакциях. [47] На реакционную способность и селективность этих оснований также влияют растворители и другие противоионы.

Металлизация [ править ]

Металлирование литийорганическими реагентами, также известное как литиирование или литий-водородный обмен, достигается, когда литийорганический реагент, чаще всего алкиллитий, отщепляет протон и образует новые литийорганические соединения.

Обычными реагентами для металлирования являются бутиллитий. трет- бутиллитий и втор- бутиллитий, как правило, более реакционноспособны и имеют лучшую селективность, чем н- бутиллитий, однако они также более дороги и сложны в обращении. [47] Металлирование - распространенный способ приготовления универсальных литийорганических реагентов. Положение металлирования в основном контролируется кислотностью связи CH. Литирование часто происходит в положении α к электроноакцепторным группам, поскольку они хорошо стабилизируют электронную плотность аниона. Направляющие группы на ароматических соединениях и гетероциклахобеспечивают региоселективные участки металлирования; направленное орто-металлирование является важным классом реакций металлирования. Металлизированные сульфоны, ацильные группы и α-металлированные амиды являются важными промежуточными продуктами в химическом синтезе. Металлизация аллилового эфира алкиллитием или LDA образует анион α по отношению к кислороду и может переходить к 2,3-перегруппировке Виттига . Добавление донорных лигандов, таких как TMEDA и HMPA, может увеличить скорость металлирования и расширить область применения субстрата. [48] Хиральные литийорганические реагенты могут быть доступны через асимметричную металлированию. [49]

Направленное орто-металлирование является важным инструментом в синтезе региоспецифических замещенных ароматических соединений. Такой подход к литированию и последующему гашению промежуточных форм лития электрофилом часто лучше, чем электрофильное ароматическое замещение из-за его высокой региоселективности. Эта реакция протекает посредством депротонирования литийорганическими реагентами в положениях α до группы прямого металлирования (DMG) на ароматическом кольце. DMG часто представляет собой функциональную группу, содержащую гетероатомто есть основание Льюиса и может координироваться с кислотным катионом лития Льюиса. Это создает комплексно-индуцированный эффект близости, который направляет депротонирование в α-положении с образованием частиц ариллития, которые могут далее реагировать с электрофилами. Одними из наиболее эффективных DMG являются амиды, карбаматы , сульфоны и сульфонамиды.. Это сильные электроноакцепторные группы, которые увеличивают кислотность альфа-протонов ароматического кольца. В присутствии двух DMG металлирование часто происходит перпендикулярно более сильной направляющей группе, хотя также наблюдаются смешанные продукты. Ряд гетероциклов, содержащих кислотные протоны, также может подвергаться орто-металлированию. Однако для бедных электронами гетероциклов обычно используются основания амида лития, такие как LDA, поскольку было обнаружено, что алкиллитий выполняет присоединение к бедным электронами гетероциклам, а не депротонирование. В некоторых комплексах переходный металл-арен, таких как ферроцен , переходный металл притягивает электронную плотность от арена, тем самым делая ароматические протоны более кислыми и готовыми к орто-металлированию. [50]

Superbases [ править ]

Добавление алкоксида калия к алкиллитию значительно увеличивает основность литийорганических соединений. [51] Наиболее распространенная «супербаза» может быть образована добавлением KOtBu к бутиллитию, часто обозначаемому как реагенты «LiCKOR». Эти «супероснования» являются высокореактивными и часто стереоселективными реагентами. В приведенном ниже примере основание LiCKOR генерирует стереоспецифические частицы кротилбороната посредством металлирования и последующего литий-металлоидного обмена. [52]

Асимметричная металлизация [ править ]

Энантиообогащенные литийорганические соединения могут быть получены путем асимметричного металлирования прохиральных субстратов. Асимметричная индукция требует присутствия хирального лиганда, такого как (-) - спартеин . [49] На энантиомерное соотношение хиральных разновидностей лития часто влияет разница в скоростях депротонирования. В приведенном ниже примере обработка N -Boc- N- бензиламина н- бутиллитием в присутствии (-) - спартеина дает один энантиомер продукта с высоким энантиомерным избытком . Трансметаллирование триметилоловохлоридом дает противоположный энантиомер. [53]

Формирование энолата [ править ]

Еноляты лития образуются в результате депротонирования связи С-Н α с карбонильной группой литийорганическими соединениями. Еноляты лития широко используются в качестве нуклеофилов в реакциях образования углерод-углеродных связей, таких как альдольная конденсация и алкилирование. Они также являются важным промежуточным продуктом при образовании простого силиленольного эфира .

