第五章金属有机化学课件.ppt
《第五章金属有机化学课件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《第五章金属有机化学课件.ppt(88页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第五章金属有机化学1第1页,此课件共88页哦1.金属元素与烃类或卤代烃的反应金属元素与烃类或卤代烃的反应 活泼的金属可以直接取代烃类的活泼氢原子,过渡元素配合物在一定条件下也可取代芳香烃。第2页,此课件共88页哦a)一一价价金金属属元元素素与卤代烃反应可以制备有机金属化合物。其中的RLi是有机合成中最重要的试剂。M=Li,Na,K,Cs,X=Cl,Br,I第3页,此课件共88页哦Hf(KJ/mol)-105 0 -58 -409 可见,金属和卤代烷直接反应的成功不是取决于金属-烷基键的生成焓,而是取决于金属-卤化物键的生成焓:放热放热的金属的金属-卤化物键的生成有利于反应的右行卤化物键的生成有
2、利于反应的右行。Hf =-362 KJ/mol第4页,此课件共88页哦 这些金属没有一价金属活泼,通常需要加热,反应才能发生。活性 RI RBr RCl b)二二价价金金属属元元素素与卤代烃反应可以制备有机金属化合物。其中Grignard试剂的制备是最为主要的。Grignard试剂试剂第5页,此课件共88页哦 对于重主族元素(M=Tl,Pb,Bi,Hg),由于这些元素的M-C键很弱,上述反应比较困难。但可以通过加入电正性很强的金属来促进这个反应的进行。第6页,此课件共88页哦 反应通常是活泼金属有机试剂与一较为不活泼的金属卤盐发生交换反应。2.从金属有机试剂的交换反应制备从金属有机试剂的交换反
3、应制备第7页,此课件共88页哦Hf(KJ/mol)-58.5 -230.0 +27.0 -409.0 可见,电正性较大的金属失去它的烷基而得到卤素是反应的推动力。Hf =-444 KJ/mol第8页,此课件共88页哦 羰基金属阴离子羰基金属阴离子还可以与卤代烷反应生成金属有机配合物。反应的推动力是生成不溶性的碘化钠。该反应先生成-烯丙基配合物,而后失去一分子CO并重排成-烯丙基配合物。第9页,此课件共88页哦 金属有机化合物还可以通过金属元素的交换反应制备,电正性较小的金属烷基化合物和电正性较大的金属反应时,烷基转移。Hf(KJ/mol)+27.0 0 0 -58.5Hf =-144 KJ/m
4、ol 这是第一个由于金属有机化合物本身的形成提供反应推动力的例子。第10页,此课件共88页哦 金属交换反应在有机合成中非常有用,可以高高选选择择性性的的制制备备活活泼泼金金属属有有机机化化合合物物。因为可以直接从金属本身制备的金属有机化合物太活泼,反应的选择性差,而选择性高的金属有机试剂活性低,难以直接从金属制备,所以只好用间接方法。第11页,此课件共88页哦3.烯(炔)烃的插入反应和取代反应烯(炔)烃的插入反应和取代反应 烯烃或炔烃可以通过插入金属与氢或金属与碳之间的键中或取代某个配体而生成新的配位化合物。这是制备金属这是制备金属-烷基烷基化合物的重要方法之一。化合物的重要方法之一。X通常是
5、H或烷基;M可以是所有的金属,特别是硼、铝、硅和过渡金属。(多两个碳原子)第12页,此课件共88页哦工业上制备烷基铝的主要方法:这一反应的实质即是烯烃插入这一反应的实质即是烯烃插入Al-H键:键:第13页,此课件共88页哦 把乙烯插入Al-H键可以用来制备C14醇,并可进一步制备可生物降解的洗涤剂。插插入入反反应应与它的逆反应消消除除反反应应相互竞争,并且在160左右时得到平均链长是C14的烷基铝化合物,经氧化和水解反应得到需要的醇。100-120120第14页,此课件共88页哦 烯烃插入过渡金属烯烃插入过渡金属-氢键反应的最主要特征是它的可逆性。氢键反应的最主要特征是它的可逆性。环己烷,环己
