金屬有機(jī)化學(xué)課件

金屬有機(jī)化學(xué)簡(jiǎn)介金屬有機(jī)化學(xué)是化學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)重要分支，研究含有金屬-碳鍵的化合物。這門(mén)學(xué)科融合了無(wú)機(jī)化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的知識(shí)，在現(xiàn)代化學(xué)中扮演著關(guān)鍵角色。金屬有機(jī)化合物的歷史11760年路易·克洛德·卡德發(fā)現(xiàn)第一個(gè)金屬有機(jī)化合物：砷化二甲基（卡科迪爾）。21849年愛(ài)德華·弗蘭克蘭合成出第一個(gè)含有金屬-碳鍵的化合物：二乙基鋅。320世紀(jì)初格里尼亞試劑的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了金屬有機(jī)化學(xué)的快速發(fā)展。金屬有機(jī)化合物的定義金屬-碳鍵金屬有機(jī)化合物必須含有至少一個(gè)金屬-碳鍵。金屬類(lèi)型包括主族金屬、過(guò)渡金屬和內(nèi)過(guò)渡金屬。碳原子特征碳原子可以是烷基、芳基或其他碳基團(tuán)。金屬有機(jī)化合物的分類(lèi)主族金屬化合物如有機(jī)鋰、有機(jī)鎂等。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)活性高。過(guò)渡金屬化合物如鐵羰基化合物、鈀催化劑等。結(jié)構(gòu)多樣，應(yīng)用廣泛。內(nèi)過(guò)渡金屬化合物如鑭系和錒系元素的有機(jī)化合物。具有獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性。金屬碳鍵的性質(zhì)鍵長(zhǎng)金屬碳鍵長(zhǎng)度通常介于單鍵和雙鍵之間，具有一定的柔性。極性金屬碳鍵通常具有較強(qiáng)的極性，金屬端帶部分正電荷。反應(yīng)活性金屬碳鍵通常具有高反應(yīng)活性，易發(fā)生斷裂和重組。金屬親電取代反應(yīng)親電試劑進(jìn)攻親電試劑接近金屬有機(jī)化合物。過(guò)渡態(tài)形成形成包含金屬、碳和親電試劑的過(guò)渡態(tài)。產(chǎn)物生成金屬被取代，形成新的有機(jī)化合物。金屬碳負(fù)離子反應(yīng)1堿性條件在強(qiáng)堿條件下生成金屬碳負(fù)離子。2親核進(jìn)攻金屬碳負(fù)離子作為親核試劑進(jìn)攻底物。3新鍵形成形成新的碳-碳鍵或碳-雜原子鍵。金屬有機(jī)化合物的合成1金屬直接反應(yīng)金屬與有機(jī)鹵化物直接反應(yīng)，如格氏試劑的制備。2金屬交換反應(yīng)利用金屬活性差異進(jìn)行交換，如鋰化反應(yīng)。3金屬插入反應(yīng)金屬插入到有機(jī)化合物的化學(xué)鍵中，如卡賓插入反應(yīng)。4配體交換反應(yīng)利用配體交換制備新的金屬有機(jī)化合物。金屬有機(jī)配合物金屬羰基配合物含有金屬-碳一氧化碳鍵的配合物，如Fe(CO)5。金屬烯烴配合物含有金屬-碳雙鍵的配合物，如Zeise鹽K[PtCl3(C2H4)]·H2O。金屬環(huán)戊二烯配合物含有金屬-環(huán)戊二烯基的配合物，如二茂鐵Fe(C5H5)2。金屬有機(jī)催化劑1均相催化劑如Wilkinson催化劑，用于烯烴氫化反應(yīng)。2非均相催化劑如Ziegler-Natta催化劑，用于烯烴聚合。3生物催化劑如含有金屬離子的酶，參與生物體內(nèi)的催化反應(yīng)。生物金屬有機(jī)化合物維生素B12含有鈷-碳鍵，參與甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng)。甲基輔酶M還原酶含有鎳-碳鍵，參與甲烷生成過(guò)程。羰基脫氫酶含有鐵-碳鍵，參與一氧化碳代謝。環(huán)金屬化合物定義含有金屬-碳鍵和金屬-雜原子鍵形成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。合成方法通過(guò)C-H鍵活化、氧化加成等方法合成。應(yīng)用用于有機(jī)合成、催化反應(yīng)和材料科學(xué)等領(lǐng)域。金屬卡賓配合物結(jié)構(gòu)特征含有金屬-碳雙鍵，碳原子上帶有兩個(gè)取代基。