Образование енолята лития можно обобщить как кислотно-щелочную реакцию, в которой относительно кислый протон α карбонильной группы (pK = 20-28 в ДМСО) реагирует с литийорганическим основанием. Обычно используются сильные ненуклеофильные основания, особенно амиды лития, такие как LDA, LiHMDS и LiTMP. ТГФ и ДМСО являются обычными растворителями в реакциях енолята лития. [54]

Стереохимия и механизм образования енолятов вызвали большой интерес в химическом сообществе. На результат стереохимии енолятов влияют многие факторы, такие как стерические эффекты, растворитель, полярные добавки и типы литийорганических оснований. Среди многих моделей, используемых для объяснения и прогнозирования селективности в стереохимии енолятов лития, есть модель Ирландии. [55]

В этом предположении мономерный LDA реагирует с карбонильным субстратом и образует циклическое переходное состояние типа Циммермана-Тракслера. (E) -енолят является предпочтительным из-за неблагоприятного взаимодействия син-пентана в переходном состоянии (Z) -енолят. [54]

Добавление полярных добавок, таких как HMPA или DMPU, способствует образованию (Z) енолятов. Модель Ирландии утверждает, что эти донорные лиганды координируются с катионами лития, в результате снижается взаимодействие карбонильного кислорода и лития, и переходное состояние не так сильно связано, как шестичленное кресло. Процент (Z) енолятов также увеличивается при использовании литиевых оснований с более объемными боковыми цепями (таких как LiHMDS). [54] Однако механизм того, как эти добавки меняют стереоселективность, все еще обсуждается.

Ирландская модель столкнулась с некоторыми проблемами, поскольку она изображает литий как мономер в переходном состоянии. В действительности в растворах енолятов лития часто наблюдаются различные агрегаты лития, и в зависимости от конкретного субстрата, растворителя и условий реакции может быть трудно определить, какой агрегат является фактическим реактивным веществом в растворе. [54]

Литий-галогенный обмен [ править ]

Литий-галогенный обмен включает обмен гетероатомами между галогенидорганическими и литийорганическими соединениями.

Литий-галогенный обмен очень полезен при приготовлении новых литийорганических реагентов. Применение литий-галогенового обмена иллюстрируется циклизацией Пархема. [56]

Трансметалляция [ править ]

Литийорганические реагенты часто используются для получения других металлоорганических соединений путем трансметаллирования. Медноорганические, оловоорганические , кремнийорганические, борорганические, фосфорорганические, органоцериевые и сероорганические соединения часто получают путем взаимодействия литийорганических реагентов с соответствующими электрофилами.

Общие типы трансметаллирования включают обмен Li / Sn, Li / Hg и Li / Te, которые происходят быстро при низкой температуре. [47] Преимущество обмена Li / Sn состоит в том, что предшественники триалкилстаннана подвергаются небольшому количеству побочных реакций, поскольку образующиеся побочные продукты n-Bu 3 Sn не реагируют с алкиллитиевыми реагентами. [47] В следующем примере винилстаннан, полученный гидростаннилированием концевого алкина, образует виниллитий путем трансметаллирования с помощью n-BuLi. [57]

Литийорганический продукт можно также использовать для получения цинкорганических соединений путем трансметаллирования солями цинка. [58]

Диорганокупраты лития могут быть образованы реакцией соединений лития-алкила с галогенидом меди (I). Полученные органокупраты обычно менее реакционноспособны по отношению к альдегидам и кетонам, чем литийорганические реагенты или реагенты Гриньяра. [59]

Подготовка [ править ]

Наиболее простые алкиллитиевые реагенты и обычные амиды лития коммерчески доступны в различных растворителях и концентрациях. Литийорганические реагенты также можно приготовить в лаборатории. Ниже приведены некоторые распространенные методы приготовления литийорганических реагентов.

