vazba C-Li v organolithných činidlech je vysoce polarizovaná. Výsledkem je, že uhlík přitahuje většinu elektronové hustoty ve vazbě a připomíná karbanion. Organolithná činidla jsou tedy silně zásaditá a nukleofilní. Některé z nejběžnějších aplikací organolithium činidla syntézy zahrnují jejich použití jako nucleophiles, silné základy pro deprotonation, iniciátor pro polymeraci, a výchozí materiál pro přípravu jiných organokovových sloučenin.
Jako nucleophileEdit
Carbolithiation reactionsEdit
Jako nucleophiles, organolithium činidla podstoupit carbolithiation reakce, přičemž uhlík-lithium bond přidává přes uhlík-uhlík s manželskou postelí nebo trojnou vazbou, které tvoří nové organolithium druhů. Tato reakce je nejrozšířenější reakcí organolithných sloučenin. Karbolithiace je klíčová v aniontových polymeračních procesech a n-butyllithium se používá jako katalyzátor k zahájení polymerace styrenu, butadienu nebo isoprenu nebo jejich směsí.
další aplikací, která využívá této reaktivity, je tvorba karbocyklických a heterocyklických coumpounds intramolekulární karbolitiací. Jako forma aniontové cyklizace nabízejí intramolekulární karbolitiační reakce několik výhod oproti radikální cyklizaci. Za prvé, je možné, aby produkt cyklické organolithiové druhy reagovaly s elektrofily, zatímco je často obtížné zachytit radikální meziprodukt odpovídající struktury. Za druhé, aniontové cyklizace jsou často více regio-a stereospecifické než radikální cyklizace, zejména v případě 5-hexenyllithií. Intramolekulární carbolithiation umožňuje přidáním alkyl-, vinyllithium ztrojnásobit dluhopisy a mono-alkyl substituované dvojné vazby. Aryllithia mohou také podstoupit přidání, pokud se vytvoří 5členný prsten. Omezení intramolekulárních carbolithiation patří potíže, které tvoří 3 nebo 4-členné kruhy, jako průběžné cyklické organolithium druhů často mají tendenci podstoupit prsten-otvory. Níže je uveden příklad intramolekulární karbolitiační reakce. Druhy lithia odvozené z výměny lithium-halogen cyklizované za vzniku vinyllithia uzavřením prstence 5-exo-trig. Druhy vinyllithia dále reagují s elektrofily a produkují funkcionalizované cyklopentylidenové sloučeniny.
Kromě karbonylové compoundsEdit
Nucleophilic organolithium činidel může přidat elektrofilní karbonylové dvojné vazby tvoří uhlík-uhlík. Mohou reagovat s aldehydy a ketony za vzniku alkoholů. Adice probíhá hlavně polární adicí, ve které nukleofilní organolithiové druhy útočí z rovníkového směru a produkují axiální alkohol. Přidání lithných solí, jako je LiClO4, může zlepšit stereoselektivitu reakce.
Když keton je sterically bránit, s použitím Grignardova činidla často vede k redukci karbonylové skupiny místo toho. Alkyllithná činidla však méně pravděpodobně redukují keton a mohou být použita k syntéze substituovaných alkoholů. Níže je uveden příklad přidání ethyllithia k adamantonu k výrobě terciárního alkoholu.
Organolithná činidla jsou také lepší než Grignardova činidla ve své schopnosti reagovat s karboxylovými kyselinami za vzniku ketonů. Tuto reakci lze optimalizovat pečlivou kontrolou množství přídavku organolithného činidla nebo použitím trimethylsilylchloridu k uhasení přebytečného lithiového činidla. Více obyčejný způsob, jak syntetizovat ketony je přes přidání organolithium činidla Weinreb amidy (N-methoxy-N-methyl-amidy). Tato reakce poskytuje ketony, kdy organolithium činidla se používá v přebytku, v důsledku chelatace lithium-iontová mezi N-methoxy kyslíku a kyslíku karbonylové, který tvoří tetraedrický meziprodukt, že se zhroutí na kyselé práce.
Organolithná činidla také reagují s oxidem uhličitým za vzniku karboxylových kyselin po zpracování.
