Элементоорганические соединения

Реферат на тему:

Элементоорганические соединения

Выполнил: студент ФНБМТ

2 курса 241 группы Лазавой А.

Химия элементоорганических соединений возникла и развивается на стыке орг. и неорг. химии и связывает эти две области химии. Элементоорганические соединения встречаются в природе крайне редко; большинство из них синтезировано в лаб. условиях.

Элементоорганические соединения, содержат химическую связь углерод-элемент. К элементоорганическим соединениям, как правило, не относят органическим соединениям с простыми или кратными связями С—N, С — О, С — S и С — Hal. Реакционная способность элементоорганических соединений определяется прежде всего характером связи углерод-элемент, ее прочностью, полярностью и т. п. Обычно элементоорганические соединения подразделяют на борорганические, кремнийорганические и металлорганические соединения. Основная группа элементоорганических соединений — металлоорганические соединения. Особое место среди них занимают p-комплексы переходных металлов с ненасыщенными органическими лигандами. В таких соединениях присутствуют делокализованные ковалентные связи металл-лиганд, в образовании которых участвуют целиком или частично заполненные d-орбитали металла. В элементоорганических соединениях других элементов, включая большинство элементоорганических соединений непереходных металлов, а также некоторые соединения переходных металлов, как правило, существуют s-связи углерод-элемент различной полярности.

Рис. 1 Ферроцен — пример элементоорганического соединения.

Металлорганические соединения

Металлорганические соединения — содержат в молекуле связь металл — углерод (М—С). Цианиды, карбиды, а в некоторых случаях и карбонилы металлов, также содержащие связь М—С, считают неорганическими соединениями. К металлоорганическим соединениям иногда относят органические соединения В, Si, As и некоторых других неметаллов.

Первое металлоорганическое соединение (соль Цейзе K[PtCl3(CH2=CH2)]?H2O) получено В. Цейзе в 1827. Впоследствии работами Р. Бунзена, выделившего органическое соединение As (1839), и Э. Франкленда, получившего диэтилцинк (1849), положено начало химии металлоорганических соединений. С сер. 19 в. до сер. 20 в. развивалась преимущественно химия соединений непереходных металлов. Главное достижение этого периода — синтез и широкое применение магнийорганических соединений (реактивы Гриньяра). В 50-х гг. 20 в. произошел резкий подъем в химии металлоорганических соединений, особенно переходных металлов. За открытием и установлением строения ферроцена (1951) последовал синтез и выделение множества родственных металлоорганических комплексов. Этому способствовало развитие и внедрение физических методов исследования, а также успешное применение металлоорганических соединений в практике.

По характеру связи металл — углерод металлоорганические соединения разделяют на несколько типов:

Соединения с s-связями М—С, в которых органическая группа связана с металлом двухэлектронной двухцентровой ковалентной связью (в некоторых случаях с заметно полярным характером). Такие соединения образует большинство непереходных металлов. Соединения переходных металлов этого типа стабильны только при наличии в молекуле p-лигандов (СО, циклопентадиенил и др.).

Металлоорганические соединения с ионной связью М—С. Такие соединения, по существу, металлические соли карбанионов. Характерны для щелочных и щелочно-земельных металлов (за исключением Li и Mg), например Na+(C5H5)-, K+(C-=CR) и др. 3) Электронодефицитные соединения с мостиковыми двухэлектронными многоцентровыми связями М—С—М. К ним относят соединения Li, Mg, Be, Al.

p-Комплексы-соединений металлов, содержащие p-связанные органические лиганды (алкены, алкины, ароматич. соед. и т. д.). Металлоорганические соединения этого типа характерны для переходных металлов. Для непереходных металлов известны лишь отдельные примеры.

Известны полные металлоорганические соединения, в которых атом металла связан только с атомами С, и смешанные, которые содержат также связь металл — гетероатом.

Названия металлоорганических соединений составляют из названий органических радикалов, металла и других групп, присоединенных к металлу, например, тетраэтилсвинец [Рb (С2Н5)4], дибутилоловодихлорид [SnCl2(C4H9)2]. В случае p-комплексов для атомов С, участвующих в связывании с металлом, используют префикс h; перед названиями мостиковых лигандов ставят префикс m, например, тетракарбонил (h-циклопентадиенил)ванадий [V (CO)4(h-C5H5)], дикарбонилметил (h-циклопентадиенил)железо [Fe (CH3)(CO)2(h-C5H5)].

