Organometalliska föreningar

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 27 juli 2020; kontroller kräver 5 redigeringar .

Organometalliska föreningar (MOS) är organiska föreningar i vars molekyler det finns en bindning mellan en metallatom och en kolatom / -atomer .

Typer av metallorganiska föreningar

Beroende på bindningens natur är de indelade i 2 typer: 1) med en σ-bindning (till exempel (CH 3 ) 3 Al, C 2 H 5 MgI, C 4 H 9 Li) och 2) med en π bindning (till exempel ferrocen och bis-π-allyl-nickel). Föreningar av den första typen bildar övervägande icke-övergångsmetaller, medan föreningar av den andra typen bildar övergångsmetaller. Kompletta MOC är kända som endast innehåller kol-metallbindningar och övergångsbindningar som också innehåller en metall-heteroatombindning (vanligtvis en halogen). Metallorganiska föreningar används i stor utsträckning för en mängd olika synteser och i olika industrier.

I MOS av den första typen minskar polariteten och reaktiviteten hos metall-kolbindningar i heterolytiska reaktioner med övergången från topp till botten för föreningar av IIb- och III-grupper i det periodiska systemet och ökar för föreningar av I, IIa, IV och V-grupper. Den termiska stabiliteten minskar från topp till botten för föreningar i grupperna III och IV, såväl som i övergången från aromatiska till alifatiska föreningar. Kemiska omvandlingar (reaktioner med syror, halogener, salter av andra metaller, addition genom multipla bindningar, disproportionering , utbyte av anjonliknande rester) åtföljs vanligtvis av brott på M-C-bindningen och, i mindre utsträckning, metall-heteroatombindningar.

Huvudtypen av MOS av den andra typen är π-komplex - övergångsmetallföreningar som innehåller pi-bundna organiska ligander - olefinisk, acetylenisk, allyl, cyklopentadienyl, karboran. Genom bindningens natur gränsar karbonyl-, isonitril-, cyanid- och karbenderivat av övergångsmetaller till dem. I sådana MOC:er uppstår den metallorganiska ligandbindningen som ett resultat av interaktionen av fyllda ligandorbitaler med lediga metallorbitaler (donator-acceptorkomponent) och som ett resultat av återmatning av elektroner från metallorbitaler till de lägsta lediga ligandorbitaler. (dativ komponent). I komplex kan en metall interagera med alla kolatomer i pi-elektronsystemet eller bara med några av dem. Stökiometrin för de flesta pi-komplex följer den effektiva atomnummerregeln: summan av elektronerna i en metallatom eller jon och de elektroner som tillförs den av liganden måste vara lika med antalet elektroner i den närmaste inerta gasatomen. De kemiska egenskaperna hos pi-komplexa MOC beror huvudsakligen på ligandens natur och, i mindre utsträckning, på den centrala metallatomens natur. Reaktionerna av dessa MO är möjliga både med partiell eller fullständig bevarande av metall-ligandbindningen och med dess brott.

De mest kända är Grignard -reagenser , som används för att introducera kolväteradikaler i olika delar av molekyler. Organolitiumföreningar används ofta. Organometalliska föreningar inkluderar Ziegler-Natta-katalysatorer ((C 2 H 5 ) 3 Al och TiCl 4 ) som används inom industrin för att producera polyeten. Tetraetylbly , en anti-knacktillsats för bensin , är en viktig källa till skadlig blyförorening längs motorvägar. Naturliga MOS inkluderar vitamin B 12 , klorofyll , samt syrebärare i erytrocyter hemoglobin och hemocyanin .

Sätt att få

1) från alkyl- eller arylhalider:

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

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

2) reaktionen av metallsalter med MOS av litium, magnesium och aluminium. Denna process kallas ibland för ommetallisering. Drivkraften bakom processen är önskan att bilda ett joniskt salt av en mer elektropositiv metall.

