關于金屬有機反應第1頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六本章學習要求了解有機金屬化合物的基本概念；掌握有機鎂、有機鋰、有機鋅和有機鎘及有機銅化合物的反應原理制備方法和應用范圍。第2頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六主要內容一般原理有機鎂化合物有機鋰化合物有機鋅和有機鎘化合物有機銅化合物第3頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六

有機金屬化合物

離子型（與堿金屬形成的化合物）1.類型烷基鋰離子型化合物：堿金屬和堿土金屬的電負性很小，它們所形成的烴基化合物，通式為RM,R2M，它們具有離子化合物的典型特征。如：不溶于烴類溶劑，溶液可以導電，對空氣敏感，遇水發生劇烈分解。第4頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六

極性共價鍵型（與第II、第III族金屬形成的化合物）共價鍵化合物：ⅠB、ⅡB、Ⅲ-ⅦA元素電負性大，它們主要生成σ鍵化合物，如：R2Hg,(C2H5)4Pb等。雖然有些化合物的離子特性仍相當大，但大多數化合物是共價鍵占優勢。

烷基鎂二烷基銅鋰烷基鎘第5頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六ⅢB-ⅦB元素分子中的M-C鍵主要為π鍵。其中有一類屬多中心型化合物。配位化合物（與第ⅢB-ⅦB族金屬形成的化合物）第6頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六3.1有機鎂化合物———格氏試劑

格利雅1901年成功地完成了有機鎂化合物（后被稱為格氏試劑）研究的博士論文。格氏試劑是有機化學家使用的最有用和最多能的化學試劑之一。格氏試劑打開了有機金屬在各種官能團合成的新領域，使人們大量地制造自然界所沒有的、性質更好的各種化合物，因此該試劑在有機化學中占有很重要的地位。格利雅以格氏試劑的發現，于1912年獲得諾貝爾化學獎。

VictorGrignard(1871~1935)第7頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六烷基鹵化鎂Grignard試劑（溶解于醚）常用醚：乙醚四氫呋喃（THF）一、格氏試劑的結構

第8頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六一般最常用的是格利雅提出的最簡單的結構式（1），當格氏試劑在乙醚中形成時時溶劑化的結構（2），實驗表明，（3）更準確。為了簡便起見，書寫反應時仍用結構（1）代表格氏試劑。第9頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六二、格氏試劑的制備Grignard試劑現制現用活潑烯丙基格氏試劑乙醚作溶劑優點：1.格氏試劑在醚中溶解度高；2.醚易揮發，在格氏試劑上形成保護層，使格氏試劑不被氧化。第10頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六乙烯型鹵代烴制備格氏試劑C2H5Br和I2為催化劑格氏試劑與活潑氫原子的交換反應第11頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六三、烷基鹵化鎂（Grignard試劑）的性質基本性質：活潑，不穩定強堿強親核試劑

遇氧氣發生反應第12頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六

Grignard作為堿炔基Grignard試劑第13頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六應用:

通過Grignard試劑制備氘代化合物或還原鹵代烷至烷烴制備Grignard試劑應在無水（無氧）條件下進行。底物中不能有活潑氫存在。例氘代還原提示第14頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六

A.與鹵代烷的親核取代

提示：

制備活潑鹵代烷的Grignard試劑時，應采用低溫和稀溶液反應，以防偶聯發生。

Grignard作為親核試劑偶聯反應芐基、烯丙基、3o烷基1o和2o烷基鹵代烷不發生偶聯例：第15頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六B.與環氧乙烷衍生物的反應三元環較活潑，易開環。提示：合成上用于制備比鹵代烷多2個碳的醇類化合物親核取代烷氧基鎂伯醇仲醇空間位阻小環氧乙烷取代環氧乙烷第16頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六C.與醛酮的親核加成反應提示：合成上用于制備比鹵代烷多R`+1

個碳原子的醇類化合物。羰基碳有親電性親核加成伯醇仲醇叔醇醇第17頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六第18頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六D.與酯類加成

與CO2加成（掌握）制備多1碳的羧酸叔醇CO2第19頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六

E.與含-C=NR和-CN官能團化合物的反應第20頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六F.和共軛不飽和羰基化合物的加成反應