Применение

Металлоорганические соединения имеют широкий спектр применения в органической химии. Литийи магнийорганические соединения могут использоваться как сильные основания или как реагенты для нуклеофильного алкилирования или арилирования.

Другой областью применения МОС служит катализ. Так, в состав используемого в промышленности для получения полиэтилена катализатора Циглера-Натта входит МОС (С2H5)3Al.

Борорганические соединения

Борорганические соединения, содержат атом В, связанный с органическим остатком. Включают: органобораны RnBX3-n (n = 1−3); нейтральные комплексы RnX3-nB*L (и = 1−3); органобораты M[RnBX4_n] (n = 1−4); борониевые соли [R (X)BL2]Y, где Х-Н, Hal, ОН, OR', SeR', NH2, NR2, NHNHR', SO4 и т. д., М — катион металла, NH4 или др., L — эфир, амин, сульфид, фосфин и др., Y — анион. К борорганическим соединениям также относят соединения, содержащие В в цикле (борацикланы), внутрикомплексные соединения и органокарбораны. Синтезированы диборные [например, R2B—BR2, R2BNHNHBR2, C6H4(BR2)2] и полиборные соединения. Во всех этих веществах координационное число бора 3 или 4. Наиболее изучены алкил-, циклоалкил-, арил-, алкенили аллилбораны, а также борацикланы.

По химическим свойствам борорганические соединения отличаются от органических соединений Li, Mg, Al и др. металлов. Так, алкили арилбораны не реагируют с СО2, органическими галогенидами, эпоксидами, производными карбоновых кислотт и т. д. Триалкилбораны, трициклоалкилбораны и алифатические борацикланы не расщепляются водой, спиртами, аминами, кетонами и сложными эфирами, растворами неорганических кислот и щелочей до 100−130°С. Это позволяет проводить многие реакции борорганических соединений в водных и спиртовых растворах. Однако в гидридах (R2BH)2 и (RBH2)2 связи В—Н легко расщепляются водой и спиртами.

Применение

Применяют борорганические соединения также для получения бороводородов и карборанов; как добавки к моторным и реактивным топливам, смазочным маслам и красителям; как катализаторы и сокатализаторы полимеризации непредельных соединений окисления углеводородов; антиоксиданты, бактерициды, фунгициды; реагенты в хим. анализе, напр. калигност NaB (C6H5)4 и цезигност Na[(С6Н5)3ВСК] - для определения и выделения К+, Rb+, Cs+, NH4+, аминов и антибиотиков; флавогност (С6Н5)2ВОСН2СН2NН2 — для определения, идентификации и характеристики флавонов и выделения антибиотиков. Некоторые борорганические соединения используют в медицине, в частности для нейтронной терапии раковых опухолей.

Кремнийорганические соединения

Кремнийорганические соединения, содержат связь Si—С Иногда к кремнийорганическим соединениям относят все органические вещества, содержащие Si, например, эфиры кремниевых к-т.

Кремнийорганические соединения подразделяют на «мономерныe», содержащие один или несколько атомов Si, которые рассматриваются в настоящей статье, и кремнийорганические полимеры. Наиболее изучены следующие группы кремнийорганических соединений: органогалогeпсиланы RnSiHal4-n (n=1−3) и RnSiHmHal4-n-m (n и m = 1,2; m+n=2,3); алкоксисиланы и ароксисиланы Si (OR)4, R’nSi (OR)4-n; органогидросиланы RnSiH4-n; органоаминосиланы RnSi (NR'2)4-n; органосиланолы RnSi (OH)4-nI; органоацилоксисиланы RnSi (OCOR')4-n (n=1−3); силатраны и др.; соединения с нeсколькими атомами Si — органосилоксаны со связями Si—О—Si, органосилазаны со связями Si—N—Si, органосилатианы (Si—S—Si), полиорганосиланы (Si—Si) и др.