Реакция с металлическим литием [ править ]

Восстановление алкилгалогенида металлическим литием может дать простые алкил- и арилорганические реагенты. [36]

Промышленное приготовление литийорганических реагентов этим методом достигается обработкой алкилхлорида металлическим литием, содержащим 0,5-2% натрия . Конверсия сильно экзотермична . Натрий инициирует радикальный путь и увеличивает скорость. [60] Восстановление происходит радикальным путем. Ниже приведен пример приготовления функционализированного литиевого реагента с использованием восстановления металлическим литием. [61] Иногда металлический литий в виде тонкодисперсных порошков используется в реакции с определенными катализаторами, такими как нафталин.или 4,4'-ди-трет-бутилбифенил (DTBB). Другой субстрат, который может быть восстановлен металлическим литием для образования алкиллитиевых реагентов, - это сульфиды. Восстановление сульфидов полезно при образовании функционализированных литийорганических реагентов, таких как альфа-литиоэфиры, сульфиды и силаны. [62]

Металлизация [ править ]

Второй метод приготовления литийорганических реагентов - это металлирование (водородный обмен лития). Относительная кислотность атомов водорода определяет положение литиирования.

Это наиболее распространенный метод приготовления алкиниллитиевых реагентов, поскольку концевой водород, связанный с sp- углеродом, очень кислый и легко депротонируется. [36] Для ароматических соединений положение литирования также определяется управляющим действием групп заместителей. [63] Некоторыми из наиболее эффективных управляющих групп заместителей являются алкокси, амидо, сульфоксид, сульфонил. Металлирование часто происходит в орто-положении по отношению к этим заместителям. В гетероароматических соединениях металлирование обычно происходит в орто-положении по отношению к гетероатому. [36] [63]

Литий-галогенный обмен [ править ]

См. Литий-галогеновый обмен (в разделе «Реакционная способность и приложения»).

Третий метод получения литийорганических реагентов - обмен галогена лития.

трет - бутиллития или н - бутиллития являются наиболее часто используемыми реагентами для генерирования новых видов литийорганического путем обмена лития галогена. Литий-галогенный обмен в основном используется для преобразования арил- и алкенилиодидов и бромидов с sp2- атомами углерода в соответствующие литийорганические соединения. Реакция очень быстрая и часто протекает при температуре от -60 до -120 ° C. [48]

Трансметалляция [ править ]

Четвертый метод приготовления литийорганических реагентов - это трансметалляция. Этот метод можно использовать для получения виниллития.

Реакция Шапиро [ править ]

В реакции Шапиро два эквивалента сильного алкиллитиевого основания реагируют с п-тозилгидразоновыми соединениями с образованием виниллития или после гашения олефинового продукта.

Обработка [ править ]

Литийорганические соединения являются высокоактивными веществами и требуют специальных методов обращения. Они часто являются коррозионными, легковоспламеняющимися, а иногда и пирофорными (самовозгорание при контакте с воздухом или влагой). [64] Алкиллитиевые реагенты также могут подвергаться термическому разложению с образованием соответствующих алкильных разновидностей и гидрида лития. [65] Литийорганические реагенты обычно хранятся при температуре ниже 10 ° C. Реакции проводятся безвоздушными методами . [64] Концентрация алкиллитиевых реагентов часто определяется титрованием . [66] [67] [68]

Литийорганические реагенты реагируют, часто медленно, с эфирами, которые, тем не менее, часто используются в качестве растворителей. [69]

См. Также [ править ]

