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química organosódica

La química organosódica es la química de compuestos organometálicos que contienen un enlace químico de carbono a sodio . [1] [2] La aplicación de compuestos organosódicos en química está limitada en parte debido a la competencia de los compuestos organolitio , que están disponibles comercialmente y exhiben una reactividad más conveniente.

El principal compuesto organosódico de importancia comercial es el ciclopentadienuro de sodio . El tetrafenilborato de sodio también se puede clasificar como un compuesto organosódico ya que en estado sólido el sodio está unido a los grupos arilo.

Los enlaces organometálicos del grupo 1 se caracterizan por una alta polaridad con la correspondiente alta nucleofilicidad en el carbono. Esta polaridad resulta de la electronegatividad dispar del carbono (2,55) y la del litio 0,98, sodio 0,93 potasio 0,82 rubidio 0,82 cesio 0,79). La naturaleza carbaniónica de los compuestos organosódicos se puede minimizar mediante estabilización por resonancia , por ejemplo, Ph 3 CNa. Una consecuencia del enlace Na-C altamente polarizado es que los compuestos organosódicos simples a menudo existen como polímeros que son poco solubles en solventes.

Síntesis

Rutas de transmetalación

En el trabajo original se accedía al compuesto de alquilsodio desde el compuesto de dialquilmercurio mediante transmetalación. Por ejemplo, dietilmercurio en la reacción de Schorigin o reacción de Shorygin : [3] [4] [5]

(C 2 H 5 ) 2 Hg + 2 Na → 2 C 2 H 5 Na + Hg

La alta solubilidad de los alcóxidos de litio en hexano es la base de una ruta sintética útil: [6]

LiCH 2 SiMe 3 + NaO–t–Bu → LiOt–Bu + NaCH 2 SiMe 3

Rutas de desprotonación

Para algunos compuestos orgánicos ácidos, los correspondientes compuestos organosódicos surgen por desprotonación. Así, el ciclopentadienuro de sodio se prepara tratando sodio metálico y ciclopentadieno : [7]

2 Na+ 2 C 5 H 6 → 2 Na + C 5 H 5 + H 2

Los acetiluros de sodio se forman de manera similar. A menudo se emplean bases de sodio fuertes en lugar del metal. El metilsulfinilmetiluro de sodio se prepara tratando DMSO con hidruro de sodio : [8]

CH3SOCH3 + NaHCH3SOCH
2
Na + + H 2

Intercambio metal-halógeno

El tritil sodio se puede preparar mediante intercambio de sodio-halógeno: [9]

Ph 3 CCl + 2 Na → Ph 3 C Na + + NaCl

Transferencia de electrones

El sodio también reacciona con hidrocarburos aromáticos policíclicos mediante reducción de un electrón . Con soluciones de naftaleno , forma el radical naftaleno de sodio de color intenso , que se utiliza como agente reductor soluble:

C 10 H 8 + Na → Na + [C 10 H 8 ] −•

Sin embargo, los estudios estructurales muestran que la naftaleno sódico no tiene ningún enlace Na-C, el sodio está invariablemente coordinado por ligandos de éter o amina. [10] El antraceno relacionado, así como los derivados del litio, son bien conocidos.

Estructuras

Estructura de (C 6 H 5 ) 3 CNa(thf) 3 ("tritil sodio"), omitiendo todo excepto el oxígeno de los ligandos thf. Distancias seleccionadas: r Na-C(central) =256 pm, r Na-C(ipso) = 298 pm (promedio de tres). [11]

Los compuestos organosódicos simples, como los derivados de alquilo y arilo, son generalmente polímeros insolubles. Debido a su gran radio, el Na prefiere un número de coordinación más alto que el litio en los compuestos organolitíicos . El metil sodio adopta una estructura polimérica que consta de grupos [NaCH 3 ] 4 interconectados . [12] Cuando los sustituyentes orgánicos son voluminosos y especialmente en presencia de ligandos quelantes como TMEDA , los derivados son más solubles. Por ejemplo, [NaCH 2 SiMe 3 ]TMEDA es soluble en hexano. Se ha demostrado que los cristales consisten en cadenas alternas de Na(TMEDA) + y CH 2 SiMe.
3
grupos con distancias Na-C que van desde 2.523 (9) a 2.643 (9) Å. [6]

