Organometalliyhdisteet

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 27.7.2020 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 5 muokkausta .

Organometalliset yhdisteet (MOS) ovat orgaanisia yhdisteitä, joiden molekyyleissä on sidos metalliatomin ja hiiliatomin /-atomien välillä .

Organometallisten yhdisteiden tyypit

Sidosten luonteen mukaan ne jaetaan kahteen tyyppiin: 1) σ-sidoksella (esimerkiksi (CH 3 ) 3 Al, C 2 H 5 MgI, C 4 H 9 Li) ja 2) π -sidoksella. sidos (esimerkiksi ferroseeni ja bis-π-allyylinikkeli). Ensimmäisen tyypin yhdisteet muodostavat pääasiassa ei-siirtymämetalleja, kun taas toisen tyypin yhdisteet muodostavat siirtymämetalleja. Tunnetaan täydellisiä MOC-yhdisteitä, jotka sisältävät vain hiili-metalli-sidoksia, ja siirtymävaiheen sidoksia, jotka sisältävät myös metalli-heteroatomi-sidoksen (yleensä halogeeni). Metalliorgaanisia yhdisteitä käytetään laajalti moniin erilaisiin synteeseihin ja eri teollisuudenaloilla.

Ensimmäisen tyypin MOS:ssa metalli-hiilisidosten polaarisuus ja reaktiivisuus heterolyyttisissä reaktioissa vähenee siirtymisen myötä ylhäältä alas jaksollisen järjestelmän IIb- ja III-ryhmien yhdisteille ja kasvaa yhdisteille I, IIa, IV ja V ryhmät. Lämpöstabiilisuus heikkenee ylhäältä alas ryhmien III ja IV yhdisteille sekä siirtyessä aromaattisista yhdisteistä alifaattisiin yhdisteisiin. Kemiallisiin transformaatioihin (reaktiot happojen, halogeenien, muiden metallien suolojen kanssa, lisäys moninkertaisilla sidoksilla, disproportsio , anionin kaltaisten jäännösten vaihto) liittyy yleensä M-C-sidoksen katkeaminen ja vähäisemmässä määrin metalli-heteroatomi -sidokset.

Toisen tyypin MOS:ien päätyyppi ovat π-kompleksit - siirtymämetalliyhdisteet, jotka sisältävät pi-sidottuja orgaanisia ligandeja - olefiininen, asetyleeninen, allyyli, syklopentadienyyli, karboraani. Sidosten luonteesta johtuen siirtymämetallien karbonyyli-, isonitriili-, syanidi- ja karbeenijohdannaiset liittyvät niihin. Tällaisissa MOC:issa metalli-orgaaninen ligandisidos syntyy täytetyn ligandiorbitaalien vuorovaikutuksen seurauksena vapaiden metalliorbitaalien kanssa (luovuttaja-akseptorikomponentti) ja seurauksena elektronien takaisinsyötöstä metalliorbitaaleista alimmille vapaille ligandiorbitaaleille. (datiivikomponentti). Komplekseissa metalli voi olla vuorovaikutuksessa pi-elektronijärjestelmän kaikkien hiiliatomien tai vain joidenkin niistä kanssa. Useimpien pi-kompleksien stoikiometria noudattaa efektiivisen atomiluvun sääntöä: metalliatomin tai -ionin elektronien ja ligandin sille toimittamien elektronien summan tulee olla yhtä suuri kuin lähimmän inertin kaasuatomin elektronien lukumäärä. Pi-kompleksien MOC:iden kemialliset ominaisuudet riippuvat pääasiassa ligandin luonteesta ja vähemmässä määrin keskusmetalliatomin luonteesta. Näiden MO:iden reaktiot ovat mahdollisia sekä metalli-ligandisidoksen osittaisella tai täydellisellä säilymisellä että sen katkeamisella.

