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COMPUESTOS ORGANOMETALICOS...

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COMPUESTOS ORGANOMETALICOS

1. INTRODUCCIÓN Cuando uno piensa en Química de forma general tiende a interpretar esta rama de la Ciencia en términos de la Química Orgánica, o lo que es lo mismo, la Química de los compuestos que forma el Carbono, el Hidrógeno, el Nitrógeno y el Oxígeno fundamentalmente, o en términos de la Química Inorgánica, es decir, la del resto de los elementos de la tabla periódica. Sin embargo, hay una modalidad de la Química que se sitúa en la frontera de estas dos especialidades y que se conoce como la Química Organometálica. Esta es la disciplina que estudia las moléculas que forman un enlace entre un átomo metálico y, al menos, un átomo de carbono. El comienzo de la Química organometálica se remonta al año 1848 cuando Edward Frankland sintetizó la molécula conocida como dietil cinc, Zn C2H5 2. Durante casi un siglo esta modalidad de la Química permaneció en un aparente olvido exceptuando los trabajos de Victor Grignard, Premio Nobel de Química en 1912 , pero el descubrimiento en los años cincuenta de una molécula conocida como ferroceno Figura 1 un descubrimiento que valdría unos años más tarde el Premio Nobel de Química a sus descubridores representaría el punto de partida del enorme desarrollo que este área de la química ha tenido desde entonces. .

2. MARCO TEÓRICO Una breve historia de la Química Organometálica Son muchas y muy diversas las aplicaciones de la Química Organometálica, pero un buen comienzo en el que hallar su importancia lo encontramos en los diversos

Premios Nobel concedidos a lo largo de los años a científicos cuyos descubrimientos e investigaciones están relacionados con esta especialidad. El primero recayó en los Químicos Karl Ziegler y Giulio Natta en el año 1963 por la síntesis de polímeros utilizando como catalizadores compuestos de titanio y aluminio. ¿Por qué fue tan importante este descubrimiento? La respuesta es tan sencilla como que no nos podríamos imaginar el mundo actual sin plásticos, que no son más que polímeros sintetizados en su mayoría de forma artificial. Los polímeros se producen a partir de moléculas pequeñas monómeros que se van uniendo una a una hasta conseguir una cadena muy larga o polímero Figura 2. Esta unión no es fácil de conseguir, pero Zielgler y Natta diseñaron unos catalizadores que la facilitan. De manera sencilla, un catalizador de polimerización es una sustancia que se puede imaginar como una máquina microscópica que va tomando del entorno moléculas muy pequeñas y las van uniendo una a una hasta formar un polímero.

Unos años más tarde, en 1973, los químicos Geoffrey Wilkinson y Ernst O. Fischer serían galardonados con el Premio Nobel por el descubrimiento de la estructura del ferroceno y de otras moléculas similares, una molécula que como se ha mencionado anteriormente marcaría el comienzo de una nueva era en la Química Organometálica.

Los siguientes Premios Nobel en Química han sido concedidos mucho más recientemente, y en todos los casos están relacionados con procesos catalíticos en los que intervienen moléculas organometálicas. En el año 2001, K. Barry Sharpless, Ryoji Noyori y Williams S. Knowles lo recibieron por sus importantísimas contribuciones a la formación catalítica de moléculas quirales, como la L-dopamina Figura 3 . La quiralidad es una propiedad relacionada con la estructura de las moléculas y por tanto es especialmente importante para el desarrollo de la vida y de los fármacos que mejoran nuestra calidad de vida. Existen infinidad de moléculas que contienen exactamente el mismo n mero de átomos C, O, N, H, etc y en las que además estos tienen las mismas uniones enlaces entre ellos. Sin embargo, la geometría alrededor de los átomos es diferente del mismo modo que la mano izquierda y la mano derecha a pesar de ser iguales no son idénticas no son superponibles, y por lo tanto un guante diseñado para la mano derecha no sirve para la izquierda. De este modo, a pesar de ser aparentemente iguales, estas moléculas no tienen las mismas propiedades, y en la mayor parte de los fármacos sólo una de estas moléculas “aparentemente idénticas” o quirales es la que puede curar o tratar una enfermedad, mientras que la otra su isómero puede ser inocua o, en el peor de los casos, tóxica. Por tanto, cuando se “construye” una molécula hay que tener en cuenta qué geometría queremos que tenga al final, y por supuesto esto no es una tarea nada sencilla que, sin embargo, se ve facilitada gracias a los descubrimientos de los tres químicos que he citado anteriormente.

En el año 2005 Robert Grubbs, Richard Schrock e Yves Chauvin también recibieron el Premio Nobel en Química por el hallazgo y desarrollo de una reacción química catalizada por complejos de Rutenio y Volframio que hoy en día tiene aplicaciones tan importantes como obtención de fármacos como el de la Figura 4, que se utiliza para el tratamiento de la hepatitis C, la síntesis de polímeros plásticos y nuevos materiales, perfumes y de un largo etcétera.

