Что такое металлоорганические соединения?

Металлоорганика — это раздел химии, изучающий химические соединения, содержащие прямые связи между металлом и углеродом (House & House, 2016). Эти соединения известны как металлоорганические соединения. В металлоорганических соединениях один или несколько атомов углерода непосредственно связаны с атомом металла (Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020). Эти металлы обычно относятся к группе переходных металлов, таких как железо, никель, медь, цинк, палладий и платина. Примеры металлоорганических соединений включают реактивы Гриньяра и реактивы Гилмана (Ashenhurst, 2022).

Металлоорганическая химия играет решающую роль в промышленных процессах и академических исследованиях и имеет множество применений в таких областях, как катализ, органический синтез, материаловедение и бионеорганическая химия. Вот некоторые ключевые моменты, касающиеся металлоорганических соединений:

1. Лиганды: Атомы углерода в металлоорганических соединениях часто входят в состав органических групп, известных как лиганды. Эти лиганды могут быть простыми молекулами, такими как алкилы, арилы, алкоксиды, или более сложными структурами, такими как циклопентадиенил или порфирины.
2. Координационный номер: Металлоорганические соединения могут иметь различные координационные числа, представляющие количество лигандов, связанных с металлическим центром.
3. Реакции обмена лигандов: Металлоорганические соединения могут подвергаться реакциям обмена лигандов, когда один лиганд заменяется другим (Abbott, Dougan, & Xue, 2011).
4. Окислительно-восстановительные реакции: Металлоорганические соединения участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, в которых металлический центр изменяет свою степень окисления, влияя на реакционную способность соединения.
5. Гомогенный катализ: Многие металлоорганические соединения действуют как катализаторы в органических реакциях, облегчая превращение одной органической молекулы в другую с помощью комплексов переходных металлов.
6. Комплексы переходных металлов: Металлоорганические соединения часто включают переходные металлы с частично заполненными d-орбиталями, что позволяет им образовывать множественные связывающие взаимодействия с лигандами.

Изучение металлоорганических соединений внесло значительный вклад в развитие современной химии и привело к разработке новых и эффективных методов химического синтеза и промышленных процессов.

Какую промышленную роль он играет?

Металлоорганическая химия имеет решающее значение в различных промышленных процессах из-за уникальных свойств и реакционной способности металлоорганических соединений. Например, металлоорганические комплексы могут иметь различные координационные числа, представляющие собой количество лигандов, связанных с металлическим центром. Это разнообразие позволяет создавать комплексы с различными стерическими и электронными свойствами (Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020). Вот некоторые конкретные области применения металлоорганических соединений в промышленности:

катализ: Металлоорганические соединения широко используются в качестве катализаторов в промышленных процессах. Обычно они применяются к гомогенному катализу, когда триггер находится в той же фазе, что и реагенты. Комплексы переходных металлов действуют как катализаторы, стимулирующие химические реакции, что приводит к более высокой скорости реакции, повышенной селективности и более мягким условиям реакции. Каталитические процессы на основе металлоорганических соединений позволяют производить фармацевтические препараты, продукты тонкой химии, нефтехимии и полимеры (Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020).

гидроформилирование: Металлоорганические комплексы, особенно кобальт и родий, являются важными катализаторами гидроформилирования олефинов (оксопроцесс). Эта реакция превращает алкены в альдегиды, важные промежуточные продукты при производстве различных химических веществ, таких как спирт, кислоты и пластмассы.

метатеза: Метатезис олефинов — это мощная реакция, которая перестраивает двойные связи углерод-углерод в олефиновых соединениях. В этом процессе используются металлоорганические катализаторы на основе таких металлов, как рутений, молибден и вольфрам, которые находят применение в производстве специальных химикатов, фармацевтических препаратов и функционализированных материалов (Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020).

Полимеризация: Металлоорганические катализаторы играют решающую роль в различных процессах полимеризации. Катализаторы Циглера-Натта, состоящие из металлоорганических соединений на основе титана или циркония, производят полиэтилен и полипропилен. Эти катализаторы позволяют контролировать микроструктуру полимера, что приводит к получению материалов с особыми свойствами.

Фармацевтика: Металлоорганические соединения применяются в фармацевтических исследованиях и разработках. Медицинская химия включает металлоорганические комплексы для улучшения доставки лекарств, улучшения терапевтических свойств и воздействия на определенные биологические пути.

Органический синтез: Металлоорганические реакции синтезируют сложные органические молекулы. В таких процессах, как реакции кросс-сочетания (например, реакции Сузуки, Хека и Соногаширы), используются металлоорганические соединения для образования связей углерод-углерод и углерод-гетероатом, создавая сложные молекулярные структуры.

Экологические приложения: Металлоорганические соединения участвуют в восстановлении окружающей среды, например, в очистке сточных вод, очистке воздуха и борьбе с загрязнением. Металлоорганические соединения удаляют вредные загрязнители из промышленных стоков и выхлопных газов. Металлоорганические соединения оказывают значительно меньшее токсическое воздействие на окружающую среду (Jenkins, Craig, Francesconi, & Harrington, 2006).

Металлоорганические каркасы (MOF): MOF представляют собой пористые материалы, состоящие из ионов металлов, связанных органическими лигандами. Эти материалы находят применение в хранении газа, разделении газов и катализе. Металлоорганическая химия имеет решающее значение для разработки и синтеза MOF с индивидуальными свойствами для конкретных приложений (Gardner, Seechurn, & Colacot, 2020).

В целом универсальность и реакционная способность металлоорганических соединений делают их незаменимыми во многих промышленных процессах, способствуя развитию современных технологий, материалов и фармацевтических препаратов. Продолжение исследований в этой области, вероятно, приведет к открытию новых катализаторов и процессов с еще большей эффективностью и устойчивостью.

Chemwatch здесь, чтобы помочь.

Многие химические вещества небезопасны при вдыхании, употреблении или нанесении на кожу. Во избежание случайного потребления, неправильного обращения и неправильной идентификации химические вещества должны быть точно маркированы, отслеживаться и храниться. Для получения помощи в этом, а также при обращении с химическими и опасными материалами, паспортах безопасности, этикетках, оценке рисков и тепловых картах, Контакты Cегодня!

Источники:

• Abbot, JKC, Dougan, BA, & Xue, Z. (2011). Синтез металлоорганических соединений, Современная неорганическая синтетическая химия.Эльзевир.
• Эшенхерст, Дж. (2022). Что такое металлоорганическое? Магистр органической химии. https://www.masterorganicchemistry.com/2015/10/28/whats-an-organometallic/
• Гарднер, Б.М., Сичурн, С.Дж., и Колакот, Т.Дж. (2020). Промышленные вехи металлоорганической химии, Металлоорганическая химия в промышленности: практический подход,(1^st, изд.). Wiley-ВЧ.
• Хаус, JE, и Хаус, К.А., (2016). Металлоорганические соединения, Описательная неорганическая химия, (3-е изд.). Академическая пресса.  
• Дженкинс, Р.О., Крейг, П.Дж., Франческони, К.А., и Харрингтон, К.Ф. (2006). Экологические и биологические аспекты металлоорганических соединений, Комплексная металлоорганическая химия III: от основ к приложениям, 12, 603-661. https://doi.org/10.1016/B0-08-045047-4/00178-3