與αβ-不飽和羰基化合物反應，可發生1，2或1，4加成例如：第21頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六一般來說：反應分子中空間位阻小時，Grinard試劑對(1.2加成優先)，大多數情況下發生1，4加成第22頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六Grignard試劑在合成中應用小結烴類化合物各類醇（多R+1碳）羧酸（多1碳）各類醇（多2碳）第23頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六合成應用第24頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六1.第25頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六第26頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六第27頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六3.3有機鋰試劑有機鋰試劑與Grinard試劑有許多相似之處，并比Grinard試劑活潑，且具備一些特殊的反應性能：與位阻大的酮反應與羧酸鹽負離子反應生成酮與α，β-不飽和羰基化合物反應與酰胺和-C=NR官能團化合物反應與CO2反應與烯烴雙鍵反應偶聯反應與電正性較低的金屬鹵化物反應第28頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六一、有機鋰試劑的制備1.鹵代烷和金屬鋰反應

鹵代烷與金屬鋰在非極性溶劑（無水乙醚、石油醚、苯）中作用生成有機鋰化合物：RX+2Li→RLi+LiX第29頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六鹵代烷與鋰反應的活性次序為：R1＞RBr＞RCl＞RF。氟代烷的反應活性很小．而碘代烷又很容易與生成的RLi發生反應生成高碳的烷烴，所以常用RBr或RCl來制取RLi。由于烯丙基氯和芐氯易發生Wurtz類偶聯反應，不易用此法制備相應的烯丙基鋰和芐基氯。第30頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六2.通過金屬－鹵素交換制備（鋰－鹵交換）RLi+R’X→R’Li+RX

例：

RX+C4H9Li→C4H10+RLi通過金屬－鹵素交換是制備有機鋰試劑的另一重要方法。該法主要用于1－烯基鋰或芳基鋰的制備。此類反應進行的方向是朝著生成更穩定的有機鋰化合物，即金屬連接到電負性更大的碳上。第31頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六第32頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六3.通過Shapiro反應制備該法是制備烯基鋰的特殊方法。第33頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六4.丁基鋰與烴類反應（鋰－氫交換）丁基鋰和某些烴反應，使鋰原子取代烴中的氫原子，生成新的有機鋰化合物，這里反應稱為烴的金屬化反應，又稱鋰氫交換。

C4H9Li+RH→C4H10+RLi除丁基鋰外，其它有機鋰化合物如甲基鋰、乙基鋰、苯基鋰等也可以進行鋰氫交換反應，因為丁基鋰制備方便，活性適宜，產生的丁烷易于揮發，所以最為常用。叔丁基鋰、仲丁基鋰較正丁基鋰更活潑，一般不常用。例：第34頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六提示：鋰的反應活性高于鎂，烷基鋰的化學活性也高于烷基鹵化鎂，在有機合成中有機鋰顯得特殊重要。由于有機鋰中的碳鋰鍵的離子性很強，碳負離子非常容易被氧化或與活潑氫結合，所以在制備有機鋰時應在情性氣體保護下進行，所用溶劑如乙醚、苯、環己烷等必須是特別干燥。第35頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六丁基鋰的制備：

1/3用量無水乙醚用于配制溴代正丁烷乙醚溶液，2/3用量投入反應器中。在氮氣保護下加入鋰絲，-10℃下攪拌滴入少量溴代正丁烷乙醚溶液，待反應液變渾濁，鋰絲出現金屬光澤時反應已開始，繼續滴加溴代正丁烷，反應在0-10℃攪拌1～2小時，在氮氣保護下濾去固體LiBr，得正丁基鋰乙醚溶液，滴定后封存備用。產率為80～90％。第36頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六二、有機鋰化合物在合成中的應用1.有機鋰化合物的親核性和堿性比格利雅試劑強。大體積的烷基鋰可與有很大空間位阻的羰基化合物發生親核加成反應，而格利雅試劑則不能。例如：第37頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六第38頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六2.有機鋰可以與羧酸和二氧化碳反應制備酮。有機鋰與羧酸合成酮的特點是：如果原羧酸是光活性的，所得的酮也同樣是光活性的。羧酸分子中有羥基、胺基等，也同樣可以反應。格氏試劑與二氧化碳反應生成羧酸，但有機鋰與二氧化碳加成則生成酮。這主要是由于有機鋰化合物比有機鎂化合物具有更強的親核性，有機鋰能繼續與羧酸根作用：利用這個反應可以制備酮。第39頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六3.苯基鋰進行親核反應時，有一定的選擇性，而作為一個強堿，它可以用于苯炔機理的反應。例如：第40頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六4.與αβ-不飽和羰基化合物反應優先進行1,2-加成(格氏試劑優先1,4加成)第41頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六5.活潑的烷基鋰在乙醚或四氫呋喃溶液中與鹵化亞銅反應，生成加合產物二烷基銅理，并溶于醚中：

