Organokovové sloučeniny

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 27. července 2020; kontroly vyžadují 5 úprav .

Organokovové sloučeniny (MOS) jsou organické sloučeniny, v jejichž molekulách existuje vazba mezi atomem kovu a atomem/atomy uhlíku .

Typy organokovových sloučenin

Podle charakteru vazby se dělí na 2 typy: 1) s vazbou σ (například (CH 3 ) 3 Al, C 2 H 5 MgI, C 4 H 9 Li) a 2) s π vazba (například ferrocen a bis -π-allyl-nikl). Sloučeniny prvního typu tvoří převážně nepřechodné kovy, zatímco sloučeniny druhého typu tvoří přechodné kovy. Jsou známy kompletní MOC, které obsahují pouze vazby uhlík-kov a přechodné, které obsahují také vazbu kov-heteroatom (obvykle halogen). Organokovové sloučeniny jsou široce používány pro širokou škálu syntéz a v různých průmyslových odvětvích.

V MOS prvního typu polarita a reaktivita vazeb kov-uhlík v heterolytických reakcích klesá s přechodem shora dolů pro sloučeniny skupin IIb a III periodického systému a zvyšuje se pro sloučeniny I, IIa, IV a V skupiny. Tepelná stabilita klesá shora dolů u sloučenin skupin III a IV, stejně jako při přechodu z aromatických na alifatické sloučeniny. Chemické přeměny (reakce s kyselinami, halogeny, solemi jiných kovů, adice násobnými vazbami, disproporcionace , výměna aniontových zbytků) jsou obvykle doprovázeny porušením vazby M-C a v menší míře i vazeb kov-heteroatom.

Hlavním typem MOS druhého typu jsou π-komplexy - sloučeniny přechodných kovů obsahující pí-vázané organické ligandy - olefinické, acetylenické, allyl, cyklopentadienyl, karboran. Povahou vazby k nim sousedí karbonylové, isonitrilové, kyanidové a karbenové deriváty přechodných kovů. V takových MOC se vazba kov-organický ligand vyskytuje jako výsledek interakce naplněných ligandových orbitalů s prázdnými kovovými orbitaly (donor-akceptorová složka) a jako výsledek zpětného přívodu elektronů z kovových orbitalů do nejnižších volných ligandových orbitalů. (dativní složka). V komplexech může kov interagovat se všemi atomy uhlíku systému pí-elektronů nebo pouze s některými z nich. Stechiometrie většiny pí komplexů se řídí pravidlem efektivního atomového čísla: součet elektronů atomu kovu nebo iontu a elektronů poskytnutých mu ligandem se musí rovnat počtu elektronů v nejbližším atomu inertního plynu. Chemické vlastnosti pí-komplexních MOC závisí především na povaze ligandu a v menší míře na povaze centrálního atomu kovu. Reakce těchto MO jsou možné jak s částečným nebo úplným zachováním vazby kov-ligand, tak s jejím přerušením.

Nejznámější jsou Grignardova činidla , která se používají k zavedení uhlovodíkových radikálů do různých částí molekul. Často se používají organické sloučeniny lithia. Organokovové sloučeniny zahrnují katalyzátory Ziegler-Natta ((C 2 H 5 ) 3 Al a TiCl 4 používané v průmyslu k výrobě polyethylenu. Tetraethyllead , antidetonační přísada do benzínů , je hlavním zdrojem škodlivého znečištění olovem podél dálnic. Přírodní MOS zahrnují vitamin B 12 , chlorofyl , stejně jako přenašeče kyslíku v erytrocytech hemoglobin a hemocyanin .

Způsoby získání

1) z alkyl nebo aryl halogenidů:

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

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

2) reakce solí kovů s MOS lithia, hořčíku a hliníku. Tento proces se někdy nazývá remetalizace. Hnací silou procesu je touha vytvořit iontovou sůl elektropozitivnějšího kovu.

