El reactivo de Grignard es una molécula polar: R-MGX, R puede sufrir reacción de sustitución nucleofílica. La estructura del reactivo de Grignard generalmente está representada por RMgX. El espectro de resonancia magnética nuclear muestra que el reactivo de Grignard es un compuesto bimolecular, y su verdadera estructura puede ser:
La dificultad de producir el reactivo de Grignard está relacionada con la estructura de los hidrocarburos halogenados y el tipo de halógeno. En términos de reactividad y rendimiento, hidrocarburos halogenados primarios>hidrocarburos halogenados secundarios>hidrocarburos halogenados terciarios; RI>RBr>RCl.
Por ejemplo:
Debido a que los alcanos yodados son los más caros, y los alcanos clorados son los menos reactivos, por lo que a menudo se utilizan alcanos bromados con reactividad media para sintetizar reactivos de Grignard en los laboratorios. El yodo elemental puede catalizar reacciones, por lo que a menudo se añade una pequeña cantidad de yodo para promover la reacción. Los hidrocarburos halogenados alilo y bencilo son muy reactivos y generan fácilmente reactivos de Grignard. El reactivo de Grignard resultante se acopla al halohidrocarburo sin reaccionar. Por tanto, a la hora de sintetizar este tipo de reactivo de Grignard, la reacción debe controlarse estrictamente y realizarse a una temperatura más baja. Los hidrocarburos halogenados de etileno y los hidrocarburos halogenados aromáticos cuyos átomos de halógeno están directamente conectados al anillo aromático no pueden formar reactivos de Grignard con magnesio en éter anhidro. Al cambiar el disolvente, como el tetrahidrofurano, la reacción puede desarrollarse sin problemas. Por ejemplo:
Se cree que esto se debe a que el oxígeno en los éteres cíclicos está más expuesto que en los éteres lineales y coopera fácilmente con el magnesio para acelerar la reacción.
Los reactivos de Grignard son muy reactivos y pueden reaccionar con el oxígeno, el agua y el dióxido de carbono del aire. Por lo tanto, durante la preparación, además de mantener secos los reactivos, también se deben aislar del aire.
El reactivo de Grignard es uno de los reactivos más importantes en la síntesis orgánica. Los reactivos de Grignard preparados se pueden utilizar directamente en síntesis orgánica sin compartirlos.
Estas reacciones que utilizan reactivos de Grignard para sintetizar una serie de compuestos orgánicos como hidrocarburos, alcoholes, aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos se denominan reacciones de Grignard, o reacciones de Grignard para abreviar.
(1) Reacción con hidrógeno activo. Los reactivos de Grignard generan alcanos cuando encuentran compuestos con hidrógeno "activo" como agua, alcoholes, ácidos carboxílicos, amoníaco y aminas. Por ejemplo:
Esta reacción se puede utilizar para la reacción cuantitativa de hidrógeno activo. Midiendo el volumen de alcanos generados, se puede calcular la cantidad de hidrógeno activo contenido en cada molécula orgánica, lo que se denomina determinación de hidrógeno activo.
(2) Reaccionar con haluro de alquilo activo. Los reactivos de Grignard se acoplan con hidrocarburos halogenados alílicos y bencílicos para formar hidrocarburos.
La reacción de acoplamiento del reactivo de Grignard y haluro de alilo es un método para sintetizar alquenos terminales. Los hidrocarburos halogenados terciarios también pueden reaccionar, pero el rendimiento es bajo.
③Reacciona con haluros metálicos. Los reactivos de Grignard reaccionan con haluros metálicos cuyo potencial de reducción es inferior al del magnesio. Los grupos alquilo de los reactivos de Grignard reemplazan a los halógenos de los haluros metálicos para generar nuevos compuestos organometálicos. Este es un método importante para sintetizar compuestos organometálicos.
Potencial de reducción de ciertos metales:
Los compuestos de organocadmio son reactivos importantes para la síntesis de cetonas. Por ejemplo:
El reactivo de Grignard reacciona con tricloruro de aluminio para formar compuestos organoaluminio.
RMgX+AlClRAlClRAlClRAl
Los compuestos de organoaluminio son importantes catalizadores para la polimerización de olefinas.
④ Adición a compuestos polares de doble o triple enlace.