Fémorganikus vegyületek

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2020. július 27-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 5 szerkesztést igényelnek .

A fémorganikus vegyületek (MOS) olyan szerves vegyületek, amelyek molekuláiban kötés van egy fématom és egy szénatom /atomok között .

Fémorganikus vegyületek típusai

A kötés jellege szerint 2 típusra oszthatók: 1) σ kötéssel (például (CH 3 ) 3 Al, C 2 H 5 MgI, C 4 H 9 Li) és 2) π kötéssel . kötés (például ferrocén és bisz-π-allil-nikkel). Az első típusú vegyületek túlnyomórészt nem átmeneti fémeket, míg a második típusú vegyületek átmeneti fémeket képeznek. Ismertek komplett MOC-ok, amelyek csak szén-fém kötést tartalmaznak, és átmenetiek, amelyek fém-heteroatom kötést is tartalmaznak (általában halogén). A fémorganikus vegyületeket széles körben használják számos szintézishez és különféle iparágakban.

Az első típusú MOS-ben a fém-szén kötések polaritása és reaktivitása a heterolitikus reakciókban csökken a felülről lefelé történő átmenettel a periódusos rendszer IIb és III csoportjába tartozó vegyületeknél, és növekszik az I, IIa, IV ill. V csoportok. A termikus stabilitás felülről lefelé csökken a III. és IV. csoportba tartozó vegyületeknél, valamint az aromás vegyületekről az alifás vegyületekre való átmenet során. A kémiai átalakulások (reakciók savakkal, halogénekkel, más fémek sóival, többszörös kötéssel történő addíció, aránytalanítás , anionszerű maradékok kicserélődése) általában az M-C kötés, illetve kisebb mértékben fém-heteroatom kötések felszakadásával járnak.

A második típusú MOS fő típusa a π-komplexek - pi-kötésű szerves ligandumokat tartalmazó átmeneti fémvegyületek - olefin, acetilén, allil, ciklopentadienil, karborán. A kötés jellegénél fogva átmeneti fémek karbonil-, izonitril-, cianid- és karbén származékai csatlakoznak hozzájuk. Az ilyen MOC-okban a fém-szerves ligandum kötés a megtöltött ligandumpályák és az üres fémpályák (donor-akceptor komponens) kölcsönhatása, valamint a fémpályákról a legalacsonyabb üres ligandumpályákra történő elektronok visszatáplálása eredményeként jön létre. (datív komponens). A komplexekben egy fém kölcsönhatásba léphet a pi-elektronrendszer összes szénatomjával, vagy csak néhányukkal. A legtöbb pi-komplex sztöchiometriája megfelel az effektív atomszám szabályának: egy fématom vagy -ion elektronjainak és a ligandum által biztosított elektronok összegének meg kell egyeznie a legközelebbi inert gázatom elektronjainak számával. A pi-komplex MOC-ok kémiai tulajdonságai főként a ligandum és kisebb mértékben a központi fématom természetétől függenek. Ezen MO-k reakciói mind a fém-ligandum kötés részleges vagy teljes megőrzésével, mind annak felszakadásával lehetségesek.

A legismertebbek a Grignard - reagensek , amelyeket szénhidrogén gyökök bejuttatására használnak a molekulák különböző részeibe. Gyakran használnak szerves lítiumvegyületeket. A fémorganikus vegyületek közé tartoznak a Ziegler-Natta katalizátorok ((C 2 H 5 ) 3 Al és TiCl 4 ), amelyeket az iparban polietilén előállítására használnak. A tetraetil -ólom , a benzinekhez használható kopogásgátló adalék , a káros ólomszennyezés fő forrása az autópályákon. A természetes MOS-ok közé tartozik a B12 - vitamin , a klorofill , valamint az eritrociták oxigénhordozói, a hemoglobin és a hemocianin .

Megszerzésének módjai

1) alkil- vagy aril-halogenidekből:

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

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

2) fémsók reakciója lítium, magnézium és alumínium MOS-szel. Ezt a folyamatot néha újrametalizálásnak is nevezik. A folyamat hajtóereje egy elektropozitívabb fém ionos sójának kialakítása.

