有机铜化合物

含有碳与铜键结的化学键

有机铜化合物,是含有碳与铜键结的 化学键 。有机铜 化学 是一门描述有机铜化合物相关的物理特性、合成以及反应的学科。在有机化学中它们通常为反应物。

历史简介

在1859年由Rudolf Christian Böttger合成出第一个有机铜化合物,是有爆炸性的 乙炔亚铜 ,借由将乙炔气体过入 氯化铜 溶液中得之。

1936年Henry Gilman制备 甲基 铜。1941年时,Kharash发现在有铜(I)的反应下,格氏试剂(Grignard reagents)与 环己烯酮 会产生1,4-加成反应,而不是1,2-加成反应。1952年Gilman研究出第一个二甲基铜(dialkylcuprates)。1960年代,建立了 烯烃 和CO与铜(I) 配位化合物 。

化合物性质

有机铜化合物对氧和水具有很好的反应,会形成铜(I) 氧化物 ,但对热稳定性差。因为大多的 铜氧化物 是盐,大多不溶于非极性溶液。尽管有这些困难,有机铜试剂在没有分离的情况下,还是经常地生成和消耗。在有机化学中,有机铜试剂常与 基化试剂一起使用,因为它们的官能基团耐受性比格里纳试剂和有机锂试剂还好。铜的电负度比第12族元素(锌)还高,暗示著与C 配体 较少的亲核性。

铜的氧化态通常是正一价或正二价,而中间产物的氧化态可具有正三价。一价 烷基 铜化合物( )是聚合物,但经过 有机锂化合物 )处理后会形成 铜酸盐 ( )。这些铜酸盐有时被称为 吉尔曼试剂 (Gilman reagents)。有机铜化合物也可通过络合作用(complexation)稳定各种配体如烷基 膦 ( )、 硫醚 ( )和 氰化物 (CN)。

无论是在结晶状态还是在溶液中,皆可形成铜氧化 配位化合物 。 二甲基铜锂 在 乙醚 中,会形成由两个锂原子上的甲基基团形成一个八圆环的聚体。同样地,在固体状态下,二甲基铜锂也会形成二聚体醚合物 。

在1972年由Lappert测定了第一个 晶体结构 为 。因为 三甲基硅基 团提供空间保障,使得这种化合物相对较稳定。它是个四聚体,形成一个八圆环且具有交替的 键。除了这四个铜原子由三中心两电子键做为基础,形成平面的 环。Cu-Cu键长相比为256pm,在铜金属为242pm。在 中形成 的五圆环铜,类似于(2,4,6 - 三 甲基 苯基 )金,而且 为四聚体。用 一氧化碳 铜会形成非典型金属 羰基 。

中间产物

金属有机化学 反应有许多涉及到铜,其反应机制利用三价铜离子的中间产物。例如,在还原消去过程中,Cu(III)被环原成Cu(I)。然而Cu(III)化合物在一般 化学 中很罕见,所以直到现在有机铜(III)的种类也很难以捉摸。2007年,在Cu(III)参与下进行的 吉尔曼试剂 到 烯酮 的共 轭 加成反应,得到了Cu(III)第一个光谱证据。在一个快速注射的核磁共振实验,温度为 时,吉尔曼试剂 (由 碘化锂 进行稳定)被引入到环己烯 (1)来进行铜的检测 - 烯烃 金属 配位化合物 (alkene pi complex )。 (2)在后续实验中,添加 三甲基氰硅烷 (trimethylsilyl 氰化物 )会形成Cu(III)产物。 (3)在该温度下无限期稳定的,还有将温度提高至 会有共轭加成出产物。 (4)根据在硅片实验所述,三价铜离子的中间产物拥有正方形平面的分子几何形状,可跟 基基团产生顺式(cis orientation),相对于 环己烯 基 次甲基 和反平行的次甲基质子。其他 配体 用来进行这项研究测试室温下稳定的Cu(III)化合物,比用 氰基 基团还要多。

根据在硅片实验伴随在Cu(III)的中间体与该氰基的顺方向相对于所述环 己基 甲基 和反平行的次甲基质子的正方形平面的分子几何形状。

化合物之合成

铜的卤化物与有机锂试剂反应形成有机铜化合物。 苯基铜 (Phenylcopper) 是由苯基锂与铜(I) 溴化物 在 乙醚 中反应制备。 和 的第二当量的反应给予双有机铜锂化合物。卤化铜也与格氏试剂反应。 penta mesitylpentacopper化合物从异亚 丙基 溴化镁 和铜(I) 氯化物 来制备。铜盐添加至 炔烃 的末端,形成铜乙 炔 化物的copper metallocene (η- 环戊二烯 基 三乙基膦 )。在回流装置,铜可透过铜(Ⅱ) 氧化物 与环戊二烯和三 乙基 正戊烷 反应来制备。

化学反应

有机铜反应被归类在同一种反应类型。

取代反应

铜酸盐 与 烷基 卤化物 的 取代反应 可以得到 烷基铜化合物,偶联产物的 和卤化锂 。基于亲核攻击的反应机制,即为烷基卤与Cu(Ⅰ)的氧化加成,之后被提升到形成一个平面Cu(III)的中间体然后被还原消除。亲核攻击是 速率控制步骤 。在对碘为取代机的情况下,单电子转移机制被提出(见图)。

很多亲电子体可产生反应。反应性的顺序大致为下,一开始的反应性最大,如下所示: 酰氯 > >醛> 甲苯 磺酸盐 〜环 氧化物 > 碘化物 > 溴化物 > 氯化物 >酮> > >> 烯烃 。

偶联反应

氧化偶联是铜 乙炔 化在Glaser偶联共轭 炔烃 (在 cyclo octadecanonaene的合成为例),或在卡斯特罗 - 斯蒂芬斯(Castro-Stephens Coupling)耦合 芳基 卤化物的偶联。

还原偶联为芳基卤化物的铜金属的 化学 计量当量,发生在Ullmann反应的偶联反应。在现今的交叉偶联反应称为脱羧偶联,铜(Ⅰ) 催化 量的一个例子置换 羧基 形成arylcopper(ARCU)中间体。同时,将 钯催化剂 的芳基 溴化物 转化成的有机钯中间体( ),并在金属转移的联芳基选自ArPdAr'形成。

氧化还原中性偶联是末端 炔烃 与卤素-炔烃与铜(I)盐中的Cadiot-Chodkiewicz偶联。两种有机铜化合物的热偶联也是可能的。

共轭加成反应

烯酮 的共轭加成已经完成有机铜锂。请注意,如果有使用格氏试剂(如RMgBr)时,与烯酮反应会继续进行,而不是通过1,2 - 加成。 酸盐 向烯酮的1,4 - 加成机制透过亲核性加成在Cu(I)的β-碳的 烯烃 形成Cu(III)的中间体,随后通过还原消除的Cu(I)。在原始报告中描述该反应中, 甲基溴化镁 与 异佛尔酮 的反应与不添加1莫耳百分比的铜(I) 氯化物 。(见图)

不加盐的主要产品是醇 B ( )--由亲核加成到 基,和二烯烃 C ( )--作为脱水反应。用加了盐的主要产品是1,4 - 加和物( )与一些C( )。

1,6 - 加成也是可能的,例如,在商业生产 氟维司群 的一个步骤:

炔烃的加成反应

炔烃的加成反应 是有机铜试剂( )与 乙炔 或末端炔烃的亲核共轭加成,形成alkenylcopper化合物( )。这是炔烃的加成反应的一个特例,也被称为 诺曼特反应 。