Chimica organometallica

Composti organometallici

I composti organometallici sono composti che hanno legami chimici tra uno o più atomi di metallo e uno o più atomi di carbonio di un gruppo organilico (un ligando organico). Hanno il prefisso "organo-" (per esempio, composti di organopalladio). I composti organometallici includono sottogruppi come le metalloproteine come l'emoglobina.

Il termine "metalorganici" di solito si riferisce a composti contenenti metallo senza legami diretti metallo-carbonio, ma che contengono ligandi organici che li legano a un composto organico. I beta-diketonati metallici, gli alcossidi e i dialchilamidi sono membri di questa classe.

Oltre ai metalli tradizionali, elementi come boro, silicio, arsenico e selenio formano composti organometallici.

Composti di coordinazione con ligandi organici

Molti complessi hanno legami di coordinazione tra un metallo e ligandi organici. I ligandi organici spesso legano il metallo attraverso un eteroatomo come l'ossigeno o l'azoto, nel qual caso tali composti sono chiamati "composti di coordinazione".

Molti composti organici di coordinazione si trovano in natura. Per esempio, l'emoglobina e la mioglobina contengono un centro di ferro coordinato agli atomi di azoto di un anello di porfirina; il magnesio è il centro di un anello di clorina nella clorofilla. Il campo di tali composti inorganici è noto come chimica bioinorganica. Tuttavia, la metilcobalamina (una forma di vitamina B12), con un legame cobalto-metile, è un vero complesso organometallico, uno dei pochi conosciuti in biologia.

Struttura e proprietà

Il legame metallo-carbonio nei composti organometallici è a metà strada tra l'essere ionico e covalente. I composti organometallici con legami che hanno caratteri a metà tra lo ionico e il covalente sono molto importanti nell'industria. Sono entrambi relativamente stabili in soluzione ma abbastanza ionici da subire reazioni. Due classi importanti sono gli organoliti e i reagenti di Grignard.

Il metallo Fe (rosso) lega insieme due anelli organici. Nelle strutture ad anello ogni punto rappresenta un atomo di carbonio. Così il ferrocene ha 10 atomi di carbonio, 5 nell'anello sopra il ferro e 5 nell'anello sotto


Gruppo eme dell'emoglobina

Usa

Gli organometallici trovano usi pratici nei processi stechiometrici e catalitici, specialmente nei processi che coinvolgono il monossido di carbonio e i polimeri derivati dagli alcheni. Tutto il polietilene e il polipropilene del mondo sono prodotti con catalizzatori organometallici. L'acido acetico è prodotto usando catalizzatori carbonilici metallici nel processo Monsanto e nel processo Cativa. La maggior parte degli alcoli sintetici, almeno quelli più grandi dell'etanolo, sono prodotti per idrogenazione di aldeidi derivate dall'idroformilazione. Allo stesso modo, il processo Wacker è usato nell'ossidazione dell'etilene ad acetaldeide.

Gli organomettalici sono altamente basici e altamente riducenti. Catalizzano molte reazioni di polimerizzazione. Sono anche utili stechiometricamente.

I composti organometallici possono essere trovati nell'ambiente. Gli ambientalisti si preoccupano dei composti organo-piombo e organo-mercurio. Sono rischi tossici.

La ricerca è attualmente in corso utilizzando la catalisi organometallica. La crisi energetica ha avviato un maggiore interesse in modi più efficienti di lavorare con i restanti combustibili fossili che ci sono rimasti. Mentre molti concordano sul fatto che abbassare la dipendenza dal petrolio è più sicuro per l'ambiente, oltre che politicamente saggio. Il nuovo interesse per le tecnologie "verdi" ha anche contribuito ad aumentare la ricerca. Molti esempi di ricerca organometallica possono essere trovati nelle industrie petrolchimiche e farmaceutiche. Alcuni metodi attuali di produzione chimica sono dispendiosi e producono rifiuti tossici, mentre molti catalizzatori organometallici mostrano la promessa di cambiare ciò.

Storia

Louis Claude Cadet sintetizzò composti di metil arsenico legati al cacodile. William Christopher Zeise fece il complesso platino-etilene. Edward Frankland scoprì lo zinco dimetilico. Ludwig Mond scoprì il Ni(CO)₄. Victor Grignard lavorò con composti organomagnetici. Gli abbondanti e diversi prodotti del carbone e del petrolio portarono alla catalisi Ziegler-Natta, Fischer-Tropsch, idroformilazione che impiegano CO, _H2 e alcheni come materie prime e ligandi.

Anni fa, il piombo tetraetile veniva aggiunto alla benzina come agente antidetonante. Poiché il piombo è tossico, non è più usato nella benzina. Invece, altri composti organometallici come il ferrocene e il metilciclopentadienil tricarbonile di manganese (MMT) sono ora aggiunti alla benzina per prevenire il battito.

I premi Nobel del 1973 a Ernst Fischer e Geoffrey Wilkinson per il lavoro sui metalloceni hanno reso più popolare la chimica organometallica. Nel 2005, Yves Chauvin, Robert H. Grubbs e Richard R. Schrock hanno condiviso il premio Nobel per la metatesi olefinica catalizzata da metalli.

Cronologia della chimica organometallica

• 1760 Louis Claude Cadet de Gassicourt indaga sugli inchiostri a base di sali di cobalto e isola il Cacodyl dal minerale di cobalto contenente arsenico
• 1827 Il sale di Zeise è il primo complesso platino/olefina
• 1848 Edward Frankland scopre il dietilstagno
• 1863 Charles Friedel e James Crafts preparano gli organoclorosilani
• 1890 Ludwig Mond scopre il nichel carbonile
• 1899 Introduzione della reazione di Grignard
• 1900 Paul Sabatier lavora sull'idrogenazione dei composti organici con catalizzatori metallici. L'idrogenazione dei grassi dà il via ai progressi dell'industria alimentare, vedi margarina
• 1909 Paul Ehrlich introduce il Salvarsan per il trattamento della sifilide, un primo composto organometallico a base di arsenico
• 1912 Premio Nobel Victor Grignard e Paul Sabatier
• 1930 Henry Gilman lavora sui cuprati di litio, vedi reagente Gilman
• 1951 Viene scoperto il ferrocene
• 1963 Premio Nobel per Karl Ziegler e Giulio Natta sul catalizzatore Ziegler-Natta
• 1965 Scoperta del tricarbonile di ciclobutadiene ferro
• 1968 Reazione di Heck
• 1973 Premio Nobel Geoffrey Wilkinson e Ernst Otto Fischer sui composti sandwich
• 1981 Premio Nobel Roald Hoffmann e Kenichi Fukui sul Principio Isolobal
• Premio Nobel 2005 Yves Chauvin, Robert Grubbs e Richard R. Schrock sulla metatesi alchenica catalizzata da metalli
• 2010 Premio Nobel Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki per il loro lavoro nelle reazioni di accoppiamento catalizzate dal palladio nella sintesi organica.

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