유기금속이란?

08/08/2023

유기금속은 직접 금속-탄소 결합을 포함하는 화합물을 연구하는 화학의 한 분야입니다(House & House, 2016). 이러한 화합물은 유기 금속 화합물로 알려져 있습니다. 유기 금속 화합물에서 하나 이상의 탄소 원자는 금속 원자에 직접 결합됩니다(Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020). 이러한 금속은 일반적으로 철, 니켈, 구리, 아연, 팔라듐 및 백금과 같은 전이 금속 그룹에 속합니다. 유기 금속 화합물의 예로는 Grignard 시약 및 Gilman 시약이 있습니다(Ashenhurst, 2022).

유기금속화학은 유기금속 화합물의 고유한 특성과 반응성으로 인해 다양한 산업 공정에서 매우 중요합니다.

유기 금속 화학은 산업 공정 및 학술 연구에서 중요한 역할을 하며 촉매, 유기 합성, 재료 과학 및 생물 무기 화학과 같은 분야에서 수많은 응용 분야를 가지고 있습니다. 유기 금속 화합물에 대한 몇 가지 핵심 사항은 다음과 같습니다.

리간드: 유기 금속 화합물의 탄소 원자는 종종 리간드로 알려진 유기 그룹의 일부입니다. 이러한 리간드는 알킬, 아릴, 알콕사이드와 같은 단순한 분자이거나 시클로펜타디에닐 또는 포르피린과 같은 보다 복잡한 구조일 수 있습니다.
코디네이터 번호: 유기금속 화합물은 금속 중심에 결합된 리간드의 수를 나타내는 다양한 배위수를 가질 수 있습니다.
리간드 교환 반응: 유기금속 화합물은 다른 리간드가 하나의 리간드를 대체하는 리간드 교환 반응을 겪을 수 있습니다(Abbott, Dougan, & Xue, 2011).
산화 환원 반응: 유기금속화합물은 산화환원반응에 참여하는데 이때 금속중심이 산화상태를 변화시켜 화합물의 반응성에 영향을 미친다.
균질 촉매: 많은 유기 금속 화합물은 유기 반응에서 촉매 역할을 하며, 전이 금속 착물의 도움으로 하나의 유기 분자를 다른 유기 분자로 변환하는 것을 촉진합니다.
전이 금속 착물: 유기 금속 화합물은 종종 부분적으로 채워진 d-오비탈이 있는 전이 금속을 포함하여 리간드와 다중 결합 상호 작용을 형성할 수 있습니다.

유기 금속 연구는 현대 화학의 발전에 크게 기여했으며 화학 합성 및 산업 공정에서 새롭고 효율적인 방법의 개발로 이어졌습니다.

어떤 산업적 역할을 합니까?

유기금속화학은 유기금속 화합물의 고유한 특성과 반응성으로 인해 다양한 산업 공정에서 매우 중요합니다. 예를 들어, 유기금속 착물은 금속 중심에 결합된 리간드의 수를 나타내는 다양한 배위수를 가질 수 있습니다. 이러한 다양성을 통해 입체 및 전자 특성이 다른 복합물을 설계할 수 있습니다(Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020). 다음은 업계에서 유기 금속의 특정 응용 분야입니다.

촉매 작용: 유기금속화합물은 산업공정에서 촉매로 널리 사용된다. 일반적으로 트리거가 반응물과 동일한 단계에 있는 균질 촉매에 적용됩니다. 전이 금속 착물은 화학 반응을 촉진하는 촉매 역할을 하여 더 높은 반응 속도, 증가된 선택성 및 더 온화한 반응 조건으로 이어집니다. 유기 금속을 기반으로 하는 촉매 공정은 의약품, 정밀 화학 제품, 석유 화학 제품 및 폴리머를 생산합니다(Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020).

히드로 포르 밀화: 유기금속 착물, 특히 코발트와 로듐은 올레핀의 하이드로포밀화(옥소 공정)에서 필수적인 촉매입니다. 이 반응은 알켄을 알코올, 산 및 플라스틱과 같은 다양한 화학 물질을 생산하는 데 중요한 중간체인 알데하이드로 변환합니다.

음위 전환: 올레핀 복분해는 올레핀계 화합물의 탄소-탄소 이중결합을 재배열하는 강력한 반응입니다. 루테늄, 몰리브덴 및 텅스텐과 같은 금속을 기반으로 하는 유기 금속 촉매가 이 공정에 사용되며 특수 화학 물질, 제약 및 기능화된 재료의 생산에 응용됩니다(Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020).

중합: 유기금속 촉매는 다양한 중합 공정에서 중요한 역할을 합니다. 티타늄 또는 지르코늄을 기본으로 하는 유기 금속 화합물로 구성된 Ziegler-Natta 촉매는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 생산합니다. 이러한 촉매는 폴리머 미세 구조를 제어할 수 있게 하여 특정 특성을 가진 재료를 생성합니다.

제약: 유기금속화합물은 의약품 연구개발에 적용된다. 의약 화학은 약물 전달을 강화하고 치료 특성을 개선하며 특정 생물학적 경로를 목표로 하는 유기 금속 복합체를 포함합니다.

유기 합성: 유기 금속 반응은 복잡한 유기 분자를 합성합니다. 교차 결합 반응(예: Suzuki, Heck 및 Sonogashira 반응)과 같은 공정은 유기 금속 화합물을 사용하여 복잡한 분자 구조를 구성하는 탄소-탄소 및 탄소-헤테로원자 결합을 형성합니다.

환경 응용: 유기금속은 폐수처리, 공기정화, 공해방지 등 환경정화에 관여한다. 유기 금속은 산업 폐수 및 배기 가스에서 유해한 오염 물질을 제거합니다. 유기금속 화합물은 상당히 낮은 독성 환경 영향을 미칩니다(Jenkins, Craig, Francesconi, & Harrington, 2006).

금속-유기 프레임워크(MOF): MOF는 금속 이온이 유기 리간드로 연결된 다공성 물질입니다. 이러한 물질은 가스 저장, 가스 분리 및 촉매 작용에 응용됩니다. 유기금속 화학은 특정 용도에 맞는 특성을 가진 MOF를 설계하고 합성하는 데 중요합니다(Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020).

전반적으로 유기 금속 화합물의 다양성과 반응성은 수많은 산업 공정에서 없어서는 안 될 요소가 되어 현대 기술, 재료 및 의약품의 발전에 기여합니다. 이 분야에 대한 지속적인 연구는 효율성과 지속 가능성이 훨씬 더 높은 새로운 촉매 및 공정의 발견으로 이어질 것입니다.

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출처 :

Abbot, JKC, Dougan, BA, & Xue, Z., (2011). 유기금속화합물의 합성, 현대무기합성화학.엘스비어.
Ashenhurst, J. (2022). 유기금속이란? 마스터 유기 화학. https://www.masterorganicchemistry.com/2015/10/28/whats-an-organometallic/
Gardner, BM, Seechurn, CJ, & Colacot, TJ, (2020). 유기 금속 화학의 산업 이정표, 산업에서의 유기금속 화학: 실용적인 접근,(1^st, 에드.). 와일리-VCH.
하우스, JE, & 하우스, KA, (2016). 유기금속화합물, 기술 무기 화학, (3판). 아카데믹 프레스.
Jenkins, RO, Craig, PJ, Francesconi, KA, & Harrington, CF (2006). 유기 금속 화합물의 환경 및 생물학적 측면, 종합유기금속화학 III: 기초에서 응용까지, 12, 603 - 661. https://doi.org/10.1016/B0-08-045047-4/00178-3