Μεθυλολίθιο

Από testwiki
Αναθεώρηση ως προς 18:20, 15 Αυγούστου 2024 από τον imported>MARKbot (Ρομπότ: Αυτόματη αντικατάσταση κειμένου (-{{PAGENAME}} +{{subst:PAGENAME}}).)
(διαφορά) ← Παλαιότερη αναθεώρηση | Τελευταία αναθεώρηση (διαφορά) | Νεότερη αναθεώρηση → (διαφορά)
Μετάβαση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση

Πρότυπο:Πληροφορίες χημικής ένωσης

Το μεθυλολίθιο[1] (αγγλικά methyllithium) είναι οργανική χημική ένωση, με εμπειρικό τύπο LiCH3. Συμβολίζεται, επίσης, συχνά με τη συντομογραφία MeLi, που προέρχεται από την αγγλόφωνη ονομασία του, MethylLithium). Είναι η απολούστερη οργανολιθιακή ένωση, δηλαδή μια οργανομεταλλική ένωση. Υιοθετεί μια ολιγομερική δομή, τόσο σε κατάσταση διάλυσης, όσο και στη στερεή κατάσταση της χημικά καθαρής ένωσης. Είναι πολύ δραστική ένωση και χρησιμοποποιείται διαλυμένη σε αιθέρες (ROR'), συνήθως σε άνυδρο διαιθυλαιθέρα (|Et2O|), στη συνθετική και (ιδιαίτερα) στην Οργανομεταλλική Χημεία. Οι σχετικές εφαρμογές που χρησιμοποιούν μεθυλολίθιο απαιτούν άνυδρες συνθήκες, γιατί η ένωση αντιδρά ζωηρά με το νερό (H2O). Το οξυγόνο (O2) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) είναι επίσης ασύμβατα με το μεθυλολίθιο. Συνήθως το μεθυλολίθιο δεν παρασκευάζεται επιτόπου, αλλά παραγγέλνεται σε μορφή διαλύματος σε διάφορους αιθέρες.

Ονοματολογία

  1. Η ονομασία «μεθυλολίθιο» προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί ένωση λιθίου και μεθυλίου (CH3).
  2. Η ονομασία «λιθιομεθάνιο» προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο μεθάνιο (CH4), δηλαδή ένα άτομο υδρογόνου έχει αντικατασταθεί από Li.
  3. Οι ονομασίες «λιθιομεθανίδιο» και «μεθανίδιο του λιθίου» ουσιαστικά είναι ταυτόσημες και προκύπτουν αν η ένωση θεωρηθεί (αφού άλλωστε όντως είναι) ετεροπολική ένωση μεταξύ κατιόντος λιθίου (Li+) και ανιόντος μεθανιδίου (CH3-). Η κατάληξη «-ίδιο» αντί «-άνιο» δηλώνει την ύπαρξη καρβανιόντος, δηλαδή αρνητικά φορτισμένου ανθρακούχου ιόντος.

Δομή

Δεσμοί[2]
Δεσμός τύπος δεσμού ηλεκτρονική δομή Μήκος δεσμού Ιονισμός
C-H σ 2sp³-1s 109 pm 3% C- H+
C--Li+ ετ. 2(sp³)8-1s² 231 pm 100% C- Li+
Κατανομή φορτίων
σε ουδέτερο μόριο
C -1,09
H +0,03
Li +1,00

Δύο δομές μεθυλολιθίου έχουν πιστοποιηθεί με απλή κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ και με φασματοσκοπία NMR 6Li, 7Li και 13C:

Η ισχύς του δεσμού C-Li έχει εκτιμηθεί γύρω στα 57 kcal/mol με φασματοσκοπικές μετρήσεις υπερύθρου[3].

Τετραμερής δομή

Τα δομικά συμπλέγματα της τετραμερούς δομής μεθυλολιθίου σχηματίζουν κύβους, στις κορυφές των οποίων τοποθετούνται εναλλάξ ιόντα Li+ και CH3-. Οι αποστάσεις Li-Li είναι περίπου 269 pm, δηλαδή σχεδόν ταυτόσημες με αυτές του αερίου διλιθίου (Li2). Οι αποστάσεις C-Li είναι 231 pm. Κάθε ανιόν άνθρακα (C-) συνδέεται με τρία (3) άτομα υδρογόνου (H), με κλασσικούς ομοιοπολικούς δεσμούς σ (1s - 2sp³), καθώς και με επίσης τρία (3) ιόντα λιθίου (Li+), με ετεροπολικές έλξεις, λόγω αντίθετων ηλεκτρικών φορτίων.[4]. Ο σχηματισμός μεθυλολιθίου σε αιθερικό περιβάλλον (δηλαδή με αντίδραση σε διάλυμα σε κάποιον αιθέρα) ευνοεί την τετραμερή δομή, που αντιπροσωπεύεται από τον τύπο (LiMe)4.