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

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

3) reaktionen av MOS med kolväten, metaller eller andra MOS

{\mathsf {(CH_{3})_{2}Hg+2Na\högerpil 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) derivat av mindre aktiva metaller erhålls genom att reagera deras legeringar med natrium med alkylhalider:

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

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

5) metallering av föreningar med en mobil väteatom.

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

6) tillsats av metallsalter och hydrider till organiska föreningar innehållande C=C multipelbindningar

7) verkan av metallpulver på dubbla diazoniumsalter av motsvarande metaller.

Byggnad

MOS är indelade efter vilken typ av C-Metal anslutning till

1. Med en jonbindning : CH 3 - Na +

2. Med en kovalent polär bindning : Grignard-reagenser, organolitiumföreningar

3. Med en kovalent icke-polär bindning : MOS för de flesta metaller, de mest kända föreningarna är Zn , Cu , Hg , Sn , Pb .

Applikation

MOC har ett brett utbud av tillämpningar inom organisk kemi. Organolitium- och magnesiumföreningar kan användas som starka baser eller som reagens för nukleofil alkylering eller arylering.

Katalys är ett annat användningsområde för MOS. Sålunda inkluderar sammansättningen av Ziegler-Natta-katalysatorn som används inom industrin för framställning av polyeten MOS ( C2H5 ) 3Al .

MOC används vid tillverkning av ett antal elektroniska produkter. Högrena metallorganiska föreningar används inom en lång rad olika områden, både industri- och konsumentvaror, vid tillverkning av lasrar, solceller, lysdioder och mobiltelefoner.

MOS under det senaste decenniet har alltmer använts i den nationella ekonomin. De används ofta i organisk syntes som ämnen med hög kemisk aktivitet. De används såväl som katalysatorer för framställning av olika polymerer. De läggs till motorbränslen som anti-knackningsmedel.

Bland MOS finns läkemedel, antioxidanter och stabilisatorer av makromolekylära föreningar.

Tennorganiska föreningar används i antifoulingfärger för fartyg och undervattensstrukturer och som katalysatorer vid tillverkning av vissa plaster. Tennorganiska föreningar används i stor utsträckning som polymerstabilisatorer. Organiska föreningar av alkalimetaller gör det möjligt att syntetisera vitaminer och antibiotika. Metaller med ultrahög renhet erhålls från organometalliska föreningar.

Organiska kvicksilverföreningar används vid konservering av trä, vid syntes av organometalliska föreningar, som bekämpningsmedel, för att skydda plastmaterial, pappersmassa och textilier, kaseinlim från mögel. Organiska kvicksilverföreningar användes tidigare i jordbruket som fungicider, men användningen av dem har förbjudits i många länder av miljöskäl, eftersom de organiska kvicksilverföreningarna omvandlas av mikroorganismer till den vattenlösliga och giftiga metylkvicksilverjonen CH3Hg+ (orsakad av miljökatastrofen Minamata i Japan). ). I naturen spelar vitamin B12 en viktig roll, en organokobaltförening, vars brist i kroppen leder till anemi.

Organolitiumföreningar används i stor utsträckning inom läkemedelsindustrin för att erhålla en mängd olika organiska föreningar.

Organoboronföreningar används huvudsakligen för att erhålla borhydrider, som fungerar som råmaterial för produktion av högkaloribränslen för jetmotorer; komplexa föreningar av NaB(C6H5 ) 4 - typ används i analytisk kemi för utfällning av K, Pb, Cs, NH4 - joner .

Berylliumföreningar används för det mesta inom kärnkraftsteknik som neutronmoderator och reflektor och som strukturmaterial. För närvarande studeras möjligheten att använda organometalliska föreningar av beryllium för att öka förbränningsvärmen av kolvätebränslen.

