叔丁基锂

叔丁基锂是一种实验室常用的有机锂试剂，化学性质与正丁基锂相似，但活性更高。溶于戊烷、乙醚、四氢呋喃和二甘醇二甲醚等。对热稳定，在100℃加热20小时也很少分解。市场上销售的叔丁基锂商品通常是通常以1.3M戊烷溶液形式包装。实验室由叔丁基氯(含叔丁醇)与含钠的锂在正戊烷中回流温度下反应制备叔丁基锂成品。

图1为：叔丁基氯与金属锂反应制备叔丁基锂化学反应方程式
叔丁基锂是有机合成中的超强碱，实验室常用的有机锂试剂碱的活性顺序：叔丁基锂>丁基锂>乙基锂>戊基锂>苯基锂>甲基锂。

叔丁基锂主要用作锂化试剂、卤-锂交换试剂、环化试剂和强碱等，以制备多种类型的有机化合物。例如：

（1）通过卤素一金属交换反应叔丁基锂可用于制备其它有机铿化合物，如芳基铿、三烷基氢化硼锉、乙烯基锉、a一铿烷基苯硫醚、β一铿代烯胺等。实验室用作聚合引发剂和金属化剂等。叔丁基锂相比正丁基锂和异丁基锂而言，具有更强的碱性和金属化活性以及更弱的亲核性，因此能够用于质子酸性更弱的烃类底物的脱质子锂化反应。通常，简单烷烃对于叔丁基锂仍然能保持惰性，但是对于含杂原子的溶剂如THF则会与叔丁基锂发生反应。当底物是含杂原子如氧、氮、硫的化合物时，使用叔丁基锂作脱质子试剂能够获得很高的区域选择性。如乙烯基醚或环醚与叔丁基锂反应是一种简单制备α-锂化乙烯基醚的方法。
（2）叔丁基锂与其它烷基锂试剂类似，叔丁基锂对含杂原子取代基的芳烃化合物的锂化反应同样具有邻位锂化效应。在锂卤交换反应中，叔丁基锂由于其较弱的亲核性，因而相比正丁基锂和异丁基锂具有更大的优势。其中，锂-碘交换反应进行得最为完全、有效，如先在低温下与6-碘-1-己烯作用发生锂-碘交换，然后升温发生高立体选择性和区域选择性的5-外环化反应，进而被亲电试剂进攻得到官能化产物 (式4)[4]。类似的异构反应也可以用来制备多环化合物。

叔丁基锂（tert-Butyllithium）在有机化学届可是“声名赫赫”。一方面是因为其应用广泛，碱性极强，寻常试剂难拔掉的氢原子在叔丁基锂面前都不算什么。另一方面因为这货自带“火焰”特效，遇水遇氧都可剧烈反应迅速燃烧，稍有不慎就能触发实验室事故，让许多有机“搬砖工”闻风丧胆。坊间有句戏言形容叔丁基锂，“看起来只是液体，放出来就是火焰”。如果操作不慎，轻者烧伤，重者可能会失去生命。
叔丁基锂是一种有机金属化合物，化学性质非常活泼，易形成叔丁基碳负离子，这种碳负离子碱性极强（路易斯酸/碱性，指接受/提供质子的能力）。由于其提供电子能力极强，即还原性极强，使得叔丁基锂高度易燃，遇水或遇空气都可以自燃。平时实验中需要非常谨慎地操作，实验也常需要在高纯度的惰性气体环境中进行。

叔丁基锂虽然危险，但是在合成实验中也是非常实用的一类试剂，因此如何安全取用叔丁基锂就显得尤为重要。最近来自丹麦奥胡斯大学的Mogens Hinge团队在美国化学会期刊Org. Process Res. Dev.上发表了如何安全取用叔丁基锂的文章，使用的装置和取用过程如图所示。慢慢倒入加有少量干冰的四氢呋喃中，慢慢加入过量一倍摩尔乙醇，然后加水稀释，最后加稀HCl至溶液变清，倒入落地通风柜内相应的废液桶。
淬灭处理需要考虑的问题：
1）选择合适的淬灭试剂，要充分考虑到产物的稳定性以及后处理的难易程度；
2）如果淬灭过程会大量放热，须在冷却下进行淬灭；
3）不要过分依赖文献，而不对反应进行监控。只有当TLC或其他分析手段显示反应结束，才能对反应进行淬灭；
4）可能的话，后处理应在淬灭后尽快进行。叔丁基锂溶液高度易燃，暴露于空气或湿气时易起火燃烧，储存时必须以干燥氮气保护，使用时也必须非常小心。对叔丁基锂的操作应在无水无氧条件下进行，并穿戴好护目镜、防腐手套等安全装备。一旦着火，应用干粉灭火器扑灭，千万不可使用含水或氯代烷烃的灭火器。叔丁基锂参与的反应必须在隔绝空气和湿气的氮气或氩气保护下进行。由于反应会放热，因此应控制反应在低温下进行。叔丁基锂，分子式C4H9Li，分子量64.06。白色固体。mp 70℃/0.01kPa(升华)。d4 0.652。溶于戊烷、乙醚、四氢呋喃和二甘醇二甲醚等。其化学性质与正丁基锂相似，但较后者更活泼一些(见正丁基锂词条)。一般由叔丁基氯与锂反应制备。以乙醚为溶剂于-35～-40℃反应，产率75%；以戊烷为溶剂于沸腾下反应，产率89%。[1] MARTINB. JOHANSEN. Improved Safety during Transfer of Pyrophoric tert-Butyllithium from Flasks with Protective Seals[J]. Organic Process Research & Development, 2018, 22 7: 903-905. DOI:10.1021/acs.oprd.8b00151.
[2] JOSH H. GOLDEN   Jean M J F  Francis J DiSalvo. Room-Temperature Synthesis of (LiMo3Se3)n and the Determination of the Relative Reduction Potential of tert-Butyllithium[J]. Chemistry of Materials, 1994, 6 6: 844-849. DOI:10.1021/cm00042a024. 
[3] MARK POWER   Gerard P M  Emma Alcock. Organolithium Bases in Flow Chemistry: A Review[J]. Organic Process Research & Development, 2020, 24 10: 1814-1838. DOI:10.1021/acs.oprd.0c00090.
[4] EIICHI NEGISHI   Christophe J R  Douglas R Swanson. Clean and convenient procedure for converting primary alkyl iodides and .alpha.,.omega.-diiodoalkanes into the corresponding alkyllithium derivatives by treatment with tert-butyllithium[J]. Journal of Organic Chemistry, 1990, 55 19: 5406-5409. DOI:10.1021/jo00306a022.
[5] 李典正,混合氯代烷烃活化引发合成叔丁基锂.浙江省,上虞华伦化工有限公司,2016-10-29.
[6] 马世昌主编;杨子超,张力楠,张箭等副主编.化学物质辞典.西安:陕西科学技术出版社.1999.第462页遇水自燃物质其庚烷溶液在空气中自燃; 遇热, 明火易燃; 与水反应自燃库房通风低温干燥; 防水, 防明火干粉