Química organometálica

A química organometálica é o estudo de compostos químicos que contêm ligações entre o carbono e um metal. Ele combina aspectos da química inorgânica (o estudo de ligações não-carbono) e da química orgânica (o estudo de ligações-carbono).

Exemplos de compostos organometálicos são os tetraetila; no passado, era usado como aditivo para combustível (gasolina com chumbo). Também a metilcobalamina (vitamina B12) é um composto organometálico comum.

n-Butyllithium , um composto organometálico. Quatro átomos de lítio são mostrados em roxo em um tetraedro, e cada átomo de lítio é ligado a um grupo butil (o carbono é preto, o hidrogênio é branco)
n-Butyllithium , um composto organometálico. Quatro átomos de lítio são mostrados em roxo em um tetraedro, e cada átomo de lítio é ligado a um grupo butil (o carbono é preto, o hidrogênio é branco)

Compostos organometálicos

Os compostos organometálicos são compostos que possuem ligações químicas entre um ou mais átomos de metal e um ou mais átomos de carbono de um grupo organílico (um ligante orgânico). Eles têm o prefixo "organo-". (por exemplo, compostos organopalladium). Os compostos organometálicos incluem subgrupos como as metaloproteínas, como a hemoglobina.

O termo "metalorgânicos" geralmente se refere a compostos contendo metal que não possuem ligações direto metal-carbono, mas que contêm ligantes orgânicos que os ligam a um composto orgânico. Os beta-diketonatos de metal, alcóxidos e dialquilamidas são membros desta classe.

Além dos metais tradicionais, elementos como boro, silício, arsênico e selênio formam compostos organometálicos.

Compostos de coordenação com ligantes orgânicos

Muitos complexos têm laços de coordenação entre um ligante metálico e um orgânico. Os ligantes orgânicos geralmente ligam o metal através de uma heteroatomia como oxigênio ou nitrogênio, caso em que tais compostos são chamados de "compostos de coordenação".

Muitos compostos orgânicos de coordenação ocorrem na natureza. Por exemplo, a hemoglobina e a mioglobina contêm um centro de ferro coordenado aos átomos de nitrogênio de um anel de porfirina; o magnésio é o centro de um anel de cloro em clorofila. O campo de tais compostos inorgânicos é conhecido como química bioinorgânica. Entretanto, a metilcobalamina (uma forma de vitamina B12), com uma ligação cobalto-metil, é um verdadeiro complexo organometálico, um dos poucos conhecidos na biologia.

Estrutura e propriedades

A ligação metal-carbono em compostos organometálicos está a meio caminho entre ser iônico e covalente. Os compostos organometálicos com ligações que têm caracteres entre iônico e covalente são muito importantes na indústria. Ambos são relativamente estáveis em soluções, mas iônicos o suficiente para sofrer reações. Duas classes importantes são os reagentes organolítico e Grignard.

O metal Fe (vermelho) liga dois anéis orgânicos juntos. Nas estruturas dos anéis, cada ponto representa um átomo de carbono. Portanto, o ferroceno tem 10 átomos de carbono, 5 no anel acima do ferro e 5 no anel abaixo
O metal Fe (vermelho) liga dois anéis orgânicos juntos. Nas estruturas dos anéis, cada ponto representa um átomo de carbono. Portanto, o ferroceno tem 10 átomos de carbono, 5 no anel acima do ferro e 5 no anel abaixo

Grupo de hemoglobina
Grupo de hemoglobina

Utilizações

Os organometálicos encontram usos práticos em processos estequiométricos e catalíticos, especialmente processos que envolvem monóxido de carbono e polímeros derivados de alcenos. Todo o polietileno e polipropileno do mundo são produzidos com catalisadores organometálicos. O ácido acético é produzido utilizando catalisadores carbonílicos metálicos no processo Monsanto e no processo Cativa. A maior parte dos álcoois sintéticos, pelo menos aqueles maiores que o etanol, são produzidos por hidrogenação de aldeídos derivados da hidroformiação. Da mesma forma, o processo Wacker é utilizado na oxidação do etileno em acetaldeído.