合成方法通過(guò)重氮化合物分解、α-消除等方法制備。應(yīng)用領(lǐng)域用于烯烴復(fù)分解、環(huán)丙烷化等有機(jī)合成反應(yīng)。金屬亞烯基配合物結(jié)構(gòu)特征含有金屬-碳三鍵，類(lèi)似于有機(jī)化學(xué)中的炔烴。合成方法通過(guò)端炔與金屬前體反應(yīng)或金屬卡拜配合物還原制備。反應(yīng)性質(zhì)可進(jìn)行加成反應(yīng)、環(huán)加成反應(yīng)等，具有獨(dú)特的催化活性。金屬碳簇配合物結(jié)構(gòu)特征由多個(gè)金屬原子和碳原子形成的籠狀或簇狀結(jié)構(gòu)。合成方法通過(guò)金屬羰基化合物的縮合、熱解等方法制備。應(yīng)用領(lǐng)域在納米材料、催化劑和電子材料等領(lǐng)域有潛在應(yīng)用。共軛金屬烯烴配合物1π配位金屬與共軛烯烴系統(tǒng)形成π配位鍵。2電子轉(zhuǎn)移金屬與配體之間存在電子轉(zhuǎn)移。3結(jié)構(gòu)多樣性可形成單核或多核配合物。金屬有機(jī)氮化合物胺基金屬化合物含有M-N鍵，如鋰二異丙基胺（LDA）。金屬氮雜環(huán)化合物金屬與含氮雜環(huán)形成配位，如金屬卟啉配合物。金屬氮化物金屬與氮形成共價(jià)鍵，如氮化鈦。金屬有機(jī)磷化合物膦配體三苯基膦等膦配體廣泛用于過(guò)渡金屬配合物的合成。催化應(yīng)用金屬-膦配合物在均相催化反應(yīng)中發(fā)揮重要作用。磷化物金屬磷化物在材料科學(xué)和半導(dǎo)體領(lǐng)域有重要應(yīng)用。金屬有機(jī)硫化合物硫醇配體含有M-S鍵，如金屬硫醇配合物。硫醚配體通過(guò)硫原子配位，如二甲基硫醚配合物。金屬硫簇含有多個(gè)金屬-硫鍵的簇合物，如Fe-S蛋白。金屬有機(jī)硅化合物1有機(jī)硅烷含有Si-C鍵的化合物，如四甲基硅烷。2硅烷配體通過(guò)硅原子與金屬配位，如三甲基硅基配體。3金屬硅烷化合物含有M-Si鍵的化合物，在有機(jī)合成中有重要應(yīng)用。金屬有機(jī)鍺化合物有機(jī)鍺烷含有Ge-C鍵的化合物，結(jié)構(gòu)類(lèi)似于有機(jī)硅烷。鍺烯和鍺炔含有Ge=C雙鍵或Ge≡C三鍵的化合物，具有獨(dú)特的反應(yīng)性。金屬鍺配合物鍺作為配體與過(guò)渡金屬形成的配合物，在催化領(lǐng)域有應(yīng)用。金屬有機(jī)錫化合物1有機(jī)錫試劑如三丁基錫氫，用于自由基還原反應(yīng)。2錫烯化合物含有Sn=C雙鍵，在有機(jī)合成中有特殊應(yīng)用。3金屬錫配合物錫作為配體與過(guò)渡金屬形成的配合物，用于催化反應(yīng)。金屬有機(jī)鈹化合物毒性鈹化合物具有高毒性，操作時(shí)需特別注意安全。結(jié)構(gòu)特征通常形成二聚體或多聚體結(jié)構(gòu)。應(yīng)用在有機(jī)合成和材料科學(xué)中有限度應(yīng)用。金屬有機(jī)鋁化合物1三烷基鋁如三甲基鋁，用于有機(jī)合成和聚合反應(yīng)。2氫化鋁鋰強(qiáng)還原劑，廣泛用于有機(jī)合成中的還原反應(yīng)。3烷基鋁氧烷在催化劑和材料合成中有重要應(yīng)用。金屬有機(jī)鎂化合物格氏試劑RMgX，在有機(jī)合成中廣泛應(yīng)用的親核試劑。二烷基鎂R2Mg，比格氏試劑反應(yīng)性更高。鎂卡賓含有Mg=C雙鍵，具有獨(dú)特的反應(yīng)性。金屬有機(jī)鋰化合物烷基鋰如正丁基鋰，強(qiáng)堿性試劑。芳基鋰如苯基鋰，用于芳香族化合物的合成。鋰基配合物如TMEDA配合的烷基鋰，反應(yīng)性可調(diào)。金屬有機(jī)鈉化合物烷基鈉如甲基鈉，高反應(yīng)活性，用作強(qiáng)還原劑。鈉萘單電子轉(zhuǎn)移試劑，用于還原和自由基反應(yīng)。鈉烯醇化物用于有機(jī)合成中的縮合反應(yīng)。金屬有機(jī)鉀化合物烷基鉀如叔丁基鉀，極強(qiáng)的堿性試劑。鉀石墨插層化合物，用作還原劑和電池材料。鉀冠醚配合物在相轉(zhuǎn)移催化和有機(jī)合成中有應(yīng)用。金屬有機(jī)鈣化合物1烷基鈣如二甲基鈣，強(qiáng)堿性試劑。2鈣卡賓含有Ca=C雙鍵，在有機(jī)合成中有潛在應(yīng)用。3鈣配合物在催化和材料科學(xué)中有應(yīng)用。金屬有機(jī)鈦化合物Ziegler-Natta催化劑用于烯烴聚合的重要工業(yè)催化劑。四氯化鈦Lewis酸，用于有機(jī)合成