Реакция идет в две стадии. Сначала образуется очень нестабильная, чувствительная к свету и нагреванию алкилмедь RCu. Затем атом меди присоединяет второй карбанионный лиганд:

Диалкилкупраты относительно стабильны в растворе в эфире, ТГФ, диметоксиэтане при температурах ниже 0 ^oС. Обычно их получают и немедленно используют in situ. В практику органического син­теза эти реагенты были внедрены благодаря исследованиям Кори, Хаузе и Нормана. Алкенильные производные менее реакционноспособны, чем алкильные.

Строение диалкилкупратов точно не установлено; известно, что в эфире и ТГФ они образуют димеры R₄Cu₂Li₂, тетрамеры, а такие продукт присоединения RСи к димеру, например, (CH₃)₅Cu₃Li₂. Для описания структуры димера предложено исполь­зовать следующую формулу:

19.1.5.а. Сравнение литийдиалкилкупратов с литийалкилами.

В предыдущем разделе мы уже отметили одно из отличий между купратами и литийалкилами: литий- (и мaгний-) органические соединения в условиях реакции Михаэля (уравнение 19.10) дают в основном продукты 1,2-присоединения по карбонильной группе, а диалкилкупраты - почти исключительно продукты 1,4-присоединения, т.е. в случае купратов присоединение карбаниона происходит не по карбо­нильному атому углерода (С₁), а почти исключительно по атому углерода С₃.

Поскольку присоединение карбаниона к -ненасыщенным сое­динениям является нуклесфильным процессом, граничными орбиталями в этом случае будут ВЗМО купрата и НСМО енона. Простейшим еноном является акролеин, четные -орбитали которого охватывают четыре сопряженных атома: O, С₁, С₂ и C₃. Особенностью НСМО акро­леина является то, что она имеет максимальную плотность (плотность пустой орбитали) на атоме C₃ ( y₃* на рис.2.20).

Атака купрата на С₃ означает, что в этой реакции осуществляется орбитальный контроль (см. раздел 2.3.6). Орбитальный контроль харак­терен для взаимодействия мягкой кислоты Льюиса (акролеин) с мягкими основаниями (раздел 5.2.3). Следовательно, селективное 1,4-присоединение характеризует купраты как мягкие основания Льюиса. Литийалкилы - более жесткие основания, об этом говорит тот факт, что они присоединяются по карбонильному атому углерода С₁, на котором суммарный (  ) положительный заряд больше, чем на C₃, из-за индуктивного и мезомерного эффекта соседнего электроотрицательного атома кислорода. Такой зарядовый контроль характерен для жестких кислотно-основных взаимодействий (раздел 5.2.3).

Обоснование того, что литийдиалкилкупраты становятся более мягкими основаниями возможно с помощью принципа симбиоза (рaздел 5.2.2). В алкиллитиевых соединениях карбанион связан с жестким катионом Li⁺, а в диалкилкупрате - с мягким катионом Cu⁺ (класси­фикация катионов по жесткости и мягкости дана в табл. 5.3). По принципу симбиоза мягкий ион меди должен увеличивать мягкость алкильных анионов, а жесткий ион лития должен, наоборот, умень­шать мягкость алкильных анионов как кислот Льюиса. Именно наличие тяжелого металла - меди - приводит к тому, что карб­анион в составе купрата становится более мягким, чем карбанион в составе алкиллития.

Это приводит к важным следствиям. Бренстедовская основность купрата, т.е. сродство к протону (жесткой кислоте Льюиса) становится значительно меньше основности алкиллития. Следова­тельно, вероятность таких побочных реакций, как отщепление про­тона от субстрата (металлирование, - и - элиминирование в случае галоидных алкилов), становится значительно меньшей, если вместо алкиллития использовать купрат. В этом заключается преимущество применения литийдиалкилкупратов в органическом син­тезе.

19.1.5.б. Реакции литийдиалкилкупратов

Купраты с алкильными, арильными и алкенильными лигандами широко используются в реакциях сочетания с органическими галогенидами. Эти реакции, приводящие к образованию несимметричных углеводородов, иногда называют "кросс-сочетание" (перекрестное сочетание). Применение купратов обеспечивает высокие выходы и позволяет свести к минимуму побочные реакции. Характерные примеры приведены ниже.

Эта реакция полностью вытеснила известную с 1855 года реакцию Вюрца, заключающуюся во взаимодействии металлического натрия с алкилгалогенидами

Например:

В реакции Вюрца в качестве промежуточного соединения образу­ется алкилнатрий:

Вторая стадия также представляет собой сочетание натрийорганического соединения с алкилгалогенидом. Однако, ввиду высокой бренстедовской основности алкилнатрия (жесткое основание) выход продукта сочетания обычно мал из-за конкурирующего процесса дегидрогалогенирования, приводящего к алкену, и других побочных реакций. Поэтому эта реакция не находит широкого применения в современном органическом синтезе.

