Přeskočit na obsah

Organokovová chemie

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Struktura butyllithia, čtyři atomy lithia (fialové) vytvářejí tetraedr.

Organokovová chemie studuje chemické sloučeniny obsahující vazbu mezi atomem uhlíku a kovu. Tyto sloučeniny se nazývají organokovové sloučeniny (zkráceně organokovy) a obsahují alespoň jeden atom uhlíku (C) a alespoň jeden atom kovu (M). Vazba MC je nejčastěji polární kovalentní vazba a může být jednoduchá, dvojná, trojná nebo může být součástí aromatických sloučenin.

Termín organokovová chemie se v současnosti používá v širším smyslu. Za organokovové sloučeniny se považují i ty, které nejsou tvořeny kovy, ale prvky (například křemík, arsen, bor, fosfor), které vykazují nízkou elektronegativitu. Jsou to některé karbonyly, nitrily a kovové komplexy s fosfinovými ligandy. Proto existuje i alternativní definice, podle které organokovové sloučeniny obsahují kovalentní vazbu mezi uhlíkem a kovem nebo jiným prvkem.[1]

Mezi důležité organokovové sloučeniny patří například Grignardovo činidlo, ferrocen, také sloučeniny palladia, platiny nebo niklu používané v katalýze. Důležitými skupinami jsou karbonyly kovů, metaloceny (např. ferrocen) a karbeny. Místo kovu se může v těchto sloučeninách vyskytovat například křemík, arsen nebo bor.[2]

Organokovové sloučeniny nacházejí široké využití jako katalyzátory, například při zpracování ropy nebo výrobě polymerů. Mají velký význam při výrobě plastů nebo syntéze léčiv. V současné době jsou velmi využívané při výrobě baterií a počítačů. Bez organokovové chemie by nebylo možné vyrobit počítačové procesory ani GPU.

Historie

[editovat | editovat zdroj]

Organokovové sloučeniny

[editovat | editovat zdroj]

Organokovové sloučeniny obsahují alespoň jeden atom uhlíku a alespoň jeden atom kovu nebo elektropozitivního prvku.[3][4] Na uhlík se mohou vázat téměř všechny kovy, ale některé organokovové sloučeniny jsou důležité pro další využití:

Organokovové sloučeniny obsahující přechodné kovy jsou velmi důležité jako katalyzátory. Vytvářejí stabilní komplexy, které dokážou přenášet organické skupiny a katalyzují složité reakce. Často používané je železo, nikl, palladium, platina, měď, kobalt, rhodium, ruthenium nebo titan. Například palladium se používá v Suzukiově reakci nebo Heckově reakci.

Příklady organokovových sloučenin:

Mezi organokovové sloučeniny nepatří sloučeniny v živých organismech. Tyto sloučeniny zkoumá bioorganokovová chemie, která se zabývá přirozeně se vyskytujícími biologickými komplexy obsahujícími kovy a vyskytujícími se v živých organismech. Příkladem může být methylkobalamin (forma vitaminu B12), který obsahuje vazbu kobalt - methyl.

Chemické vazby

[editovat | editovat zdroj]

Chemické vazby mezi uhlíkem a kovy v organokovových sloučeninách mohou být jednoduché, dvojné, trojné nebo to může být aromatická vazba.

  • Jednoduchá vazba (σ-vazba) je přímou vazbou kov–uhlík tedy M−C. Tyto sloučeniny se nazývají alkylové komplexy nebo arylové komplexy. Příkladem je Grignardovo činidlo (CH3​MgBr), kdy je hořčík přímo navázán na uhlík methylové skupiny. Dále methyllithium CH3Li.
  • Dvojná vazba (dvojná π-vazba). Kov se neváže jen na jeden uhlík, ale interaguje s π-elektrony dvojné vazby M↔C=C. Tyto sloučeniny se nazývají alkenové komplexy. Příkladem je jedna z prvních známých organokovových sloučenin Zeiseho sůl se vzorcem K[PtCl3​(C2​H4​)]
  • Trojná vazba (trojná π-vazba). Kov se neváže jen na jeden uhlík, ale interaguje s π-elektrony trojné vazby M↔C≡C. Tyto sloučeniny se nazývají alkynové komplexy. Příkladem mohou být komplexy niklu Ni(C2​H2​) nebo kobaltu Co(C2​H2​) s acetylenem.
  • Aromatické vazby (π-komplexy). Kov se neváže jen na jeden uhlík, ale na celý aromatický systém. Elektrony aromatického kruhu jsou delokalizované a mohou interagovat s kovem. Nejznámějším příklad je ferrocen. Atom železa se nachází mezi dvěma cyklopentadienylovými kruhy a vzorec se zapisuje Fe(C5​H5​)2​. Dalším příkladem aromatického komplexu je komplex benzen-chrom se vzorcem Cr(C6​H6​)2​, kdy chrom interaguje s π-elektrony benzenu.