  • Алкинилирование
  • Углерод
  • Реактив Гриньяра
  • Концепция HSAB
  • Изотопы лития
  • Литий
  • Металлорганический

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Забицки, Джейкоб (2009). «Аналитические аспекты литийорганических соединений». ПАТАИ Химия функциональных групп . John Wiley & Sons, Ltd. DOI : 10.1002 / 9780470682531.pat0304 . ISBN 9780470682531.
  2. ^ Ву, G .; Хуанг, М. (2006). «Литийорганические реагенты в фармацевтических асимметричных процессах». Chem. Ред . 106 (7): 2596–2616. DOI : 10.1021 / cr040694k . PMID 16836294 . 
  3. ^ Eisch, Джон Дж (2002). «Генри Гилман: американский пионер в области металлоорганической химии в современной науке и технологиях †». Металлоорганические соединения . 21 (25): 5439–5463. DOI : 10.1021 / om0109408 . ISSN 0276-7333 . 
  4. ^ Rappoport, Z .; Марек, И., ред. (2004). Химия литийорганических соединений (2 части) . ISBN компании John Wiley & Sons, Ltd. 978-0-470-84339-0.
  5. ^ Б с д е е г ч я Stey, Томас; Сталке, Дитмар (2009). «Свинцовые структуры в органической химии лития». ПАТАИ Химия функциональных групп . John Wiley & Sons, Ltd. DOI : 10.1002 / 9780470682531.pat0298 . ISBN 9780470682531.
  6. ^ Б с д е е г ч я J Рейч, Hans J. (2013). «Роль литийорганических агрегатов и смешанных агрегатов в литиевых механизмах». Химические обзоры . 113 (9): 7130–7178. DOI : 10.1021 / cr400187u . PMID 23941648 . 
  7. ^ a b c d e f g h i j Strohmann, C; и другие. (2009). "Принципы формирования структуры и реакционная способность литийорганических соединений" (PDF) . Chem. Евро. Дж . 15 (14): 3320–3334. DOI : 10.1002 / chem.200900041 . PMID 19260001 .  
  8. ^ а б Джеммис, ED; Гопакумар, Г. (2009). «Теоретические исследования в химии литияорганических соединений». ПАТАИ Химия функциональных групп . John Wiley & Sons, Ltd. DOI : 10.1002 / 9780470682531.pat0297 . ISBN 9780470682531.
  9. ^ a b Streiwieser, A. (2009). «Перспективы вычислительной органической химии» . J. Org. Chem . 74 (12): 4433–4446. DOI : 10.1021 / jo900497s . PMC 2728082 . PMID 19518150 .  
  10. ^ a b Bickelhaupt, FM; и другие. (2006). «Ковалентность в высокополярных связях. Структура и связывание метилалкалиметаллических олигомеров (CH3M) n (M = Li-Rb; n = 1, 4)». J. Chem. Теория вычисл . 2 (4): 965–980. DOI : 10.1021 / ct050333s . PMID 26633056 . 
  11. ^ Вайс, Эрвин (ноябрь 1993 г.). «Структуры металлоорганических комплексов щелочных металлов и родственных соединений». Angewandte Chemie International Edition на английском языке . 32 (11): 1501–1523. DOI : 10.1002 / anie.199315013 . ISSN 0570-0833 . 
  12. ^ Fraenkel, G .; Цю, Фаян (1996). «Наблюдение частично делокализованного аллильного лития и динамика его 1,3-литиевого сигматропного сдвига». Варенье. Chem. Soc . 118 (24): 5828–5829. DOI : 10.1021 / ja960440j .
  13. ^ Френкель. ГРАММ; и другие. (1995). «Связь углерод-литий в мономерном арллитии: динамика обмена, релаксации и вращения». Варенье. Chem. Soc . 117 (23): 6300–6307. DOI : 10.1021 / ja00128a020 .
