Металлокарбонилы

В обширной и сложной области неорганической химии металлоорганическая химия представляет собой увлекательный интерфейс между традиционными органическими и неорганическими дисциплинами. Одним из главных семейств соединений, изучаемых в этой области, являются металлокарбонилы. Эти соединения, которые невероятно просты, но богаты с точки зрения химии, служат образцовыми примерами для изучения таких тем, как принципы связывания, молекулярная геометрия и координационная химия.

Что такое металлокарбонилы?

Металлокарбонилы — это координационные комплексы, состоящие из переходных металлов, связанных с лигандами окиси углерода. Эти связи возникают из-за донорства одиночных электронных пар от лигандов окиси углерода к пустым d-орбиталям атома металла. Общая формула металлокарбонилов может быть записана как Mn(CO)x, где M является переходным металлом, а x — это количество связанных с ним лигандов окиси углерода.

История металлокарбонилов

История металлокарбонилов начинается в конце XIX века, когда Людвиг Монд обнаружил тетракарбонил никеля, Ni(CO)4. Это открытие открыло дверь в новую область исследований, так как это было одно из первых идентифицированных соединений, где металл непосредственно связан с молекулой окиси углерода. Процесс карбонила никеля Монда быстро подчеркнул коммерческую важность этих соединений в рафинировании никелевых руд.

Структура и связывание металлокарбонилов

Связывание металлокарбонилов можно описать с использованием концепции синергетического связывания, которая включает как σ- донорство, так и π- обратное донорство:

σ-донорство

Лиганд окиси углерода действует как основание Льюиса, жертвуя одиночную пару от углерода к центру металла, образуя σ-связь.

π-обратное донорство

Металл также может жертвовать электроны обратно в π* (антисвязывающие) орбитали окиси углерода, тем самым укрепляя связь и стабилизируя комплекс. Это двойное взаимодействие иллюстрируется ниже:

    M ← CO: ← M (σ-донорство)
     ← M ↔ CO: (π-обратное донорство)
    

Геометрия металлокарбонилов

Количество и тип карбониловых лигандов, а также центральный металл сильно влияют на геометрию металлокарбонила. Вот некоторые типичные геометрические расположения:

Линейная геометрия

В простейших случаях, таких как Ni(CO)4, геометрия является тетраэдрической:

    Hey
    ,
    C
    ,
    Nee
    ,
    ugh
    ,
    C
    

Тригональная бипирамидальная и октаэдрическая геометрии

Для комплексов таких как Fe(CO)5 (тригональная бипирамида) и Cr(CO)6 (октаэдр), структуры соответствуют этим геометриям, принимая во внимание отталкивание электронных доменов согласно теории ВСПР:

    Fe(CO)5:
    ugh
    ,
    C-------Fe
    ,
    ugh
    ,
    C

    Cr(CO)6:
    ugh
    ,
    Ten million
    ,
    ugh
    ,
    Hey
    

Синтетические пути к металлокарбонилам

Металлокарбонилы могут быть синтезированы с использованием различных методов, таких как прямая комбинация, реакции замещения и восстановительная карбонилизация.

Прямая комбинация

В прямой комбинации газ окиси углерода реагирует с металлом или его простыми солями:

    Ni + 4CO → Ni(CO)4
    

Реакции замещения

В реакциях замещения лиганды в существующих металлических комплексах замещаются на лиганды окиси углерода:

    [Mn(CO)5Br] + CO → [Mn(CO)6] + Br^-
    

Восстановительная карбонилизация

В этом методе ионы металлов восстанавливаются в присутствии СО:

    Cr^3+ (aq) + 6CO + e^- → Cr(CO)6
    

Применения металлокарбонилов

Металлокарбонилы играют важную роль в качестве промежуточных соединений в промышленных применения и синтетической химии.

Промышленный катализ

Использование металлокарбонилов в качестве катализаторов в промышленных процессах хорошо документировано, особенно в реакциях гидроформилирования и карбонилирования:

    RCH=CH2 + CO + H2 → RCH2CH2CHO
    

Предшественники металлических пленок и наночастиц

Карбонилы могут термически или химически разлагаться для образования чистых металлических пленок или наночастиц, используемых в электронике и материаловедении.

Безопасность и обращение

Металлокарбонилы могут быть опасными из-за своей летучести и способности выделять токсичный угарный газ. Следует соблюдать надлежащие лабораторные протоколы, включая использование вытяжки и средств индивидуальной защиты.

Заключение

В заключение, металлокарбонилы представляют собой увлекательное пересечение взаимодействий металл-лиганд, демонстрируя уникальные сценарии связывания, которые ставят под вопрос и продвигают наше понимание принципов неорганической химии. Помимо теоретического интереса, они также имеют значительное практическое значение в таких областях, как катализ и материаловедение, отражая их многогранную важность в области химии.

Комментарии