Chemia organometaliczna

Związki organometaliczne

Związki metaloorganiczne to związki, w których występują wiązania chemiczne pomiędzy jednym lub większą liczbą atomów metalu i jednym lub większą liczbą atomów węgla grupy organicznej (ligandu organicznego). Mają one przedrostek "organo-" (na przykład związki organopalladu). Związki metaloorganiczne obejmują podgrupy takie jak metaloproteiny, takie jak hemoglobina.

Termin "metaloorganika" odnosi się zazwyczaj do związków zawierających metale, w których brak jest bezpośrednich wiązań metal-węgiel, ale które zawierają ligandy organiczne wiążące je ze związkami organicznymi. Do tej klasy należą beta-diketoniany metali, alkoksydy i dialkiloamidy.

Oprócz tradycyjnych metali, pierwiastki takie jak bor, krzem, arsen i selen tworzą związki metaloorganiczne.

Związki koordynacyjne z ligandami organicznymi

Wiele kompleksów posiada wiązania koordynacyjne pomiędzy metalem a ligandami organicznymi. Ligandy organiczne często wiążą metal poprzez heteroatom, taki jak tlen lub azot, w tym przypadku takie związki nazywane są "związkami koordynacyjnymi".

W przyrodzie występuje wiele organicznych związków koordynacyjnych. Na przykład, hemoglobina i mioglobina zawierają centrum żelaza skoordynowane z atomami azotu pierścienia porfirynowego; magnez jest centrum pierścienia chlorowego w chlorofilu. Dziedzina zajmująca się takimi związkami nieorganicznymi znana jest jako chemia bioorganiczna. Jednak metylokobalamina (forma witaminy B12), z wiązaniem kobaltowo-metylowym, jest prawdziwym kompleksem metaloorganicznym, jednym z niewielu znanych w biologii.

Struktura i właściwości

Wiązanie metal-węgiel w związkach metaloorganicznych jest w połowie drogi między jonowym a kowalencyjnym. Związki metaloorganiczne z wiązaniami, które mają charakter pomiędzy jonowym a kowalencyjnym są bardzo ważne w przemyśle. Są one zarówno stosunkowo stabilne w roztworach, jak i wystarczająco jonowe, aby ulegać reakcjom. Dwie ważne klasy to organolit i odczynniki Grignarda.

Fe (czerwony) metal wiąże dwa organiczne pierścienie razem. W strukturach pierścieniowych każdy punkt reprezentuje atom węgla. Tak więc ferrocen ma 10 atomów węgla, 5 w pierścieniu powyżej żelaza i 5 w pierścieniu poniżej


Grupa hemowa hemoglobiny

Korzysta z

Organometale znajdują praktyczne zastosowanie w procesach stechiometrycznych i katalitycznych, zwłaszcza w procesach z udziałem tlenku węgla i polimerów alkenopochodnych. Cały światowy polietylen i polipropylen produkowany jest przy użyciu katalizatorów metaloorganicznych. Kwas octowy jest produkowany przy użyciu metalowych katalizatorów karbonylowych w procesach Monsanto i Cativa. Większość syntetycznych alkoholi, przynajmniej tych większych niż etanol, produkuje się poprzez uwodornienie aldehydów otrzymanych w wyniku hydroformylacji. Podobnie, proces Wacker jest stosowany w utlenianiu etylenu do aldehydu octowego.

Organometaliczne są silnie zasadowe i silnie redukujące. Katalizują wiele reakcji polimeryzacji. Są również użyteczne stechiometrycznie.

Związki metaloorganiczne mogą występować w środowisku naturalnym. Ekolodzy martwią się o związki cynoorganiczne ołowiu i cynoorganiczne rtęci. Stanowią one zagrożenie toksyczne.