  14. ^ Мощность, ПП; Хоуп Х. (1983). «Выделение и кристаллические структуры безгалогенидов и богатых галогенидами комплексов эфирата фениллития [(PhLi.Et2O) 4] и [(PhLi.Et2O) 3.LiBr]». JACS . 105 (16): 5320–5324. DOI : 10.1021 / ja00354a022 .
  15. ^ a b Вильямс, PG; Сальвино, JM (1993). «Синтез, выделение и структура комплекса LDA-THF». Журнал органической химии . 58 (1): 1–3. DOI : 10.1021 / jo00053a001 .
  16. ^ Хильмерссон, Горан; Гранандер, Йохан (2009). «Структура и динамика хиральных амидов лития». ПАТАИ Химия функциональных групп . John Wiley & Sons, Ltd. DOI : 10.1002 / 9780470682531.pat0342 . ISBN 9780470682531.
  17. ^ a b Collum, DB; и другие. (2007). «Диизопропиламид лития: кинетика раствора и значение для органического синтеза». Энгью. Chem. Int. Эд . 49 (17): 3002–3017. DOI : 10.1002 / anie.200603038 . PMID 17387670 . 
  18. ^ Секигучи, Акира .; и другие. (2000). «Литиосиланы и их применение для синтеза полисилановых дендримеров». Coord. Chem. Ред . 210 : 11–45. DOI : 10.1016 / S0010-8545 (00) 00315-5 .
  19. ^ Collum, DB; и другие. (2008). «Структуры растворов енолатов, фенолатов, карбоксилатов и алкоксидов лития в присутствии N, N, N ', N'-тетраметилэтилендиамина: преобладание циклических димеров» . J. Org. Chem . 73 (19): 7743–7747. DOI : 10.1021 / jo801532d . PMC 2636848 . PMID 18781812 .  
  20. ^ Райх, HJ; и другие. (1998). «Агрегация и реакционная способность фениллитиевых растворов». Варенье. Chem. Soc . 120 (29): 7201–7210. DOI : 10.1021 / ja980684z .
  21. ^ МакГаррити, JF; Огл, Калифорния (1985). «Исследование агрегации и комплексообразования н-бутиллития в тетрагидрофуране с помощью высокопольного протонного ЯМР». Варенье. Chem. Soc . 107 (7): 1805–1810. DOI : 10.1021 / ja00293a001 .
  22. ^ a b Райх, HJ (2012). «Что происходит с этими литиевыми реагентами». J. Org. Chem . 77 (13): 5471–5491. DOI : 10.1021 / jo3005155 . PMID 22594379 . 
  23. ^ Wardell, JL (1982). "Глава 2". В Wilinson, G .; Камень, FGA; Абель, EW (ред.). Комплексная металлоорганическая химия, Vol. 1 (1-е изд.). Нью-Йорк: Пергамон. ISBN 978-0080406084.
  24. ^ Strohmann, C .; Гесснер, VH (2008). «Кристаллические структуры аддуктов n-BuLi с (R, R) -TMCDA и последствия для депротонирования бензола». Варенье. Chem. Soc . 130 (35): 11719–11725. DOI : 10.1021 / ja8017187 . PMID 18686951 . 
  25. ^ Collum, DB; и другие. (2007). «Диизопропиламид лития: кинетика раствора и значение для органического синтеза». Энгью. Chem. Int. Эд . 46 (17): 3002–3017. DOI : 10.1002 / anie.200603038 . PMID 17387670 . 
  26. ^ a b Мел, AJ; Hoogeboom, TJ (1968). «Кольцевая металлизация толуола бутиллитием в присутствии N, N, N ', N'-тетраметилэтилендиамина». J. Organomet. Chem . 11 : 615–618. DOI : 10.1016 / 0022-328x (68) 80091-9 .
  27. ^ a b Райх, HJ; Грин, Д.П. (1989). «Спектроскопические исследования и исследования реакционной способности комплексов литиевый реагент - ГМФА». JACS . 111 (23): 8729–8731. DOI : 10.1021 / ja00205a030 .
  28. ^ Уильямс, PG; Николс, Массачусетс (1993). «Твердотельные структуры комплексов н-бутиллитий-TMEDA, -THF и -DME». JACS . 115 (4): 1568–1572. DOI : 10.1021 / ja00057a050 .
