Química organometálica

Ferroceno , un representante clásico del tipo compuesto

La química organometálica en la definición original es la química de los compuestos en los que se une un radical orgánico o un compuesto orgánico directamente a un átomo metálico . Estos compuestos (compuestos organometálicos u organometálicos metálicos ) se denominan compuestos organometálicos u organometálicos metálicos.

En la actualidad, sin embargo, el término suele tener una definición más amplia. Los derivados de tales elementos también se cuentan entre los compuestos organometálicos que no forman un metal en el estado elemental , pero tienen una electronegatividad baja , como el silicio o el boro . En estos casos, sin embargo, es mejor hablar de compuestos orgánicos de elementos ( organilos de elementos ).

Por tanto, los organilos de metal o de elementos contienen al menos un átomo de carbono y al menos un átomo de metal o de elemento electropositivo ( E ), que están unidos entre sí. El enlace EC es un enlace covalente más o menos polar . El radical organilo puede unirse al elemento mediante un enlace simple , doble o incluso triple , o puede unirse varias veces al átomo del elemento como en el ferroceno (ver más abajo). Sin embargo, los carburos no se encuentran entre los compuestos organometálicos : a pesar de su contenido de carbono, el acero , por ejemplo, es una aleación y no un compuesto organometálico.

Las sales orgánicas como el acetato de sodio (H 3 C - COONa, la sal sódica del ácido acético ) tampoco se encuentran entre los compuestos organometálicos a pesar del ion metálico y el radical organilo ( grupo metilo , H 3 C–) presentes. Esto se debe a que no tiene un enlace directo de Na-C. En cambio, el residuo de acetato se une principalmente iónicamente al ion sodio a través de sus átomos de oxígeno . Asimismo, la clorofila y la hemoglobina no son compuestos organometálicos según esta definición, ya que en ellos se encuentra coordinado el átomo central de magnesio o hierro de los átomos de nitrógeno .

historia

William Christopher Zeise

Los primeros descubrimientos en la química organometálica incluyen de Louis Claude Cadet síntesis de cacodyl- compuestos de arsénico metil relacionados, de William Christopher Zeise complejo de platino-etileno , de Edward Frankland descubrimiento de dimetil zinc, y de Ludwig Luna descubrimiento de tetracarbonilo de níquel . Los compuestos de Grignard , que son organilos de magnesio, que se abrevian como RMgX, son importantes para la síntesis orgánica . Fueron descubiertos por Victor Grignard , quien junto con Paul Sabatier recibió el Premio Nobel de Química en 1912 .

A escala industrial, se han utilizado catalizadores de Ziegler-Natta , catalizadores de Fischer-Tropsch y otros complejos organometálicos en procesos como la hidroformilación , con monóxido de carbono , hidrógeno y olefinas como materiales de partida y ligandos. Por el descubrimiento de catalizadores organometálicos para la producción de plásticos fueron Karl Ziegler y Giulio Natta en 1963 el Premio Nobel de Química .

En el siglo XX se añadió tetraetil plomo PBET 4, el compuesto organometálico más producido capaz de aumentar la calidad antidetonante de la gasolina . Sin embargo, debido a su efecto altamente tóxico y dañino para el convertidor catalítico, estos aditivos se han utilizado cada vez menos desde la década de 1980. Sin embargo, se investigaron otros compuestos organometálicos como el ferroceno y el tricarbonilmetilciclopentadienil manganeso (MMT) como su reemplazo , pero estos no se utilizaron a escala industrial. Los organilos de estaño , como z. B. Tributilestaño , que se utilizan como estabilizadores en plásticos y para proteger los cascos de los barcos.

El descubrimiento del ferroceno (diciclopentadienil hierro, C 5 H 5 –Fe - C 5 H 5 ) en 1951 supuso un importante repunte de la química organometálica, que promovió su establecimiento como un campo independiente subrayado por la concesión de los premios Nobel a Ernst Otto Fischer y Geoffrey Wilkinson . En 2005, Yves Chauvin , Robert H. Grubbs y Richard R. Schrock recibieron el Premio Nobel de Química por la metátesis de alquenos catalizada por metales .

Una subárea de la química organometálica es la química biometálica orgánica , que investiga los enlaces metal-carbono directos en organismos vivos. Ejemplos de tales compuestos son metilcobalamina (vitamina B 12 ) y adenosilcobalamina (coenzima B 12 ). El enlace organometálico en la vitamina B 12 consiste en un enlace directo de cobalto - carbono : un átomo de cobalto que se encuentra en el medio de un sistema de anillos (anillo de corrin) está con un grupo metilo , un ion cianuro o con el carbono 5 'de desoxiadenosina conectada. Por lo tanto, este grupo de sustancias B 12 es probablemente el único compuesto vital de origen natural que, debido a su enlace directo metal-carbono, debe contarse entre los compuestos organometálicos en el sentido más estricto.

