Металлоорганическая химия

Ферроцен , классический представитель сложного типа

Металлоорганическая химия в первоначальном определении является химией из соединений , в которых органический радикал , или органическое соединение непосредственно к атому металла присоединен. Эти соединения ( металлорганил или металлоорганические соединения ) называются металлорганическими или металлоорганическими соединениями.

Однако сегодня этот термин обычно имеет более широкое определение. Производные таких элементов также относятся к металлоорганическим соединениям, которые не образуют металл в элементарном состоянии , но имеют низкую электроотрицательность , например кремний или бор . Однако в этих случаях лучше говорить об элементных органических соединениях ( элементных органилах ).

Следовательно, металлические или элементные органилы содержат по меньшей мере один атом углерода и по меньшей мере один атом металла или электроположительного элемента ( Е ), которые связаны друг с другом. ЕС облигации являются более или менее полярной ковалентной связью. Органический радикал может быть связан с элементом через одинарную , двойную или даже тройную связь , или он может быть связан несколько раз с атомом элемента, как в ферроцене (см. Ниже). Однако карбиды не относятся к металлоорганическим соединениям : например, сталь , несмотря на содержание углерода, является сплавом, а не металлоорганическим соединением.

Органические соли, такие как ацетат натрия (H ₃ C - COONa, натриевая соль уксусной кислоты ), также не входят в число металлоорганических соединений, несмотря на наличие иона металла и радикала органила ( метильная группа , H ₃ C–). Это потому, что у него нет прямой связи Na-C. Вместо этого ацетатный остаток в основном ионно связан с ионом натрия через его атомы кислорода . Также хлорофилл и гемоглобин не являются металлоорганическими соединениями согласно этому определению, поскольку в них координирован центральный атом магния или железа атомов азота .

история

Уильям Кристофер Цейс

Ранние открытия в металлоорганической химии включают в себя Луи Клода кадета синтез cacodyl- родственных соединений мышьяка метил, Уильям Кристофер Зейз по платино-этиленового комплекса , Эдварда Frankland в открытие диметилового цинка, и Людвига Луны открытие тетракарбонила никеля . Соединения Гриньяра , которые представляют собой органилы магния, сокращенно RMgX, важны для органического синтеза . Их открыл Виктор Гриньяр , который вместе с Полем Сабатье получил Нобелевскую премию по химии в 1912 году .

В промышленном масштабе, катализаторы Циглера-Натта , в синтезе Фишера-Тропша , катализаторы и другие металлоорганические комплексы были использованы в таких процессах, как гидроформилирования , с монооксидом углерода , водорода и олефинов в качестве исходных материалов и лигандов. Для открытия металлоорганических катализаторов для производства пластмасс были Карл Циглер и Натта в 1963 году Нобелевскую премию по химии .

В 20 - м веке он был тетраэтилсвинец PBET ₄ самым получают металлоорганическое соединение , способное увеличивать качество антидетонационных в бензине был добавлен. Однако из-за их высокотоксичного и разрушающего каталитический нейтрализатора эффекта, такие присадки используются все реже и реже с 1980-х годов. Однако другие металлоорганические соединения, такие как ферроцен и трикарбонилметилциклопентадиенилмарганец (ММТ), были исследованы в качестве его замены , но они не использовались в промышленных масштабах. В олове organyls , такие как г. Б. Трибутилолово , используемое в качестве стабилизаторов пластмасс и для защиты корпусов судов.

Открытие ферроцена (дициклопентадиенил железа, C ₅ H ₅ -Fe-C ₅ H ₅ ) в 1951 году вызвало значительный подъем в металлоорганической химии, что способствовало ее становлению в качестве самостоятельного предмета. Признание и важность металлоорганической химии как независимого Поле стало подчеркнуто присуждением Нобелевских премий Эрнсту Отто Фишеру и Джеффри Уилкинсону . В 2005 году Ив Шовен , Роберт Х. Граббс и Ричард Р. Шрок получили Нобелевскую премию по химии за катализируемый металлами метатезис алкенов .

Подразделом металлоорганической химии является органическая биометаллическая химия , которая исследует прямые связи металл-углерод в живых организмах. Примерами таких соединений являются метилкобаламин (витамин B ₁₂ ) и аденозилкобаламин (кофермент B ₁₂ ). Металлоорганическая связь в витамине B ₁₂ состоит из прямого кобальта - углерод связи: атом кобальта , который находится в середине кольцевой системы (коррин кольца) либо с метильной группой , с ионом цианида , либо с 5'-углероду дезоксиаденозин связан. Таким образом, эта _группа веществ B _12, вероятно, является единственным жизненно важным, встречающимся в природе соединением, которое из-за его прямой связи металл-углерод должно быть причислено к металлоорганическим соединениям в более узком смысле.

