Organometallisk kemi

Organometallisk kemi er studiet af kemiske forbindelser, der indeholder bindinger mellem kulstof og et metal. Den kombinerer aspekter af uorganisk kemi (studiet af bindinger uden kulstof) og organisk kemi (studiet af kulstofbindinger).

Eksempler på organometalliske forbindelser er tetraethylbly; det blev tidligere brugt som tilsætningsstof til brændstof (blyholdig benzin). Methylcobalamin (B-vitamin ₁₂) er også en almindelig organometallisk forbindelse.

n-Butyllithium, en organometallisk forbindelse. Fire lithiumatomer er vist med lilla i et tetraeder, og hvert lithiumatom er bundet til en butylgruppe (kulstof er sort, hydrogen er hvidt).

Organometalliske forbindelser

Organometalliske forbindelser er forbindelser, der har kemiske bindinger mellem et eller flere metalatomer og et eller flere kulstofatomer i en organylgruppe (en organisk ligand). De har præfikset "organo-" (f.eks. organopalladiumforbindelser). Organometalliske forbindelser omfatter undergrupper som metalloproteiner som f.eks. hæmoglobin.

Udtrykket "metalorganiske stoffer" henviser normalt til metalholdige forbindelser uden direkte metal-kulstof-bindinger, men som indeholder organiske ligander, der binder dem til en organisk forbindelse. Metal-beta-diketonater, alkoxider og dialkylamider tilhører denne klasse.

Ud over de traditionelle metaller danner elementer som bor, silicium, arsen og selen organometalliske forbindelser.

Koordinationsforbindelser med organiske ligander

Mange komplekser har koordinationsbindinger mellem et metal og organiske ligander. De organiske ligander binder ofte metallet gennem et heteroatom som f.eks. oxygen eller nitrogen, og i så fald kaldes sådanne forbindelser "koordinationsforbindelser".

Der findes mange organiske koordinationsforbindelser i naturen. F.eks. indeholder hæmoglobin og myoglobin et jerncenter, der er koordineret med nitrogenatomerne i en porfyrinring; magnesium er centrum i en klorinring i klorofyl. Området for sådanne uorganiske forbindelser er kendt som bioorganisk kemi. Methylcobalamin (en form for B-vitamin ₁₂) med en kobolt-methylbinding er imidlertid et ægte organometallisk kompleks, et af de få kendte i biologien.

Struktur og egenskaber

Metal-kulstof-bindingen i organometalliske forbindelser er halvvejs mellem ionisk og kovalent. Organometalliske forbindelser med bindinger, der har karakterer mellem ioniske og kovalente, er meget vigtige i industrien. De er begge relativt stabile i opløsninger, men er ioniske nok til at kunne gennemgå reaktioner. To vigtige klasser er organolithium- og Grignard-reagenser.

Fe-metallet (rødt) binder to organiske ringe sammen. I ringstrukturerne repræsenterer hvert punkt et kulstofatom. Ferrocen har således 10 kulstofatomer, 5 i ringen over jern og 5 i ringen under jern.

Hæm-gruppen i hæmoglobin

Bruger

Organometallics finder praktisk anvendelse i støkiometriske og katalytiske processer, især processer, der involverer kulilte og alkenafledte polymerer. Al verdens polyethylen og polypropylen fremstilles med organometalliske katalysatorer. Eddikesyre fremstilles ved hjælp af metalcarbonylkatalysatorer i Monsanto-processen og Cativa-processen. Hovedparten af de syntetiske alkoholer, i hvert fald dem, der er større end ethanol, fremstilles ved hydrogenering af aldehyder, der stammer fra hydroformylering. På samme måde anvendes Wacker-processen til oxidation af ethylen til acetaldehyd.

Organomettalier er stærkt basiske og stærkt reducerende. De katalyserer mange polymerisationsreaktioner. De er også nyttige i stoikiometrisk henseende.

Organometalliske forbindelser kan findes i miljøet. Miljøforkæmpere er bekymrede over organiske bly- og kviksølvforbindelser. De er giftige farer.

Der forskes i øjeblikket i organometallisk katalyse. Energikrisen har skabt en øget interesse for mere effektive måder at arbejde med de resterende fossile brændstoffer, vi har tilbage. Mange er enige om, at det er sikrere for miljøet og politisk klogt at mindske olieafhængigheden. Den nye interesse for "grønne" teknologier har også bidraget til at øge forskningen. Der findes mange eksempler på organometallisk forskning i den petrokemiske og farmaceutiske industri. Nogle af de nuværende metoder til kemisk produktion er spildfulde og producerer giftigt affald, mens mange organometalliske katalysatorer lover at ændre dette.

Historie

Louis Claude Cadet syntetiserede methylarsenikforbindelser, der var beslægtet med cacodyl. William Christopher Zeise fremstillede platin-ethylenkomplekset. Edward Frankland opdagede dimethylzink. Ludwig Mond opdagede Ni(CO)₄ . Victor Grignard arbejdede med organomagnesiumforbindelser. De rigelige og forskelligartede produkter fra kul og olie førte til Ziegler-Natta, Fischer-Tropsch og hydroformyleringskatalyse, hvor CO, H₂ og alkener anvendes som råmaterialer og ligander.

For år tilbage blev tetraethylbly tilsat benzin som et antiklokkemiddel. Da bly er giftigt, anvendes det ikke længere i benzin. I stedet tilsættes der nu andre organometalliske forbindelser som ferrocen og methylcyclopentadienylmangan-tricarbonyl (MMT) til benzin for at forhindre bankning.

Nobelprisen i 1973 til Ernst Fischer og Geoffrey Wilkinson for deres arbejde med metallocener gjorde organometalkemi mere populær. I 2005 delte Yves Chauvin, Robert H. Grubbs og Richard R. Schrock Nobelprisen for metalkatalyseret olefinmetatese.