По номенклатуре ИЮПАК, соединения с одним атомом Si рассматривают как производные силана SiH4, указывая в наш. все связанные с атомом Si заместители, кроме атомов Н, напр. (CH3)2SillCl-диметилхлорсилан, CF3CH2CH2SiCl3−3,3,3-трифторпропилтрихлорсилан. Часто за основу берут назв. орг. соед., добавляя назв. соответствующего кремнийсодержащего заместителя, напр. Cl2(CH3)SiCH2Si (CH3)Cl2-биc-(метилдихлорсилил) метан.

Применение

Основное применение мономерных кремнийорганических соединений — синтез кремнийорганических полимеров. Монои дифункциональные кремнийорганические соединения используют в производстве кремнийорганических жидкостей; дифункциональные — при получении кремнийорганических каучуков; ди-, три-, тетраи полифункциональные — в производстве смол и лаков. Кремнийорганические соединения применяют также в качестве гидрофобизаторов, антиадгезивов, аппретов для стекловолокна, текстильных и строительных материалов, наполнителей пластмасс, для модифицирования поверхностей сорбентов и др. материалов; получения покрытий для микроэлектронных устройств, специальной керамики; в качестве исходного сырья в синтезе катализаторов полимеризации олефинов, пестицидов, лекарственных средств и т. д., как сшивающие и модифицирующие агенты для различных полимеров, в качестве теплоносителей (до 400 °С); тетраметилсилан — эталонное вещество в спектроскопии ЯМР. Токсичное действие кремнийорганических соединений изменяется в широких пределах (ЛД50 от 0,1 до 5000 мг/кг и выше). Так ПДК триэтоксилана 1 мг/м3, тетраэтоксисилана 20 мг/м3, а фенилтриэтоксисилан не дает острых отравлений. Наличие аминогрупп в органических заместителях кремнийорганических соединений усиливает общую токсичность и раздражающее действие, напр. ЛД50 (мыши, перорально) для диэтиламинометили (3-аминопропил) триэтоксисилана 7500 и 250 мг/кг соответственно. Для последнего ПДК 2,5 мг/м3. Особо высокой токсичностью обладают 1-арилсилатраны (ЛД50 0,1−1 мг/кг). Мировое произ-во кремнийорганических соединений (без тетраэтоксисилана и этилсиликатов) в 1983 составило 300 тыс. т и, по прогнозу, к 2000 превысит 800 тыс. т.

металлорганический соединение борорганический кремнийорганический

Используемая литература

Методы элементоорганической химии, под общ. ред. А. Н. Несмеянова и К. А. Кочешкова, М., 1963;1978;

Коттон Ф., Уилкинсон Дж., Основы неорганической химии, пер. с англ., М., 1979, с. 550−636;

Общая органическая химия, пер. с англ., т. 7, М., 1984;

Металлоорганическая химия переходных металлов. Основы и применения, пер. с англ., ч. 1−2, М., 1989;

Comprehensive organometallic chemistry, ed. by G. Wilkinson, v. 1−9. Oxf., 1982.

Михайлов Б. М., Бубнов Ю. Н., Борорганические соединения в органическом синтезе, М., 1977;

Пелтер А., Смит К., в кн.: Общая органическая химия, пер. с англ., т. 6, ч. 14, М., 1984, с. 233−537;

KliegelW., Вог in Biologic, Medizin und Pharmazic, B.-[u. a.], 1980. Ю. Н. Бубнов.

Синтез кремнийорганических мономеров, М., 1961;

Андрианов К. А., Методы элементоорганической химии. Кремний, М., 1968;

Соболевский М. В., Музовская О. А., Попелева Г. С., Свойства и области применения кремнийорганических продуктов, М., 1975;

Воронков М. Г., Зелчан Г. И., Лукевиц Э. Я., Кремний и жизнь, 2 изд., Рига, 1978; Хананашвили Л. М., Андрианов К. А., Технология элементоорганических мономеров и полимеров, 2 изд., М., 1983, с. 11−139, 376−400;

Voorhoeve R.J.H., Organohalosilanes. Precursors to silicones, Amst. — N. Y. — L, 1967;

Bazant V., Chvalovsky V., Rathousky J., Organosilicon compounds, v. 1−10, Prague, 1965;1983;