二烷基銅鋰是一個良好的親核試劑，它與伯鹵代烷作用可以得到較高收率的烴：第42頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六6.有機鋰化合物同某些電正性較低的金屬鹵化物反應，以制備該金屬的有機化合物，例如：4RLi+SnCl4→R4Sn+4LiCl2RLi+CuI→R2CuLi+LiI2RLi+HgCl2→R2Hg+2LiCl其中，最常用的是有機銅化合物，而且隨著有機鋰化合物的物質的量不同，所得產物也不同：RLi+CuI→RCu+LiI第43頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六3.4有機鋅和有機鎘試劑一、結構、反應性和制備

有機鋅化合物是人們最早得到的有機金屬化合物。弗拉克拉德用碘乙烷和鋅合成了碘化乙基鋅，此事震動了化學界。西蒙－史密斯用二碘甲烷和鋅銅合金反應生成碳烯，后者和烯烴加成而得到環丙烷衍生物。自從發現碳烯的中間體是碘化（碘甲基）鋅[I(CH2I)Zn]以后，有機鋅化合物再次受到注意。從某種意義上講，有機鋅是金屬有機化學的起點。第44頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六

在元素周期表中，鋅和鎘都屬于ⅡB元素，其外層電子為ns2，與碳成鍵時有一個s電子激發道p軌道，以sp雜化形式與碳形成較穩定的σ鍵化合物R2M，呈線性結構。有機鎘試劑的反應活性遠低于格氏試劑和有機鋰試劑，特別是不與酮和酯反應，因而可以用于需要選擇性的反應，如制備不對稱酮等。第45頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六有機鋅和有機鎘化合物通常利用有機金屬和金屬鹽的交換反應制備，反應朝著生成正電性較強的金屬無機鹽的方向進行，因此，一般選取格氏試劑和有機鋰試劑與鋅鹽、鎘鹽反應：

2RMgX+ZnX2→R2Zn+2MgX2

2RMgX+CdX2→R2Cd+2MgX或者：

2RLi+CdX2→R2Cd+2LiX有機鋅試劑還可以用下列方法制備：

RI+Zn-Cu→R2Zn第46頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六二、有機鋅和有機鎘化合物在有機合成中的應用有機鋅在有機合成中中應用較為廣泛。鋅溴代乙酸酯和羰基化合物反應可以制得β－羥基羧酸酯，這一反應稱為瑞福馬茨基反應（ReformatskyReaction）。反應中生成的有機金屬化合物C2H5O2CCH2ZnBr似乎與格氏試劑相似，然而，其附近的羰基可以使α－碳上的負電荷離域，所以作為親核試劑則認為是烯醇鋅：

1.瑞福馬茨基反應（ReformatskyReaction）第47頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六第48頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六在鋅存在下，取代的α－溴代酸酯和α－溴代酮都能和羰基發生加成反應：

第49頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六第50頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六有機鋅試劑在銅存在下與二碘甲烷作用可生成不穩定的ICH2ZnI，后者能立體專一地銅烯烴加成生成環丙烷類化合物，反應中的ICH2ZnI類似于卡賓:CH2的作用，故稱為類卡賓，又稱為西蒙斯－史密斯（Simmons－Smith）試劑。2.西蒙斯－史密斯反應（Simmons－SmithReaction）第51頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六有機鎘化合物最常用的例子是與酰氯反應制備不對稱酮。因為有機鎘試劑活性低，不能再與產物酮其加成反應，于是反應可停止在酮的階段。例如：

3.吉爾曼－納爾遜反應（Gilman－NelsonReaction）第52頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六例題分析：合成1第53頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六合成2第54頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六一、結構和反應性有機銅化合物是在研究應用有機鎂化合物時發現的。格氏試劑與α，β－烯酮反應時，在一價鹵化銅的催化下，進行1，4－加成，而不是1，2－加成。所得飽和酮的產率較高。因此銅鹽催化的格氏試劑逐漸廣泛應用，普遍認為格氏試劑與銅鹽生成的中間體可能是有機銅化合物。直到1966年郝士（House）等人通過實驗證實有機銅化合物的存在。從此，對有機銅化合物的研究迅速開展起來。目前，有機銅化合物已經成為十分有效地用于精細有機合成中。3.5有機銅試劑第55頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六在元素周期表中，銅是ⅠB元素，為過渡金屬，其外層電子構型為3d104s1。故銅與碳一般形成σ鍵，也可與乙烯等烯烴形成π絡合物，而銅的乙炔化物則具較強離子性，有機銅化合物大致可分為烴基銅和二烴基銅鋰兩類。他們都很容易與一些配合物絡合，而絡合物又常常顯示出不同的反應性能。不僅配合物的存在影響有機銅化合物的反應性能，溶劑不同也對反應產生很大的影響。由于有機銅化合物和各類反應物的反應機理尚不十分清楚，因此很難預料如何影響結果。第56頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六有機銅大致可分為烴基銅和二烴基銅鋰兩大類。他們都很容易與一些配合物絡合。烴基銅可能以多聚體形式存在，一般不溶于溶劑；烴基銅鹵化物、二烴基銅鋰及其絡合物都有不同程度的溶解性，其中，二烴基銅鋰的溶解性較好，活潑性較高，選擇性也強，因此二烴基銅鋰是在有機合成上使用最方便的有機銅試劑。各種有機銅化合物，除了炔基銅外，一般對熱均不穩定有的甚至在0℃時也會分解；對水、氧也不穩定，易發生水解或氧化反應。第57頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六

