Doutorado
  1. Química inorgânica  1.1. Química de coordenação  1.1.1. Teoria do campo dos ligantes  1.1.2. Teoria do campo cristalino  1.1.3. Teoria de Orbital Molecular para Compostos de Coordenação  1.1.4. Estabilidade de Compostos de Coordenação  1.1.5. Espectros eletrônicos de compostos de coordenação  1.1.6. Isomerismo em Compostos de Coordenação  1.1.7. Cinética e mecanismo das reações de coordenação  1.2. Química Organometálica  1.2.1. Carbonilos metálicos  1.2.2. Alquil e aril metálico  1.2.3. Carbonos de Fischer e Schrock  1.2.4. Adição Oxidativa e Eliminação Redutiva  1.2.5. Hidretos Metálicos  1.2.6. Catalysis by organometallic compounds  1.2.7. Metallocenos e Complexos Sanduíche  1.2.8. Ativação de CH  1.3. Química do estado sólido  1.3.1. Estruturas e Redes Cristalinas  1.3.2. Teoria de bandas e propriedades elétricas  1.3.3. Defeitos no cristal  1.3.4. Síntese de materiais de estado sólido  1.3.5. Propriedades magnéticas e ópticas dos sólidos  1.3.6. Supercondutividade  1.3.7. Íons em estado sólido  1.4. Química Bio-inorgânica  1.4.1. Metaloproteínas e enzimas  1.4.2. Transporte e armazenamento de íons metálicos  1.4.3. O papel dos metais na medicina  1.4.4. Catálise bioinspirada  1.4.5. Interações Metal-DNA  1.4.6. Complexos Metálicos na Ciência Médica  1.5. Lantanídeos e Actinídeos  1.5.1. Configuração eletrônica e estados de oxidação em lantanídeos e actinídeos  1.5.2. Propriedades Espectrais e Magnéticas em Lantanídeos e Actinídeos  1.5.3. Separação e Extração de Lantanídios e Actinídios  1.5.4. Química de coordenação dos elementos do bloco f  1.6. Main Group Chemistry  1.6.1. Química de compostos de boro  1.6.2. Química dos Compostos de Silício e Germânio  1.6.3. Química dos Compostos de Fósforo e Enxofre  1.6.4. Química de organossilício  1.6.5. Química dos Gases Nobres
  2. Química Orgânica  2.1. Mecanismo de reação  2.1.1. Reações de substituição nucleofílica  2.1.2. Reações de adição e substituição eletrofílica  2.1.3. Reações de eliminação  2.1.4. Reações de Rearranjo  2.1.5. Reações Radicais  2.1.6. Reações Pericíclicas  2.1.7. Reações fotoquímicas  2.2. Estereoscópico  2.2.1. Quiralidade e atividade óptica  2.2.2. Análise estrutural  2.2.3. Efeitos estereoeletrônicos  2.2.4. Síntese assimétrica  2.2.5. Estereoquímica Dinâmica  2.3. Química Organometálica na Síntese Orgânica  2.3.1. Reagentes de organolítio e organomagnésio  2.3.2. Reações de acoplamento catalisadas por metais de transição  2.3.3. Reações catalisadas por paládio  2.3.4. Metátese de Olefinas  2.3.5. Catálise de ouro e prata  2.4. Química de produtos naturais  2.4.1. Alcaloides e terpenoides  2.4.2. Esteróides e Flavonoides  2.4.3. Síntese total de produtos naturais  2.4.4. Biossíntese de produtos naturais  2.5. Química Supramolecular  2.5.1. Química Hospedeiro-Convidado  2.5.2. Auto-organização e reconhecimento molecular  2.5.3. Catalise Supramolecular  2.5.4. Máquinas Moleculares