Tunnetuimpia ovat Grignard - reagenssit , joita käytetään tuomaan hiilivetyradikaaleja molekyylien eri osiin. Orgaanisia litiumyhdisteitä käytetään usein. Organometallisia yhdisteitä ovat Ziegler-Natta-katalyytit ((C 2 H 5 ) 3 Al ja TiCl 4 ), joita käytetään teollisuudessa polyeteenin valmistukseen. Tetraetyylilyijy , bensiinien nakutusta estävä lisäaine , on merkittävä haitallisen lyijypäästön lähde moottoriteillä. Luonnollisia MOS-aineita ovat B 12 - vitamiini , klorofylli sekä punasoluissa olevat hapen kantajat hemoglobiini ja hemosyaniini .

Tapoja saada

1) alkyyli- tai aryylihalogenideista:

{\mathsf {CH_{3}Br+2Li\rightarrow CH_{3}Li+LiBr))

{\mathsf {CH_{3}Br+Mg\rightarrow CH_{3}MgBr))

2) metallisuolojen reaktio litiumin, magnesiumin ja alumiinin MOS:n kanssa. Tätä prosessia kutsutaan joskus uudelleenmetallisoinniksi. Prosessin liikkeellepaneva voima on halu muodostaa sähköpositiivisemman metallin ioninen suola.

{\displaystyle {\mathsf {2CH_{3}MgBr+HgBr_{2}\rightarrow (CH_{3})_{2}Hg+2MgBr_{2))))

{\displaystyle {\mathsf {PhMgBr+CuBr\rightarrow PhCu+MgBr_{2))))

3) MOS:n reaktio hiilivetyjen, metallien tai muiden MOS:ien kanssa

{\mathsf {(CH_{3})_{2}Hg+2Na\rightarrow 2CH_{3}Na+Hg))

{\displaystyle {\mathsf {CH_{3}MgBr+CH_{3}C\equiv CCH_{3}\rightarrow CH_{3}C\equiv CMgBr+CH_{4))))

{\mathsf {2CH_{3}Li+CuI\rightarrow (CH_{3})_{2}CuLi+LiI))

{\mathsf {RR'NCH_{2}SnBu_{3}+BuLi\rightarrow RR'NCH_{2}Li+Bu_{4}Sn))

4) vähemmän aktiivisten metallien johdannaisia saadaan saattamalla niiden metalliseokset reagoimaan natriumin kanssa alkyylihalogenidien kanssa:

{\mathsf {4C_{2}H_{5}Br+4Na/Pb\rightarrow (C_{2}H_{5})_{4}Pb+4NaBr))

{\mathsf {2CH_{3}Br+2Na/Hg\nuoli oikealle (CH_{3})_{2}Hg+2NaBr))

5) yhdisteiden metallointi, joissa on liikkuva vetyatomi.

{\mathsf {(CH_{3})_{3}CH+[Cu(NH_{3})_{2}]OH\nuoli oikealle (CH_{3})_{3}CCu+2NH_{3} +H_{2}O}}

6) metallisuolojen ja -hydridien lisääminen orgaanisiin yhdisteisiin, jotka sisältävät C=C-monisidoksia

7) metallijauheiden vaikutus vastaavien metallien kaksoisdiatsoniumsuoloihin.

Rakennus

MOS on jaettu C-Metal-liitäntätyypin mukaan

1. Ionisidoksella : CH3 - Na +

2. Kovalenttisella polaarisella sidoksella : Grignard-reagenssit, organolitiumyhdisteet

3. Kovalenttisella ei-polaarisella sidoksella : Useimpien metallien MOS, tunnetuimmat yhdisteet ovat Zn , Cu , Hg , Sn , Pb .

Sovellus

MOC:illa on laaja valikoima sovelluksia orgaanisessa kemiassa. Organolitium- ja magnesiumyhdisteitä voidaan käyttää vahvoina emäksinä tai reagensseina nukleofiiliseen alkylointiin tai arylointiin.

Katalyysi on toinen MOS: n sovellusalue. Siten teollisuudessa polyeteenin valmistukseen käytetyn Ziegler-Natta - katalyytin koostumus sisältää MOS ( C2H5 ) 3Al .

