精細(xì)化工，格氏反應(yīng)如何再精細(xì)
瀏覽次數(shù)： 342 發(fā)布時(shí)間：2018-04-03 08:47:52 發(fā)布人：editor
引言
隨著市場(chǎng)對(duì)于精細(xì)化工產(chǎn)品的需求量日益增加，醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料等領(lǐng)域均不斷有新產(chǎn)品、新工藝被研發(fā)出來(lái)。格氏反應(yīng)作為一種在精細(xì)化工生產(chǎn)過(guò)程中較為常見(jiàn)的反應(yīng)，常出現(xiàn)在農(nóng)藥中間體、醫(yī)藥中間體、香料的合成過(guò)程中，格氏試劑通過(guò)與不同物質(zhì)反應(yīng)，可以合成烴類、醇類、酮類、醛類、酸類及金屬有機(jī)化合物等。
1 格氏試劑
格氏試劑應(yīng)用廣泛，是有機(jī)金屬化合物中重要的一類化合物，是有機(jī)合成中非常重要的試劑之一，更是具有工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)之一 [1] 。市場(chǎng)上有多種市售格氏試劑存在。
1.1 格氏試劑的組成和結(jié)構(gòu)
格氏試劑常用簡(jiǎn)化通式“RMgX”表示，但真實(shí)的格氏試劑并非單分子烴基鹵化鎂(RMgX)的簡(jiǎn)單溶液，而是R2Mg，MgX2，(RMgX)n等多種物質(zhì)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)化形成的一種動(dòng)態(tài)平衡混合體系，如
1.2 格氏反應(yīng)的溶劑
格氏反應(yīng)選用的有機(jī)溶劑要求須含有醚鍵，即具有一對(duì)未共享的電子。鹵代烴與金屬鎂反應(yīng)時(shí)，通常在鎂表面生成格氏試劑，隨即和溶劑絡(luò)合，生成穩(wěn)定的溶劑化格氏試劑，脫離金屬表面，留出活潑的金屬鎂表面給其余鹵代烴作為反應(yīng)場(chǎng)所。以乙醚為例：在無(wú)水乙醚中，鎂可以和許多脂肪族烴及芳香族烴的鹵素化合物發(fā)生反應(yīng)， 生成鎂有機(jī)化合物; 乙醚的作用是與格氏試劑絡(luò)合成穩(wěn)定的溶劑化物[既是溶劑，又是穩(wěn)定化劑](見(jiàn)下圖)。
符合這樣條件的溶劑有乙醚、丙醚、苯乙醚、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、叔丁基醚、異丙基醚、甲基叔丁醚和乙二醇二甲醚等。當(dāng)反應(yīng)需在較高溫度下進(jìn)行時(shí)，可采用高級(jí)醚為溶劑。
1.3 格氏試劑的儲(chǔ)存
格氏試劑性質(zhì)較活潑，對(duì)有些化合物顯出很大活性，格氏試劑遇水分解，故在制備保存、與其它試劑反應(yīng)時(shí)都必須在無(wú)水的條件下進(jìn)行。
2 格氏反應(yīng)
與鎂有機(jī)化合物發(fā)生的反應(yīng)為格氏反應(yīng)[2]。
2.1 格氏反應(yīng)的原理
親核加成:
格氏試劑——烷基鹵化鎂，是含有C-Mg鍵的金屬有機(jī)化合物，它的C-Mg是高度極性的共價(jià)鍵(Rδ-:Mgδ+:X)，富電子的碳(潛在的R-離子)具有很強(qiáng)的堿性和親核性。故格氏試劑是一種很強(qiáng)的堿，也是一個(gè)很強(qiáng)的親核試劑，化學(xué)性質(zhì)極為活潑，可與雙鍵、羰基等不飽和鍵發(fā)生親核加成。
2.2 格氏反應(yīng)的應(yīng)用
格氏試劑可以與多種有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，如：格氏試劑可以與活潑氫、鹵化物反應(yīng)生成烴類;可以與甲醛、環(huán)氧乙烷等反應(yīng)生成伯酮、與醛生成仲醇、與酮、酰氯等生成叔醇，可以與氫氰、甲酸反應(yīng)生成酮，可與二氧化碳、酸酐生成羧酸。格氏試劑還可反應(yīng)生成硫醇、亞磺酸等等。
2.2.1 加成反應(yīng)
格氏反應(yīng)多數(shù)是放熱反應(yīng)，需要及時(shí)將熱量導(dǎo)出，同時(shí)，有些不活潑的底物反應(yīng)時(shí)還需要加熱以提供較高的反應(yīng)溫度，常規(guī)間歇反應(yīng)釜反應(yīng)，若操作不慎反應(yīng)可能半途終止，再次引發(fā)則難度較大。若改變間歇工藝為連續(xù)自動(dòng)化工藝，則更利于反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性。