Obecnie prowadzone są badania z wykorzystaniem katalizy metaloorganicznej. Kryzys energetyczny zapoczątkował wzrost zainteresowania bardziej efektywnymi sposobami pracy z pozostałymi nam paliwami kopalnymi. Wiele osób zgadza się, że zmniejszenie zależności od ropy naftowej jest bezpieczniejsze dla środowiska, a także rozsądne z politycznego punktu widzenia. Nowe zainteresowanie "zielonymi" technologiami również przyczyniło się do wzrostu badań. Wiele przykładów badań nad metalami organicznymi można znaleźć w przemyśle petrochemicznym i farmaceutycznym. Niektóre z obecnych metod produkcji chemicznej są nieekonomiczne i produkują toksyczne odpady, podczas gdy wiele katalizatorów metaloorganicznych obiecuje zmienić ten stan rzeczy.

Historia

Louis Claude Cadet zsyntetyzował związki metyloarsenowe spokrewnione z kakodylem. William Christopher Zeise stworzył kompleks platynowo-etylenowy. Edward Frankland odkrył cynk dimetylowy. Ludwig Mond odkrył Ni(CO)₄. Victor Grignard pracował nad związkami organomagnezu. Obfite i różnorodne produkty z węgla i ropy naftowej doprowadziły do katalizy Zieglera-Natty, Fischera-Tropscha, hydroformylacji, które wykorzystują CO, _H2 i alkeny jako substraty i ligandy.

Lata temu Tetraetyloołów był dodawany do benzyny jako środek przeciwstukowy. Ponieważ ołów jest toksyczny, nie jest on już stosowany w benzynie. Zamiast niego do benzyny dodaje się obecnie inne związki metaloorganiczne, takie jak ferrocen i trikarbonylek metylocyklopentadienylu manganu (MMT), które zapobiegają spalaniu stukowemu.

Nagrody Nobla dla Ernsta Fischera i Geoffreya Wilkinsona za prace nad metalocenami w 1973 r. spopularyzowały chemię metaloorganiczną. W 2005 r. Yves Chauvin, Robert H. Grubbs i Richard R. Schrock otrzymali wspólnie Nagrodę Nobla za metatezę olefin katalizowaną metalami.

Oś czasu chemii organometalicznej

• 1760 Louis Claude Cadet de Gassicourt bada atramenty na bazie soli kobaltu i izoluje Cacodyl z minerału kobaltu zawierającego arsen.
• 1827 Sól Zeise'a jest pierwszym kompleksem platyna/olefina
• 1848 Edward Frankland odkrywa diethylzinc
• 1863 Charles Friedel i James Crafts przygotowują organochlorosilany
• 1890 Ludwig Mond odkrywa karbonyl niklu
• 1899 Wprowadzenie reakcji Grignarda
• 1900 Paul Sabatier pracuje nad uwodornieniem związków organicznych za pomocą katalizatorów metalowych. Uwodornienie tłuszczów zapoczątkowuje postęp w przemyśle spożywczym, patrz margaryna
• 1909 Paul Ehrlich wprowadza Salvarsan do leczenia kiły, wczesny związek metaloorganiczny na bazie arsenu.
• 1912 Nagroda Nobla Victor Grignard i Paul Sabatier
• 1930 Henry Gilman pracuje nad miedzianami litu, patrz odczynnik Gilmana
• 1951 Odkryty zostaje ferrocen
• 1963 Nagroda Nobla dla Karla Zieglera i Giulio Natty za katalizator Ziegler-Natta
• 1965 Odkrycie trikarbonylku cyklobutadienu z żelazem
• 1968 Reakcja Hecka
• 1973 Nagroda Nobla Geoffrey Wilkinson i Ernst Otto Fischer za związki kanapkowe
• 1981 Nagroda Nobla dla Roalda Hoffmanna i Kenichi Fukui za zasadę izolobalną
• 2005 Nagroda Nobla Yves Chauvin, Robert Grubbs i Richard R. Schrock za metatezę alkenów katalizowaną metalami
• 2010 Nagroda Nobla Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki za prace nad katalizowanymi palladem reakcjami sprzęgania w syntezie organicznej.

Powiązane strony

• Chelatacja