O que são Organometálicos?

Organometálicos é um ramo da química que estuda compostos químicos contendo ligações diretas de metal com carbono (House & House, 2016). Esses compostos são conhecidos como compostos organometálicos. Em compostos organometálicos, um ou mais átomos de carbono estão diretamente ligados a um átomo de metal (Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020). Esses metais são tipicamente do grupo de metais de transição, como ferro, níquel, cobre, zinco, paládio e platina. Exemplos de compostos organometálicos incluem reagentes de Grignard e reagentes de Gilman (Ashenhurst, 2022).

A química organometálica desempenha um papel crucial nos processos industriais e na pesquisa acadêmica, e possui inúmeras aplicações em áreas como catálise, síntese orgânica, ciência dos materiais e química bioinorgânica. Alguns pontos-chave sobre compostos organometálicos são:

1. Ligandos: Os átomos de carbono em compostos organometálicos geralmente fazem parte de grupos orgânicos conhecidos como ligantes. Esses ligantes podem ser moléculas simples como alquilas, arilas, alcóxidos ou estruturas mais complexas como ciclopentadienil ou porfirinas.
2. Número de coordenação: Compostos organometálicos podem ter vários números de coordenação, representando o número de ligantes ligados ao centro metálico.
3. Reações de troca de ligantes: Compostos organometálicos podem sofrer reações de troca de ligantes, onde outro substitui um ligante (Abbott, Dougan, & Xue, 2011).
4. Reações redox: Compostos organometálicos participam de reações redox, onde o centro metálico muda seu estado de oxidação, afetando a reatividade do composto.
5. Catálise homogênea: Muitos compostos organometálicos atuam como catalisadores em reações orgânicas, facilitando a transformação de uma molécula orgânica em outra com a ajuda de complexos de metais de transição.
6. Complexos de metais de transição: Compostos organometálicos geralmente envolvem metais de transição com orbitais d parcialmente preenchidos, permitindo que eles formem múltiplas interações de ligação com ligantes.

O estudo de organometálicos contribuiu significativamente para os avanços da química moderna e levou ao desenvolvimento de métodos novos e eficientes em síntese química e processos industriais.

Que função industrial desempenha?

A química organometálica é crítica em vários processos industriais devido às propriedades e reatividade únicas dos compostos organometálicos. Por exemplo, complexos organometálicos podem ter vários números de coordenação, representando o número de ligantes ligados ao centro metálico. Essa diversidade permite o projeto de complexos com diferentes propriedades estéricas e eletrônicas (Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020). Aqui estão algumas aplicações específicas de organometálicos na indústria:

Catálise: Compostos organometálicos são amplamente utilizados como catalisadores em processos industriais. Eles normalmente se aplicam à catálise homogênea, onde o gatilho está na mesma fase que os reagentes. Os complexos de metais de transição atuam como catalisadores para promover reações químicas, levando a taxas de reação mais altas, maior seletividade e condições de reação mais suaves. Processos catalíticos baseados em organometálicos produzem produtos farmacêuticos, produtos químicos finos, petroquímicos e polímeros (Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020).

Hidroformilação: Complexos organometálicos, principalmente cobalto e ródio, são catalisadores essenciais na hidroformilação de olefinas (processo oxo). Esta reação converte alcenos em aldeídos, intermediários cruciais na produção de vários produtos químicos, como álcool, ácidos e plásticos.

Metátese: A metátese de olefinas é uma reação poderosa que rearranja ligações duplas carbono-carbono em compostos olefínicos. Catalisadores organometálicos à base de metais como rutênio, molibdênio e tungstênio são empregados nesse processo, que tem aplicações na produção de especialidades químicas, farmacêuticas e materiais funcionalizados (Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020).

polimerização: Os catalisadores organometálicos desempenham um papel crucial em vários processos de polimerização. Os catalisadores Ziegler-Natta, constituídos por compostos organometálicos à base de titânio ou zircônio, produzem polietileno e polipropileno. Esses catalisadores permitem o controle da microestrutura do polímero, resultando em materiais com propriedades específicas.

Farmacêutico: Compostos organometálicos se aplicam à pesquisa e desenvolvimento farmacêutico. A química medicinal envolve complexos organometálicos para melhorar a entrega de drogas, melhorar as propriedades terapêuticas e direcionar vias biológicas específicas.

Síntese Orgânica: As reações organometálicas sintetizam moléculas orgânicas complexas. Processos como reações de acoplamento cruzado (por exemplo, reações de Suzuki, Heck e Sonogashira) usam compostos organometálicos para formar ligações carbono-carbono e carbono-heteroátomo, construindo estruturas moleculares complexas.

Aplicações Ambientais: Os organometálicos estão envolvidos na remediação ambiental, como tratamento de águas residuais, purificação do ar e controle da poluição. Organometálicos removem poluentes nocivos de efluentes industriais e gases de escape. Compostos organometálicos exercem efeitos ambientais tóxicos significativamente baixos (Jenkins, Craig, Francesconi e Harrington, 2006).

Estruturas Metal-Orgânicas (MOFs): MOFs são materiais porosos feitos de íons metálicos conectados por ligantes orgânicos. Esses materiais têm aplicações em armazenamento de gás, separação de gás e catálise. A química organometálica é crucial para projetar e sintetizar MOFs com propriedades personalizadas para aplicações específicas (Gardner, Seechurn e Colacot, 2020).

No geral, a versatilidade e a reatividade dos compostos organometálicos os tornam indispensáveis ​​em vários processos industriais, contribuindo para o avanço da tecnologia, materiais e produtos farmacêuticos modernos. A pesquisa contínua neste campo provavelmente levará à descoberta de novos catalisadores e processos com eficiência e sustentabilidade ainda maiores.

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Fontes:

• Abbot, JKC, Dougan, BA, & Xue, Z., (2011). Síntese de compostos organometálicos, Química Sintética Inorgânica Moderna.Elsevier.
• Ashenhurst, J. (2022). O que é um organometálico? Química Orgânica Mestre. https://www.masterorganicchemistry.com/2015/10/28/whats-an-organometallic/
• Gardner, BM, Seechurn, CJ, & Colacot, TJ, (2020). Marcos Industriais em Química Organometálica, Química Organometálica na Indústria: Uma Abordagem Prática,(1^st, ed.). Wiley-VCH.
• House, JE, & House, KA, (2016). compostos organometálicos, Química Inorgânica Descritiva, (3ª ed.). Imprensa Acadêmica.  
• Jenkins, RO, Craig, PJ, Francesconi, KA e Harrington, CF (2006). Aspectos ambientais e biológicos de compostos organometálicos, Química Organometálica Abrangente III: Dos Fundamentos às Aplicações, 12, 603-661. https://doi.org/10.1016/B0-08-045047-4/00178-3