  29. ^ Коллы, Д. Б. (1992). «Является ли N, N, N, N-тетраметилэтилендиамин хорошим лигандом для лития?». В соотв. Chem. Res . 25 (10): 448–454. DOI : 10.1021 / ar00022a003 .
  30. ^ Бернштейн, депутат; Коллум, ДБ (1993). "Скорость имин-металлирования в зависимости от растворителя и субстрата диизопропиламидом лития: понимание механизмов, лежащих в основе krel". Варенье. Chem. Soc . 115 (18): 8008–8010. DOI : 10.1021 / ja00071a011 .
  31. ^ Зеебы D (1988). «Структура и реакционная способность енолатов лития. От пинаколона до селективного C-алкилирования пептидов. Трудности и возможности, предоставляемые сложными структурами» (PDF) . Энгью. Chem. Int. Эд . 27 (12): 1624–1654. DOI : 10.1002 / anie.198816241 .
  32. ^ a b c Фананас, Франсиско; Санс, Роберто (2009). «Реакции внутримолекулярного карболитирования». ПАТАИ Химия функциональных групп . John Wiley & Sons, Ltd. DOI : 10.1002 / 9780470682531.pat0341 . ISBN 9780470682531.
  33. ^ Heinz-Dieter Brandt, Вольфганг Nentwig1, Nicola Руни, Рональд Т. LaFlair, Уте У. Вольф, Джон Даффи, Юдит Е. Пушкаша, Габор Касаша, Марк Drewitt, Стефан Glander «Каучук 5. Решение каучуки» в энциклопедии Ульмана из Промышленная химия, 2011, Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.o23_o02
  34. ^ Баскаран, Д .; Мюллер, АХ (2010). «Анионная полимеризация винила». Управляемая и живая полимеризация: от механизмов к приложениям . Вайнхайм, Германия: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. DOI : 10.1002 / 9783527629091.ch1 . ISBN 9783527629091.
  35. ^ Бейли, ВФ; и другие. (1989). «Получение и легкая циклизация 5-алкин-1-иллития». Tetrahedron Lett . 30 (30): 3901–3904. DOI : 10.1016 / S0040-4039 (00) 99279-7 .
  36. ^ a b c d e f g Кэри, Фрэнсис А. (2007). «Металлоорганические соединения металлов I и II групп». Передовая органическая химия: реакция и синтез Ч. B (Kindle ed.). Springer. ISBN 978-0-387-44899-2.
  37. ^ Эшби, ЕС; Нодинг, SR (1979). «Влияние добавленных солей на стереоселективность и скорость добавления металлоорганических соединений к кетонам». J. Org. Chem . 44 (24): 4371–4377. DOI : 10.1021 / jo01338a026 .
  38. ^ Yamataka, Hiroshi (2009). «Добавление литийорганических реагентов по двойным связям». ПАТАИ Химия функциональных групп . John Wiley & Sons, Ltd. DOI : 10.1002 / 9780470682531.pat0310 . ISBN 9780470682531.
  39. ^ Ланда, S .; и другие. (1967). "Uber adamantan und dessen производное IX. В производном 2-звездочного заместителя". Сборник чехословацких химических сообщений . 72 (2): 570–575. DOI : 10.1135 / cccc19670570 .
  40. ^ Руботтом, GM; Ким, С. (1983). «Получение метилкетонов последовательной обработкой карбоновых кислот метиллитием и хлортриметилсиланом». J. Org. Chem . 48 (9): 1550–1552. DOI : 10.1021 / jo00157a038 .
  41. ^ Zadel, G .; Брейтмайер, Э. (1992). «Синтез кетонов и альдегидов из диоксида углерода и литийорганических соединений в одном горшке». Энгью. Chem. Int. Эд . 31 (8): 1035–1036. DOI : 10.1002 / anie.199210351 .