V organokovové chemii se pro počet atomů, které se vážou současně ke kovu, používá řecké písmeno η (éta). Tato vlastnost se nazývá hapticita a zapisuje se ηn, kde číslo n udává počet sousedních atomů (většinou uhlíků), které se podílejí na vazbě ke kovu. Hodnota čísla n se nejčastěji pohybuje mezi 1 až 6.

Reakce

[editovat | editovat zdroj]

Reakce organokovových sloučenin jsou součástí mnoha katalytických procesů. Mezi hlavní patří hydrogenace, hydrosilylace, hydrokyanace, metateze olefinů, polymerace alkenů, oligomerace alkenů, hydrokarboxylace, karbonylace methanolu a hydroformylace.

Dále se používají v jemné chemické syntéze, zejména v křížových kopulačních reakcích, které tvoří vazby uhlík-uhlík. Je to například Suzukiho-Miyaurova kopulace, Buchwaldova-Hartwigova aminace pro výrobu arylaminů z arylhalogenidů nebo Sonogashirova kopulace.

Organokovové sloučeniny se také podílejí na fotoredoxní katalýze.

Průmyslové využití

[editovat | editovat zdroj]

Organokovové sloučeniny mají široké uplatnění v průmyslu jako homogenní katalyzátory nebo jako stechiometrická činidla (například organolithné, organohořečnaté a organohlinité sloučeniny).

Téměř všechny procesy karbonylace, kdy se organické nebo anorganické molekuly navazují na oxid uhelnatý, využívají jako katalyzátory organokovové sloučeniny. Například výroba kyseliny octové z methanolu a oxidu uhelnatého je katalyzována prostřednictvím kovových karbonylových komplexů (Monsanto a Cativa proces).

Také většina průmyslových procesů s polymery odvozenými od alkenů využívá organokovové katalyzátory. Polyethylen a polypropylen se vyrábějí heterogenně pomocí Ziegler-Nattovy katalýzy nebo homogenně pomocí katalyzátorů s omezenou geometrií.

Hydrogenace, tedy reakce s vodíkem, využívá také katalyzátory na bázi organokovových sloučenin. Hydrogenace velkého množství látek (například výroba margarínu) je převážně založena na heterogenní katalýze. Hydrogenace menšího množství chemikálií je převážně založena na homogenní katalýze s využitím rozpustných organokovových komplexů nebo organokovových meziproduktů.

Syntetické aldehydy se převážně vyrábějí hydroformylací. Většina syntetických alkoholů se vyrábí hydrogenací aldehydů odvozených z hydroformylace. Například při oxidaci ethylenu na acetaldehyd se používá Wackerův proces.

Mnoho polovodičů se vyrábí z trimethylgallia, trimethylindia, trimethylhliníku a trimethylantimonu. Tyto těkavé sloučeniny se rozkládají spolu s amoniakem, arsinem, fosfinem a souvisejícími hydridy na zahřátém substrátu procesem metaloorganické epitaxe.

Při výrobě čipů hraje organokovová chemie velmi důležitou roli, hlavně při výrobě extrémně tenkých vrstev materiálů na křemíkových waferech. Používají se tyto technologie:

  • CVD (Chemical Vapor Deposition), kdy se plynné organokovové látky rozkládají na povrchu waferu.
  • ALD (Atomic Layer Deposition), kdy se vrstva na waferu vytváří atom po atomu.

Odkazy

[editovat | editovat zdroj]

Reference

[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byly použity překlady textů z článků Organometallic chemistry na anglické Wikipedii a Metallorganische Chemie na německé Wikipedii.

  1. ↑ Principles of Organometallic Chemistry. Megabooks.cz [online]. [cit. 2026-06-25]. Dostupné online.
  2. ↑ KATOCH, Cherry. Co jsou organometalické látky? [online]. 2023-08-07 [cit. 2026-06-25]. Dostupné online.
  3. ↑ is.muni.cz [online]. [cit. 2026-06-25]. Dostupné online.
  4. ↑ Chemie: Organické názvosloví: Organokovové sloučeniny. isibalo.com [online]. [cit. 2026-06-25]. Dostupné online.

Související články

[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy

[editovat | editovat zdroj]
Citováno z „https://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Organokovová_chemie&oldid=25993933“