Chimie organometalică

Compuși organometalici

Compușii organometalici sunt compuși care au legături chimice între unul sau mai mulți atomi de metal și unul sau mai mulți atomi de carbon ai unei grupări organil (un ligand organic). Aceștia poartă prefixul "organo-" (de exemplu, compușii de organopaladiu). Compușii organometalici includ subgrupe precum metalo-proteinele, cum ar fi hemoglobina.

Termenul "metalorganice" se referă, de obicei, la compușii care conțin metale fără legături directe metal-carbon, dar care conțin liganzi organici care îi leagă de un compus organic. Beta-dicetonații, alcoxizii și dialchilamidele metalice fac parte din această clasă.

În plus față de metalele tradiționale, elemente precum borul, siliciul, arsenicul și seleniul formează compuși organometalici.

Compuși de coordinare cu liganzi organici

Mulți complecși au legături de coordinare între un metal și liganzi organici. Liganzii organici se leagă adesea de metal printr-un heteroatom, cum ar fi oxigenul sau azotul, caz în care astfel de compuși se numesc "compuși de coordinare".

În natură există mulți compuși organici de coordonare. De exemplu, hemoglobina și mioglobina conțin un centru de fier coordonat cu atomii de azot ai unui inel de porfirină; magneziul este centrul unui inel de clorină în clorofilă. Domeniul acestor compuși anorganici este cunoscut sub numele de chimie bioinorganică. Cu toate acestea, metilcobalamina (o formă a vitaminei B ₁₂), cu o legătură cobalt-metil, este un adevărat complex organometalic, unul dintre puținele cunoscute în biologie.

Structură și proprietăți

Legătura metal-carbon din compușii organometalici se află la jumătatea distanței dintre legătura ionică și cea covalentă. Compușii organometalici cu legături care au un caracter intermediar între ionic și covalent sunt foarte importanți în industrie. Amândoi sunt relativ stabili în soluții, dar suficient de ionici pentru a suferi reacții. Două clase importante sunt reactivii organolitici și reactivii Grignard.

 
Metalul Fe (roșu) leagă două inele organice între ele. În structurile inelare, fiecare punct reprezintă un atom de carbon. Astfel, ferocenul are 10 atomi de carbon, 5 în inelul de deasupra fierului și 5 în inelul de dedesubt.  


Grupa hem a hemoglobinei  

Utilizează

Organometalii au utilizări practice în procesele stoichiometrice și catalitice, în special în procesele care implică monoxidul de carbon și polimerii derivați din alchene. Toată cantitatea de polietilenă și polipropilenă din lume este produsă cu ajutorul catalizatorilor organometalici. Acidul acetic este produs cu ajutorul catalizatorilor carbonilici metalici în procesul Monsanto și în procesul Cativa. Cea mai mare parte a alcoolilor sintetici, cel puțin cei mai mari decât etanolul, sunt produși prin hidrogenarea aldehidelor derivate prin hidroformilare. În mod similar, procedeul Wacker este utilizat în oxidarea etilenei în acetaldehidă.

Organometalicele sunt foarte bazice și foarte reducătoare. Aceștia catalizează multe reacții de polimerizare. Sunt, de asemenea, utile din punct de vedere stoichiometric.

Compușii organometalici pot fi găsiți în mediul înconjurător. Ecologiștii sunt îngrijorați de compușii organo-plumb și organo-mercurieni. Aceștia reprezintă pericole toxice.

În prezent, sunt în curs de desfășurare cercetări care utilizează cataliza organometalică. Criza energetică a generat un interes sporit pentru modalități mai eficiente de a lucra cu combustibilii fosili care ne-au mai rămas. Deși mulți sunt de acord că reducerea dependenței de petrol este mai sigură pentru mediu, precum și înțeleaptă din punct de vedere politic. Noul interes pentru tehnologiile "verzi" a contribuit, de asemenea, la creșterea cercetării. Multe exemple de cercetare organometalică pot fi găsite în industriile petrochimică și farmaceutică. Unele metode actuale de producție chimică sunt risipitoare și produc deșeuri toxice, în timp ce mulți catalizatori organometalici par să promită să schimbe această situație.

 

Istoric

Louis Claude Cadet a sintetizat compuși de metil arsenic înrudiți cu cacodilul. William Christopher Zeise a realizat complexul platină-etilenă. Edward Frankland a descoperit dimetil-zinc. Ludwig Mond a descoperit Ni(CO)₄ . Victor Grignard a lucrat cu compuși de organomagneziu. Produsele abundente și diverse din cărbune și petrol au condus la Ziegler-Natta, Fischer-Tropsch, cataliză de hidroformilare care utilizează CO, H₂ , și alchene ca materii prime și liganzi.

Cu ani în urmă, tetraetilplumbul a fost adăugat în benzină ca agent antidetonant. Deoarece plumbul este toxic, acesta nu mai este utilizat în benzină. În schimb, alți compuși organometalici, cum ar fi ferocenul și tricarbonilul de metilciclopentadienil mangan (MMT), sunt acum adăugați în benzină pentru a preveni baterea.

Premiile Nobel din 1973, acordate lui Ernst Fischer și Geoffrey Wilkinson pentru lucrări asupra metalocenilor, au făcut ca chimia organometalică să devină mai populară. În 2005, Yves Chauvin, Robert H. Grubbs și Richard R. Schrock au împărțit Premiul Nobel pentru metateza olefinelor catalizată de metale.

Chimia organometalică cronologie

• 1760 Louis Claude Cadet de Gassicourt cercetează cernelurile pe bază de săruri de cobalt și izolează Cacodyl dintr-un mineral de cobalt care conține arsenic.
• 1827 Sarea lui Zeise este primul complex platină / olefină
• 1848 Edward Frankland descoperă dietilzincul
• 1863 Charles Friedel și James Crafts prepară organoclorosilani
• 1890 Ludwig Mond descoperă carbonilul de nichel
• 1899 Introducerea reacției Grignard
• 1900 Paul Sabatier lucrează la hidrogenarea compușilor organici cu ajutorul catalizatorilor metalici. Hidrogenarea grăsimilor dă startul progreselor în industria alimentară, vezi margarina.
• 1909 Paul Ehrlich introduce Salvarsan pentru tratamentul sifilisului, un compus organometalic timpuriu pe bază de arsenic.
• 1912 Premiul Nobel Victor Grignard și Paul Sabatier
• 1930 Henry Gilman lucrează la cuprații de litiu, vezi reactivul Gilman
• 1951 Descoperirea ferocenului
• 1963 Premiul Nobel pentru Karl Ziegler și Giulio Natta pentru catalizatorul Ziegler-Natta
• 1965 Descoperirea tricarbonilului de ciclobutadienefironic
• 1968 Reacția Heck
• 1973 Premiul Nobel Geoffrey Wilkinson și Ernst Otto Fischer pentru compuși sandwich
• 1981 Premiul Nobel Roald Hoffmann și Kenichi Fukui pentru principiul izolobal
• Premiul Nobel 2005 Yves Chauvin, Robert Grubbs și Richard R. Schrock pentru metateza alchenelor catalizată de metale
• Premiul Nobel 2010 Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki pentru activitatea lor în domeniul reacțiilor de cuplare catalizate cu paladiu în sinteza organică.

 

Pagini conexe

• Chelare