格氏試劑

格氏試劑，又稱格林納試劑，是指烴基鹵化鎂（R-MgX）一類有機金屬化合物，是一種很好的親核試劑。在有機合成和有機金屬化學中有重要用途。此類化合物的發現者法國化學家維克多·格林尼亞（François Auguste Victor Grignard）因此而獲得1912年諾貝爾化學獎。^[1][2]

製備

格氏試劑一般由鹵烷與金屬鎂（為了增大表面積，一般為細絲或粉末）在無水乙醚或四氫呋喃（THF）中反應製得。在乙醚中，格氏試劑形成有兩個分子乙醚構成的錯合物。乙醚可用100℃加熱後減壓蒸餾的方式除去，得到的格氏試劑可溶於石油醚、苯、或二甲苯溶劑中使用。高溫合成時可用丁醚或戊醚代替乙醚。在四氫呋喃中，由於氧更顯露，更容易形成錯合物，許多不活潑的鹵代烴也可發生反應。由於格氏試劑極為活潑，遇水即水解，遇羰基化合物即加成，因此在反應時，反應器皿中不能有水，也不能有二氧化碳。在封閉狀態下格氏試劑溶液很穩定，可以製成商品出售。

由於碘代烷價格較高，一般用溴代烷合成。但由於氯、溴甲烷均為氣體，使用不便，一般使用碘甲烷合成碘化甲基鎂（CH₃MgI）。乙烯型鹵代烴要在四氫呋喃中方能形成格氏試劑。而氯代芳烴的形成除THF外，還須控制溫度與壓力。烯丙型及苯甲基型格氏試劑，合成後會與尚未反應的鹵代烴發生偶合，因而需要嚴格控制溫度。

格氏試劑的製備如果較難引發，可以加一小粒碘引發，碘切不可加多，否則會有較多副產物出現。

理論

由於鎂原子直接和碳鏈相連，極化作用的結果是使鄰近鎂原子的那個碳原子呈負電性，使得這根C-Mg鍵極具反應活性。為了保證格氏試劑不發生其他反應，反應一般在醚類溶劑里進行，常用的有乙醚或四氫呋喃。格氏試劑實現了由碳正向碳負的轉化，具有重要的意義。

反應

格式試劑在有機合成中能起三種不同的功能。 一個是親核試劑，這是最常見的功能；第二是作為鹼使用，普通烷基鹵化鎂能產生相當於pka30左右的鹼性，常常作為一種易得的強鹼使用，常作為烯胺拔氫用鹼；第三個功能是作為還原劑，這個功能的存在會造成副反應增多，產率下降（指在羰基加成反應裡）。

與具有極性的雙鍵反應

格氏試劑可與具有極性的雙鍵發生加成。如格氏試劑與羰基發生加成常用於接長碳鏈或合成醇類化合物，是有機合成的重要反應。它是通過與羰基化合物（醛、酮、酯）進行親核加成反應實現的，這種反應又稱做格林尼亞反應。以丙酮的格林尼亞反應為例，機理如下：

選擇不同的反應物可以得到不同的醇，如：

注意氧原子連的鎂鹵基團只有經水解才能脫去。

實際上，研發這種試劑的初衷是找一種通過取代反應接長碳鏈的物質，然而反應速度很慢。後來它在加成反應上的作用被發現，它才被廣泛使用。

格氏試劑也可與RC≡N等發生加成：

R'C≡N + RMgX → R'(C=N)R

與活潑氫的反應

格氏試劑與活潑氫的反應是製備烷烴的方法之一^[3]：

RMgX + H₂O → RH + Mg(OH)X

RMgX + R'OH → RH + R'OMgX

RMgX + R'COOH → RH + R'COOMgX

RMgX + NH₃ → RH + NH₂MgX

RMgX + R'NH₂ → RH + R'NHMgX

RMgX + R'C≡CH → RH + R'C≡CMgX

與鹵代烴作用

格氏試劑與鹵烷作用可發生偶合作用生成烴：

H₂C=CH–CH₂Cl + H₂C=CH–CH₂MgCl → H₂C=CH–CH₂–CH₂–CH=CH₂ + MgCl₂

這是合成末端烯烴的一種方法。

與金屬鹵化物反應

格氏試劑的烴基可取代部分金屬鹵化物的鹵原子，生成其它有機金屬化合物：

CdCl₂ + 2RMgX → R₂Cd + 2MgClX

AlCl₃ + 3RMgX → R₃Al + 3MgClX

有機鎘化物可用於合成酮，烷基鋁是烯烴加氫聚合的催化劑之一。

其他反應

格氏試劑可以和硫、硒、碲反應：^[4]

RMgX + S（或Se、Te） → RSMgX

實驗：製作格氏試劑並與羰基化合物反應

• 
  將鎂屑置於燒瓶之中
• 
  加入四氫呋喃以及少量碘單質
• 
  在加熱過程之中滴加溴代烷烴溶液
• 
  滴加完成之後，持續加熱一會
• 
  格氏試劑製備完成，燒瓶之中仍剩下少量未反應的鎂屑
• 
  在加入羰基化合物之前，將製備好的格氏試劑降溫到0℃；由於降溫格氏試劑沉澱析出，溶液呈現懸浮狀
• 
  將羰基化合物加入到格氏試劑之中
• 
  將溶液回升到室溫，反應結束

參考資料

1. Smith, M. B.; March, J. Advanced Organic Chemistry, 5th ed.; John-Wiley & Sons: New York, 2001. ISBN 0-471-58589-0 - グリニャール試薬を用いた反応を網羅している。
2. Kürti, L.; Czakó, B. Storategic Applications of Named Reactions in Organic Chemistry; Elsevier: Amsterdam, 2005; pp 188–189. ISBN 0-12-429785-4 - グリニャール反応に関する論文など38の參考文獻が記載されている。
3. 《有機化學》第二版.高等教育出版社. 谷亨傑 吳泳 丁金昌 編.2000年7月第2版. 第七章 鹵代烴 親核取代反應. P₁₈₀
4. 宋禮成, 王佰全. 金屬有機化學原理及應用. 高等教育出版社，2012.10. pp 108