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Bis(trimetilsilil)amidas metálicas

El ligando bis(trimetilsilil)amida unido a un centro metálico M.

Las bis(trimetilsilil)amidas metálicas (a menudo abreviadas como sililamidas metálicas ) son complejos de coordinación compuestos por un metal catiónico M con ligandos bis(trimetilsilil)amida aniónicos (el anión monovalente −N (Si(CH 3 ) 3 ) 2 , o grupo monovalente −N(Si(CH 3 ) 3 ) 2 , y son parte de una categoría más amplia de amidas metálicas .

Debido a la voluminosa estructura de hidrocarburos, los complejos de bis(trimetilsilil)amida de metal tienen energías reticulares bajas y son lipofílicos. Por esta razón, son solubles en una variedad de solventes orgánicos no polares , en contraste con los haluros metálicos simples, que solo se disuelven en solventes reactivos. Estos complejos estéricos voluminosos son moleculares y consisten en mono-, di- y tetrámeros. Al tener una base incorporada, estos compuestos reaccionan convenientemente incluso con reactivos débilmente próticos. [1] La clase de ligandos y los estudios pioneros sobre sus compuestos de coordinación fueron descritos por Bürger y Wannagat. [2] [3]

Los ligandos a menudo se denominan hmds (por ejemplo, M(N(SiMe 3 ) 2 ) 3 = M(hmds) 3 ) en referencia al hexametildisilazano a partir del cual se preparan.

Métodos generales de preparación

Aparte de los complejos de los grupos 1 y 2, un método general para preparar bis(trimetilsilil)amidas de metal implica reacciones de cloruro de metal anhidro [4] con una bis(trimetilsilil)amida de metal alcalino a través de una reacción de metátesis de sal :

MCl n + n Na(hmds) → M(hmds) n + n NaCl

El cloruro de metal alcalino que se forma como subproducto suele precipitarse en forma sólida, lo que permite su eliminación por filtración. El resto del metal bis(trimetilsilil)amida suele purificarse por destilación o sublimación.

Modelo de relleno espacial de Fe[N(SiMe 3 ) 2 ] 2 . Esquema de colores: H es blanco, Fe es gris, N es azul (apenas visible), Si es azul verdoso.

Complejos del grupo 1

Las bis(trimetilsilil)amidas de litio, sodio y potasio están disponibles comercialmente. Cuando no contienen disolvente, los complejos de litio [5] y sodio [6] son ​​triméricos, y el complejo de potasio es dimérico en estado sólido. [7] El reactivo de litio se puede preparar a partir de n-butillitio y bis(trimetilsilil)amina : [8]

n BuLi + HN(SiMe 3 ) 2 → Li(hmds) + butano

También se ha descrito la reacción directa de estos metales fundidos con bis(trimetilsilil)amina a alta temperatura: [9]

M + HN(SiMe3 ) 2 → MN(SiMe3 ) 2 + 1/2 H2

Las sililamidas de metales alcalinos son solubles en una variedad de solventes orgánicos, donde existen como agregados, y se utilizan comúnmente en química orgánica como bases fuertes impedidas estéricamente . También se utilizan ampliamente como precursores para la síntesis de otros complejos de bis(trimetilsilil)amida (ver a continuación).

Complejos del grupo 2

Los complejos de calcio y bario pueden prepararse mediante el método general, tratando el yoduro de calcio o el cloruro de bario con bis(trimetilsilil)amida de potasio o sodio. [10] [11] Sin embargo, este método puede provocar contaminación con potasio. Una síntesis mejorada que implica la reacción del bencilpotasio con yoduro de calcio, seguida de una reacción con bis(trimetilsilil)amina, da como resultado un material sin potasio: [12]

2 BnK + CaI 2 + THF → Bn 2 Ca(thf) + KI
Bn2Ca (thf) + 2HN(SiMe3 ) 2 → Ca ( hmds ) 2 + 2C6H5CH3 + THF

Las sililamidas de magnesio se pueden preparar a partir de dibutilmagnesio , que se encuentra disponible comercialmente como una mezcla de isómeros n-Bu y s-Bu. Desprotona la amina libre para producir la bis(trimetilsilil)amida de magnesio, que se encuentra disponible comercialmente. [13]