  42. Перейти ↑ Ronald, RC (1975). «Метоксиметиловые эфиры. Активирующая группа для быстрого и региоселективного металлирования». Tetrahedron Lett . 16 (46): 3973–3974. DOI : 10.1016 / S0040-4039 (00) 91212-7 .
  43. Перейти ↑ Hunt, DA (1989). "Майкл добавление литийорганических соединений. Обзор". Орг. Prep. Proc. Int . 21 (6): 705–749. DOI : 10.1080 / 00304948909356219 .
  44. ^ Райх, HJ; Сикорский, WH (1999). «Региоселективность добавления литийорганических реагентов к энонам: роль HMPA». J. Org. Chem . 64 (1): 14–15. DOI : 10.1021 / jo981765g . PMID 11674078 . 
  45. ^ Collum, DB; и другие. (2001). «ЯМР-спектроскопические исследования смешанных агрегатов, лежащих в основе высокоэнантиоселективных 1,2-добавок циклопропилацетилида лития к хиназолинонам». Варенье. Chem. Soc . 123 (37): 9135–9143. DOI : 10.1021 / ja0105616 . PMID 11552822 . 
  46. ^ Sommmer, LH; Корте, WD (1970). «Стереоспецифические реакции сочетания литийорганических реагентов и вторичных галогенидов». J. Org. Chem . 35 : 22–25. DOI : 10.1021 / jo00826a006 .
  47. ^ a b c d Organolithium Reagents Reich, HJ 2002 https://organicchemistrydata.org/hansreich/resources/organolithium/organolithium_data/orgli-primer.pdf
  48. ^ a b Приготовление литийорганических реагентов и промежуточных продуктов Leroux.F., Schlosser. М., Зохар. Э., Марек. И., Вили, Нью-Йорк. 2004. ISBN 978-0-470-84339-0. 
  49. ^ а б Хоппе, Дитер; Кристоф, Гвидо (2009). «Асимметричное депротонирование с алкиллитием - (-) - спартеином». ПАТАИ Химия функциональных групп . John Wiley & Sons, Ltd. DOI : 10.1002 / 9780470682531.pat0313 . ISBN 9780470682531.
  50. ^ Clayden, Джонатан (2009). «Направленная металлизация ароматических соединений». ПАТАИ Химия функциональных групп . John Wiley & Sons, Ltd. DOI : 10.1002 / 9780470682531.pat0306 . ISBN 9780470682531.
  51. Перейти ↑ Schlosser, M (1988). «Сверхосновы для органического синтеза» . Pure Appl. Chem . 60 (11): 1627–1634. DOI : 10,1351 / pac198860111627 .
  52. ^ Руш, WR; и другие. (1988). «Энантиоселективный синтез с использованием диизопропилтартрата, модифицированного (E) - и (Z) -кротилборонатами: реакции с ахиральными альдегидами». Tetrahedron Lett . 29 (44): 5579–5582. DOI : 10.1016 / S0040-4039 (00) 80816-3 .
  53. ^ Парк, YS; и другие. (1996). «(-) - Спартеин-опосредованное α-литиирование N-Boc-N- (п-метоксифенил) бензиламина: энантиоселективный синтез (S) и (R) моно- и дизамещенных N-Boc-бензиламинов». Варенье. Chem. Soc . 118 (15): 3757–3758. DOI : 10.1021 / ja9538804 .
  54. ^ a b c d Вално, Жан-Ив; Маддалуно, Жак (2009). «Аспекты синтеза, строение и реакционная способность енолятов лития». ПАТАИ Химия функциональных групп . John Wiley & Sons, Ltd. DOI : 10.1002 / 9780470682531.pat0345 . ISBN 9780470682531.
  55. ^ Ирландия. RE; и другие. (1976). «Перегруппировка енолята сложного эфира Клайзена. Стереохимический контроль посредством стереоселективного образования енолята». Варенье. Chem. Soc . 98 (10): 2868–2877. DOI : 10.1021 / ja00426a033 .
