109-72-8 / 常用有機金屬試劑—正丁基鋰

【英文名稱】n-Butyllithium
【分子式】C4H9Li
【分子量】 64.05
【 CA 登錄號】109-72-8
【縮寫和別名】正丁基鋰
【物理性質】一般以溶液的形式存在和使用，mp -76° C，d 0.765g/cm3 , 偶極矩 0.97 D 。溶于烴類和醚類溶劑，在醚類溶劑中使用。遇水和其它質子溶劑會發生劇烈反應。
【制備和商品】國際大型試劑公司有銷售。商品試劑為不同溶劑和不同濃度的標準溶液，例如：1.6 mol/L、2.5 mol/L, 10.0 mol/L的正己烷溶液和環己烷溶液，2.0 mol/L的正戊烷溶液，或者1.7 mol/L 正庚烷溶液等。也可以通過氯代正丁烷或溴代正丁烷與金屬鋰在乙醚或烴類溶劑中反應制備。
【注意事項】暴露于空氣或濕氣中易引起著火。一旦著火，應用干粉滅火器撲滅，不可使用含水或氯代烷烴的滅火器。在惰性氣體保護下使用，在通風櫥中操作。

正丁基鋰作為一個強堿，能夠作為含活潑氫底物的鋰化試劑，也能用于鋰、鹵交換反應或鋰-金屬轉移金屬化反應[1]。

與異丁基鋰和叔丁基鋰相比較，正丁基鋰的堿性和反應活性都較低一些，但仍然是含活潑氫底物的有效脫質子試劑。當形成雜原子負離子或碳負離子時，它們能夠被共軛效應所穩定（例如：負離子在sp碳上)。因此，多種含氧、氮、磷的有機底物以及茚、三苯甲烷、乙烯基苯或甲基雜芳環化合物（例如：吡啶、喹啉）等含苯基的底物能夠很容易與正丁基鋰反應形成鋰鹽。丙二烯依據不同的取代基位置及取代烷基空間大小的不同，很容易實現在 C-1 或 C-3 位發生的鋰化反應。在丁基鋰作用下，端炔生成炔基鋰。丙炔基氫也很容易被正丁基鋰奪取，當端炔與兩當量的正丁基鋰反應會在丙炔基和端炔位發生雙鋰化反應(式1)[2]。

在給電子溶劑中（例如：THF或乙醚)，正丁基鋰的金屬化活性要比在普通烴類溶劑中強。這是因為給電子溶劑能夠與缺電子的鋰發生配位，進而促進低階有機鋰的聚集。而在普通烴類溶劑中，正丁基鋰會形成髙階聚集。通常，正丁基鋰都是在配體存在下使用。加入N,N,N,N-四甲基乙二胺（TMEDA)或1,4-二氮雜二環[2.2.2]辛烷(DABCO), 都能活化正丁基鋰進而促進鋰化反應。例如：在這些添加物存在下，原本惰性的苯也能與正丁基鋰作用發生鋰化或多鋰化反應。在活化配體存在下，烯丙基化合物或苯基α-位不含活化基團的芐基苯也能與正丁基鋰反應(式2)[3]。
金屬烷氧化物也可以作為添加劑活化正丁基鋰。例如：使用混合試劑n-BuLi/t-BuOK 能夠實現芳基炔的雙金屬化反應，進而被親電試劑進攻得到鄰位取代的芳基炔化合物（式3)[4]。

含雜原子的化合物與正丁基鋰反應能夠選擇性地得到α-脫質子產物。例如：1,3-二硫化合物能發生兩次α-位鋰化反應，揭示了1,3-二硫化合物作為保護基團的用途（式4)[5]。

在 -78°C 下反應時，α-位脫質子過程要比分子中親電中心的親核加成反應快，這是控制正丁基鋰反應的一條重要策略。例如：先控制較低溫度發生鋰化反應，然后升溫發生對新形成 C-Li 鍵的分子內親核加成反應(式5)[6]。

當底物含有能與 Li 配位的雜原子時，雜原子鄰位的氫很容易被脫除發生鋰化反應，這是因為形成了 “偶極穩定”的碳負離子。例如：在-78 °C，2-烯基-N,N-二烷基氨基甲酸酯在正丁基鋰/TMEDA 的作用下發生快速的α-脫質子反應。得到的偶極穩定的碳負離子再與酮或醛作用，可以高度立體選擇性地形成γ-羥基烷基烯醇醚（式6)[7]。

含雜原子取代基的芳香化合物與正丁基鋰作用，可以選擇性地發生鄰位鋰化反應。例如：NR2、CH2NR2、CH2CH2NR2、OMe、C=NR、SO2NR2等基團都能促使芳香環上的鄰位鋰化反應，這種鄰位鋰化反應在合成上具有非常重要的用途（式7)[8]。

正丁基鋰的另一類重要反應是與鹵代有機底物發生鋰-鹵交換反應。在有機合成中，這是一種獲得有機鋰化合物的重要方法，特別是對芳基鋰、乙烯基鋰和環丙基鋰的合成非常有用。與鹵素取代基發生交換反應的活性按I>Br>Cl>F次序遞減，含氟取代基的芳香烴基本上不能夠與正丁基鋰發生反應（式8)[9]。但是，碘化物很容易與正丁基鋰作用發生鋰-鹵交換,進而與醛或酮等親電試劑反應得到加成產物（式9)。

除了鋰-鹵交換反應外，正丁基鋰還很容易與其它含錫、硒、碲或汞的有機金屬試劑發生作用，發生轉移金屬化反應。通常，這類反應在低溫和醚類溶劑中進行。其中，錫-鋰交換反應在合成上最為重要，可用于合成芳基和乙烯基鋰化合物（式10和式11)[10,11]。

包括芐基、乙烯基、炔基和烷氧基鋰在內的許多有機鋰試劑也可以通過Li-Te交換反應來制備（式12)[12]。

正丁基鋰也經常用于碳負離子重排反應。在正丁基鋰作用下，烯丙基醚或丙炔基醚發生 2,3-Wittig 重排。該反應通常先在低溫下通過α-脫質子反應或 Li-Sn 交換反應得到碳負離子，然后再升溫發生分子內重排（式13 和式14)[13,14]。

參考文獻
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本文摘自---現代有機合成試劑