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

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

3) a MOS reakciója szénhidrogénekkel, fémekkel vagy más MOS-szel

{\mathsf {(CH_{3})_{2}Hg+2Na\jobbra 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\jobbra nyíl (CH_{3})_{2}CuLi+LiI))

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

4) kevésbé aktív fémek származékait úgy állítják elő, hogy ötvözeteiket nátriummal alkil-halogenidekkel reagáltatják:

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

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

5) mozgó hidrogénatomot tartalmazó vegyületek fémezése.

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

6) fémsók és -hidridek hozzáadása C=C többszörös kötést tartalmazó szerves vegyületekhez

7) fémporok hatása a megfelelő fémek kettős diazóniumsóira.

Épület

A MOS a C-Metal csatlakozás típusa szerint van felosztva

1. Ionos kötéssel : CH 3 - Na +

2. Kovalens poláris kötéssel : Grignard-reagensek, szerves lítiumvegyületek

3. Kovalens apoláris kötéssel : A legtöbb fém MOS-e, a legismertebb vegyületek a Zn , Cu , Hg , Sn , Pb .

Alkalmazás

A MOC-k széles körben alkalmazhatók a szerves kémiában. A szerves lítium- és magnéziumvegyületek erős bázisként vagy reagensként használhatók nukleofil alkilezéshez vagy arilezéshez.

A katalízis egy másik alkalmazási terület a MOS számára. Így az iparban polietilén előállításához használt Ziegler-Natta katalizátor összetétele MOS (C 2 H 5 ) 3 Al-t tartalmaz.

A MOC-okat számos elektronikai termék gyártásához használják. A nagy tisztaságú fémorganikus vegyületeket a legkülönfélébb területeken alkalmazzák, mind az ipari, mind a fogyasztási cikkekben, lézerek, fotovoltaikus cellák, LED-ek és mobiltelefonok gyártásában.

A MOS-t az elmúlt évtizedben egyre inkább használják a nemzetgazdaságban. Széles körben használják a szerves szintézisben, mint nagy kémiai aktivitású anyagokat. Különféle polimerek előállításához katalizátorként is használják őket. Motorüzemanyagokhoz adják kopogásgátlóként.

A MOS között vannak gyógyszerek, antioxidánsok és makromolekuláris vegyületek stabilizátorai.

A szerves ónvegyületeket hajók és víz alatti építmények korhadásgátló festékeiben, valamint egyes műanyagok gyártásánál katalizátorként használják. A szerves ónvegyületeket széles körben használják polimer stabilizátorként. Az alkálifémek szerves vegyületei lehetővé teszik vitaminok és antibiotikumok szintetizálását. Az ultranagy tisztaságú fémeket fémorganikus vegyületekből nyerik.

A szerves higanyvegyületeket a fa konzerválásában, fémorganikus vegyületek szintézisében, peszticidként, műanyagok, papírpép és textíliák, kazein ragasztók penészgombák elleni védelmére használják. A szerves higanyvegyületeket korábban gombaölő szerként használták a mezőgazdaságban, de alkalmazásukat számos országban betiltották környezetvédelmi okokból, mivel a szerves higanyvegyületeket a mikroorganizmusok vízben oldódó és mérgező CH3Hg+ metil-higanyionná alakítják (amit a japán Minamata környezeti katasztrófa okoz). ). A természetben fontos szerepet játszik a B12-vitamin, szerves kobaltvegyület, melynek hiánya a szervezetben vérszegénységhez vezet.

A szerves lítiumvegyületeket széles körben használják a gyógyszeriparban különféle szerves vegyületek előállítására.

A szerves bórvegyületeket főként bór-hidridek előállítására használják, amelyek nyersanyagként szolgálnak a sugárhajtóművek magas kalóriatartalmú üzemanyagainak előállításához; A NaB(C 6 H 5 ) 4 típusú komplex vegyületeket az analitikai kémiában K, Pb, Cs, NH 4 ionok kicsapására használják .

A berilliumvegyületeket az atomenergia-technikában többnyire neutronmoderátorként és reflektorként, valamint szerkezeti anyagként használják. Jelenleg vizsgálják a berillium szerves fémvegyületeinek felhasználásának lehetőségét a szénhidrogén üzemanyagok égéshőjének növelésére.