MOC:ia käytetään useiden elektronisten tuotteiden valmistuksessa. Erittäin puhtaita organometallisia yhdisteitä käytetään monilla eri aloilla, sekä teollisuus- että kulutustavaroissa, lasereiden, aurinkokennojen, LEDien ja matkapuhelimien valmistuksessa.

MOS:ia on viime vuosikymmenen aikana käytetty yhä enemmän kansantaloudessa. Niitä käytetään laajalti orgaanisessa synteesissä aineina, joilla on korkea kemiallinen aktiivisuus. Niitä käytetään sekä katalyytteinä erilaisten polymeerien valmistuksessa. Niitä lisätään moottoripolttoaineisiin nakutusnestoaineina.

MOS:ien joukossa on lääkkeitä, antioksidantteja ja makromolekyyliyhdisteiden stabilointiaineita.

Orgaanisia tinayhdisteitä käytetään laivojen ja vedenalaisten rakenteiden kiinnittymisenestomaaleissa sekä katalyytteinä joidenkin muovien valmistuksessa. Orgaanisia tinayhdisteitä käytetään laajalti polymeerin stabilointiaineina. Alkalimetallien orgaaniset yhdisteet mahdollistavat vitamiinien ja antibioottien syntetisoinnin. Erittäin puhtaita metalleja saadaan organometallisista yhdisteistä.

Orgaanisia elohopeayhdisteitä käytetään puun säilönnässä, metalliorgaanisten yhdisteiden synteesissä, torjunta-aineina, muovimateriaalien, paperimassan ja tekstiilien, kaseiiniliimojen suojaamiseen homeelta. Orgaanisia elohopeayhdisteitä käytettiin aiemmin maataloudessa sienitautien torjunta-aineina, mutta niiden käyttö on monissa maissa kielletty ympäristösyistä, koska orgaaniset elohopeayhdisteet muuttuvat mikro-organismien toimesta vesiliukoiseksi ja myrkylliseksi metyylielohopea-ioniksi CH3Hg+ (japanin Minamata-ympäristökatastrofin aiheuttama). ). Luonnossa tärkeä rooli on B12-vitamiinilla, organokobolttiyhdisteellä, jonka puutos elimistössä johtaa anemiaan.

Organolitiumyhdisteitä käytetään laajalti lääketeollisuudessa erilaisten orgaanisten yhdisteiden saamiseksi.

Orgaanisia booriyhdisteitä käytetään pääasiassa boorihydridien valmistukseen, jotka toimivat raaka-aineena korkeakaloristen polttoaineiden tuotannossa suihkumoottoreille; NaB(C 6 H 5 ) 4 -tyypin kompleksisia yhdisteitä käytetään analyyttisessä kemiassa K, Pb, Cs, NH 4 -ionien saostamiseen .

Berylliumyhdisteitä käytetään enimmäkseen ydinvoimatekniikassa neutronien hidastimena ja heijastimena sekä rakennemateriaalina. Tällä hetkellä tutkitaan mahdollisuuksia käyttää berylliumin organometallisia yhdisteitä hiilivetypolttoaineiden palamislämmön lisäämiseen.

Merkittävää määrää litiumyhdisteitä käytetään sellaisten lasien saamiseksi, joilla on sellaisia ominaisuuksia kuin lisääntynyt kemiallinen stabiilisuus, läpinäkyvyys ultravioletti- ja infrapunasäteilylle sekä valoherkkyys. Litiumyhdisteiden käyttöönotto edistää korkeajänniteposliinin tuotantoa. Ulkomaisten asiantuntijoiden mukaan litiumyhdisteiden mahdollinen käyttöalue on rakettitekniikka. Maininnan arvoinen on LiOH:n käyttö alkaliparistojen lisäaineena, mikä lisää akun kapasiteettia 12 %. Litium-saippuat kyllästävät vettä hylkivät kankaat.

Erityinen paikka organometallisten yhdisteiden joukossa on tetraetyylilyijyllä. Tämän aineen käyttö erittäin tehokkaana nakutusnestoaineena kevyissä moottoripolttoaineissa on johtanut erityisten suurikapasiteettisten tuotantolaitosten luomiseen useisiin maihin.