V případě enone substráty, kde dvě místa nucleophilic toho jsou možné (1,2 kromě uhlíku karbonylové nebo 1,4 konjugát kromě β uhlíku), nejvíce vysoce reaktivní organolithium druhů prospěch 1,2 toho, nicméně, existuje několik způsobů, jak pohánět organolithium činidla podstoupit konjugát toho. První, od 1,4 adduct je pravděpodobné, že bude více termodynamicky příznivých druhů, konjugát toho může být dosaženo prostřednictvím ustavení rovnováhy (izomerace dvou výrobků), zejména když lithium nukleofil je slabý a 1,2 toho je reverzibilní. Za druhé, přidání donorových ligandů do reakce vytváří heteroatomem stabilizované druhy lithia, které upřednostňují přídavek konjugátu 1,4. V jednom příkladu přidání nízké hladiny HMPA k rozpouštědlu zvýhodňuje přidání 1,4. V nepřítomnosti dárce ligand, lithium kationt je úzce koordinovány na atom kyslíku, nicméně, když lithný kation je solvated tím, HMPA, koordinace mezi karbonylové kyslíku a lithium-ion je oslabena. Tato metoda obecně nemůže být použita k ovlivnění regioselektivity Alkyl-a aryllithných činidel.
Organolithná činidla mohou také provádět enantioselektivní nukleofilní adici ke karbonylu a jeho derivátům, často v přítomnosti chirálních ligandů. Tato reaktivita je široce používána v průmyslových syntézách farmaceutických sloučenin. Příkladem je Merck a Dupontova syntéza efavirenzu, silného inhibitoru reverzní transkriptázy HIV. Acetylid lithný se přidává k prochirálnímu ketonu, čímž se získá chirální alkoholový produkt. Struktura aktivního reakčního meziproduktu byla stanovena NMR spektroskopickými studiemi ve stavu roztoku a rentgenovou krystalografií pevného stavu jako kubický tetramer 2:2.
reakce typu SN2EDIT
Organolithná činidla mohou sloužit jako nukleofily a provádět reakce typu SN2 s alkylovými nebo allylovými halogenidy.I když jsou považovány za reaktivnější než Grignardovy reakce při alkylaci, jejich použití je stále omezené kvůli konkurenčním vedlejším reakcím, jako jsou radikální reakce nebo výměna kovu a halogenu. Většina organolithných činidel používaných v alkylacích je více stabilizovaná, méně zásaditá a méně agregovaná, jako jsou heteroatom stabilizovaná, aryl – nebo allyllithná činidla. Bylo prokázáno, že HMPA zvyšuje reakční rychlost a výtěžky produktu a reaktivita aryllithných činidel je často zvýšena přidáním alkoxidů draselných. Organolithná činidla mohou také provádět nukleofilní útoky epoxidy za vzniku alkoholů.
jako základníedit
Organolithná činidla poskytují široký rozsah zásaditosti. terc-Butyllithium, tři slabě elektron darovat alkyl skupin, je nejsilnější základnu komerčně dostupné (pKa = 53). V důsledku toho jsou kyselé protony na-OH, – NH a-SH často chráněny v přítomnosti organolithných činidel. Některé běžně používané lithiové báze jsou alkyllithiové druhy, jako je n-butyllithium a dialkylamidy lithia (LiNR2). Činidla s objemné skupiny R jako lithium diisopropylamide (LDA) a lithium bis(trimethylsilyl)amidu (LiHMDS) jsou často sterically brání k nucleophilic addition, a jsou tak více selektivní k deprotonation. Dialkylamidy lithia (LiNR2) se široce používají při tvorbě enolátů a aldolové reakci. Reaktivita a selektivita těchto bází jsou také ovlivněny rozpouštědly a jinými protiionty.