Bu2Mg + 2 HN(SiMe3 ) 2 → Mg (hmds) 2 + 2 butano

A diferencia de los metales del grupo 1, la amina NH en bis(trimetilsilil)amina no es lo suficientemente ácida como para reaccionar con los metales del grupo 2, sin embargo, se pueden preparar complejos mediante una reacción de bis(trimetilsilil)amida de estaño (II) con el metal apropiado:

M + 2 HN(SiMe3 ) 2 ↛ M (hmds) 2 + H2 (M = Mg, Ca, Sr, Ba)
M + Sn(hmds) 2 → M(hmds) 2 + Sn

Para esta síntesis se requieren tiempos de reacción largos y, cuando se realiza en presencia de disolventes coordinantes, como el dimetoxietano , se forman aductos. Por lo tanto, se deben utilizar disolventes no coordinantes, como el benceno o el tolueno, para obtener los complejos libres. [14]

Complejos del bloque p

La bis(trimetilsilil)amida de estaño(II) se prepara a partir de cloruro de estaño(II) anhidro [15] y se encuentra disponible comercialmente. Se utiliza para preparar otras bis(trimetilsililamidas) metálicas mediante transmetalación . Las bis(trimetilsilil)amidas del grupo 13 [16] y del bismuto(III) [17] se preparan de la misma manera; el complejo de aluminio también se puede preparar tratando hidruro de litio y aluminio fuertemente básico con la amina original: [16]

LiAlH 4 + 4 HN(SiMe 3 ) 2 → Li(hmds) + Al(hmds) 3 + 4 H 2

Una síntesis alternativa de tetranitruro de tetraazufre implica el uso de una bis(trimetilsilil)amida de metal [(Me 3 Si) 2 N] 2 S como precursor con enlaces S–N preformados. [(Me 3 Si) 2 N] 2 S se prepara mediante la reacción de bis(trimetilsilil)amida de litio y dicloruro de azufre (SCl 2 ).

2 [(CH 3 ) 3 Si] 2 NLi + SCl 2 → [((CH 3 ) 3 Si) 2 N] 2 S + 2 LiCl

El bis(trimetilsilil)amida de metal [((CH
3)
3Si)
2NORTE]
2S reacciona con la combinación de SCl 2 y cloruro de sulfurilo (SO 2 Cl 2 ) para formar S 4 N 4 , cloruro de trimetilsililo y dióxido de azufre: [18]

2[((CH 3 ) 3 Si) 2 N] 2 S + 2SCl 2 + 2SO 2 Cl 2 → S 4 N 4 + 8 (CH 3 ) 3 SiCl + 2SO 2

El tetranitruro de tetraselenio , Se 4 N 4 , es un compuesto análogo al tetranitruro de tetraazufre y se puede sintetizar mediante la reacción del tetracloruro de selenio con [((CH
3)
3Si)
2NORTE]
2Se . El último compuesto es una bis(trimetilsilil)amida de metal y se puede sintetizar mediante la reacción de tetracloruro de selenio (SeCl 4 ), monocloruro de selenio ( Se
2Cl
2) y bis(trimetilsilil)amida de litio. [19]

Complejos del bloque d

Bis(trimetilsilil)amida de zinc congelada. Este compuesto se funde a 12,5 °C.
Tris{bis(trimetilsilil)amida} de titanio (izquierda) y vanadio (derecha).