6、烷,95,40大气压大气压180,1大气压大气压 烯烃插入反应可逆性为烯烃的催化异构化提供基础。烯烃插入金属-氢键的反应在工业上应用于烯烃催化加氢反应,烯烃插入金属-碳键的反应在工业上应用于烯烃催化聚合反应。第15页,此课件共88页哦 烯(炔)烃类金属化合物还可以由烯(炔)烃把其它配位体取代而制得。第16页,此课件共88页哦 除了烯烃外,一些小分子化合物如CO、CO2、N2、SO2、CS2等也可和金属进行配位。4.小分子的配位反应小分子的配位反应 酰酰基基金金属属络络合合物物常常常常是是通通过过金金属属-烷烷基基的的羰羰基基化化反反应应来来制备制备,这种反应经常是可逆的。第17页,此课件共88
7、页哦例:甲基五羰基锰(I)的羰基化反应特点:1)把标记的CO引入反应,它不是成为酰基,而是顺式接到金属上形成羰基(反应式a);2)逆反应中,14C标记的酰基络合物不放出标记的一氧化碳(反应式b)。(a)(b)第18页,此课件共88页哦 从反应式a可以看出,不用CO而用其它配位体也可使烷基锰转化为酰基锰。同位素示踪表明反应可能有两种途径:a.原来分子的羰基插入Mn-CH3键机理;b.甲基转移机理。研究表明:实际的机理是甲基转移。反应动力学指出反应的第一阶段包括甲基转移得到5-配位的酰基络合物,然后受到进入的一氧化碳(或其他配位体)的攻击得到最后的6-配位体产物。第19页,此课件共88页哦 酰基、
8、羰基、芳基磺酸基和重氮化合物等都可以发生分解反应脱去一个小分子得到新的金属有机化合物。5.分解反应分解反应第20页,此课件共88页哦 绝大多数四碳键合的配位体是用四碳键配位体如丁二烯、1,3-环己二烯等与金属有机化合物直接反应,取代原来在金属上的配体如CO而直接生成新的配位化合物。6.碳环键合碳环键合第21页,此课件共88页哦 五元环的配体配合物常用环戊二烯钠和金属卤化物反应制得。有时也可用环戊二烯和有机金属配合物作用,取代掉两个其它的中性配体,然后再从环上脱去一个质子得到环戊二烯键合的金属有机化合物。第22页,此课件共88页哦 除上面这些代表性的方法外,还可以用电解、裂解、重排、还原、加成等
9、方法得到各类金属有机化合物。六碳键合的配体通常是直接制备的。主要推动力是生成气态的一氧化碳。紫外光 -芳烃络合物中金属的氧化态一般是低价的,所以制备时需要将高价金属还原后再反应。III I 第23页,此课件共88页哦5.5 有机金属化合物稳定性和反应性的影响因素有机金属化合物稳定性和反应性的影响因素 与其他有机化合物一样,金属有机化合物的稳定性与反应性,需视具体的反应类型、反应条件以及不同的溶剂体系等各种因素而定。一般规律:金金属属有有机机化化合合物物的的稳稳定定性性越越小小,其其反反应应性性就就越大,稳定性越大,其反应性就越小越大,稳定性越大,其反应性就越小。金金属属有有机机化化合合物物的的
10、反反应应性性与与金金属属原原子子的的氧氧化化态态、配配位位数数以以及几何构型有密切的关系。及几何构型有密切的关系。第24页,此课件共88页哦 金属-碳键的强度反映金属-碳键及金属有机化合物的稳定性,虽然没有大量的热力学数据测定出来供参考,一般规律如下:1.M-C键键a)配体相同配体相同1.对主族金属(A族)而言:同一主族自上而下随原子序数的增加,稳定性下降;2.对副族金属(B族)而言:同一副族自上而下随原子序数的增加,稳定性增加;3.对同一周期的金属元素而言:自左到右,稳定性增加。第25页,此课件共88页哦b)金属相同金属相同1.R(Et)-M Me-M Ph-M 仲碳 叔碳;3.对称性好的金
11、属有机化合物稳定性大于对称性差的金属有机化合物。4.金属-碳键中碳的电负性越强,如杂化轨道中S成分 越多或碳上连有提高碳的电负性的基团,M-C键的 稳定性就增加。第26页,此课件共88页哦 凡有反馈键形成的金属有机化合物,其稳定性相对较高。凡有反馈键形成的金属有机化合物,其稳定性相对较高。如果在过渡金属有机化合物中存在反馈键,则反馈的键增加了M-C之间键的多重性,提高了M-C之间键的强度,从而提高金属有机化合物的稳定性,例如烯烃、芳基就比烷基与过渡金属配位形成的化合物要在一定程度上稳定。2.反馈键反馈键第27页,此课件共88页哦 金金属属的的氧氧化化态态越越低低并并且且如如果果呈呈现现负负值值