  3. Química Física  3.1. Termodinâmica  3.1.1. Leis da Termodinâmica  3.1.2. Potencial Químico e Equilíbrio  3.1.3. Termodinâmica Estatística  3.1.4. Termodinâmica de não equilíbrio  3.2. Química Quântica  3.2.1. Equação de Schrödinger e suas aplicações  3.2.2. Teoria do orbital molecular  3.2.3. Teoria do funcional da densidade  3.2.4. Post-Hartree–Fock methods  3.3. Cinética química  3.3.1. Teoria da taxa de reação  3.3.2. Mecanismo e leis de velocidade  3.3.3. Catalise e cinética enzimática  3.3.4. Dinâmica de reações  3.4. Espectroscopia e estrutura molecular  3.4.1. Espectroscopia de Infravermelho  3.4.2. Espectroscopia UV-visível  3.4.3. Espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear  3.4.4. Espectrometria de Massa  3.4.5. Espectroscopia Raman  3.5. Química de Superfícies e Coloides  3.5.1. Absorção e Catálise  3.5.2. Tensioativos e micelas  3.5.3. Estabilidade Coloidal  3.5.4. Nanomateriais e Interfaces
  4. Química Analítica  4.1. Cromatografia  4.1.1. Cromatografia Gasosa  4.1.2. Cromatografia Líquida de Alta Performance  4.1.3. Cromatografia em Camada Delgada  4.1.4. Cromatografia Iônica  4.2. Técnicas Eletroanalíticas  4.2.1. Voltametria e Polarografia  4.2.2. Condutometria e potenciometria  4.2.3. Colometria  4.3. Métodos Espectroscópicos  4.3.1. Espectroscopia de absorção atômica  4.3.2. Espectroscopia de Fluorescência  4.3.3. Difração de raios-X  4.3.4. Espectroscopia de ressonância paramagnética eletrônica  4.4. Quimiometria  4.4.1. Processamento de dados e métodos estatísticos  4.4.2. Análise multidisciplinar  4.4.3. Aprendizado de Máquina em Química Analítica
  5. Química Teórica e Computacional  5.1. Simulação de dinâmica molecular  5.2. Métodos de química quântica  5.3. Design de fármacos computacional  5.4. Aprendizado de Máquina em Química  5.5. Dinâmica molecular ab initio
  6. Biofísica e Química Medicinal  6.1. Descoberta e Design de Medicamentos  6.2. Cinética enzimática e inibição  6.3. Abordagem de biologia química  6.4. Interações proteína-ligante  6.5. Química bio-ortogonal
  7. Química de materiais  7.1. Química de polímeros  7.1.1. Mecanismo de polimerização  7.1.2. Polímeros Funcionais  7.1.3. Polímero Biodegradável  7.1.4. Polímeros condutores e semicondutores  7.2. Nanoquímica  7.2.1. Nanopartículas e nanoestruturas  7.2.2. Nanomateriais à base de carbono  7.2.3. Pontos quânticos  7.3. Química Energética e Ambiental  7.3.1. Química de Baterias e Células a Combustível  7.3.2. Química verde e materiais sustentáveis  7.3.3. Fotocatálise