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

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

3) reakce MOS s uhlovodíky, kovy nebo jinými MOS

{\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) deriváty méně aktivních kovů se získávají reakcí jejich slitin se sodíkem s alkylhalogenidy:

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

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

5) metalace sloučenin s pohyblivým atomem vodíku.

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

6) adice kovových solí a hydridů k organickým sloučeninám obsahujícím násobné vazby C=C

7) působení kovových prášků na podvojné diazoniové soli odpovídajících kovů.

Budova

MOS se dělí podle typu připojení C-Metal na

1. S iontovou vazbou : CH 3 - Na +

2. S kovalentní polární vazbou : Grignardova činidla, organolithné sloučeniny

3. S kovalentní nepolární vazbou : MOS většiny kovů jsou nejznámější sloučeniny Zn , Cu , Hg , Sn , Pb .

Aplikace

MOC mají širokou škálu aplikací v organické chemii. Organolithné a hořečnaté sloučeniny lze použít jako silné báze nebo jako činidla pro nukleofilní alkylaci nebo arylaci.

Katalýza je další oblastí použití pro MOS. Složení katalyzátoru Ziegler-Natta používaného v průmyslu pro výrobu polyethylenu tedy zahrnuje MOS (C 2 H 5 ) 3 Al.

MOC se používají při výrobě řady elektronických produktů. Vysoce čisté organokovové sloučeniny se používají v celé řadě různých oblastí, průmyslového i spotřebního zboží, při výrobě laserů, fotovoltaických článků, LED diod a mobilních telefonů.

MOS se v posledním desetiletí stále více používají v národním hospodářství. Jsou široce používány v organické syntéze jako látky s vysokou chemickou aktivitou. Používají se stejně jako katalyzátory pro výrobu různých polymerů. Přidávají se do motorových paliv jako antidetonační činidla.

Mezi MOS patří léky, antioxidanty a stabilizátory makromolekulárních sloučenin.

Organocínové sloučeniny se používají v nátěrech proti zanášení lodí a podvodních konstrukcí a jako katalyzátory při výrobě některých plastů. Organické sloučeniny cínu se široce používají jako stabilizátory polymerů. Organické sloučeniny alkalických kovů umožňují syntetizovat vitamíny a antibiotika. Kovy s ultra vysokou čistotou se získávají z organokovových sloučenin.

Organické sloučeniny rtuti se používají při konzervaci dřeva, při syntéze organokovových sloučenin, jako pesticidy, k ochraně plastových materiálů, papíroviny a textilií, kaseinových lepidel před plísněmi. Organické sloučeniny rtuti byly dříve používány v zemědělství jako fungicidy, ale jejich použití bylo v mnoha zemích zakázáno z ekologických důvodů, protože organomernaté sloučeniny jsou mikroorganismy přeměněny na ve vodě rozpustný a toxický methylrtuťový ion CH3Hg+ (způsobený ekologickou katastrofou v Minamatě v Japonsku ). V přírodě hraje důležitou roli vitamín B12, sloučenina organokobaltu, jehož nedostatek v těle vede k anémii.

Organolithné sloučeniny jsou široce používány ve farmaceutickém průmyslu k získání různých organických sloučenin.

Organické sloučeniny bóru se používají především k získávání hydridů boru, které slouží jako suroviny pro výrobu vysoce kalorických paliv pro proudové motory; komplexní sloučeniny typu NaB(C 6 H 5 ) 4 se používají v analytické chemii pro srážení iontů K, Pb, Cs, NH 4 .

Sloučeniny berylia se z velké části používají v jaderné energetice jako moderátor a reflektor neutronů a jako konstrukční materiál. V současné době se studuje možnost využití organokovových sloučenin berylia ke zvýšení spalného tepla uhlovodíkových paliv.