El 6 de octubre de 2010 la Academia Nobel concedió una vez más el Premio a los Químicos Heck, Suzuki y Negishi por el desarrollo de unas reacciones catalizadas por el elemento químico paladio y que permite unir moléculas orgánicas a través de sus átomos de carbono, es decir, construye enlaces carbono-carbono. Estas reacciones, al igual que las anteriores, se utilizan en la preparación de fármacos anticancerígenos, pesticidas, chips electrónicos y otras aplicaciones tecnológicas. "Arquitectos moleculares" Pero además de estos campos de investigación, la Química Organometálica desarrolla otras actividades no menos importantes. Algunas de ellas están relacionadas con la obtención de nanopartículas de metales Figura 5, es decir, pequeños fragmentos de metales como el platino, el oro o el paladio que tienen un tamaño del orden de los nanómetros 10-9 m y que se utilizan en diversos aspectos de la vida cotidiana, aunque sus aplicaciones están a n por desarrollar. Otra aplicación la encuentra en la síntesis de nuevos materiales que puedan tener unas

propiedades ópticas, magnéticas o electrónicas particulares, como por ejemplo los LEDs, en los que el metal permite controlar por ejemplo el color de la luz. Una interesante aplicación más reciente está en la utilización de las moléculas organometálicas como fármacos, en especial contra enfermedades como el cáncer, lo cual no es de extrañar si tenemos en cuenta que uno de los primeros fármacos que se utilizó para el tratamiento de esta enfermedad fue el cis-platin, un compuesto de platino. Un área en reciente expansión se conoce como Química Verde, cuyo n está en realizar reacciones químicas con el menor impacto medioambiental posible. Por último, en la actualidad se están desarrollando compuestos Organometálicos para el desarrollo de tecnologías energéticas, como la generación de hidrógeno a partir de agua y de otras sustancias químicas menos frecuentes, o la transformación del metano al metanol.

El Instituto de Investigaciones Químicas dedica buena parte de su trabajo al desarrollo de muchos de los aspectos que he mencionado anteriormente. Una forma, quizás, más sencilla de definirnos es como “arquitectos moleculares”, construimos moléculas que tengan unas estructuras y propiedades determinadas de una forma razonada basándonos en el enlace químico. 3. ¿QUÉ ES UN COMPUESTO ORGANOMETALICO? Un compuesto organometálico es un compuesto en el que los átomos de carbono de un ligando orgánico forman enlaces covalentes con un átomo metálico. Los compuestos basados en cadenas y anillos de átomos de carbono se llaman orgánicos, y este es el fundamento del nombre organometálicos. La característica

de estos compuestos es la presencia de enlaces entre átomos de metal y de carbono (que pueden ser sencillos, dobles o triples) y por tanto no se consideran organometálicos aquellos compuestos en que un metal se une a una molécula o fragmento por un átomo distinto del carbono, como ocurre en algunos compuestos de coordinación. Este grupo incluye un elevado número de compuestos y algunos químicos lo consideran un grupo distinto al de los compuestos orgánicos e inorgánicos.

Formalmente, los compuestos organometálicos son aquellos que poseen, de forma directa, enlaces entre átomos de metal (o metaloides) y átomos de carbono, M+δ– C-δ, de mayor o menor polaridad. Es decir, un compuesto es considerado como organometálico si este contiene al menos un enlace carbono-metal. En este contexto el sufijo “metálico” es interpretado ampliamente para incluir tanto a algunos no metales (como el fósforo) y metaloides tales como B, Si y As así como a metales verdaderos. Esto es debido a que en muchos casos la química de los elementos B, Si, P y As se asemeja a la química de los metales homólogos respectivos. Por lo tanto, el término de compuestos organometálicos es también usado ocasionalmente para incluir dentro a los ya mencionados no metales y semimetales. En todos los casos se trata de elementos menos electronegativos que el carbono.

Nomenclatura de los organometálicos

Estructura de los organometálicos La diferencia de electronegatividad existente entre el C (2,5) y el metal (M), hace que la densidad electrónica del enlace C-M se halle más desplazada sobre el C, lo que lo convierte en un centro básico y nucleófilo. La reactividad del C es muy dependiente del tipo de metal porque los metales tienen electronegatividades distintas. Es importante resaltar que el enlace C-Metal está claramente polarizado pero que es sustancialmente covalente.

4. ¿PARA QUÉ SIRVEN LOS COMPUESTOS ORGANOMETALICOS? Algunos ejemplos de los usos que se le da a los compuestos organometalicos: •

El Ácido Metilarsónico CH5AsO3 se obtiene por metilación del Arsenito sódico. Su sal disódica, CH3AsO3Na2, constituye el medicamento “Arrhenal”.

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El Ácido Dimetilarsinico, también llamado Ácido Cacodílico, (CH3)2AsO2H tiene sus sales de Sodio, Calcio, Hierro y Mercurio empleadas en el tratamiento de la sífilis, tuberculosis, pelagra y otras enfermedades.