MetalationEdit
Metalation s organolithium činidla, také známý jako lithiation nebo lithium-vodík exchange, je dosaženo, pokud je organolithium činidla, nejčastěji na alkyllithium, abstrakty proton a tvoří nové organolithium druhů.
|
R − H + R ‚Li ⟶ RLi + R‘ H {\displaystyle {\ce {R-H + R Bude -> RLi + R ‚H}}}
 |
|
(1) |
Společné metalation činidla jsou butyllithiums. terc-Butyllithium a sec-butyllithium jsou obecně více reaktivní a mají lepší selektivitu než n-butyllithium, nicméně, oni jsou také dražší a těžko zvládnout. Metalizace je běžný způsob přípravy všestranných organolithných činidel. Poloha metalace je většinou řízena kyselostí vazby C-H. Lithiation se často vyskytuje v poloze α k odnímání elektronů skupin, protože jsou dobré na stabilizaci elektronové hustoty od aniontu. Směrové skupiny na aromatické sloučeniny a heterocykly poskytují regioselektivní místa metalace; řízená Orto metalace je důležitou třídou metalačních reakcí. Metalizované sulfony, acylové skupiny a α-metalizované amidy jsou důležitými meziprodukty v chemické syntéze. Metalace allyletheru alkyllithiem nebo LDA tvoří anion α kyslíku a může pokračovat v přeskupení 2,3-Wittig. Přidání donorových ligandů, jako jsou TMEDA a HMPA, může zvýšit rychlost metalizace a rozšířit rozsah substrátu. Chirální organolithná činidla jsou přístupná asymetrickou metalizací.
řízená ortometalizace je důležitým nástrojem při syntéze regiospecifických substituovaných aromatických sloučenin. Tento přístup k lithiaci a následnému kalení mezilehlých druhů lithia elektrofilem je často lepší než elektrofilní aromatická substituce díky své vysoké regioselektivitě. Tato reakce probíhá deprotonací organolithnými činidly v polohách α k přímé metalizační skupině (DMG) na aromatickém kruhu. DMG je často funkční skupinou obsahující heteroatom, že je Lewis základní, a může koordinovat k Lewis-kyselé lithný kation. To vytváří komplexní vyvolané proximity efekt, který řídí deprotonation v α pozici, abychom vytvořili aryllithium druhu, které mohou dále reagovat s electrophiles. Některé z nejúčinnějších dmg jsou amidy, karbamáty, sulfony a sulfonamidy. Jsou to silné skupiny odebírající elektrony, které zvyšují kyselost alfa-protonů na aromatickém kruhu. V přítomnosti dvou dmg dochází často k metalaci Orto k silnější řídící skupině, i když jsou také pozorovány smíšené produkty. Řada heterocyklů, které obsahují kyselé protony, může také podstoupit ortopedii. Nicméně, pro elektron-špatná heterocykly, lithium amid základny jako LDA jsou obecně používány, protože alkyllithium bylo pozorováno, že k provedení toho, aby elektron-špatná heterocykly, spíše než deprotonation. V některých přechodných kovů-arene komplexy, jako ferocenové, přechod kov přitahuje elektronovou hustotu z arene, čímž aromatických protonů kyselejší, a je připraven pro ortho-metalation.
SuperbasesEdit
Hlavní článek: Superbase
Kromě draslíku alkoxide na alkyllithium výrazně zvyšuje basicity z organolithium druhů. Nejběžnější „superbase“ může být vytvořena přidáním KOtBu k butyllithiu, často zkráceně jako“ LiCKOR “ činidla. Tyto „superbázy“ jsou vysoce reaktivní a často stereoselektivní činidla. V níže uvedeném příkladu vytváří Lickorova báze stereospecifický druh krotylboronátu metalací a následnou výměnou lithium-metaloidů.
asymetrická metalaceedit
Enantioenriched organlithium druhy mohou být získány asymetrickou metalací prochirálních substrátů. Asymetrická indukce vyžaduje přítomnost chirálního ligandu, jako je ( – ) – spartein. Enantiomerní poměr chirálních druhů lithia je často ovlivněn rozdíly v rychlostech deprotonace. V následujícím příkladu ošetření N-Boc-N-benzylaminem n-butyllithiem v přítomnosti ( – ) – sparteinu poskytuje jeden enantiomer produktu s vysokým enantiomerním přebytkem. Transmetalace trimethyltinchloridem poskytuje opačný enantiomer.
tvorba Enolátu
lithné enoláty vznikají deprotonací vazby C-H α na karbonylovou skupinu organolithiem. Lithium enolates jsou široce používány jako nucleophiles v uhlík-uhlík formace reakce, jako aldolové kondenzace a alkylace. Jsou také důležitým meziproduktem při tvorbě silyl enoletheru.