Jelentős számú lítiumvegyületet használnak olyan üvegek előállításához, amelyek olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a fokozott kémiai stabilitás, az ultraibolya és infravörös sugárzás átlátszósága, valamint a fényérzékenység. A lítiumvegyületek bevezetése hozzájárul a nagyfeszültségű porcelán előállításához. Külföldi szakértők szerint a lítiumvegyületek lehetséges alkalmazási területe a rakétatechnológia. Említésre méltó a LiOH alkalmazása az alkáli elemek adalékaként, ami 12%-kal növeli az akkumulátor kapacitását. A lítium szappanok impregnálják a vízlepergető anyagokat.

A fémorganikus vegyületek között nagyon különleges helyet foglal el a tetraetil-ólom. Ennek az anyagnak a könnyű motor-üzemanyagban nagyon hatékony kopogásgátló szerként való alkalmazása számos országban speciális, nagy kapacitású gyártólétesítmények létrehozásához vezetett.

De a fémorganikus anyagoknak számos felhasználási területe van, például a mikroelektronikában vékonyrétegű fémes vezetőrétegek, valamint félvezetők létrehozására. Különféle fémtartalmú bevonatokat és üvegeket fejlesztettek ki, amelyek védő tulajdonságokkal rendelkeznek a különféle típusú sugárzásokkal szemben.

Magas reakcióképességük miatt számos fémorganikus vegyület (különösen a periódusos rendszer első és második csoportjába tartozó fémek vegyületei) széles körben alkalmazható a szerves szintézisben. A fémek bekerülése a szerves vegyületek összetételébe kibővítette a szerves kémia szintetikus lehetőségeit. Tehát a fémorganikus vegyületek kénnel, oxigénnel, halogénekkel, szelénnel, tellúrral való kölcsönhatásra való képessége azon alapul, hogy alkoholok, tioalkoholok és más szénhidrogén-származékok előállítására használják őket.

Az iparban nagy jelentőséggel bírnak a katalitikus reakciók, amelyekben a fémorganikus vegyületek instabil intermedierek (kémiai reakció során keletkező, majd a reakciótermékekre tovább reagáló, rövid élettartamú intermedierek) formájában jelennek meg.

Lásd még

Irodalom

március J. Szerves kémia. Reakciók, mechanizmusok és szerkezet. 3. kötet
Kémiai Enciklopédia 5 kötetben. szerk. I. L. Knunyants. 1. köt.
Kerry. Sandberg. Szerves kémia. Reakció mechanizmusok. 2 köt.
Elshenbroich K. Fémorganikus kémia. — M.: BINOM. Tudáslabor. - 2011. - ISBN 978-5-9963-0203-1

A szerves vegyületek osztályai
szénhidrogének	Alkánok Alkének Arénák Alkinok diének Cikloalkánok
Oxigén tartalmú	Alkoholok Éterek (észterek) Aldehidek Ketonok Keteny karbonsavak Észterek (észterek) ortoészterek Szénhidrát Zsírok Kinonok Fenolok Enols Hidroxi savak Oxosavak Peroxidok
Nitrogén tartalmú	Aminok Amin-oxidok Amidok hidrazidok Hidrazonok Osazones Nitrovegyületek Nitrozovegyületek Imines oximok Nitronok Nitrolsavak Diazo vegyületek Diazóniumsók Nitrilek Izonitrilek szerves azidok Izocianátok Aminosavak Mókusok Peptidek
Kén	tiolok Szulfidok Szulfoxidok Szulfonok Tioészterek Só Bunte Xanthates diszulfidok Szulfonsavak Szulfinsavak Tioaldehidek Tioketonok Tiokarbonsavak Szerves tiocianátok Izotiocianátok
Foszfor tartalmú	foszfinok Foszfonsavak foszfinsavak Foszfonsavak Nukleinsav Nukleotidok
haloorganikus	halogénezett szénhidrogének Fluororganikus vegyületek Perfluor-szénhidrogének Szerves klórvegyületek Brómszerves vegyületek Szerves jódvegyületek
szerves szilícium	Szilánok Silazans Siltiak sziloxánok Szilikonok
Szerves elem	germániumszerves szerves bór Organotin Szerves ólom Alumínium szerves Szerves higany Egyéb fémorganikus
További fontos osztályok	Ciklikus vegyületek

Szerves kémia
Aromás kovalens kötés Funkcionális csoport IUPAC nómenklatúra szerves összetevő szerves reakció szerves szintézis Spektroszkópia Sztereokémia