Εξαγωνική δομή

Τα δομικά συμπλέγματα της εξαμερούς δομής μεθυλολιθίου σχηματίζουν εξαγωνικά πρίσματα, στις κορυφές των οποίων τοποθετούνται εναλλάξ ιόντα Li+ και CH3-. Ο σχηματισμός μεθυλολιθίου σε μεθυλαλογονικό περιβάλλον (δηλαδή με απευθείας αντίδραση μεταλλικού λιθίου σε υγρό μεθυλαλογονίδιο και όχι σε διάλυμα μεθυλαλογονιδίου σε αιθέρα) ευνοεί την εξαμερή δομή, που αντιπροσωπεύεται από τον τύπο (LiMe)6.

Δεσμολογία

Αυτά τα δομικά συμπλέγματα θεωρούνται ότι έχουν «χάσμα οκτάβας», αφού δεν ακολουθούν τον «κανόνα οκτάβας», επειδή τα «μόρια» αυτά δεν έχουν αρκετά ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν 4 δεσμούς γύρω από κάθε άτομο άνθρακα, σε αντιδιαστολή με τις περισσότερες οργανικές ενώσεις. Η εξαμερής δομή είναι μια «ένωση 30 ηλεκτρονίων»: Τα 18 κατανέμονται για τους ισχυρούς δεσμούς C-H και τα άλλα 12 απομένουν για τους δεσμούς Li-C και Li-Li. Υπάρχουν 6 ηλεκτρόνια για 6 διαμεταλλικούς δεσμούς και 1 ηλεκτρόνιο για κάθε αλληλεπίδραση μεθυλίου και η³-λιθίου.

Παραγωγή

Το μεθυλολίθιο παράγεται με επίδραση μεταλλικού λιθίου (Li) σε μεθυλαλογονίδιο (CH3X), συνήθως παρουσία άνυδρου διαιθυλαιθέρα (|Et2O|)[5]:

2Li+CH3X10oC|Et2O|CH3Li+LiX

Αν χρησιμοποιηθεί το βρωμομεθάνιο (MeBr), όση ποσότητα από αυτό δεν πρόλαβε να αντιδράσει σχηματίζει ένα σύμπλοκο με το μεθυλολίθιο της δομής (MeBr...LiMe). Γι' αυτό, το περισσότερο μεθυλολίθιο που διακινείται εμπορικά περιέχει αυτό το σύμπλοκο. Η έκδοση «Halide free» (δηλαδή ελεύθερου από αλογονίδια) μεθυλολίθιου παράγεται με χρήση μεθυλοχλωριδίου (MeCl), ως μεθυλαλογονίδιο, που δε σχηματίζει ισχυρό σύμπλοκο με το μεθυλολίθιο και επιτρέπει το (σχετικά εύκολο) διαχωρισμό με διήθηση αρκετά καθαρού μεθυλολιθίου.[6].

Χημική δραστικότητα

Το μεθυλολίθιο είναι μια ισχυρή βάση κατά Lewis και ένα ισχυρό πυρηνόφιλο αντιδραστήριο, εξαιτίας του αρνητικού ηλεκτρικού φορτίου που εμφανίζει το άτομο άνθρακα (C). Γι' αυτό είναι ιδιαίτερα δραστικό έναντι δεκτών ηλεκτρονίων (δηλαδή οξέων κατά Lewis) και δοτών πρωτονίων (δηλαδή κλασσικών οξέων). Σε σύγκριση με το (δραστικότερο) βουτυλολίθιο (BuLi), το μεθυλολίθιο αντιδρά μόνο πολύ αργά με το τετραϋδροφουράνιο (ΤΗF), σε θερμοκρασία δωματίου (20 °C), και τα διαλύματά του σε αιθέρα είναι σταθερά επ' αόριστον. Με το νερό και τις αλκοόλες αντιδρά βίαια. Για λόγους ασφαλείας, οι περισσότερες αντιδράσεις, που χρησιμοποιούν μεθυλολίθιο, πραγματοποπιούνται σε θερμοκρασίες μικρότερες της θεμοκρασίας δωματίου (<20 °C). Παρόλο που το μεθυλολίθιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αντιδράσεις αποπρωτονίωσης, για τέτοιες αντιδράσεις συνήθως προτιμάται το βουτυλολίθιο, γιατί είναι οικονομικότερο και πιο δραστικό.