Классификация металлоорганической химии

Важными схемами классификации металлоорганических соединений являются:

• после металла, например:
  • Органилы щелочных металлов, например Б. бутиллитий, используемый для синтезов
  • Органилы щелочноземельных металлов, например Б. Органилы магния, такие как реактивы Гриньяра, упомянутые выше
  • Органилы группы бора, например Б. алюминийорганического , такие как DIBAL , или которые, которые являются самовоспламеняющимися и огнеметы были использованы
  • Монетные металлические органилы, например Б. органические соединения меди , карбоплатин

• по типовым конструктивным элементам, например:
  • Сэндвич-комплексы - они содержат атом или ион металла, зажатый между двумя ароматическими кольцами. Бис-циклопентадиенил-железо или ферроцен - наиболее известное сэндвич-соединение.
  • Карбеновые комплексы - для них характерна двойная связь металл-углерод.

• в зависимости от валентности металла, особенно с металлами подгруппы

Свойства металлоорганических соединений

Металлические органилы, как правило, горючие. Иногда они самовоспламеняются ( пирофорные ) и самовоспламеняются при контакте с воздухом. С органилами неблагородных металлов горит не только органический остаток, но и металл: он вступает в реакцию с образованием оксида металла. В то время как атомы металла в твердом металле погружены в среду, которая хорошо проводит тепло, они тонко атомарно распределены в металлоорганических соединениях, так что реакция обычно более бурная, чем с твердым металлом.

Органилы многих металлов, особенно щелочных металлов, являются очень сильными основаниями, некоторые из них являются одними из самых сильных оснований из всех. Они часто взрывоопасны с водой и нестабильны даже в слабокислой среде.

Металлические органилы, чувствительные к воздуху или влаге, обычно должны храниться и обрабатываться в атмосфере защитного газа или в инертном растворителе ( метод Шленка ).

Принадлежность предметной области

Согласно нынешнему определению органической химии , соединения, содержащие одновременно углерод и водород, являются органическими, и, соответственно, металлоорганические соединения также должны быть включены в органическую химию. С другой стороны, химия металлов и ионов металлов традиционно относится к неорганической химии . По этой причине некоторые считают классификацию «органический» или «неорганический» не очень полезной и рассматривают металлоорганическую химию как область, в которой большие области перекрываются, или даже как независимый предмет. С другой стороны, имеет смысл проводить различие на основе точки зрения. Если основное внимание уделяется свойствам металла или элемента, то это неорганическая химия. Если, с другой стороны, металлоорганическое соединение используется только как вспомогательное средство для модификации чисто органической молекулы, то это считается органической химией. Мы будем говорить о чистой металлоорганической химии только тогда, когда в центре внимания окажется связь углерод-металл как таковая.

Классификация таких веществ, как карбонилы металлов (например, тетракарбонилникель Ni (CO) ₄ ), которые содержат моноксид углерода, связанный с атомами металлов , также показывает неадекватность слишком жестких классификационных схем: оксид углерода, как и диоксид углерода, традиционно включается в неорганические соединения. вещества, что позволяет предположить, что карбонилы металлов также неорганические. С другой стороны, CO в карбонильных комплексах связывается с металлом через его атом углерода, и химические свойства карбонильных комплексов предполагают, что они должны быть включены в металлоорганическую химию.

литература

• Вольфганг Бек, Кай Северин: Органическая биометаллическая химия: увлекательная область исследований. В кн . : Химия в наше время. 36, № 6, 2002, стр 356-365 (. DOI : 10.1002 / 1521-3781 (200212) 36: 6 <356 :: АИД-CIUZ356> 3.0.CO; 2-F ).

Индивидуальные доказательства

1. ↑ LB Hunt: Первые металлоорганические соединения: Уильям Кристофер Цейзе и его платиновые комплексы . В: платиновые металлы Ред . 28, No. 2, 1984, pp. 76-83.
2. ^ WC Zeise : О влиянии хлорида платины и спирта, а также о новых веществах, которые образуются в процессе . В кн . : Анналы физики . 97, No. 4, 1831, pp. 497-541. DOI : 10.1002 / andp.18310970402 .
3. ^ Роберт Х. Крэбтри: Металлоорганическая химия переходных металлов . Джон Вили и сыновья, 2009, ISBN 978-0-470-25762-3 , стр. 2 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг). 
4. ↑ Джеффри Уилкинсон : Долгие поиски стабильных алкильных соединений переходных металлов (Нобелевская лекция) . В: Angewandte Chemie . Лента 86 , нет. 18 , 1974, стр. 664-667 , DOI : 10.1002 / anie.19740861803 . 
5. ↑ Эрвин, Альсфассер, Ральф Ридель: Современная неорганическая химия . Грюйтер, Берлин [а. а.] 2007, ISBN 978-3-11-019060-1 , стр. 582 .