Hợp chất hóa học hợp chất

Định nghĩa những đặc điểm

Một hợp chất được coi là organometallic nếu nó chứa ít nhất một liên kết kim loại-carbon (M ― C) trong đó carbon là một phần của một nhóm hữu cơ. Thông thường, một nhóm hữu cơ chứa liên kết carbon-hydro (C ― H); ví dụ, nhóm methyl đơn giản, CH ₃ và các chất tương đồng lớn hơn như nhóm ethyl, C ₂ H ₅, gắn vào một nguyên tử kim loại chỉ thông qua một nguyên tử carbon. (Các nhóm alkyl đơn giản như thường được viết tắt bằng ký hiệu R.) Các nhóm hữu cơ phức tạp hơn bao gồm nhóm cyclopentadienyl, C ₅ H ₅, trong đó cả năm nguyên tử carbon có thể tạo liên kết với nguyên tử kim loại. Thuật ngữ kim loại được giải thích rộng rãi trong bối cảnh này; do đó, khi các nhóm hữu cơ được gắn vào các kim loại như boron (B), silicon (Si), gecmani (Ge) và asen (As), các hợp chất thu được được coi là organometallic cùng với các hợp chất có chứa kim loại thực như lithium (Li), magiê (Mg), nhôm (Al) và sắt (Fe). Kim loại kim loại trong một hợp chất organometallic có thể bao gồm hầu hết các nguyên tố, ngoại trừ nitơ (N) và phốt pho (P) trong nhóm 15 và tất cả các nguyên tố trong nhóm 16 (nhóm oxy), 17 (halogen) và 18 (khí trơ).

Một ví dụ về hợp chất organometallic là trimethylboron, B (CH ₃) ₃, chứa ba liên kết B ― C.

Một loại khác là ferrocene, Fe (C ₅ H ₅) ₂, có cấu trúc phức tạp hơn với nguyên tử sắt được kẹp giữa hai vòng C ₅ H ₅. Một số hợp chất có liên kết carbon-kim loại không được coi là organometallic, bởi vì nguyên tử carbon cấu thành không phải là một phần của một nhóm hữu cơ; Hai ví dụ là các cacbua kim loại, ví dụ như Fe ₃ C, một chất rắn cứng là thành phần của gang sắt và các hợp chất xyanua kim loại, chẳng hạn như sắc tố sơn màu xanh đậm Prussian blue, KFe ₂ (CN) ₆.

Diễn biến lịch sử

Hợp chất organometallic tổng hợp đầu tiên, K [PtCl ₃ (C ₂ H ₄)], được chuẩn bị bởi dược sĩ người Đan Mạch William C. Zeise vào năm 1827 và thường được gọi là muối của Zeise. Vào thời điểm đó, Zeise không có cách nào xác định cấu trúc của hợp chất mới của mình, nhưng ngày nay người ta biết rằng cấu trúc này chứa một phân tử ethylene (H ₂ C = CH ₂) được gắn qua cả hai nguyên tử carbon với nguyên tử bạch kim trung tâm (Pt). Nguyên tử bạch kim cũng được liên kết với ba nguyên tử clo (Cl). Ion kali, K ⁺, có mặt để cân bằng điện tích.

Sự gắn kết của các nguyên tử carbon ethylene với nguyên tử bạch kim trung tâm đủ điều kiện muối của Zeise là một hợp chất organometallic. Một phát triển với tác động ngay lập tức hơn trong lĩnh vực hóa học là phát hiện vào năm 1849 bởi nhà hóa học người Anh được đào tạo ở Đức Edward C. Frankland của diethylzinc, H ₅ C ₂ Zn ― C ₂ H ₅, mà ông cho thấy rất hữu ích trong tổng hợp hữu cơ. Kể từ đó, một loạt các hợp chất organometallic ngày càng tăng đã được sử dụng trong tổng hợp hữu cơ trong cả phòng thí nghiệm và công nghiệp.

Một cột mốc quan trọng khác trong sự phát triển của lĩnh vực này là việc phát hiện ra tetracarbonylnickel bởi nhà hóa học công nghiệp người Anh gốc Đức Ludwig Mond và các trợ lý của ông vào năm 1890. Năm 1951, nhà hóa học lý thuyết người Đức Ernst Otto Fischer và nhà hóa học người Anh Sir Geoffrey Wilkinson đã độc lập phát hiện ra cấu trúc sandwich các hợp chất ferrocene. Những khám phá song song của họ đã dẫn đến việc công bố các hợp chất khác với cấu trúc bánh sandwich sau đó, và vào năm 1973, Fischer và Wilkinson đã cùng được trao giải thưởng Nobel về hóa học vì những đóng góp của họ cho nghiên cứu các hợp chất organometallic. Từ những năm 1950, hóa học organometallic đã trở thành một lĩnh vực rất tích cực, được đánh dấu bằng việc phát hiện ra các hợp chất organometallic mới cùng với đặc tính cấu trúc và hóa học chi tiết và ứng dụng của chúng như là chất trung gian tổng hợp và chất xúc tác trong các quy trình công nghiệp. Hai loại organometall gặp trong tự nhiên là coenzyme vitamin B ₁₂, chứa liên kết coban-carbon (Co ― C) và dimethylmercury, H ₃ C Hg ― CH ₃, được sản xuất bởi vi khuẩn để loại bỏ thủy ngân kim loại độc hại. Tuy nhiên, các hợp chất organometallic thường không bình thường trong các quá trình sinh học.