Купраты во многих случаях были успешно применены при синтезе биологически активных веществ. Так, например, с их помощью налажен синтез на промышленной основе мускалюра - аттрактивного полового феромона некоторых видов чешуекрылых, способного регули­ровать их популяцию. Мускалюр представляет собой 9-Z-трикозен, ключевая стадия его синтеза заключается в кросс-сочетании Z-1-бром-октадецена с дипентилкупратом лития в эфире:

Из приведенных выше примеров следует, что кросс-сочетание диалкилкупратов и диалкенилкупратов с винилгалогенидами протекает с полным сохранением конфигурации у винильного атома углерода.

Диалкил-, диалкенилкупраты находят разнообразное применение в реакциях с ацилгалогенидами, -ненасыщенными кетонами, эпоксидами (оксиранами), 1,1-дигалогензамещенными циклопропанами и др. реагентами. Эти реакции будут рассматриваться в других разделах, а здесь для иллюстрации будут приведены наиболее типич­ные примеры.

Ацилгалогениды легко и в очень мягких условиях образуют при взаимодействии с диалкилкупратами или диалкенилкупратами не­симметричные кетоны с очень высоким выходом. Карбонильная, сложноэфирная и нитрилъная группы не затрагиваются при реакции с купратами. Это открывает путь к синтезу разнообразных дикетонов, кетокислот и кетонитрилов, например:

Арилбромиды и арилиодиды также вступают в реакцию кросс-сочетания с диалкилкупратами. Этот метод позволяет замещать атом брома или йода у ароматического атома углерода на алкильнум группу.

Нуклеофильное присоединение купратов к -ненасыщенным карбонильным соединениям, возможно, протекает по SET-механвзму, хотя окончательно этот вопрос не выяснен.

Как видно из приведенной схемы, в реакциях диалкилкупратов используется лишь один из карбанионных лигандов, а другой идет в отходы. Если необходимо беречь алкиллитий, из которого получают купрат, то в синтезе применяют смешанные купраты типа [R(R’CºC)Cu]Li, [R(трет-BuO)Cu]Li или [R(PhS)Cu]Li. Литийалкилфенилтиокупраты получают из тиофенолята меди(I) н алкиллития:

19.2. Магнийорганические соединения

Магнийорганические соединения относятся к числу одних из самых известных металлоорганических соединений. Они широко при­меняются в органическом синтезе, хотя в последнее время их по­теснили литийорганические соединения, которые в ряде случаев ока­зываются более удобными. Магнийорганические соединения бывают двух типов: симметричные соединения R₂Mg и смешанные магнийгалогенорганические соединения RMgX. Последние впервые были синтезированы французским химикоми В.Гриньяром и его учителем Ф.Барбье в 1900 г, которые использовали аналогию с известной в то время реакцией йодистых алкилов с цинком. Гриньяр заменил цинк магнием, а в качестве растворителя использовал тщательно обезво­женный эфир. Как показал Гриньяр, магнийорганические соединения перед цинкорганическими имеют то преимущество, что они не воспла­меняются на воздухе, и поэтому более удобны в обращении. С тех пор реактивы Гриньяра, т.е. растворы RMgX в эфирных раствори­телях, получили очень широкое применение для синтеза разнообраз­ных спиртов, углеводородов, галогенпроизводных, металлоорганических соединений и т.д.

19.2.1. Строение реактивов Гриньяра

Магнийорганические соединения RMgX в твердом виде образуют бесцветные кристаллы, содержащие две молекулы растворителя (S). Четыре лиганда образуют тетраэдр (ХVI). Если удалить одну из молекул растворителя, то образуются димеры (ХVII), в которых два ато­ма галогена являются мостиками между двумя атомами магния.

Уже в самом начале исследования магнийорганических соедине­ний было установлено, что реактивы Гриньяра нельзя рассматривать просто как растворы мономерных алкилмагнийгалогенидов в эфире. На самом деле растворы RMgX содержат множество различных частиц, включая димеры, ионы, симметричные соединения R₂Mg и неорганические соли. Взаимопревращение всех этих частиц называется равновесием Шленка. Примерная схема взаимопревращений приведена ниже. Следует иметь в виду, что для упрощения схемы на ней не показаны молекул растворителя (эфира), участвующие в координации с атомом магния (см. ХVI и ХVII).

Концентрации разных частиц, присутствующих в растворе, зави­сят от природы R и X, растворителя, концентрации и температуры. При низких температурах и особенно в присутствии сильных оснований Льюиса (например, ТМЭДА) скорости перехода одной частицы в другую понижаются, и методом ЯМР высокого разрешения можно иден­тифицировать частицы различного строения. Алкилмагнийхлориды в зфире склонны существовать в виде димеров, тогда как бромиды и иoдиды в низких концентрациях в основном мономерны, т.е. имеют структуру ХVI. Концентрации ионных частиц обычно очень низки. В ассоциированных частицах роль мостиков могут играть не только атомы галогена, но и алкильные группы.

Несмотря на то, что в растворе реактивы Гриньяра представ­ляют собой сложную смесь различных частиц, никаких трудностей не возникает, если в уравнениях химических реакций обозначать их упрощенной формулой "RMgX".

19.2.2. Методы получения магнийорганических соединений

Реактивы Гриньяра почти всегда получают одним методом - реакцией между магнием и гaлогеноорганическим соединением (реакция 19.1).