12、时时,反反馈馈 键键越越容容易易形形成成。也就是说金属可以有电子反馈到配体的空轨道上去或者是电子反馈的能力越强,金属-碳键越稳定。3.氧化态氧化态 金属有机化合物的电子构型能够满足18-16电子规则,则比较稳定;如果不能满足,就需寻找其他配体进行配位以满足电子构型要求,以达到稳定存在的目的。4.有效价电子数和配位数有效价电子数和配位数第28页,此课件共88页哦5.热力学和动力学热力学和动力学热力学稳定性:一个化合物的自由能比反应物的自由能低,该化合物在热力学上即是稳定的。EA越大,动力学上M-R越稳定;G越大,热力学上M-R越稳定。多数金属有机化合物的热力学稳定性不大,但能分离出来,主要是因为
13、EA较大,动力学稳定,反应难以进行。所以,金金属属有有机机物物是是否否易于反应主要受动力学控制易于反应主要受动力学控制。第29页,此课件共88页哦5.6 过渡金属有机化合物的基元反应过渡金属有机化合物的基元反应 过渡金属有机化合物的化学性质非常复杂,但随着人们认识的不断深化,已将众多的过渡金属有机配合物的化学性质归纳为若干基元反应,它们也构成了配位催化反应机理的基本框架。按照它们反应的类别,可以分为若干个基元反应。第30页,此课件共88页哦 配体的配位和解离;配体的配位和解离;氧化加成;氧化加成;还原消除;还原消除;插入和反插入;插入和反插入;配体与外来试剂的反应配体与外来试剂的反应过渡金属有
14、机化合物的基元反应过渡金属有机化合物的基元反应第31页,此课件共88页哦 基元反应并不是根据反应机理来分类,所以同一类基元反应可能有不同的反应机理。将各种基元反应进行适当组合就可设计出许多有机合成反应。金金属属有有机机催催化化反反应应就包括了这些基元反应,因此,讨论基元反应有助于理解过渡金属有机化合物催化的各种有机合成反应。第32页,此课件共88页哦 配体的配位和解离配体的配位和解离 配体的配位和解离是最简单、最常见的基元反应。许多过渡金属配合物催化的有机反应即是从这一步开始。k值太大,配位饱和的配合物过于稳定,难以发生以后的反应,k值太小,则不利于配体的键合。第33页,此课件共88页哦 对1
15、8电子的金属配合物,都是先进行配体分离,形成较活泼的16电子的配位不饱和中间体,并有空轨道供另一个配体配位,形成新的18电子的配合物。决速步骤决速步骤第34页,此课件共88页哦 由于反应中常常有其它配体存在,所以一旦具有空配位的不饱和中间体生成,另外的配体或溶剂立即配位,所以表观上看到的是配体置换配体置换。第35页,此课件共88页哦解离解离配位配位配位配位第36页,此课件共88页哦 对16电子的金属配合物,一般都按缔合机理先发生配体的键合,成18电子配合物,再视具体情况而定。例:第37页,此课件共88页哦 RhCl(PPh3)3 RhCl(PPh3)2+PPh3RhCl(PPh3)3 +C2H
16、4 RhCl(C2H4)(PPh3)2+PPh3 配体的配位和解离表现为配配体体置置换换反反应应,是过渡金属有机配合物的重要化学性质,也是它们实现催化作用的首要条件。原有配体被另一个配体反应底物置换,使底物进入配位圈,改变底物的化学键状态而得到活化,并接着在配位圈内发生反应。这是配位催化中第一种反应底物进入配位圈的途径。第38页,此课件共88页哦置换反应的影响因素置换反应的影响因素置换反应的影响因素置换反应的影响因素 在在强强酸酸性性条条件件或或有有BF3、AlCl3等等Lewis酸酸存存在在时时离离解解速速率率可可以以大大大大提提高高。这是由于形成了质子化的加成物,降低了配合物中心金属原子的
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 第五 金属 有机化学 课件
限制150内