Estructura del aducto fenilsodio - PMDTA , se omitieron los átomos de hidrógeno para mayor claridad. [13]

Reacciones

Los compuestos organosódicos se utilizan tradicionalmente como bases fuertes, [9] aunque esta aplicación ha sido suplantada por otros reactivos como la bis(trimetilsilil)amida de sodio .

Se sabe que los metales alcalinos superiores metalan incluso algunos hidrocarburos inactivados y se autometalan:

2 NaC 2 H 5 → C 2 H 4 Na 2 + C 2 H 6

En la reacción de Wanklyn (1858) [14] [15] los compuestos organosódicos reaccionan con dióxido de carbono para dar carboxilatos:

C 2 H 5 Na + CO 2 → C 2 H 5 CO 2 Na

Los reactivos de Grignard sufren una reacción similar.

Algunos compuestos organosódicos se degradan por eliminación beta :

NaC 2 H 5 → NaH + C 2 H 4

Aplicaciones industriales

Aunque se ha descrito que la química organosódica tiene "poca importancia industrial", alguna vez fue fundamental para la producción de tetraetilo de plomo . [16] Una reacción similar similar al acoplamiento de Wurtz es la base de la ruta industrial hacia la trifenilfosfina :

3 PhCl + PCl 3 + 6 Na → PPh 3 + 6 NaCl

La polimerización de butadieno y estireno está catalizada por sodio metálico. [3]

Derivados orgánicos de los metales alcalinos más pesados.

Los compuestos de organopotasio , organorrubidio y organocesio se encuentran con menos frecuencia que los compuestos organosódicos y tienen una utilidad limitada. Estos compuestos se pueden preparar mediante tratamiento de compuestos de alquil litio con alcóxidos de potasio, rubidio y cesio. Alternativamente, surgen del compuesto organomercurio, aunque este método está anticuado. Los derivados metílicos sólidos adoptan estructuras poliméricas. Con reminiscencias de la estructura del arseniuro de níquel , el MCH 3 (M = K, Rb, Cs) tiene seis centros de metales alcalinos unidos a cada grupo metilo. Los grupos metilo son piramidales, como se esperaba. [12]

Un reactivo notable que se basa en un alquilo de metal alcalino más pesado es la base de Schlosser , una mezcla de n -butillitio y terc -butóxido de potasio . Este reactivo reacciona con tolueno para formar el compuesto bencilpotásico de color rojo anaranjado (KCH 2 C 6 H 5 ).

La evidencia de la formación de intermediarios orgánicos de metales alcalinos pesados ​​la proporciona el equilibrio de cis -but-2-eno y trans -but-2-eno catalizado por metales alcalinos. La isomerización es rápida con litio y sodio, pero lenta con los metales alcalinos superiores. Los metales alcalinos superiores también favorecen la conformación estéricamente congestionada. [17] Se han informado varias estructuras cristalinas de compuestos organopotasicos, estableciendo que ellos, al igual que los compuestos de sodio, son poliméricos. [6]