反應性：易于取代鹵素，特別能取代不活潑的鹵素易于取代酰鹵的鹵素生成酮與α，β-不飽和羰基化合物發生共軛加成偶聯反應第58頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六二、有機銅化合物的制備1.烴基銅的制備

烴基銅的制備主要是利用一些金屬有機化合物與鹵代銅的交換反應。金屬有機化合物如鉛、鋅、汞等化合物均能應用，而最常用的還是有機鎂和有機鋰化合物。RMgX+CuX→R-Cu+MgX2RLi+CuX→R-Cu+LiX芳基銅比較穩定，這些反應可以在0℃進行，甲基銅要在－15℃制備，其它伯烷基銅更不穩定，反應要在干冰－丙酮中冷卻至－78℃時進行，仲烷基銅、叔烷基銅的制備，若無配合物存在，制備時就會分解。第59頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六烷基銅能夠與有機鎂或有機鋰化合物繼續反應，形成二烴基銅或鋰：RCu+RLi→R2CuLi3RCu+RMgX→(R2Cu)2Mg+CuX因此在制備烴基銅時，必須保持鹵化銅過量，而后再用溶劑（如乙醚或四氫呋喃）洗去剩余的鹵化銅。第60頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六二烴基銅鋰一般采用有機鋰化合物與鹵化銅進行交換反應制備：2RLi+CuX→R2CuLi+LiX

二烷基銅鋰對于某些不宜有鹽存在的反應，或是制備不同烴基的銅鋰時，可采用下列方法：2.二烷基銅鋰的制備第61頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六RCu+RLi→R2CuLiRCu+R’Li→RR’CuLi提示：與格氏試劑不同，有機銅化合物由于對熱，氧，水不穩定，因此制備后須立即使用。第62頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六1.自偶聯反應有機銅試劑可以熱解發生自偶聯，如有氧的存在，自偶聯更易進行。利用有機銅化合物的偶聯反應，可以合成具有不同基團的新型化合物。如：第63頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六烯基銅的自偶聯，能保持原有烯基的構型，如：

第64頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六2.烴基取代反應有機銅試劑中的烴基可以取代各種有機鹵化物中的鹵原子，使試劑中的烴基與鹵化物的烴基連接起來，這也是重要的有機合成方法。如，二甲基銅鋰能以甲基取代各種乙烯式鹵化物中的碘和溴：第65頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六這種用烷基取代鹵素的方法比格氏試劑或有機鋰試劑更有利。其優越之處在于有機銅試劑同許多功能基團不起作用，因此在銅試劑或鹵化物中都可以含有這些功能基，從而比較方便地合成含功能基的化合物。另一優點在于有機銅試劑能在低溫下反應，同時能夠保持銅試劑或鹵化物中原有的構型不變，在合成具有指定構型的化合物時較為有利。如：第66頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六炔基銅化合物與鹵代烷不易起反應，但易與鹵代烯、鹵代炔或芳香族鹵化物反應。如：上述反應同時表現出有機銅試劑的優點，即碘苯環上的羥基、氨基等活潑氫的基團無需保護，可以直接進行反應（但這些基團若處于鄰位時，將與三鍵加合成環）。第67頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六有機銅試劑進行烴基取代，以二烴基銅鋰為好，產率也高，可以保持空間構型。其中二甲基銅鋰進行甲基化，產率最高；其次為伯烷基銅試劑，仲烷基或叔烷基銅試劑結果最差。親核性較弱第68頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六第69頁，共79頁，2023年，2月20日，星期六用途：制備復雜結構的烷烴

R可以是10、20、30R’X最好是10，也可以是不活潑