ما هي المواد المعدنية العضوية؟

علم المعادن العضوي هو فرع من فروع الكيمياء يدرس المركبات الكيميائية التي تحتوي على روابط مباشرة من المعدن إلى الكربون (House & House ، 2016). تُعرف هذه المركبات باسم المركبات العضوية المعدنية. في المركبات العضوية المعدنية ، ترتبط ذرة كربون واحدة أو أكثر مباشرة بذرة معدنية (Gardner، Seechurn، & Colacot، 2020). عادة ما تكون هذه المعادن من مجموعة المعادن الانتقالية ، مثل الحديد والنيكل والنحاس والزنك والبلاديوم والبلاتين. تتضمن أمثلة المركبات العضوية المعدنية كواشف Grignard وكواشف Gilman (Ashenhurst ، 2022).

تلعب الكيمياء العضوية الفلزية دورًا مهمًا في العمليات الصناعية والبحث الأكاديمي ، ولها تطبيقات عديدة في مجالات مثل الحفز ، والتوليف العضوي ، وعلوم المواد ، والكيمياء العضوية الحيوية. بعض النقاط الرئيسية حول المركبات العضوية المعدنية هي:

1. يجاندس: غالبًا ما تكون ذرات الكربون في المركبات العضوية المعدنية جزءًا من مجموعات عضوية تُعرف باسم الروابط. يمكن أن تكون هذه الروابط عبارة عن جزيئات بسيطة مثل الألكيل أو الأريل أو الألكوكسيدات أو الهياكل الأكثر تعقيدًا مثل السيكلوبنتاديينيل أو البورفيرينات.
2. رقم التنسيق: يمكن أن تحتوي المركبات العضوية المعدنية على أرقام تنسيق مختلفة ، تمثل عدد الروابط المرتبطة بالمركز المعدني.
3. تفاعلات تبادل يجند: يمكن للمركبات العضوية الفلزية أن تخضع لتفاعلات تبادل الترابط ، حيث يحل مركب آخر محل ليجند واحد (أبوت ، دوغان ، وشيو ، 2011).
4. تفاعلات الأكسدة والاختزال: تشارك المركبات العضوية الفلزية في تفاعلات الأكسدة والاختزال ، حيث يغير المركز المعدني حالة الأكسدة ، مما يؤثر على تفاعل المركب.
5. الحفز المتجانس: تعمل العديد من المركبات الفلزية العضوية كمحفزات في التفاعلات العضوية ، مما يسهل تحويل جزيء عضوي إلى آخر بمساعدة المجمعات المعدنية الانتقالية.
6. المجمعات المعدنية الانتقالية: غالبًا ما تشتمل المركبات العضوية الفلزية على معادن انتقالية ذات مدارات d مملوءة جزئيًا ، مما يمكنها من تكوين تفاعلات ترابط متعددة مع الروابط.

ساهمت دراسة علم الفلزات العضوية بشكل كبير في التقدم في الكيمياء الحديثة وأدت إلى تطوير طرق جديدة وفعالة في التخليق الكيميائي والعمليات الصناعية.

ما هو الدور الصناعي الذي تلعبه؟

تعد الكيمياء العضوية الفلزية أمرًا بالغ الأهمية في العمليات الصناعية المختلفة بسبب الخصائص الفريدة للمركبات العضوية المعدنية وتفاعلها. على سبيل المثال ، يمكن أن تحتوي المجمعات العضوية المعدنية على أرقام تنسيق مختلفة ، تمثل عدد الروابط المرتبطة بالمركز المعدني. يسمح هذا التنوع بتصميم مجمعات ذات خصائص فاصلة وإلكترونية مختلفة (Gardner، Seechurn، & Colacot، 2020). فيما يلي بعض التطبيقات المحددة للمعادن العضوية في الصناعة:

الحفز الكيميائي: تستخدم المركبات الفلزية العضوية على نطاق واسع كمحفزات في العمليات الصناعية. تنطبق عادةً على الحفز المتجانس ، حيث يكون المشغل في نفس المرحلة مثل المواد المتفاعلة. تعمل معقدات المعادن الانتقالية كمحفزات لتعزيز التفاعلات الكيميائية ، مما يؤدي إلى معدلات تفاعل أعلى وانتقائية متزايدة وظروف تفاعل أكثر اعتدالًا. تنتج العمليات التحفيزية القائمة على المعادن العضوية المستحضرات الصيدلانية والمواد الكيميائية الدقيقة والبتروكيماويات والبوليمرات (Gardner و Seechurn و Colacot ، 2020).

تفاعل أوكسو: تعتبر المركبات العضوية الفلزية ، وخاصة الكوبالت والروديوم ، محفزات أساسية في التشكيل الهيدروجيني للأوليفينات (عملية أوكسو). يحول هذا التفاعل الألكينات إلى الألدهيدات ، وهي مواد وسيطة مهمة في إنتاج مواد كيميائية مختلفة ، مثل الكحول والأحماض والبلاستيك.

