有機金属とは何ですか?

有機金属は、金属と炭素の直接結合を含む化合物を研究する化学の一分野です (House & House、2016)。 これらの化合物は有機金属化合物として知られています。 有機金属化合物では、2020 つ以上の炭素原子が金属原子に直接結合しています (Gardner、Seechurn、および Colacot、2022)。 これらの金属は通常、鉄、ニッケル、銅、亜鉛、パラジウム、白金などの遷移金属グループに属します。 有機金属化合物の例には、Grignard 試薬および Gilman 試薬が含まれます (Ashenhurst、XNUMX)。

有機金属化学は工業プロセスや学術研究において重要な役割を果たしており、触媒、有機合成、材料科学、生物無機化学などの分野で数多くの用途があります。 有機金属化合物に関する重要なポイントは次のとおりです。

1. リガンド: 有機金属化合物の炭素原子は、配位子として知られる有機基の一部であることがよくあります。 これらのリガンドは、アルキル、アリール、アルコキシドなどの単純な分子である場合もあれば、シクロペンタジエニルやポルフィリンなどのより複雑な構造である場合もあります。
2. 調整番号: 有機金属化合物は、金属中心に結合した配位子の数を表すさまざまな配位数を持つことができます。
3. 配位子交換反応: 有機金属化合物は、2011 つの配位子を別の配位子に置き換える配位子交換反応を受ける可能性があります (Abbott、Dougan、および Xue、XNUMX)。
4. レドックス反応: 有機金属化合物は酸化還元反応に関与し、金属中心の酸化状態が変化し、化合物の反応性に影響を与えます。
5. 均一系触媒: 多くの有機金属化合物は有機反応において触媒として機能し、遷移金属錯体の助けを借りて、ある有機分子から別の有機分子への変換を促進します。
6. 遷移金属錯体: 有機金属化合物には、部分的に満たされた d 軌道を持つ遷移金属が含まれることが多く、配位子と複数の結合相互作用を形成することができます。

有機金属の研究は現代化学の進歩に大きく貢献し、化学合成や工業プロセスにおける新しく効率的な方法の開発につながりました。

産業上どのような役割を果たしているのでしょうか？

有機金属化学は、有機金属化合物の独特の特性と反応性により、さまざまな工業プロセスにおいて重要です。 たとえば、有機金属錯体は、金属中心に結合した配位子の数を表すさまざまな配位数を持つことができます。 この多様性により、異なる立体特性と電子特性を備えた複合体の設計が可能になります (Gardner、Seechurn、および Colacot、2020)。 業界における有機金属の具体的な用途をいくつか紹介します。

触媒反応: 有機金属化合物は工業プロセスの触媒として広く使用されています。 これらは通常、トリガーが反応物質と同じ位相にある均一系触媒に適用されます。 遷移金属錯体は、化学反応を促進する触媒として機能し、反応速度の向上、選択性の向上、反応条件の緩和につながります。 有機金属に基づく触媒プロセスにより、医薬品、ファインケミカル、石油化学製品、およびポリマーが生成されます (Gardner、Seechurn、および Colacot、2020)。

ヒドロホルミル化: 有機金属錯体、特にコバルトとロジウムは、オレフィンのヒドロホルミル化 (オキソプロセス) に不可欠な触媒です。 この反応は、アルケンを、アルコール、酸、プラスチックなどのさまざまな化学物質を製造する際の重要な中間体であるアルデヒドに変換します。

メタセシス: オレフィンのメタセシスは、オレフィン化合物の炭素間二重結合を再配置する強力な反応です。 ルテニウム、モリブデン、タングステンなどの金属をベースとした有機金属触媒がこのプロセスで使用されており、特殊化学品、医薬品、機能化材料の製造に応用されています (Gardner、Seechurn、および Colacot、2020)。

重合: 有機金属触媒は、さまざまな重合プロセスにおいて重要な役割を果たします。 チタンまたはジルコニウムをベースとした有機金属化合物からなるチーグラー・ナッタ触媒は、ポリエチレンおよびポリプロピレンを生成します。 これらの触媒によりポリマーの微細構造を制御できるようになり、特定の特性を備えた材料が得られます。

錠剤などの医薬品: 有機金属化合物は医薬品の研究開発に応用されます。 医薬化学には、薬物送達を強化し、治療特性を改善し、特定の生物学的経路を標的とする有機金属錯体が関与します。

有機合成: 有機金属反応により、複雑な有機分子が合成されます。 クロスカップリング反応 (鈴木反応、ヘック反応、薗頭反応など) のようなプロセスでは、有機金属化合物を使用して炭素-炭素結合および炭素-ヘテロ原子結合を形成し、複雑な分子構造を構築します。

環境への応用: 有機金属は、廃水処理、空気浄化、汚染防止などの環境修復に関与しています。 有機金属は、産業排水や排気ガスから有害な汚染物質を除去します。 有機金属化合物が及ぼす有害な環境への影響は極めて低い (Jenkins、Craig、Francesconi、および Harrington、2006)。

有機金属フレームワーク (MOF): MOF は、有機配位子によって結合された金属イオンからなる多孔質材料です。 これらの材料は、ガス貯蔵、ガス分離、触媒作用に応用されています。 有機金属化学は、特定の用途に合わせて特性を調整した MOF を設計および合成する際に重要です (Gardner、Seechurn、および Colacot、2020)。

全体として、有機金属化合物の多用途性と反応性により、有機金属化合物は多くの工業プロセスに不可欠なものとなり、現代の技術、材料、医薬品の進歩に貢献しています。 この分野での継続的な研究は、より高い効率と持続可能性を備えた新しい触媒とプロセスの発見につながる可能性があります。

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ソース：

• JKC 修道院長、BA ドーガン、Z シュエ (2011)。 有機金属化合物の合成、 現代の無機合成化学.エルゼビア。
• アシェンハースト、J. (2022)。 有機金属って何ですか？ 有機化学を修士する。 https://www.masterorganicchemistry.com/2015/10/28/whats-an-organometallic/
• ガードナー、BM、シーチャーン、CJ、およびコラコット、TJ、(2020)。 有機金属化学における産業上のマイルストーン、 産業における有機金属化学: 実践的なアプローチ、（1^st、編）。 ワイリー-VCH。
• ハウス、JE、ハウス、KA、(2016)。 有機金属化合物、 記述的無機化学、 (第3版)。 学術出版局。  
• RO ジェンキンス、PJ クレイグ、KA フランチェスコーニ、CF ハリントン (2006)。 有機金属化合物の環境および生物学的側面、 総合有機金属化学Ⅲ 基礎から応用まで, 12、603-661。 https://doi.org/10.1016/B0-08-045047-4/00178-3