Doutorado → Química inorgânica → Química Organometálica ↓


Catalysis by organometallic compounds


Os compostos organometálicos revolucionaram o campo da catálise, tornando-se parte integrante tanto das aplicações industriais quanto da pesquisa acadêmica. Suas propriedades únicas, derivadas da combinação de centros metálicos e ligantes orgânicos, oferecem vantagens em uma variedade de processos catalíticos. Nesta explicação abrangente, exploramos os conceitos fundamentais que tornam os compostos organometálicos catalisadores excepcionais, seus mecanismos e suas aplicações.

Introdução à química organometálica

A química organometálica é um ramo da química que estuda compostos químicos que contêm ligações entre carbono e um metal. Esses átomos metálicos são frequentemente metais de transição, embora elementos de grupos principais e lantanídeos também possam formar compostos organometálicos.

O que é um composto organometálico?

Compostos organometálicos podem ser definidos como qualquer composto que contenha uma ligação carbono-metal. Tais compostos são caracterizados pela interação direta entre o metal e o átomo de carbono. Exemplos incluem:

        
- Metil lítio (CH 3 Li)
- Ferroceno (Fe(C 5 H 5 ) 2 )
- Reagentes de Grignard (RMgX) onde R é um grupo orgânico e X é um halogênio.

Propriedades dos compostos organometálicos

Esses compostos têm várias propriedades únicas:

  • Polaridade: A ligação carbono-metal pode ser altamente polar, especialmente em compostos organoalcalinos, levando a uma reatividade significativa.
  • Acidez/basicidade de Lewis: Os centros metálicos podem atuar como ácidos ou bases de Lewis, sendo capazes de atrair nucleófilos ou doar pares de elétrons.
  • Estados de oxidação variáveis: Os metais de transição podem existir em vários estados de oxidação, o que facilita o processo de transferência de elétrons.

O papel dos compostos organometálicos na catálise

A catálise envolve a aceleração de reações químicas por compostos conhecidos como catalisadores, que não são consumidos na reação. Compostos organometálicos desempenham um papel importante na catálise devido a vários fatores.

Catálise por metais de transição

Os metais de transição são frequentemente os principais componentes em catalisadores organometálicos. Sua capacidade de adotar múltiplos estados de oxidação e coordenar-se com muitos ligantes permite que eles participem de ciclos catalíticos complexos.

Exemplo: Catalisador de Wilkinson

O catalisador de Wilkinson, RhCl(PPh 3 ) 3, é usado em reações de hidrogenação, onde facilita a adição de hidrogênio a alcenos:

        
Catalisador: RhCl(PPh 3 ) 3 + H 2 + Alceno → Alcano

A presença do centro metálico de ródio é importante, pois coordena e ativa a molécula de hidrogênio, permitindo que ela seja facilmente adicionada ao alceno.

Complexo de pinça

Complexos de pinça são um tipo de composto organometálico que contêm um centro metálico que é "pinçado" por um ligante tridentado. Sua estrutura estável e robusta os torna excelentes catalisadores em uma variedade de reações.

Exemplo visual: Complexo de pinça

M Ligante Ligante Ligante

Catálise homogênea vs heterogênea

Compostos organometálicos são versáteis e podem funcionar tanto em catálise homogênea quanto heterogênea:

  • Catálise homogênea: O catalisador está presente na mesma fase que os reagentes, geralmente como uma espécie dissolvida. Isso permite fácil interação e alta seletividade.
  • Catálise heterogênea: O catalisador está em um estado diferente dos reagentes, muitas vezes em forma sólida em contato com reagentes líquidos ou gasosos, simplificando a recuperação e reciclagem do catalisador.

Exemplos de reações catalíticas

Compostos organometálicos estão envolvidos em uma variedade de reações catalíticas, tais como:

  • Reações de acoplamento cruzado: Estas são usadas para formar ligações carbono-carbono, amplamente utilizadas em fármacos e ciência de materiais. O acoplamento de Suzuki-Miyaura usando um catalisador de paládio é um exemplo proeminente.
  • Reações de metátese: A metátese de olefinas é uma reação em que os alcenos são rearranjados, facilitada por catalisadores como o catalisador de Grubbs.
  • Hidroformilação: Este é um processo no qual um alceno é convertido em um aldeído usando monóxido de carbono e hidrogênio, muitas vezes catalisado por um complexo de ródio ou cobalto.

Mecanismo da catálise

Os mecanismos de catálise por compostos organometálicos frequentemente envolvem várias etapas principais, incluindo a formação de um complexo metálico com o substrato, transformação subsequente e, finalmente, a liberação do produto.

Coordenação e ativação

A etapa inicial geralmente envolve a coordenação do substrato ao centro metálico, aumentando assim sua reatividade. Por exemplo:

M Substrato

O metal atua como um ácido de Lewis, reagindo com pontos ricos em elétrons no substrato.