إمتياز: تفاعل الأوليفين الكيميائي هو تفاعل قوي يعيد ترتيب الروابط المزدوجة بين الكربون والكربون في المركبات الأوليفينية. يتم استخدام المحفزات العضوية الفلزية القائمة على معادن مثل الروثينيوم والموليبدينوم والتنغستن في هذه العملية ، والتي لها تطبيقات في إنتاج المواد الكيميائية المتخصصة والأدوية والمواد الوظيفية (Gardner و Seechurn و Colacot ، 2020).

البلمرة: تلعب المحفزات العضوية الفلزية دورًا حاسمًا في عمليات البلمرة المختلفة. محفزات Ziegler-Natta ، التي تتكون من مركبات عضوية معدنية تعتمد على التيتانيوم أو الزركونيوم ، تنتج البولي إيثيلين والبولي بروبيلين. تتيح هذه المحفزات التحكم في البنية المجهرية للبوليمر ، مما ينتج عنه مواد ذات خصائص محددة.

المستحضرات الصيدلانية: المركبات العضوية الفلزية تنطبق على البحث والتطوير الصيدلاني. تتضمن الكيمياء الطبية مركبات عضوية معدنية لتعزيز توصيل الأدوية ، وتحسين الخصائص العلاجية ، واستهداف مسارات بيولوجية محددة.

التوليف العضوي: التفاعلات الفلزية العضوية تقوم بتجميع الجزيئات العضوية المعقدة. تستخدم العمليات مثل تفاعلات الاقتران المتقاطع (على سبيل المثال ، تفاعلات سوزوكي وهيك وسونوغاشيرا) مركبات عضوية معدنية لتكوين روابط كربون-كربون وكربون غير متجانسة ، مما يؤدي إلى إنشاء هياكل جزيئية معقدة.

التطبيقات البيئية: تشارك المعادن العضوية في المعالجة البيئية ، مثل معالجة مياه الصرف الصحي ، وتنقية الهواء ، ومكافحة التلوث. الفلزات العضوية تزيل الملوثات الضارة من النفايات السائلة الصناعية وغازات العادم. المركبات العضوية الفلزية لها تأثيرات بيئية منخفضة السمية بشكل ملحوظ (جينكينز ، كريج ، فرانشيسكوني ، وهارينجتون ، 2006).

الأطر المعدنية العضوية (MOFs): الأطر العضوية المعدنية هي مواد مسامية مصنوعة من أيونات معدنية متصلة بواسطة روابط عضوية. هذه المواد لها تطبيقات في تخزين الغاز ، وفصل الغازات ، والحفز. تعد الكيمياء العضوية المعدنية أمرًا بالغ الأهمية في تصميم وتوليف الأطر العضوية المعدنية بخصائص مصممة لتطبيقات محددة (Gardner و Seechurn و Colacot ، 2020).

بشكل عام ، فإن تنوع المركبات العضوية المعدنية وتفاعلها يجعلها لا غنى عنها في العديد من العمليات الصناعية ، مما يساهم في تقدم التكنولوجيا والمواد والأدوية الحديثة. من المرجح أن يؤدي البحث المستمر في هذا المجال إلى اكتشاف محفزات وعمليات جديدة ذات كفاءة واستدامة أكبر.

Chemwatch موجود هنا للمساعدة.

العديد من المواد الكيميائية ليست آمنة للاستنشاق أو الاستهلاك أو وضعها على الجلد. لتجنب الاستهلاك العرضي وسوء التعامل والتعرف الخاطئ ، يجب تصنيف المواد الكيميائية وتعقبها وتخزينها بدقة. للمساعدة في ذلك ، ومعالجة المواد الكيميائية والخطرة ، و SDS ، والملصقات ، وتقييم المخاطر ، ورسم الخرائط الحرارية ، تواصل معنا اليوم!

مصادر:

• Abbot ، JKC ، Dougan ، BA ، & Xue ، Z. ، (2011). تخليق المركبات العضوية المعدنية ، الكيمياء التركيبية غير العضوية الحديثة.إلسفير.
• أشينهورست ، ج. (2022). ما هو المعدن العضوي؟ ماجستير الكيمياء العضوية. https://www.masterorganicchemistry.com/2015/10/28/whats-an-organometallic/
• Gardner، BM، Seechurn، CJ، & Colacot، TJ، (2020). المعالم الصناعية في الكيمياء العضوية الفلزية ، الكيمياء العضوية الفلزية في الصناعة: نهج عملي، (1^st، محرر). ايلي- VCH.
• House ، JE ، & House ، KA ، (2016). المركبات العضوية الفلزية ، الكيمياء الوصفية غير العضوية (الطبعة الثالثة). الصحافة الأكاديمية.  
• جينكينز ، RO ، Craig ، PJ ، Francesconi ، KA ، & Harrington ، CF (2006). الجوانب البيئية والبيولوجية للمركبات الفلزية العضوية ، الكيمياء العضوية الفلزية الشاملة III: من الأساسيات إلى التطبيقات, 12، 603-661. https://doi.org/10.1016/B0-08-045047-4/00178-3