Organometallisk kemi

Organometallisk kemi är studiet av kemiska föreningar som innehåller bindningar mellan kol och en metall. Den kombinerar aspekter av oorganisk kemi (studiet av bindningar utan kol) och organisk kemi (studiet av kolbindningar).

Exempel på metallorganiska föreningar är tetraetylbly, som tidigare användes som tillsats i bränsle (blyhaltig bensin). Metylkobalamin (B-vitamin ₁₂) är också en vanlig metallorganisk förening.

n-Butyllitium, en metallorganisk förening. Fyra litiumatomer visas i lila i en tetraeder, och varje litiumatom är bunden till en butylgrupp (kol är svart, väte är vitt).

Organometalliska föreningar

Organometalliska föreningar är föreningar som har kemiska bindningar mellan en eller flera metallatomer och en eller flera kolatomer i en organylgrupp (en organisk ligand). De har prefixet "organo-" (t.ex. organopalladiumföreningar). Organometalliska föreningar omfattar undergrupper som metalloproteiner, t.ex. hemoglobin.

Termen "metallorganiska ämnen" avser vanligtvis metallinnehållande föreningar som saknar direkta metall-kol-bindningar men som innehåller organiska ligander som binder dem till en organisk förening. Betadiketonater, alkoxider och dialkylamider av metaller tillhör denna klass.

Förutom de traditionella metallerna bildar element som bor, kisel, arsenik och selen metallorganiska föreningar.

Koordinationsföreningar med organiska ligander

Många komplex har koordinationsbindningar mellan en metall och organiska ligander. De organiska liganderna binder ofta metallen genom en heteroatom, t.ex. syre eller kväve, och sådana föreningar kallas då "samordningsföreningar".

Många organiska samordningsföreningar förekommer i naturen. Hemoglobin och myoglobin innehåller t.ex. ett järncentrum som är samordnat med kväveatomerna i en porfyrinring, och magnesium är centrum i en klorinring i klorofyll. Området för sådana oorganiska föreningar kallas bioanorganisk kemi. Metylkobalamin (en form av vitamin B ₁₂), med en kobolt-metylbindning, är dock ett verkligt metallorganiskt komplex, ett av de få kända inom biologin.

Struktur och egenskaper

Metall-kol-bindningen i metallorganiska föreningar är halvvägs mellan jonisk och kovalent. Organometalliska föreningar med bindningar som har karaktärer mellan joniska och kovalenta är mycket viktiga inom industrin. De är båda relativt stabila i lösningar men tillräckligt joniska för att kunna genomgå reaktioner. Två viktiga klasser är organolithium- och Grignardreagenser.

Fe-metallen (röd) binder ihop två organiska ringar. I ringstrukturerna representerar varje punkt en kolatom. Ferrocen har alltså 10 kolatomer, 5 i ringen ovanför järnet och 5 i ringen nedanför.

Hemgruppen i hemoglobin

Använder

Organometalliska ämnen har praktisk användning i stökiometriska och katalytiska processer, särskilt processer som involverar kolmonoxid och polymerer som härrör från alkener. All världens polyeten och polypropen tillverkas med metallorganiska katalysatorer. Ättiksyra framställs med hjälp av metallkarbonylkatalysatorer i Monsanto-processen och Cativa-processen. Huvuddelen av de syntetiska alkoholerna, åtminstone de som är större än etanol, framställs genom hydrering av aldehyder som härrör från hydroformylering. På samma sätt används Wacker-processen vid oxidation av eten till acetaldehyd.

Organomettaliska ämnen är starkt basiska och starkt reducerande. De katalyserar många polymeriseringsreaktioner. De är också användbara stökiometriskt.

Organometalliska föreningar kan finnas i miljön. Miljövårdare oroar sig för organiska bly- och kvicksilverföreningar. De utgör giftiga risker.

För närvarande pågår forskning om organometallisk katalys. Energikrisen har lett till ett ökat intresse för effektivare sätt att arbeta med de fossila bränslen som finns kvar. Många är överens om att det är säkrare för miljön och politiskt klokt att minska oljeberoendet. Det nya intresset för "grön" teknik har också bidragit till att öka forskningen. Många exempel på metallorganisk forskning finns inom den petrokemiska och farmaceutiska industrin. Vissa nuvarande metoder för kemisk produktion är slösaktiga och ger upphov till giftigt avfall, medan många metallorganiska katalysatorer lovar att ändra på detta.

Historia

Louis Claude Cadet syntetiserade metylarsenikföreningar som var besläktade med cacodyl. William Christopher Zeise tillverkade platina-etenkomplex. Edward Frankland upptäckte dimetylzink. Ludwig Mond upptäckte Ni(CO)₄ . Victor Grignard arbetade med organiska magnesiumföreningar. De rikliga och varierande produkterna från kol och petroleum ledde till Ziegler-Natta, Fischer-Tropsch och hydroformyleringskatalys som använder CO, H₂ och alkener som råmaterial och ligander.

För flera år sedan tillsattes tetraetylbly i bensin som ett antikockmedel. Eftersom bly är giftigt används det inte längre i bensin. I stället tillsätts nu andra metallorganiska föreningar som ferrocen och metylcyklopentadienylmangantrikarbonyl (MMT) i bensin för att förhindra knackning.

Nobelpriset 1973 till Ernst Fischer och Geoffrey Wilkinson för arbete med metallocener gjorde metallorganisk kemi mer populär. År 2005 delade Yves Chauvin, Robert H. Grubbs och Richard R. Schrock Nobelpriset för metallkatalyserad olefinmetatiseringen.

Tidslinje för metallorganisk kemi

1760 Louis Claude Cadet de Gassicourt undersöker bläck baserat på kobolt-salter och isolerar Cacodyl från koboltmineral som innehåller arsenik.
1827 Zeises salt är det första komplexet av platina och olefiner.
1848 Edward Frankland upptäcker dietylzink.
1863 Charles Friedel och James Crafts framställer organoklorosilaner.
1890 Ludwig Mond upptäcker nickelkarbonyl
1899 Introduktion av Grignard-reaktionen
1900 Paul Sabatier arbetar med hydrogenering av organiska föreningar med metallkatalysatorer. Hydrering av fett ger upphov till framsteg inom livsmedelsindustrin, se margarin.
1909 Paul Ehrlich introducerar Salvarsan för behandling av syfilis, en tidig arsenikbaserad metallorganisk förening.
1912 Nobelpris Victor Grignard och Paul Sabatier
1930 Henry Gilman arbetar med litiumkubrat, se Gilman-reagens.
1951 Ferrocen upptäcks
1963 Nobelpris till Karl Ziegler och Giulio Natta för Ziegler-Natta-katalysatorn.
1965 Upptäckten av cyklobutadienejärntrikarbonyl
1968 Heck-reaktion
1973 Nobelpris Geoffrey Wilkinson och Ernst Otto Fischer för sandwichföreningar.
1981 Nobelpris Roald Hoffmann och Kenichi Fukui för den isolobala principen
2005 Nobelpris Yves Chauvin, Robert Grubbs och Richard R. Schrock för metallkatalyserad alkenmetatisering.
2010 Nobelpris Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki för deras arbete med palladiumkatalyserade kopplingsreaktioner i organisk syntes.

Relaterade sidor

Chelation