Ver también

Referencias

  1. ^ Síntesis de compuestos organometálicos: una guía práctica Sanshiro Komiya Ed. 1997
  2. ^ C. Elschenbroich, A. Salzer Organometálicos: una introducción concisa (2.ª edición) (1992) de Wiley-VCH: Weinheim. ISBN  3-527-28165-7
  3. ^ ab Dietmar Seyferth "Derivados alquilo y arilo de los metales alcalinos: bases fuertes y nucleófilos reactivos. 2. Química organoalcalina-metal de Wilhelm Schlenk. El desplazamiento de metales y las reacciones de transmetalación. Metalación de hidrocarburos débilmente ácidos. Superbases" Organometálicos 2009, volumen 28 , págs. 2–33. doi :10.1021/om801047n
  4. ^ P. Schorigin, "Beiträge zur Kenntnis der Kondensationen, welche durch Natrium bewirkt werden" Chem. Berichte 1907, vol. 40, 3111. doi :10.1002/cber.19070400371
  5. ^ P. Schorigin, "Synthesen mittels Natrium und Halogenalquilen" Ber. 41, 2711. doi :10.1002/cber.190804102208. P. Schorigin, "Über die Natriumalquil-Verbindungen und über die mit ihrer Hilfe ausgeführten Synthesen" Berichte, 1908, vol. 41, 2717. doi :10.1002/cber.190804102209. P. Schorigin, "Synthesen mittels Natrium und Halogenalquilen" Chem. Berichte, 1908, volumen 41, 2711. doi :10.1002/cber.190804102208. P. Schorigin, "Neue Synthese aromatischer Carbonsäuren aus den Kohlenwasserstoffen" Chem. Berichte 1908, vol. 41, 2723. doi : 10.1002/cber.190804102210.
  6. ^ abc William Clegg, Ben Conway, Alan R. Kennedy, Jan Klett, Robert E. Mulvey, Luca Russo "Síntesis y estructuras de [(trimetilsilil) metil] sodio y potasio con ligandos donantes de N bi y tridentados" Eur. J. Inorg. Química. 2011, págs. 721–726. doi :10.1002/ejic.201000983
  7. ^ Tarun K. Panda, Michael T. Gamer y Peter W. Roesky "Una síntesis mejorada de ciclopentadienuro de sodio y potasio" Organometálicos 2003, 22, 877-878. doi :10.1021/om0207865
  8. ^ Iwai, yo; Ide, J. (1988). "2,3-Difenil-1,3-Butadieno". Síntesis orgánicas; Volúmenes recopilados , vol. 6, pág. 531.
  9. ^ ab WB Renfrow Jr y CR Hauser (1939). "Trifenilmetilsodio". Síntesis orgánicas . 19 : 83. doi : 10.15227/orgsyn.019.0083.
  10. ^ Bock, Hans; Arad, Claudia; Nather, Christian; Havlas, Zdenek (1995). "Las estructuras de los aniones radicales naftaleno y antraceno separados por disolventes". J. química. Soc., Química. Comunitario. (23): 2393–2394. doi :10.1039/C39950002393.
  11. ^ Vrána, enero; Jambor, romano; Růžička, Aleš; Dostál, Libor (2018). "Nuevas estrategias sintéticas que conducen a aniones [RNNPR] - y el aislamiento del trianión [P (Nt-Bu) 3] 3 -". Transacciones Dalton . 47 (25): 8434–8441. doi :10.1039/C8DT02141D. PMID  29897357.
  12. ^ ab E. Weiss, "Estructuras de complejos de metales organoalcalinos y compuestos relacionados" Edición internacional de Angewandte Chemie en inglés, 1993, volumen 32, páginas 1501-1523. doi :10.1002/anie.199315013
  13. ^ Schümann, Uwe; Behrens, Ulrich; Weiss, Erwin (abril de 1989). "Synthese und Struktur von Bis [μ-fenil (pentametildietilentriamina) natrium], einem Phenylnatrium-Solvat". Angewandte Chemie . 101 (4): 481–482. Código bibliográfico : 1989AngCh.101..481S. doi :10.1002/ange.19891010420.
  14. ^ JA Wanklyn , Ann. 107 , 125 (1858)
  15. ^ El índice Merck de sustancias químicas y medicamentos: una enciclopedia para químicos , Paul G. Stecher
  16. ^ Rolf Ackermann, Ludwig Lange "Compuestos orgánicos de sodio" en la Enciclopedia de química industrial de Ullmann, 2005 Wiley-VCH, Weinheim. doi :10.1002/14356007.a24_341
  17. ^ Manfred Schlosser (1988). "Superbases para síntesis orgánica". Pura aplicación. química . 60 (11): 1627-1634. doi : 10.1351/pac198860111627 .