Με νερό

Το μεθυλολίθιο αντιδρά βίαια με το νερό (H2O), παράγοντας υδροξείδιο του λιθίου (LiΟΗ) και μεθάνιο (CH4)[7]:

CH3Li+H2OLiOH+CH4

Με διοξείδιο του άνθρακα

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), παράγοντας (τελικά με οξύνιση) αιθανικό οξύ (CH3COOH)[8]:

CH3Li+CO2CH3COOLi+HClCH3COOH+LiCl

Με αλκυλαλογονίδια

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλκυλαλογονίδια (RX), μεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας μεθυλιωμένα αλκάνια (RMe)[9]:

CH3Li+RXRCH3+LiX

Με οργανοπολυαλογονίδια

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με οργανοπολυαλογονίδια, πολυμεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας πολυμεθυλιωμένα αλκάνια. Π.χ.[9]:

4CH3Li+CX4C(CH3)4+4LiX

Με αλκοόλες

Το μεθυλολίθιο αντιδρά βίαια με αλκοόλες (ROH), παράγοντας το αντίστοιχο αλκοολικό λίθιο (ROLi) και μεθάνιο (CH4)[10]:

CH3Li+ROHROLi+CH4

Με μεθανάλη

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με τη μεθανάλη (HCHO), μεθυλιώνοντάς τη και παράγοντας αιθανόλη (EtOH)[11]:

CH3Li+HCHOCH3CH2OLi+HClCH3CH2OH+LiCl

Με αλδεΰδες

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλδεΰδες (RCHO), μεθυλιώνοντάς τες και παράγοντας δευτεροταγείς μεθυλαλκοόλες (RCH(OH)Me)[11]:

CH3Li+RCHORC(OLi)CH3+HClRC(OH)CH3+LiCl

Με κετόνες

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με κετόνες (RCOR'), μεθυλιώνοντάς τες και παράγοντας τριτοταγείς μεθυλαλκοόλες (RC(Me)(OH)R')[12]:

CH3Li+RCOR´RC(CH3)(OLi)R´+HClRC(CH3)(OH)R´+LiCl

Με οξιράνιο

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με το οξιράνιο, παράγοντας (τελικά με οξύνιση) 1-προπανόλη (CH3CH2CH2OH)[13]:

Οξιράνιο +CH3LiCH3CH2CH2OLi+HClCH3CH2CH2OH+LiCl

Με νιτρίλια

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με νιτρίλια (RCN), μεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας (τελικά με οξύνιση) μεθυλοκετόνες (RCOMe)[14]:

CH3Li+RCNRC(CH3)=NLi++2HCl+H2ORCOCH3+NH4Cl+LiCl

Με καρβοξυλικούς εστέρες

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με καρβοξυλικούς εστέρες (RCOOR'), μεθυλιώνοντάς τες και παράγοντας μεθυλοκετόνες (RCOMe)[15]:

CH3Li+RCOOR´RCOCH3+R´OLi

Με αλαμίνες

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλαμίνες (π.χ. NH2X), μεθυλιώνοντάς τες και παράγοντας μεθυλαμίνες (π.χ. CH3NH2). Π.χ.[16]:

CH3Li+NH2XCH3NH2+LiX

Με σιλυλαλογονίδια

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με σιλυλαλογονίδια [SivH2v+1X], μεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας μεθυλοσιλάνια [SivH2v+1CH3]. Π.χ.[17]:

CH3Li+SiH3XCH3SiH3+LiX

Με φωσφυλαλογονίδια

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλοφωσφίνες (π.χ. PH2X), μεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας μεθυλοφωσφίννες (π.χ. CH3PH2). Π.χ.[18]:

CH3Li+PH2XCH3PH2+LiX

Με τριαλογονίδια του φωσφόρου

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με τριαλογονίδια του φωσφόρου (PX3), τριμεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας τριμεθυλοφωσφίνη [(CH3)3P][19]:

3CH3Li+PX3P(CH3)3+3LiX

Με πενταλογονίδια του φωσφόρου

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με πενταλογονίδια του φωσφόρου (PX5), πενταμεθυλιώνοντάς τα, παράγοντας πενταμεθυλοφωσφoράνιο [(CH3)5P][20]:

5CH3Li+PX5P(CH3)5+5LiX

Με χλωριούχο υδράργυρο

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλογονούχο υδράργυρο (HgΧ2), διμεθυλιώνοντάς τον, παράγοντας διμεθυλοϋδράργυρο [Hg(CH3)2][21]:

