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武兹反应

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武兹反应(英语:Wurtz reaction),是以法国化学家查尔斯-阿道夫·武尔茨为名。这是一种与有机化学有机金属化学与最近的无机主族元素聚合物相关的偶联反应,即利用两种卤代烃与反应产生新的 C-C 键,以合成更长的碳链:

另外其他的金属被发现也能参与反应,比如。由催化或者是氯化铜催化.[1] 与卤代芳香烃合成相关的反应则称为武兹-费提希反应

机理

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参与反应的自由基为R•。

钠的一个电子转移到卤素,产生一个卤化钠和一个烷基。

R-X + Na → R• + Na+X

烷基从另一个钠原子接受一个电子变成带负电的烷基阴离子,而钠则形成阳离子。

R• + Na → RNa+

最后,烷基阴离子在SN2反应中取代卤素,形成一个新的 C-C 共价键。

RNa+ + R-X → R-R + Na+X

范例

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碘甲烷氯乙烷与钠金属粉末放置于无水醚中反应。反应后的烷烃的碳链会比反应前加倍,例如碘甲烷形成乙烷,氯乙烷形成正丁烷

反应使用的溶剂,包括上述的例子,都必需是无水的,因为烷基阴离子是碱性的(烷基质子的pKa是48–50),因此,他们会倾向将水去质子化形成氢氧离子(OH),而产生醇,如此会降低预期烷烃的产出量。

因为很多限制(如下),这个反应非常少的用于合成, 尤其是当合成的目标烷烃在天然来源很容易获得的时候。比如说原油,或是很多能够从脂肪酸来转化过来的条件。 然而,Wurtz偶连在关很多小分子环的时候相当有用,特别是三元环。 比如二环丁烷就是通过1-溴-3-氯环丁烷和钠来合成的,并且可以得到95%的高收率。

限制

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武兹反应只限制于对称烷烃的合成。如果将两种不同的卤烷放在一起反应,结果将会产生两种不同的烷链,并混合在一起,通常将它们分离出来是很难的。当反应包含自由基时,副反应也会产生烯烃。当卤烷与卤素相连的碳原子取代太多,这个副反应便显得很重要。这是因为在第二阶段中SN2反应所需的能量会变的很高,所以这个消除反应更容易发生。

科里-豪斯合成在烷烃合成反应中具有可选择路径(alternative route),因此排除了武兹反应的一些限制。

其他

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武兹反应还导致了另一个极有用的试剂的发明,即格林纳试剂。法国人巴比尔指导研究生格林尼亚研究用镁来代替钠做武兹反应,结果反应没有成功,却导致了格林纳试剂的发明。

参考文献

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  1. ^ March Advanced Organic Chemistry 5th edition p.535