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El radical –As(CH3)2 se mantiene inalterado en muchas reacciones, recibiendo el nombre de Cacodilo por su descubridor Bunsen, debido a su repugnante olor.

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El Óxido de Cacodilo [(CH3)2As]2O se obtiene calentando el Anhídrido Arsenioso As2O3 con Acetato Potásico CH3COOK, sirviendo su formación para reconocer la presencia del Ácido Acético CH3COOH.

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El Ácido Arsanilico (NH2)-(C6H5)-(AsO3H2) o Para-AminoFenilArsónico, tiene una sal sódica que se utilizó en medicina con el nombre de “atoxil” en el tratamiento de la Sífilis y fiebre recurrente, aunque hoy se emplea como producto intermedio en la preparación del Salvarsán.

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El Salvarsán, 3-3´ diamino 4-4´dihidroxiarsenobenceno, se conoce como “606” para indicar el número de compuestos ensayados por su descubridor Ehrlich, en 1910, antes de llegar a uno definitivo en su acción contra los espiroquetos y tripanosomas.

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Se utilizan también los derivados argénticos del Salvarsán y de un compuesto llamado Neosalvarsán, por ser más tóxicos para los microorganismos, pero no para la humanidad.

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Otro derivado Arsenical del Ácido Arsanilico es la Triparsamida, Ácido NFenilglicinamido-para-arsinico

(NH2CO)-CH2-NH-(C6H4)-(AsO3)-(HNa),

empleada con éxito para combatir la enfermedad del Sueño.

5. SÍNTESIS DE COMPUESTOS ORGANOMETALICOS 1. Preparación de organolitios

2. Preparación de reactivos de Grignard

3. Reacciones de transmetalación: preparación de organocádmicos y dialquilcupratos de Litio Se conoce con el término de reacción de transmetalación las reacciones que permiten transformar un organometálico en otro diferente, tratándolo bien con un metal diferente, bien con una sal de ese metal. El requisito básico para que la transmetalación ocurra eficazmente, es que la electronegatividad del nuevo metal sea mayor que la del primero.

Los organometálicos como los Grignard reaccionan (como nucleófilos) con una gran cantidad de sustratos que contienen carbonos electrófilos, por lo que son

extraordinariamente útiles en Síntesis Orgánica para la creación de enlaces C-C. Entre los sustratos con carbono electrófilo capaces de reaccionar con los organometálicos tenemos los epóxidos, los aldehídos y cetonas, los ésteres, los cloruros de ácido, etc., con los que reaccionan para dar alcoholes, alcoholes secundarios y terciarios, alcoholes terciarios, cetonas, etc., respectivamente:

6. MECANISMO DE COMPUESTOS ORGANOMETALICOS Organolitios

R-X + 2Li 𝑅

+

−𝑋

−

Eter Etilico

+𝐿

+

Ataque nucleofilico

R-Li + Li X −𝐿

Eter Etilico

R-Li + Li X

Reactivo de Grignard

Formando enlace covalente

Ruptura eterolitica

Reactivo de Grignard

7. APLICACIÓN DE COMPUESTOS ORGANOMETALICOS Cada día son más abundantes las aplicaciones industriales y de laboratorio de estos complejos. Entre otros usos, se pueden citar: •

Reacciones catalíticas.

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Reacciones de isomerización de olefinas.

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Reacciones de arilación y vinilación (reacción de Heck).

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Metátesis de alquenos.

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Reacciones de oligomerización y polimerización.

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Oxidación de olefinas (Proceso Wacker).

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Hidrogenación de alquenos.

•

Reacciones de Fischer-Tropsch.

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Reacción de desplazamiento del gas de agua.

•

Proceso Monsanto para la síntesis del ácido acético.

•

Hidroformilación de olefinas (Proceso oxo).

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Hidrocianación de olefinas.

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Carbonilación de olefinas (Reacción de Reppe).

•

Activación de enlaces C-H en alcanos.

8. CONCLUSIÓN El mundo de la química organometalica es muy extensa en los cuales el más sobresaliente es el reactivo de Grignard dando paso a muchas reacciones porque este actúa como nucleofilo, gracias a este reactivo se dio alza a la química organometalica 9. BIBLIOGRAFÍA •

https://es.wikipedia.org/wiki/Compuesto_organomet%C3%A1lico

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https://core.ac.uk/download/pdf/36051074.pdf

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https://agalindo.webs.ull.es/LECCION8.pdf

•

https://www.mt.com/mx/es/home/applications/L1_AutoChem_Applications/L 2_ReactionAnalysis/organometallicsynthesis.html#:~:text=La%20s%C3%ADntesis%20organomet%C3%A1lica %20es%20el%20proceso%20de%20crear%20compuestos%20organomet %C3%A1licos.&text=Los%20compuestos%20con%20enlaces%20de,se%2 0suelen%20describir%20como%20organomet%C3%A1licos.

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https://portal.uah.es/portal/page/portal/epd2_asignaturas/asig66315/informa cion_academica/Tema%202-litio.pdf...