2CH3Li+HgX2Hg(CH3)2+2LiX

Με χλωριούχο μόλυβδο

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με το χλωριούχο μόλυβδο (PbCl2), τετραμεθυλιώνοντάς τον, παράγοντας τετραμεθυλομόλυβδο [Pb(CH3)4][22]:

4CH3Li+2PbCl2Pb(CH3)4+4LiCl+Pb

Με τετραχλωριούχο ζιρκόνιο

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με τετραχλωριούχο ζιρκόνιο (ZrCl4), εξαμεθυλιώνοντάς το και παράγοντας εξαμεθυλοζιρκονιούχο διλίθιο [Li2[Zr(CH3)6][23] :

6CH3Li+ZrCl4Li2[Zr(CH3)6]+4LiCl

Με μεθυλένιο

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με μεθυλένιο ([:CH2]), σχηματίζοντας αιθυλολίθιο (EtLi)[24]:

CH3Li+CH2N2UVCH3CH2Li+N2

Πηγές πληροφόρησης

  1. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, «ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ», Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
  2. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982
  3. Αναστάσιου Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
  4. Καραγκιοζίδη Σ. Πολυχρόνη, «Ονοματολογία Οργανικών Ενώσεων στα Ελληνικά & Αγγλικά» Β΄ Έκδοση, Θεσσαλονίκη 1991
  5. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, «Γενική Οργανική Χημεία», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985
  6. Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη, «Ειδικά Μαθήματα Οργανικής Χημείας», ΑΠΘ, θεσσαλονίκη 1983
  7. Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Φαίδωνα Χατζημηχαλάκη, «Εργαστηριακός Οδηγός», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1986

Παραπομπές

  1. Για εναλλακτικές ονομασίες δείτε τον πίνακα πληροφοριών.
  2. Τα δεδομένα προέρχονται εν μέρει από το «Table of periodic properties of thw Ellements», Sagrent-Welch Scientidic Company και Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, Σελ. 34. Ο ιονισμός βασίζεται στην ηλεκτραρνητικότητα κατά Paouling των στοιχείων.
  3. Brown, T. L.; Rogers, M. T. (1957). "The Preparation and Properties of Crystalline Lithium Alkyls". Journal of the American Chemical Society 79 (8): 1859–1861. doi:10.1021/ja01565a024.
  4. Elschenbroich, C. ”Organometallics” (2006) Wiley-VCH: Weinheim. ISBN 978-3-29390-6
  5. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 268, §11.5Β
  6. Lusch, M. J.; Phillips, M. V.; Sieloff, W. V.; Nomura, G. S.; House, H. O.: Preparation of Low-Halide Methyllithium, collvol 7, collvolpages 346, 1990, prep cv7p0346.
  7. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. §199, §8.4.1δ, με Li αντί MgX, Η αντί R.
  8. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. §283, §12.2.1, με Li αντί MgX, CH3 αντί R.
  9. 9,0 9,1 «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. §152, §6.2.4, με Li αντί MgX.
  10. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. §199, §8.4.1δ, με Li αντί MgX.
  11. 11,0 11,1 «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. §152, §8.2.4.1,, με Li αντί MgX.
  12. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. §152, §8.2.4.1, με Li αντί MgX.
  13. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. §152, §8.4.5.5, με Li αντί MgX.
  14. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 226, §9.3.1β, με Li αντί MgX.
  15. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 226, §9.3.1α, με Li αντί MgX.
  16. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 248, §10.2.2γ, με Li αντί MgX.
  17. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 267, §11.4Α, με Li αντί MgI και SiH3X αντί SiCl4.
  18. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 267, §11.3.1, με Li αντί MgBr, CH3 αντί Φ και PH2X αντί PCl3.
  19. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 267, §11.3.1, με Li αντί MgBr και CH3 αντί Φ και Χ αντί Cl.
  20. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 267, §11.3.1, με Li αντί MgBr, CH3 αντί Φ και PΧ5 αντί PCl3.
  21. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 268, §11.5Γ, με Li αντί MgCl, CH3 αντί R.
  22. «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 268, §11.5Δα, με Li αντί MgCl, CH3 αντί R.
  23. Morse, P. M.; Girolami, G. S. "Are d0 ML6 Complexes Always Octahedral? The X-ray Structure of Trigonal-Prismatic [Li(tmed)]2[ZrMe6]" Journal of the American Chemical Society 1989, 111, 4114-6. Πρότυπο:DOI
  24. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982, σελ. 155, §6.7.3.

Πρότυπο:Ενώσεις λιθίου