Ett betydande antal litiumföreningar används för att erhålla glas med sådana egenskaper som ökad kemisk stabilitet, transparens för ultraviolett och infraröd strålning och ljuskänslighet. Införandet av litiumföreningar bidrar till produktionen av högspänningsporslin. Enligt utländska experter är ett möjligt användningsområde för litiumföreningar raketteknik. Värt att nämna är användningen av LiOH som tillsats till alkaliska batterier, vilket ökar batterikapaciteten med 12 %. Litiumtvålar impregnerar vattenavvisande tyger.

En mycket speciell plats bland organometalliska föreningar tillhör tetraetylbly. Användningen av detta ämne som ett mycket effektivt antiknackningsmedel i lätta motorbränslen har lett till skapandet av speciella produktionsanläggningar med hög kapacitet i ett antal länder.

Men det finns ett antal användningsområden för organometalliska ämnen, till exempel i mikroelektronik för att skapa tunna skikt av metalliska ledande skikt, såväl som för att skapa halvledare. Det finns utvecklingar av olika metallhaltiga beläggningar och glas som har skyddande egenskaper mot olika typer av strålning.

På grund av sin höga reaktivitet har många organometalliska föreningar (särskilt föreningar av metaller från den första och andra gruppen av det periodiska systemet) funnit bred tillämpning i organisk syntes. Införandet av metaller i sammansättningen av organiska föreningar utökade de syntetiska möjligheterna för organisk kemi. Så förmågan hos metallorganiska föreningar att interagera med svavel, syre, halogener, selen, tellur är baserad på deras användning för produktion av alkoholer, tioalkoholer och andra derivat av kolväten.

Inom industrin är katalytiska reaktioner av stor betydelse, där metallorganiska föreningar uppstår i form av instabila mellanprodukter (mellanämnen med kort livslängd, som bildas vid en kemisk reaktion och sedan reagerar vidare på reaktionsprodukterna).

Se även

Litteratur

March J. Organisk kemi. Reaktioner, mekanismer och struktur. Volym 3
Chemical Encyclopedia i 5 volymer. ed. I. L. Knunyants. 1.vol.
Kerry. Sandberg. Organisk kemi. Reaktionsmekanismer. 2 vol.
Elshenbroich K. Organometallisk kemi. — M.: BINOM. Kunskapslabb. - 2011. - ISBN 978-5-9963-0203-1

Klasser av organiska föreningar
kolväten	Alkaner Alkenes Arenas Alkyner dienes Cykloalkaner
Syrehaltig	Alkoholer Etrar (estrar) Aldehyder Ketoner Keteny karboxylsyror Estrar (estrar) ortoestrar Kolhydrater Fetter Kinoner Fenoler Enols Hydroxisyror Oxosyror Peroxider
Kvävehaltig	Aminer Aminoxider Amider hydrazider Hydrazoner Osazoner Nitroföreningar Nitrosoföreningar Imines oximer Nitroner Nitrolic syror Diazoföreningar Diazoniumsalter Nitriler isonitriler organiska azider Isocyanater Aminosyror Ekorrar Peptider
Svavel	Thiols Sulfider Sulfoxider Sulfoner Tioestrar Salt Bunte Xanthater disulfider Sulfonsyror Sulfinsyror Tioaldehyder tioketoner Tiokarboxylsyror Organiska tiocyanater Isotiocyanater
Fosforhaltig	Fosfiner Fosfonsyror fosfinsyror Fosfonsyror Nukleinsyra Nukleotider
haloorganiska	halokarboner Organofluorföreningar Perfluorkolväten Organiska klorföreningar Bromorganiska föreningar Organiska jodföreningar
organosilikon	Silaner Silazans Siltians Siloxaner Silikoner
Organoelement	germaniumorganisk organobor Organotin Ekologiskt bly Aluminiumorganisk Ekologiskt kvicksilver Andra organometalliska
Andra viktiga klasser	Cykliska föreningar

Organisk kemi
Aromaticitet kovalent bindning Funktionell grupp IUPAC nomenklatur organisk förening organisk reaktion organisk syntes Spektroskopi Stereokemi