Značný počet sloučenin lithia se používá k získání skel s takovými vlastnostmi, jako je zvýšená chemická stabilita, průhlednost pro ultrafialové a infračervené záření a citlivost na světlo. Zavedení sloučenin lithia přispívá k výrobě vysokonapěťového porcelánu. Podle zahraničních expertů je možnou oblastí použití sloučenin lithia raketová technologie. Za zmínku stojí použití LiOH jako přísady do alkalických baterií, které zvyšuje kapacitu baterie o 12 %. Lithiová mýdla impregnují tkaniny odpuzující vodu.

Velmi zvláštní místo mezi organokovovými sloučeninami má tetraethylolovo. Použití této látky jako velmi účinného antidetonačního činidla v lehkém motorovém palivu vedlo v řadě zemí k vytvoření speciálních velkokapacitních výrobních zařízení.

Existuje však řada oblastí použití organokovových látek, například v mikroelektronice pro vytváření tenkovrstvých kovových vodivých vrstev a také pro vytváření polovodičů. Dochází k vývoji různých povlaků a skel obsahujících kov, které mají ochranné vlastnosti proti různým typům záření.

Mnoho organokovových sloučenin (zejména sloučeniny kovů první a druhé skupiny periodického systému) našlo díky své vysoké reaktivitě široké uplatnění v organické syntéze. Zavedení kovů do složení organických sloučenin rozšířilo syntetické možnosti organické chemie. Schopnost organokovových sloučenin interagovat se sírou, kyslíkem, halogeny, selenem, tellurem je tedy založena na jejich použití pro výrobu alkoholů, thioalkoholů a dalších derivátů uhlovodíků.

V průmyslu mají velký význam katalytické reakce, při kterých se organokovové sloučeniny objevují ve formě nestabilních meziproduktů (mezilátky s krátkou životností, vznikající při chemické reakci a dále reagující na reakční produkty).

Viz také

Literatura

březen J. Organická chemie. Reakce, mechanismy a struktura. Svazek 3
Chemická encyklopedie v 5 svazcích. vyd. I. L. Knunyants. 1.sv.
Kerry. Sandberg. Organická chemie. Reakční mechanismy. 2 sv.
Elshenbroich K. Organokovová chemie. — M.: BINOM. Vědomostní laboratoř. - 2011. - ISBN 978-5-9963-0203-1

Třídy organických sloučenin
uhlovodíky	Alkanes alkeny Arenas alkyny dieny Cykloalkany
Obsahující kyslík	Alkoholy ethery (estery) Aldehydy Ketony Keteny karboxylové kyseliny Estery (estery) ortoestery Sacharidy Tuky Chinony Fenoly Enols Hydroxykyseliny Oxokyseliny Peroxidy
Obsahující dusík	Aminy Aminoxidy Amidy hydrazidy Hydrazony Osazones Nitrosloučeniny Nitroso sloučeniny iminy oximy Nitrony Nitrolové kyseliny Diazo sloučeniny Diazoniové soli Nitrily izotrily organické azidy izokyanáty Aminokyseliny Veverky Peptidy
Síra	Thioly Sulfidy Sulfoxidy Sulfony Thioestery Salt Bunte xantáty disulfidy Sulfonové kyseliny Sulfinové kyseliny Thioaldehydy Thioketony Thiokarboxylové kyseliny Organické thiokyanáty Isothiokyanáty
S obsahem fosforu	Fosfiny Fosfonové kyseliny fosfinové kyseliny Fosfonové kyseliny Nukleová kyselina Nukleotidy
halogenorganické	halogenované uhlovodíky Organofluorové sloučeniny Perfluorované uhlovodíky Organické sloučeniny chloru Bromoorganické sloučeniny Organické sloučeniny jodu
organokřemičitý	Silany silazané Siltians Siloxany Silikony
Organoelement	germaniumorganické organoboron Organocín Organické olovo Hliník organický Organická rtuť Ostatní organokovové
Další důležité třídy	Cyklické sloučeniny

Organická chemie
Aromatičnost kovalentní vazba Funkční skupina Nomenklatura IUPAC organická sloučenina organická reakce organická syntéza Spektroskopie Stereochemie