Lithium enolate tvorbu lze zobecnit jako acidobazické reakce, ve které je relativně kyselý proton, α karbonylovou skupinu (pK =20-28 v DMSO) reaguje s organolithium základnu. Obecně se používají silné nenukleofilní báze, zejména amidy lithia, jako jsou LDA, LiHMDS a LiTMP. THF a DMSO jsou běžná rozpouštědla v reakcích enolátu lithného.
stereochemie a mechanismus tvorby enolátů získaly velký zájem o chemickou komunitu. Výsledek enolátové stereochemie ovlivňuje mnoho faktorů, jako jsou sterické účinky, rozpouštědla, polární přísady a typy organolithných bází. Mezi mnoho modelů používaných k vysvětlení a predikci selektivity ve stereochemii enolátů lithných je irský model.
V tomto předpokladu, monomerní LDA reaguje s karbonylovou substrátu a tvoří cyklický Zimmerman-Traxler typ přechodu státu. (E) – enolát je zvýhodněn v důsledku nepříznivé interakce syn-pentan v přechodovém stavu (Z) – enolát.
přidání polárních přísad, jako je HMPA nebo DMPU, podporuje tvorbu (z) enolátů. Irsko model tvrdí, že tyto dárce ligandy koordinovat lithium kationty, jako výsledek, karbonylové kyslíku a lithia interakce je snížena, a přechod státu není tak pevně vázán jako šesti-členný židle. Procento (z) enolátů se také zvyšuje, když se používají lithiové báze s objemnějšími postranními řetězci (jako jsou LiHMDS). O mechanismu, jak tyto přísady zvrátit stereoselektivitu, se však stále diskutuje.
Irský model měl určité výzvy, protože zobrazuje druh lithia jako monomer v přechodném stavu. Ve skutečnosti, různé lithium agregáty jsou často pozorovány v roztocích lithium enolates, a v závislosti na konkrétní substrát, rozpouštědlo a reakční podmínky, to může být obtížné určit, který agregát je skutečné reaktivních species v roztoku.
Lithium-halogenová výměnaedit
Hlavní článek: Metal-halogen exchange § Lithium-halogen exchange
Lithium-halogen exchange involves heteroatom exchange between an organohalide and organolithium species.
|
R − Li + R ‚− X ⟶ R − X + R ‚− Li {\displaystyle {\ce {R-Li + R‘-X> R-X + R‘-Li}}}
 |
|
(2) |
Lithium-halogenové výměna je velmi užitečné při přípravě nové organolithium činidla. Použití lithium-halogenové výměny je ilustrováno parhamovou cyklizací.
Transmetalaceedit
Organolithná činidla se často používají k přípravě jiných organokovových sloučenin transmetalací. Organocopper, organocínové, organosilicon, organický bór, organické, organocerium a organosulfur sloučeniny jsou často připraveny reagovat organolithium činidla s příslušným electrophiles.
|
R − M + n- BuLi ⟶ R − Li + n- BuM {\displaystyle {\ce {R-M}}+{\textit {n-}}{\ce {BuLi -> {R-Li}+}}\ {\textit {n-}}{\ce {BuM}}}
 |
|
(3) |
Common types of transmetalation include Li/Sn, Li/Hg, and Li/Te exchange, které jsou rychlé při nízké teplotě. Výhodou Li/Sn výměny je, že tri-alkylstannane prekurzory podstoupit několik vedlejších reakcí, jako výsledný n-Bu3Sn vedlejší produkty jsou nereaktivní k alkyllithium činidla. V následujícím příkladu vinylstannan, získaný hydrostannylací terminálního alkynu, vytváří vinyllithium transmetalací s n-BuLi.
Organolithium lze také použít k přípravě organozinkových sloučenin transmetalací se solemi zinku.
Diorganokupráty lithné mohou vzniknout reakcí alkyl-lithného druhu s halogenidem měďnatým. Výsledné organokupráty jsou obecně méně reaktivní vůči aldehydům a ketonům než organolithná činidla nebo Grignardova činidla.