Adição oxidativa e eliminação redutiva

Duas transformações principais são repetidas em muitos ciclos catalíticos:

  • Adição oxidativa: Nesta etapa, o centro metálico se insere nas ligações do substrato, aumentando o estado de oxidação do metal.
  • Eliminação redutiva: Nesta etapa, uma nova molécula é liberada formando uma ligação entre dois ligantes já ligados ao metal, reduzindo assim o estado de oxidação.
        
M + AB → MA-B (Adição Oxidativa)
MA-B → M + AB (Eliminação Redutiva)

Transmetalação e inserção migratória

Transmetalação: Isso ocorre frequentemente em reações de acoplamento cruzado, envolvendo a transferência de grupos orgânicos entre metais.

        
R'-M + RX → RR' + MX

Inserção migratória: Trata da migração de um ligante para outro ligante, geralmente de um metal a um ligante orgânico, levando à formação de novas ligações carbono-metal.

Aplicações de catalisadores organometálicos

Catalisadores organometálicos são usados em muitas aplicações industriais e sintéticas devido à sua capacidade de permitir transformações complexas com alta especificidade e eficiência.

Aplicações industriais

  • Polimerização: Catalisadores de Ziegler-Natta, que são complexos organometálicos baseados principalmente em titânio e alumínio, desempenham um papel importante na polimerização de alcenos para formar poliolefinas como polietileno e polipropileno.
  • Indústria petroquímica: Catalisadores organometálicos são usados em várias conversões de hidrocarbonetos como craqueamento, alquilação e isomerização.
  • Síntese de produtos químicos finos: Catalisadores como complexos de paládio são usados na síntese de produtos químicos finos e intermediários farmacêuticos.

Aplicações ambientais

  • Química verde: Catalisadores organometálicos permitem processos que minimizam o desperdício e o consumo de energia, contribuindo para a produção química verde.
  • Utilização de dióxido de carbono: Pesquisas estão em andamento sobre o uso de compostos organometálicos para converter CO2 em produtos químicos valiosos.

Desafios e direções futuras

Apesar de seu sucesso, os catalisadores organometálicos enfrentam vários desafios, incluindo sensibilidade ao ar e à umidade, a necessidade de metais caros ou raros, e às vezes processos de separação complexos.

Inovação e avanço

A pesquisa futura provavelmente se concentrará no desenvolvimento de catalisadores mais duráveis e robustos. Esforços estão sendo feitos em direção às seguintes áreas:

  • Métodos mais eficientes de recuperação e reciclagem de catalisadores para garantir a sustentabilidade.
  • Reduzindo a carga de metais nobres em sistemas catalíticos devido ao seu alto custo e disponibilidade limitada.
  • Aumentando a tolerância ambiental dos catalisadores, tornando-os funcionais em condições benignas.

Estudos de caso e sucessos de pesquisa

Realizações significativas de pesquisa estão surgindo no desenvolvimento das aplicações de catalisadores organometálicos na química sintética e na ciência dos materiais:

  • Estudo de caso: acoplamento cruzado para síntese de drogas: A capacidade de criar moléculas complexas de forma eficiente e seletiva é importante nas indústrias farmacêuticas, onde o acoplamento de Suzuki-Miyaura é amplamente aplicado.
  • Novos complexos de pinça: Novas estratégias de design para ligantes de pinça estão sendo continuamente desenvolvidas, aprimorando as capacidades catalíticas e ampliando a gama de reações úteis.

Conclusão

Compostos organometálicos provaram-se inestimáveis para a química moderna, principalmente devido às suas propriedades catalisadoras. À medida que o campo progride, a exploração contínua de catalisadores mais sustentáveis e versáteis promete expandir suas aplicações, o que beneficiará muito a indústria química e a sociedade.


Doutorado → 1.2.6


U
username
0%
concluído em Doutorado

← Anterior (1.2.5)
Hidretos Metálicos
Próximo (1.2.7) →
Metallocenos e Complexos Sanduíche

Comentários 



Catalysis by organometallic compounds

https://www.chemistryelite.com/phd/1.2.6?ceal=pt