金属有机化学课件

金属有机化学简介金属有机化学是化学领域中一个重要分支，研究含有金属-碳键的化合物这门学科融合了无机化学和有机化学的知识，在现代化学中扮演着关键角色金属有机化合物的历史年17601路易·克洛德·卡德发现第一个金属有机化合物砷化二甲基（卡科迪尔）年18492爱德华·弗兰克兰合成出第一个含有金属-碳键的化合物二乙基锌世纪初203格里尼亚试剂的发现推动了金属有机化学的快速发展金属有机化合物的定义金属碳键金属类型-金属有机化合物必须含有至少一个包括主族金属、过渡金属和内过渡金属-碳键金属碳原子特征碳原子可以是烷基、芳基或其他碳基团金属有机化合物的分类主族金属化合物过渡金属化合物内过渡金属化合物如有机锂、有机镁等结构简单，反应活如铁羰基化合物、钯催化剂等结构多样如镧系和锕系元素的有机化合物具有独性高，应用广泛特的电子结构和反应性金属碳键的性质键长极性金属碳键长度通常介于单键和双键之金属碳键通常具有较强的极性，金属间，具有一定的柔性端带部分正电荷反应活性金属碳键通常具有高反应活性，易发生断裂和重组金属亲电取代反应亲电试剂进攻亲电试剂接近金属有机化合物过渡态形成形成包含金属、碳和亲电试剂的过渡态产物生成金属被取代，形成新的有机化合物金属碳负离子反应碱性条件1在强碱条件下生成金属碳负离子亲核进攻2金属碳负离子作为亲核试剂进攻底物新键形成3形成新的碳-碳键或碳-杂原子键金属有机化合物的合成金属直接反应金属交换反应12金属与有机卤化物直接反应，利用金属活性差异进行交换，如格氏试剂的制备如锂化反应金属插入反应配体交换反应34金属插入到有机化合物的化学利用配体交换制备新的金属有键中，如卡宾插入反应机化合物金属有机配合物金属羰基配合物金属烯烃配合物金属环戊二烯配合物含有金属-碳一氧化碳键的配合物，如含有金属-碳双键的配合物，如Zeise盐含有金属-环戊二烯基的配合物，如二茂铁FeCO5K[PtCl3C2H4]·H2O FeC5H52金属有机催化剂均相催化剂1如Wilkinson催化剂，用于烯烃氢化反应非均相催化剂2如Ziegler-Natta催化剂，用于烯烃聚合生物催化剂3如含有金属离子的酶，参与生物体内的催化反应生物金属有机化合物维生素甲基辅酶还原酶B12M含有钴-碳键，参与甲基转移反应含有镍-碳键，参与甲烷生成过程羰基脱氢酶含有铁-碳键，参与一氧化碳代谢环金属化合物定义合成方法应用含有金属-碳键和金属-杂原子键形成的环通过C-H键活化、氧化加成等方法合成用于有机合成、催化反应和材料科学等领状结构域金属卡宾配合物结构特征合成方法含有金属-碳双键，碳原子上带有两个通过重氮化合物分解、α-消除等方法取代基制备应用领域用于烯烃复分解、环丙烷化等有机合成反应金属亚烯基配合物结构特征含有金属-碳三键，类似于有机化学中的炔烃合成方法通过端炔与金属前体反应或金属卡拜配合物还原制备反应性质可进行加成反应、环加成反应等，具有独特的催化活性金属碳簇配合物结构特征合成方法应用领域由多个金属原子和碳原子形成的笼状通过金属羰基化合物的缩合、热解等在纳米材料、催化剂和电子材料等领或簇状结构方法制备域有潜在应用共轭金属烯烃配合物配位π1金属与共轭烯烃系统形成π配位键电子转移2金属与配体之间存在电子转移结构多样性3可形成单核或多核配合物金属有机氮化合物胺基金属化合物金属氮杂环化合物金属氮化物含有M-N键，如锂二异丙基胺（LDA）金属与含氮杂环形成配位，如金属卟啉配金属与氮形成共价键，如氮化钛合物金属有机磷化合物膦配体催化应用三苯基膦等膦配体广泛用于过渡金属金属-膦配合物在均相催化反应中发挥配合物的合成重要作用磷化物金属磷化物在材料科学和半导体领域有重要应用金属有机硫化合物硫醇配体硫醚配体金属硫簇含有M-S键，如金属硫醇配合物通过硫原子配位，如二甲基硫醚配合物含有多个金属-硫键的簇合物，如Fe-S蛋白金属有机硅化合物123有机硅烷硅烷配体金属硅烷化合物含有Si-C键的化合物，如四甲基硅烷通过硅原子与金属配位，如三甲基硅基含有M-Si键的化合物，在有机合成中有配体重要应用金属有机锗化合物有机锗烷锗烯和锗炔金属锗配合物含有Ge-C键的化合物，结构类似于有机硅含有Ge=C双键或Ge≡C三键的化合物，具锗作为配体与过渡金属形成的配合物，在烷有独特的反应性催化领域有应用金属有机锡化合物有机锡试剂锡烯化合物12如三丁基锡氢，用于自由基还含有Sn=C双键，在有机合成中原反应有特殊应用金属锡配合物3锡作为配体与过渡金属形成的配合物，用于催化反应金属有机铍化合物毒性结构特征铍化合物具有高毒性，操作时需特别通常形成二聚体或多聚体结构注意安全应用在有机合成和材料科学中有限度应用金属有机铝化合物三烷基铝1如三甲基铝，用于有机合成和聚合反应氢化铝锂2强还原剂，广泛用于有机合成中的还原反应烷基铝氧烷3在催化剂和材料合成中有重要应用金属有机镁化合物格氏试剂二烷基镁镁卡宾RMgX，在有机合成中广泛应用的亲核R2Mg，比格氏试剂反应性更高含有Mg=C双键，具有独特的反应性试剂金属有机锂化合物烷基锂如正丁基锂，强碱性试剂芳基锂如苯基锂，用于芳香族化合物的合成锂基配合物如TMEDA配合的烷基锂，反应性可调金属有机钠化合物烷基钠钠萘钠烯醇化物如甲基钠，高反应活性，用作强还原剂单电子转移试剂，用于还原和自由基反应用于有机合成中的缩合反应金属有机钾化合物烷基钾钾石墨如叔丁基钾，极强的碱性试剂插层化合物，用作还原剂和电池材料钾冠醚配合物在相转移催化和有机合成中有应用金属有机钙化合物烷基钙1如二甲基钙，强碱性试剂钙卡宾2含有Ca=C双键，在有机合成中有潜在应用钙配合物3在催化和材料科学中有应用金属有机钛化合物催化剂四氯化钛钛茂配合物Ziegler-Natta用于烯烃聚合的重要工业催化剂Lewis酸，用于有机合成中的各种转化反应如二茂钛，在有机合成和材料科学中有应用金属有机族元素化合物V钒有机化合物铌有机化合物钽有机化合物如钒氧乙酰丙酮配合物，在催化氧化反应中如铌茂配合物，在有机合成和材料科学中有如钽卡宾配合物，在烯烃复分解反应中有重有应用潜在应用要应用。