Mutta organometallisten aineiden käyttöalueita on useita, esimerkiksi mikroelektroniikassa ohutkerrosmetallisten johtavien kerrosten luomiseen sekä puolijohteiden luomiseen. On kehitetty erilaisia metallipitoisia pinnoitteita ja laseja, joilla on suojaavia ominaisuuksia erilaisia säteilytyyppejä vastaan.

Korkean reaktiivisuutensa ansiosta monet organometalliset yhdisteet (erityisesti jaksollisen järjestelmän ensimmäisen ja toisen ryhmän metallien yhdisteet) ovat löytäneet laajan sovelluksen orgaanisessa synteesissä. Metallien lisääminen orgaanisten yhdisteiden koostumukseen laajensi orgaanisen kemian synteettisiä mahdollisuuksia. Joten metalliorgaanisten yhdisteiden kyky olla vuorovaikutuksessa rikin, hapen, halogeenien, seleenin, telluurin kanssa perustuu niiden käyttöön alkoholien, tioalkoholien ja muiden hiilivetyjen johdannaisten valmistukseen.

Teollisuudessa suuri merkitys on katalyyttisillä reaktioilla, joissa organometallisia yhdisteitä ilmaantuu epästabiileina välituotteina (lyhytikäiset välituotteet, jotka muodostuvat kemiallisen reaktion aikana ja reagoivat edelleen reaktiotuotteisiin).

Katso myös

Kirjallisuus

March J. Organic Chemistry. Reaktiot, mekanismit ja rakenne. Osa 3
Chemical Encyclopedia 5 osassa. toim. I. L. Knunyants. 1.vol.
Kerry. Sandberg. Orgaaninen kemia. Reaktiomekanismit. 2 vol.
Elshenbroich K. Organometallinen kemia. — M.: BINOM. Knowledge Lab. - 2011. - ISBN 978-5-9963-0203-1

Orgaanisten yhdisteiden luokat
hiilivedyt	Alkaanit Alkeenit Arenat Alkynes dieenit Sykloalkaanit
Happipitoinen	Alkoholit Eetterit (esterit) Aldehydit Ketonit Keteny karboksyylihapot Esterit (esterit) ortoesterit Hiilihydraatit Rasvat Kinonit Fenolit Enols Hydroksihapot Oksohapot Peroksidit
Typpeä sisältävä	Amiinit Amiinioksidit amidit hydratsidit Hydrazones Osazones Nitroyhdisteet Nitrosoyhdisteet Imines oksiimit Nitronit Nitrolihapot Diatsoyhdisteet Diatsoniumsuolat Nitriilit Isonitriilit orgaaniset atsidit Isosyanaatit Aminohappoja Oravat Peptidit
Rikki	tiolit Sulfidit Sulfoksidit Sulfonit Tioesterit Suola Bunte Ksantaatit disulfidit Sulfonihapot Sulfiinihapot Tioaldehydit Tioketonit Tiokarboksyylihapot Orgaaniset tiosyanaatit Isotiosyanaatit
Fosforia sisältävä	Fosfiinit Fosfonihapot fosfiinihapot Fosfonihapot Nukleiinihappo Nukleotidit
haloorgaaninen	halogeenihiilivetyjä Organofluoriyhdisteet Perfluorihiilivedyt Orgaaniset klooriyhdisteet Bromiorgaaniset yhdisteet Orgaaniset jodiyhdisteet
organopiitä	Silaanit Silazanit Siltilaiset Siloksaanit Silikonit
Organoelementti	orgaaninen germanium organoboori Organotina Orgaaninen lyijy Orgaaninen alumiini Orgaaninen elohopea Muut organometalliset
Muut tärkeät luokat	Sykliset yhdisteet

Orgaaninen kemia
Aromaattinen kovalenttisidos Toiminnallinen ryhmä IUPAC-nimikkeistö orgaaninen yhdiste orgaaninen reaktio orgaaninen synteesi Spektroskopia Stereokemia