某些碘代苯在進(jìn)行格氏反應(yīng)時(shí)會(huì)放出大量的熱，德國(guó)Boehringer-Ingelheim對(duì)此有過(guò)詳細(xì)研究[3]，有些反應(yīng)在常規(guī)反應(yīng)釜中，反應(yīng)溫度可從0-10℃飛升至80℃，甚至可達(dá)210℃[4]。由于反應(yīng)劇烈，需及時(shí)把熱量移走，以保證反應(yīng)正常進(jìn)行。
格氏反應(yīng)相對(duì)較為危險(xiǎn)，特別是某些鹵代苯和多鹵代甲基苯化合物的格氏反應(yīng)，有報(bào)道三氟甲基苯及其苯環(huán)衍生物的格氏反應(yīng)中曾發(fā)生過(guò)事故[5]。
2.2.2 偶合反應(yīng)
格氏反應(yīng)中，如果沒(méi)有可被加成的底物，而有多余的鹵代烷存在，鹵代烷會(huì)與格氏試劑發(fā)生自身耦合反應(yīng)，生成副產(chǎn)物，或部分反應(yīng)會(huì)通過(guò)調(diào)整反應(yīng)參數(shù)將這個(gè)反應(yīng)變?yōu)橹鞣磻?yīng)。
3 格氏反應(yīng)的微反應(yīng)用實(shí)例——氧化反應(yīng)
格氏試劑與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，可以生成酚類化合物。
基于上述所析格氏反應(yīng)特點(diǎn)，微反對(duì)于解決格氏反應(yīng)傳熱、傳質(zhì)有一定的作用，同時(shí)便于精確控制反應(yīng)各物料的配比和濃度，以使得反應(yīng)安全穩(wěn)定地連續(xù)運(yùn)行。
3.1反應(yīng)方程式:
3.2 反應(yīng)裝置
豪邁哈氏合金微反應(yīng)器(耐壓5.5MPa)，進(jìn)料泵，冷熱一體機(jī)，流量計(jì)，
反應(yīng)裝置見(jiàn)下圖,
3.3 反應(yīng)過(guò)程概述
1.按照上圖搭建反應(yīng)裝置，氮?dú)獯祾哐b置，氣球保護(hù)。
2.將格式試劑溶液置于冰水浴中，氣球保護(hù)，用進(jìn)料泵輸送格式試劑。
3.將氣瓶通過(guò)減壓閥、氣體流量計(jì)后輸送至微反中。
4.背壓閥背壓。
5.通過(guò)改變實(shí)驗(yàn)變量壓力、流量、溫度，進(jìn)行微反試驗(yàn)。試驗(yàn)參數(shù)如下：
3.4 最優(yōu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下
4 小結(jié)
曾有化學(xué)家提到，一個(gè)有機(jī)化學(xué)工作者如一輩子從事有機(jī)化學(xué)研究工作，他至少會(huì)從事一次格氏反應(yīng)，格氏反應(yīng)頻繁被應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)中，但其潛在的危險(xiǎn)由于一些事故的發(fā)生也使之得到了足夠關(guān)注。格氏反應(yīng)中，只要及時(shí)將熱量移走、保證整個(gè)反應(yīng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，格氏反應(yīng)是可以被精確控制的，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率、選擇性也是有望得以提高和改善的，精細(xì)化工需要格氏反應(yīng)更精細(xì)!微反應(yīng)器連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)會(huì)是一個(gè)更精細(xì)的突破與選擇。
豪邁化工哈氏合金微反應(yīng)器以其高傳熱效率、連續(xù)化、可拆卸、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，在精細(xì)化工中日益表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，格氏反應(yīng)精細(xì)化工藝改進(jìn)，豪邁化工微反連續(xù)助力!
參考文獻(xiàn)：
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[2] 韓廣甸等編譯.有機(jī)化學(xué)制備手冊(cè)，中卷.化學(xué)工業(yè)出版社，168
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