第三章 金属有机化学(6)

2019-01-10 10:30

链增长反应,要在高压下进行。在1600C以下,温度愈高,链增长反应愈快。工业上从这种链增长反应,可以得到平均链长为C14的烷基铝,氧化并水解后,可以制造高碳醇。

链增长反应,可以由于微量不纯物的存在而受到很大影响,Zieg1e r发 现当有微量镍化合物存在时,从乙烯只生成丁烯—1;从这一发现出发,发明 了乙烯的低压聚合法。有关过渡金属化合物和有机铝化合物混合体系与烯烃、 双烯的反应可以看作有机过渡金属络合物的催化反应,

烯烃连续插入A1一c键的反应,只有在乙烯的情况下才能发生,这是因为其它烯烃的插入反应生成具有支链的烷基,插入一个分子的烯烃后,立刻就发生烯烃消除反应的缘故。

铝氢化物 相当于硼烷的化合物,称为铝烷(alane)。 已证明在低压下气态时A1H3和A12H6两者都存在,固体时唯一稳定的铝氢化合物为无色粉末状的(A1H3)。它被认为是由氢桥联的聚合物。氢化物中最重要的是氢化铝锂,可以从氯化铝和氢化锂反应:

4LiH+AlCl3Et2OLiAlH4+3LiCl

或由金属铝和氢及碱金属或碱金属氢化物直接反应来合成:

Al+2H2+MMAlh4

四氢铝锂在有机和无机这两个领域中都是中地要还原剂,是非挥发性的晶态固体,纯品无色,通常呈灰色;溶于醚类溶剂中,在这类溶剂中有强的还原能力,能还原醛、酮、酰氯、内酯、环氧化物、酯、羧酸、羧酸盐、酰胺及腈则被还原成胺。铝氢化物除氢基之外,还有含有烷基、烷氧基的各种化合物。

Ga,In,T1 Ga,In,T1的三烷基化合物和三烷基铝相似,对这方面有机金属化合物的研究,铋有机铝化合物为少。

这些化合物不像有机铝化合物那样有二聚的倾向,有机砣化合物除了三烷基化合物外,还有二烷基及一烷基化合物。

一价的陀化合物是稳定的,从TlOH和环戊二烯反应可以合成T1C5H5,它是合成茂金属(环戊二烯基过渡金属化合物)时有用的化合物。

陀化合物能切断芳香烃的Ar—H键,生成有机能化合物。此化合物用碘离子处理后,可在芳烃中引入碘原子。

3.5 含4A族元素的有机金属化合物

第4族的主族元素有硅、锗、锡和铅。工业上最大规模生产的有机金属化合物产品有二种是属于这一族的,即四乙基铅和有机硅高聚物。美国在1977年铅的总消费量中有20%用于生产四乙基铅,产量达40万吨。有机硅聚合物也是重要的工业产品,虽然产量不如四乙基铅及有机铝化合物,但因为具有特殊的性质,并且产值高,是不可缺少的有机金属化合物。此外,有机锡化合物还用作聚氯乙烯的稳定剂、杀虫剂及船舶用油漆的添加剂,1975年的生产量达25000吨。有机锗化合物还没有发现什么用途。

大部分4族元素的有机金属化合物都呈稳定的4价化合物,在有机合成中的用途不如第1,2,3族元素的有机金属化合物那样多,但是,最近硅在有机合成中的应用正迅速发展。 4族元素的基态是在s轨道和p轨道中各有2个电子,s轨道电子易于升级而构成和碳同样的sp3型正四面体结构的化合物。 表4.4中列出了4族主族元素及其有机金属化合物的性质,第一离子化势随着元素

之变大而减,这是和周期表下方的元素的金属性增加的倾向相一致的。金属一碳键的键能自硅至锗、锡、铅,随着元素变大

而减小,金属一金属键的键能也呈同样的倾向。甲基、乙基、苯基和金属的键的键能依

M—Ph>M—Me>M—Et

的次序而减小;和其它元素所成键的键能,虽数据不全,大概如下列次序:

M—F>M—O>M—C1>M—H≈M—N≈M—S≈M—Br>MI

因此认为生成Si—F,Si—O,Si—Cl等的反应是热力学上有利的。4族的四烷基或芳基化合物的反应性,比1一3族元素的有机金属化合物显著为低,呈现饱和化合物的行为。除了带负电性的配位体之外,配位数不超过4,例如SnCl4水解而变成SnCl6—型化合物,SnMe4是不活泼的,但在MR4型化合物中,自硅往下反应性增加

4族中,硅上面的—个元素是碳,C—C键是很容易生成的,这种元素一元素间键的生成,愈在周期表下面的元素愈难。在碳及其它4族元素中,硅具有较大的Si—Si键能,乙硅烷(disilane)、多硅烷(po1ysilane)等合Si—Si键的化合物有很多是已知的。从硅向周期表下面,锗、锡、铅等的M—M键的键能就逐渐减小。

本族的每个元素都能生成既含有烷基又含有卤素的化合物 RxMX4-X,在含氧的化合物方面有(R3M)2O,R3M—OH,(R2M0)X等各种类型的化合物。 如3.2所述,4族有机金属化合物主要由下列三种方法合成:

(i)MX4型的卤化物和更为阳性的有机金属化合物,例如有机锂、镁、铝化合物。

(ii)金属或金属合金和卤代烷直接反应。

(iii)其它反应,例如电解法、烯烃和M—H键的加成反应等。

Si Si—C的键能比C—C键的键能(350kJ·mo1—1)为小,大约在250—335 kJ·mo1—1的范围内,但也相当大,因而,四烷基或芳基化合物对热非常稳定,例如,SiPh4在530℃沸腾而不发生变化。

Si—C键的反应性一般比C—C键的反应性为大,其理由之一为:Si—C键(离子性约l 2%)比C—C键易极化,氏于接受亲核进攻,而C易接受亲电子进攻;另一个理由是:硅有空的d轨道,易于生成5配位的过渡态,易于发生取代反应。

大多数有机硅化合物属RnSiX4-N型,IUPAC命名法按SiH4(硅烷,silane)的衍生物来命名。此外,有Si—o—Si键者称硅氧烷(siloxane)、有Si—N—Si键者称硅氮烷(silazane)、有Si—S—Si键者称硅硫烷(silathiane)。Me3Si—O—SiMe 3的Si一0键的键能高达443kJ·mol—l,由于含Si一0一Si键的化合物对热非常稳定,含S:一O—Si—O一键的化合物(聚硅氧烷),作为有机硅高分子而有多种用途。

在实验室中,烷基或芳基化合物是由四氯化硅和有机镁、锂、铝、锌化合

物反应而合成的:

SiCl4十RMgX

也可以用Wurtz—Fittig法合成: SiCl4十4PhCl十8Na

SiPh4十8NaCl

SiR4十MgClX

但是最重要的工业方法是由含铜的硅和卤代烷反应的直接合成法。这是第二次世界大战中美国GeneralElec rric公司的E.G.Rochow所发展的方法,迅速用于工业化,用以制造具有绝缘性、低温特性良好的润滑油及润滑脂。制造有机硅高分子时最重要的原料甲基氯硅烷是由铜—硅合金加热时通以氯甲烷而得到的:

Me3SiClMeSiCl3,MeCl+Si(Cu)280-400℃Me2SiCl2,

此时,甲基氯硅烷的得率按Me2SiCl2>MeSiCl3>Me3SiCl的次序递减,此外,还有SiMe4,MexSiHCl3-x,二硅烷类MexSi 2C16-x等副产物,这种产物可以用精密分馏分离。加入这一反应的金属以铜为最优,先和MeCl反应,生成铜化合物中间体,再和硅反应而得产物。

甲基氯硅烷类的Si—Cl键容易水解,生成硅醇(Silanol)硅醇再脱水缩合而形成Si—O—Si键。Si—C1键的键能为400kJ·mol—l左右,而Si—O键的键能则高达440一480kJ·mol—1,所以水解反应是放热的。硅醇脱水缩合时,可以为酸或碱所催化。三甲基氯硅烷的水解,如下所示:

Me3SiCl十2H2O

2Me3SiOH

H3O+十Cl—十Me3SiOH Me3SiOSiMe3十H2O

二甲基二氯硅烷的水解更为复杂,视条件之不同而有各种产物,常温时的水解产物以环状四聚体为最多,此外还有链状聚合物、聚合度不同的各种环状化合物:


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