  56. ^ Пархэм, WP; Брэдшер, CK (1982). «Ароматические литийорганические реагенты с электрофильными группами. Получение галоген-литиевым обменом». В соотв. Chem. Res . 15 (10): 300–305. DOI : 10.1021 / ar00082a001 .
  57. ^ Кори, EJ; Волленберг, Р.Х. (1975). «Новые полезные металлоорганические реагенты для синтеза аллиловых спиртов путем нуклеофильного винилирования». J. Org. Chem . 40 (15): 2265–2266. DOI : 10.1021 / jo00903a037 .
  58. ^ Ридер, MR; и другие. (2003). «Улучшенный метод реакции палладиевого перекрестного связывания производных оксазол-2-илцинка с арилбромидами». Орг. Процесс Res. Dev . 7 (5): 696–699. DOI : 10.1021 / op034059c .
  59. ^ Накамура, E .; и другие. (1997). «Путь реакции сопряженного присоединения кластеров литийорганического купрата к акролеину». Варенье. Chem. Soc . 119 (21): 4900–4910. DOI : 10.1021 / ja964209h .
  60. ^ "Металлоорганические соединения в органическом синтезе", Schlosser, M., Ed, Wiley: New York, 1994. ISBN 0-471-93637-5 
  61. ^ Si-Fodil, M .; и другие. (1998). «Получение 2,2- (диэтокси) виниллития и 2-метил-4-этокси-бутадиениллития путем катализированного ареном литиирования соответствующих хлорпроизводных. Синтетические применения». Tetrahedron Lett . 39 (49): 8975–8978. DOI : 10.1016 / S0040-4039 (98) 02031-0 .
  62. ^ Коэн, Т; Бхупати. М (1989). «Щелочноорганические соединения, вызываемые анион-радикалом восстановительного металлирования фенилтиоэфиров». В соотв. Chem. Res . 22 (4): 152–161. DOI : 10.1021 / ar00160a006 .
  63. ^ a b Snieckus, V (1990). «Направленное орто-металлирование. Директоры третичного амида и O-карбамата в синтетических стратегиях для полизамещенных ароматических углеводородов». Chem. Ред . 90 (6): 879–933. DOI : 10.1021 / cr00104a001 .
  64. ^ a b Швиндеман, Джеймс А .; Вольтерманн, Крис Дж .; Летчфорд, Роберт Дж. (2002). «Безопасное обращение с литийорганическими соединениями в лаборатории». Химическое здоровье и безопасность . 9 (3): 6–11. DOI : 10.1016 / S1074-9098 (02) 00295-2 . ISSN 1074-9098 . 
  65. ^ Геллерт, H; Зиглер, К. (1950). «Щелочноорганические соединения. XVI. Термическая стабильность алкилов лития». Liebigs Ann. Chem . 567 : 179–185. DOI : 10.1002 / jlac.19505670110 .
  66. ^ Juaristi, E .; Martínez-Richa, A .; Гарсия-Ривера, А .; Крус-Санчес, Дж.С. (1983). «Использование 4-бифенилметанола, 4-бифенилуксусной кислоты и 4-бифенилкарбоновой кислоты / трифенилметана в качестве индикаторов при титровании алкилов лития. Исследование дианиона 4-бифенилметанола». Журнал органической химии . 48 (15): 2603–2606. DOI : 10.1021 / jo00163a038 .CS1 maint: uses authors parameter (link)
  67. ^ «Титрование растворимых реактивов RM, R2NM и ROM» (PDF) . Проверено 4 июня 2014 .
  68. ^ «Методы стандартизации алкиллитиевых реагентов (литература до 2006 г.)» (PDF) . Проверено 4 июня 2014 .
  69. ^ Stanetty, P .; Koller, H .; Миховилович, М. (1992). «Направленное орто-литиирование фенилкарбаминовой кислоты 1, l-диметилэтилэфир (N-Boc-анилин). Пересмотр и улучшения». J. Org. Chem. 57 (25): 6833–6837. DOI : 10.1021 / jo00051a030 .