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Química del organosodio

La química organosódica es la química de los compuestos organometálicos que contienen un enlace químico de carbono a sodio . [1] [2] La aplicación de los compuestos organosódicos en la química está limitada en parte debido a la competencia de los compuestos de 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 puede clasificarse 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 una correspondiente alta nucleofilia en el carbono. Esta polaridad resulta de la dispar electronegatividad del carbono (2,55) y la del litio (0,98), sodio (0,93) , potasio ( 0,82 ) , rubidio (0,82) y cesio (0,79). La naturaleza carbaniónica de los compuestos organosódicos se puede minimizar mediante la estabilización por resonancia , por ejemplo, Ph3CNa . Una consecuencia del enlace Na-C altamente polarizado es que los compuestos organosódicos simples a menudo existen como polímeros que son poco solubles en disolventes.

Síntesis

Rutas de transmetalación

En el trabajo original, el compuesto de alquilsodio se obtenía a partir del compuesto de dialquilmercurio mediante transmetalación. Por ejemplo, el 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

En el caso de algunos compuestos orgánicos ácidos, los compuestos organosódicos correspondientes surgen por desprotonación. El ciclopentadienuro de sodio se prepara por tanto tratando el metal sodio y el ciclopentadieno : [7]

2Na + 2C5H6 2Na + C5H5 + H2​

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 + NaH CH3SOCH​​
2
Na ++ H2

Intercambio metal-halógeno

El tritilo de 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 sódico de color intenso , que se utiliza como agente reductor soluble:

C10H8 + Na Na + [ C10H8 ]

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

Estructuras

Estructura de (C 6 H 5 ) 3 CNa(thf) 3 ("tritil sodio"), omitiendo todos los ligandos thf excepto el oxígeno. 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 organolitio . El metil sodio adopta una estructura polimérica que consiste en 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 de Na(TMEDA) + y CH 2 SiMe alternados.
3
grupos con distancias Na–C que van desde 2,523(9) a 2,643(9) Å. [6]

Estructura del aducto de fenilsodio - PMDTA , se omiten 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 metalizan incluso algunos hidrocarburos no activados y se autometalizan:

2NaC2H5 → C2H4Na2 + C2H6​​

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 experimentan una reacción similar.

Algunos compuestos organosódicos se degradan por beta-eliminación :

NaC2H5 → NaH + C2H4

Aplicaciones industriales

Aunque se ha descrito que la química del organosodio tiene "poca importancia industrial", en su día fue fundamental para la producción de tetraetilo de plomo . [16] Una reacción 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 el metal sodio. [3]

Derivados orgánicos de los metales alcalinos más pesados

Los compuestos organopotásicos , organorubidianos y organocesiformes se encuentran con menos frecuencia que los compuestos organosódicos y tienen una utilidad limitada. Estos compuestos se pueden preparar mediante el tratamiento de compuestos de alquil litio con alcóxidos de potasio, rubidio y cesio. Alternativamente, surgen del compuesto organomercurial, aunque este método es anticuado. Los derivados metílicos sólidos adoptan estructuras poliméricas. Con reminiscencias de la estructura del arseniuro de níquel , MCH3 (M = K, Rb, Cs) tiene seis centros de metal alcalino 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 rojo anaranjado bencilpotasio ( KCH2C6H5 ) .

La evidencia de la formación de intermediarios orgánicos de metales alcalinos pesados ​​se proporciona mediante la equilibración de cis -but-2-eno y trans -but-2-eno catalizada 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 descrito varias estructuras cristalinas de compuestos organopotásicos, estableciendo que, al igual que los compuestos de sodio, son poliméricos. [6]

Véase 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. ^ de Dietmar Seyferth "Derivados de alquilo y arilo de los metales alcalinos: bases fuertes y nucleófilos reactivos. 2. Química de organoalcalinos y metales de Wilhelm Schlenk. El desplazamiento de metales y las reacciones de transmetalación. Metalación de hidrocarburos débilmente ácidos. Superbases" Organometallics 2009, volumen 28, pp 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. Chem. 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" Organometallics 2003, 22, 877-878. doi :10.1021/om0207865
  8. ^ Iwai, I.; 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; Näther, Christian; Havlas, Zdenek (1995). "Las estructuras de aniones radicales de naftaleno y antraceno separados por disolvente". J. Chem. Soc., Chem. Commun. (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 organometálicos alcalinos y compuestos relacionados" Angewandte Chemie International Edition 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 productos químicos y fármacos: una enciclopedia para químicos , Paul G. Stecher
  16. ^ Rolf Ackermann, Ludwig Lange "Compuestos de sodio, orgánicos" en Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005 Wiley-VCH, Weinheim. doi :10.1002/14356007.a24_341
  17. ^ Manfred Schlosser (1988). "Superbases para síntesis orgánica". Pure Appl. Chem . 60 (11): 1627–1634. doi : 10.1351/pac198860111627 .