De acuerdo con el método general, las bis(trimetilsilil)amidas de metales de transición se preparan mediante una reacción entre los haluros metálicos (normalmente cloruros) y una bis(trimetilsilil)amida de un metal alcalino. [3] Sin embargo, hay algunas variaciones, por ejemplo, la síntesis Ti{N(SiMe 3 ) 2 } 3 y V{N(SiMe 3 ) 2 } 3 se preparan utilizando los precursores solubles TiCl 3 ( NMe 3 ) 2 o VCl 3 ( NMe 3 ) 2 , respectivamente. [20] Los puntos de fusión y ebullición de los complejos disminuyen a lo largo de la serie, y los metales del Grupo 12 son suficientemente volátiles para permitir la purificación por destilación. [21]

Los complejos de hierro se caracterizan por haber sido aislados tanto en estado de oxidación ferroso (II) como férrico (III). El Fe[N(SiMe 3 ) 2 ] 3 se puede preparar tratando el tricloruro de hierro con bis(trimetilsilil)amida de litio [22] y es paramagnético , ya que el hierro(III) de alto espín contiene 5 electrones desapareados.

FeCl 3 + 3LiN(SiMe 3 ) 2 → Fe[N(SiMe 3 ) 2 ] 3 + 3LiCl

De manera similar, el complejo de dos coordenadas Fe[N(SiMe 3 ) 2 ] 2 se prepara tratando el dicloruro de hierro con bis(trimetilsilil)amida de litio: [23]

FeCl2 +2LiN(SiMe3 ) 2 → Fe [N(SiMe3 ) 2 ] 2 + 2LiCl
Tris{bis(trimetilsilil)amida de hierro}

El complejo verde oscuro Fe[N(SiMe 3 ) 2 ] 2 existe en dos formas dependiendo de su estado físico. En la fase gaseosa, el compuesto es un monomérico con Fe de dos coordenadas que posee simetría S 4 . [24] En el estado sólido forma un dímero con centros de hierro trigonales planares y grupos amido puente. [25] El bajo número de coordinación del complejo de hierro se debe en gran medida a los efectos estéricos de la voluminosa bis(trimetilsilil)amida, sin embargo, el complejo se unirá a THF para dar el aducto, {(THF)Fe[N(SiMe 3 ) 2 ] 2 }. [26] Se puede observar un comportamiento similar en Mn(hmds) 2 y Co(hmds) 2 , que son monoméricos en la fase gaseosa [24] y diméricos en la fase cristalina. [27] [28] Los complejos del grupo 11 son especialmente propensos a la oligomerización, formando tetrámeros en la fase sólida. [29] [30] [31] Se han informado las propiedades de los ácidos de Lewis de los complejos del grupo 12 [32] y los números E y C mejorados para los complejos Zn y Cd se enumeran en el modelo ECW .

Complejos del bloque f

Los triflatos de lantánidos pueden ser precursores anhidros convenientes para muchas bis(trimetilsilil)amidas: [39]

Ln(OTf) 3 + 3 M(hmds) → Ln(hmds) 3 + 3 MOTf (M = Li, Na, K; Ln = La, Nd, Sm, Er)

Sin embargo, es más común ver la preparación de bis(trimetilsilil)amidas de lantánidos a partir de cloruros de lantánidos anhidros, [40] ya que estos son más económicos. La reacción se realiza en THF y requiere un período de reflujo. Una vez formado, el producto se separa del LiCl intercambiando el disolvente por tolueno, en el que Ln(hmds) 3 es soluble pero el LiCl no.

Ln(Cl) 3 + 3 HMDS + 3 n BuLi → Ln(hmds) 3 + 3 LiCl + 3 butano (Ln = La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Ho, Yb y Lu)

Las sililamidas son importantes como materias primas en la química de los lantánidos, ya que los cloruros de lantánidos tienen poca solubilidad o poca estabilidad en los solventes comunes. Como resultado de esto, casi todas las sililamidas de lantánidos están disponibles comercialmente.

También ha habido cierto éxito en la síntesis y caracterización de bis(trimetilsilil)amidas de actínidos. [42] [43] Una ruta sintética conveniente utiliza los aductos de THF de las sales de yoduro AnI 3 (THF) 4 como materiales de partida.

Seguridad

Las bis(trimetilsilil)amidas metálicas son bases fuertes, corrosivas e incompatibles con muchos disolventes clorados. Estos compuestos reaccionan vigorosamente con el agua y deben manipularse con técnicas sin aire .

Referencias

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