Organometálicos são altamente básicos e altamente redutores. Eles catalisam muitas reações de polimerização. Também são úteis estoquiometricamente.

Compostos organometálicos podem ser encontrados no ambiente. Os ambientalistas se preocupam com compostos organo-lead e organo-mercúrio. Eles são perigosos tóxicos.

A pesquisa está atualmente em andamento utilizando a catálise organometálica. A crise energética iniciou um interesse crescente em formas mais eficientes de trabalhar com os combustíveis fósseis restantes que nos restam. Embora muitos concordem que diminuir a dependência do petróleo é mais seguro para o meio ambiente, bem como politicamente sensato. O novo interesse em tecnologias "verdes" também ajudou a aumentar a pesquisa. Muitos exemplos de pesquisa organometálica podem ser encontrados nas indústrias petroquímica e farmacêutica. Alguns métodos atuais de produção de produtos químicos são esbanjadores e produzem resíduos tóxicos, enquanto muitos catalisadores organometálicos mostram promessa de mudar isso.

História

Louis Claude Cadet sintetizou compostos de metil arsênico relacionados ao cacodil. William Christopher Zeise fez o complexo platina-etileno. Edward Frankland descobriu o dimetil zinco. Ludwig Mond descobriu Ni(CO)4. Victor Grignard trabalhou com compostos de organomagnésio. Os produtos abundantes e diversificados do carvão e do petróleo levaram à Ziegler-Natta, Fischer-Tropsch, catálise de hidroformilação que empregam CO, H2 e alcenos como matéria-prima e ligantes.

Anos atrás, a Tetraethyllead foi adicionada à gasolina como um agente antidetonante. Como o chumbo é tóxico, ele não é mais usado na gasolina. Em vez disso, outros compostos organometálicos como ferroceno e metilciclopentadienil tricarbonil manganês (MMT) são agora adicionados à gasolina para evitar pancadas.

Os prêmios Nobel de 1973 para Ernst Fischer e Geoffrey Wilkinson por trabalhos sobre metalocenos tornaram a química organometálica mais popular. Em 2005, Yves Chauvin, Robert H. Grubbs e Richard R. Schrock dividiram o Prêmio Nobel de metátese de olefinas catalisadas por metais.

Linha do tempo da Química Organometálica

  • 1760 Louis Claude Cadet de Gassicourt investiga tintas à base de sais de cobalto e isola o Cacodyl do mineral de cobalto contendo arsênico
  • 1827 O sal de Zeise é o primeiro complexo platina/ olefina
  • 1848 Edward Frankland descobre o dietilzinco
  • 1863 Charles Friedel e James Crafts preparam organoclorossilanos
  • 1890 Ludwig Mond descobre o Níquel carbonilo
  • 1899 Introdução da reação Grignard
  • 1900 Paul Sabatier trabalha com compostos orgânicos de hidrogenação com catalisadores de metal. A hidrogenação de gorduras dá início aos avanços na indústria alimentícia, ver margarina
  • 1909 Paul Ehrlich apresenta Salvarsan para o tratamento da sífilis, um composto organometálico precoce à base de arsênico
  • 1912 Prêmio Nobel Victor Grignard e Paul Sabatier
  • 1930 Henry Gilman trabalha em copos de lítio, veja o reagente Gilman
  • 1951 Ferrocene é descoberto
  • Prêmio Nobel de 1963 para Karl Ziegler e Giulio Natta sobre o catalisador Ziegler-Natta
  • 1965 Descoberta do ciclobutadieno-ferro tricarbonil
  • 1968 Reação do inferno
  • Prêmio Nobel de 1973 Geoffrey Wilkinson e Ernst Otto Fischer sobre compostos sanduíche
  • Prêmio Nobel Roald Hoffmann e Kenichi Fukui em 1981 sobre o Princípio Isolobal
  • Prêmio Nobel de 2005 Yves Chauvin, Robert Grubbs e Richard R. Schrock sobre metástases alcalinas catalisadas por metais
  • Prêmio Nobel 2010 Richard F. Heck, Ei-ichi Negishi, Akira Suzuki por seu trabalho em reações de acoplamento catalisadas por paládio em síntese orgânica.

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