Clasificación de la química organometálica

Los esquemas de clasificación importantes para los compuestos organometálicos son:

  • después del metal, por ejemplo:
  • según elementos estructurales típicos, por ejemplo:
    • Complejos sándwich : contienen un átomo o ión metálico intercalado entre dos anillos aromáticos . El bis-ciclopentadienil hierro o ferroceno es el compuesto sándwich más conocido
    • Complejos de carbeno: se caracterizan por un doble enlace metal-carbono.
  • según la valencia del metal, especialmente con el subgrupo metales

Propiedades de los compuestos organometálicos

Por regla general, los organilos metálicos son inflamables. A veces son de autoinflamación ( pirofóricos ) y se encienden espontáneamente cuando se exponen al aire. Con los organilos de metales básicos, no solo se quema el residuo orgánico, sino también el metal: reacciona para formar el óxido metálico. Mientras que los átomos de metal en un metal sólido están incrustados en un ambiente que conduce bien el calor, están distribuidos atómicamente finamente en los compuestos organometálicos, por lo que la reacción suele ser más violenta que con un metal sólido.

Muchos organilos metálicos, especialmente los de los metales alcalinos, son bases muy fuertes; algunas se encuentran entre las bases más fuertes de todas. A menudo reaccionan explosivamente con el agua y son inestables incluso en un entorno débilmente ácido.

Los organilos metálicos sensibles al aire o la humedad suelen tener que almacenarse y manipularse bajo gas protector o en un disolvente inerte ( técnica de Schlenk ).

Afiliación del área temática

Según la definición actual de química orgánica , los compuestos que contienen carbono e hidrógeno al mismo tiempo son orgánicos y, en consecuencia, los compuestos organometálicos también deben incluirse en la química orgánica. Por otro lado, la química de los metales y los iones metálicos pertenece tradicionalmente a la química inorgánica . Por esta razón, algunos ven una clasificación de “orgánico” o “inorgánico” como poco útil y consideran la química organometálica como un área en la que las grandes áreas se superponen, o incluso como un tema independiente. Por otro lado, puede resultar útil hacer la distinción en función de la perspectiva. Si la investigación se centra en las propiedades del metal o elemento, entonces es la química inorgánica. Si, por otro lado, el compuesto organometálico solo se usa como ayuda para modificar una molécula puramente orgánica, entonces esto cuenta como química orgánica. Solo cuando el enlace carbono-metal como tal sea el foco de interés, hablaremos de química organometálica pura.

La clasificación de sustancias como los carbonilos metálicos (p. Ej., Tetracarbonilníquel Ni (CO) 4 ), que contienen monóxido de carbono unido a átomos metálicos , también muestra la insuficiencia de esquemas de clasificación demasiado rígidos: el monóxido de carbono, como el dióxido de carbono, se incluye tradicionalmente en la clasificación inorgánica. sustancias, lo que sugiere que los carbonilos metálicos también son inorgánicos. Por otro lado, el CO en los complejos de carbonilo se une al metal a través de su átomo de carbono, y las propiedades químicas de los complejos de carbonilo sugieren que deberían incluirse en la química organometálica.

literatura

Evidencia individual

  1. ^ LB Hunt: Los primeros compuestos organometálicos: William Christopher Zeise y sus complejos de platino . En: Platinum Metals Rev .. 28, núm. 2, 1984, págs. 76-83.
  2. ^ WC Zeise : Sobre el efecto entre el cloruro de platino y el alcohol, y las nuevas sustancias que se crean en el proceso . En: Annals of Physics . 97, núm. 4, 1831, págs. 497-541. doi : 10.1002 / yp.18310970402 .
  3. ^ Robert H. Crabtree: La química organometálica de los metales de transición . John Wiley and Sons, 2009, ISBN 978-0-470-25762-3 , págs. 2 ( vista previa limitada en la búsqueda de libros de Google).
  4. ↑ Geoffrey Wilkinson : La larga búsqueda de compuestos de metales de transición de alquilo estables (Conferencia Nobel) . En: Angewandte Chemie . cinta 86 , no. 18 , 1974, pág. 664-667 , doi : 10.1002 / anie.19740861803 .
  5. ↑ Erwin, Alsfasser, Ralf Riedel: Química inorgánica moderna . Gruyter, Berlín [a. a.] 2007, ISBN 978-3-11-019060-1 , págs. 582 .