Металлорганические соединения

Металлорганическими соединениями называются вещества, в молекулах которых атомы металла непосредственно связаны с атомами углерода. Общая формула металлорганических соединений имеет вид R—Ме, где R — углеводородный радикал, Ме — одновалентный металл.

Например, С₂Н₅Nа — этилнатрий. Здесь радикал этила С₂Н₅ — непосредственно связан с атомом натрия. Но этилат натрия С₂Н₅ОNа не является металлорганическим соединением, так как натрий соединяется с радикалом через атом кислорода.

Металлорганические соединения в последнее десятилетие находят все большее применение в народном хозяйстве. Их широко используют в органическом синтезе как вещества с высокой химической активностью. Они используются так же как катализаторы для получения различных полимеров. Их добавляют в моторные топлива как антидетонаторы.

Все металлорганические соединения являются горючими веществами. Они могут находится как в твердом, так и в жидком состоянии. Металлорганические соединения щелочных металлов (лития, натрия, калия, рубидия) представляют собой твердые порошкообразные или кристаллические вещества.

Металлорганические соединения, в молекулах которых содержатся атомы галогенов (хлора, фтора, брома, иода), называются смешанными металлорганическими соединениями. Они, как правило, менее пожароопасны, чем соответствующие им алкильные и арильные производные.

Оловоорганические соединения широко применяют как стабилизаторы полимеров. Органические соединения щелочных металлов позволяют осуществить синтезы витаминов и антибиотиков. Из металлорганических соединений получают металлы сверхвысокой чистоты.

Металл органические соединения классифицируются на 4 группы:

1) металлорганические соединения легких металлов; Nа, К, Са, Мg, Al и др. Эти соединения, устойчивые в атмосфере инертных газов, имеют наибольшее практическое значение;

2) металлорганические соединения средних металлов: Сd, Zn, Sb, Sn, As и др. Многие из них менее устойчивы, чем соединения первой группы;

3) металлорганические соединения тяжелых металлов (свинца, ртути, золота, меди и т. д.);

4) комплексные металлорганические соединения.

Металлорганические соединения легких и средних металлов получают взаимодействием металла с галоидными алкилами

СН₃С1 + 2Na СH₃Na +NaС1 + Q

Реакция протекает в растворителе, в котором легко растворяются образующиеся металлорганические соединения.

Металлорганические соединения легких металлов и отдельные соединения средних металлов являются пирофорами, так как имеют температуру самовоспламенения ниже 0°С. Например, метилнатрий (СН₃Nа) имеет температуру самовоспламенения ниже—100 °С; триэтилалюминий (С₂Н₅)₃А1 самовоспламеняется при —68 ^oС, диэтилалюминийхлорид (С₂Н₅)₂АlCl — при — 60 °С. На воздухе эти соединения самовозгораются, с водой взаимодействуют бурно со взрывом; загораются в атмосфере углекислого и сернистого газов.

Реакционная способность металлорганических соединений сильно зависит от активности металла. Она велика у щелочных металлов и сравнительно мала для соединений ртути, свинца, меди. Кроме того, реакционная способность зависит от числа атомов углерода в радикале.

Чем больше число атомов углерода в радикале, тем меньше реакционная способность соединения.

Органические соединения щелочных металлов на воздухе самовоспламеняются со взрывом:

С₂Н₅Na + 3,5 O₂2CO₂ +2,5 H₂O + 0,5Na₂O + Q

Металлорганические соединения алюминия, магния,
цинка самовоспламеняются спокойно.

Взаимодействие органических соединений легких металлов и некоторых средних с водой протекает со взрывом. Например

(C₂H₅)Na + H₂O NaOH + C₂H₆ + Q

(C₂H₅)₂Zn + 2 H₂OZn(OH)₂ + C₄H₁₀ + Q

Эти реакции сопровождаются выделением гидроксида металла и предельного углеводорода. Реакции являются экзотермичными. Аналогично протекает реакция взаимодействия этих соединений с кислотами. Например

С₂Н₅Na + HCl NaCl + C₂H₆ + Q

В результате реакции образуется соответствующая соль металла и предельный углеводород. Если эта реакция для органических соединений легких металлов протекает со взрывом, то для соединений тяжелых металлов она протекает спокойно. Органические соединения тяжелых
металлов устойчивы на воздухе, но со временем они медленно oкисляются и разлагаются, особенно под действием света.

Металлорганические соединения устойчивы в атмосфере азота или водорода и при нагревании до определенной температуры, а затем разлагаются. Органические соединения щелочных металлов при термическом распаде разлагаются на гидрид металла и непредельный углеводород. Все другие органические соединения средних и тяжелых металлов — на металл и предельный углеводород.

Многие металлорганические соединения легких и средних металлов (натрия, бериллия, алюминия, магния и т. д.) самовозгораются в атмосфере углекислого газа, хлористого водорода, накаляются до свечения в атмосфере сернистого газа.

В связи с высокой химической активностью органические соединения легких и средних металлов получают и применяют в атмосфере азота или водорода.

Особое положение в ряду металлорганических соединений занимают ацетилениды и карбиды. Эти соединения устойчивы на воздухе, но при трении, ударе, нагревании до 120 — 200 °С они взрываются. Карбиды щелочных металлов бурно со взрывом взаимодействуют с водой. Ацетиленид натрия С₂Nа₂ — белый порошок, нерастворимый в растворителях. Кислород и сухой воздух на него не действуют. При нагреве на воздухе превращается в Nа₂СО₃, разогреваясь до свечения; взаимодействует энергично с сухим хлором с выделением светящейся сажи и NаС1. В парах брома реакция идет со взрывом. С водой ацетиленид натрия взаимодействует со взрывом

С₂Na₂ +2H₂O 2 NaOH + 2C + H₂

Широкое применение в синтезе высокомолекулярных соединений нашли алюминийорганические соединения. Это — пирофорные жидкости, самовоспламеняющиеся на воздухе. Они легко взаимодействуют с эфиром, образуя комплексные соединения — эфираты алюминийалкилов.
Эти эфираты бесцветные, легкоподвижныс жидкости, на воздухе сильно дымят и самовозгораются. Взаимодействие с водой сопровождается взрывом. При разбавлении бензолом активность эфиратов понижается.

Алюминийгалоидалкилы, например (С₃Н₅)₂AlCl — это жидкости от коричневого до темно-коричневого цвета, разлагающиеся при температуре выше 130°С с выделением свободного галогена. На воздухе дымят и самовозгораются. Со взрывом взаимодействуют с водой. Комплексные металлорганические соединения тяжелых металлов характеризуются сравнительно малой стойкостью. На свету и особенно при нагревании до определенной температуры разлагаются со взрывом. Например, золотобромдиэтилпиридин взрывается при нагревании до 79 °С.

Металлорганические соединения тяжелых металлов (ртути, свинца и т. д.) представляют собой жидкости, устойчивые к действию воздуха и воды. Многие из них сильно летучи. Как правило, все они чрезвычайно ядо-
виты. По степени пожарной опасности характеризуются как ЛВЖ или ГЖ (в зависимости от молекулярной массы углеводороного радикала). Например, диэтилртуть (С₃Н₅)₂Hg, бесцветная, легкоподвижная, летучая, чрезвычайно ядовитая жидкость с температурой кипения 159°С и температурой вспышки 18°С.

Особую группу образуют соединения железа, кобальта, никеля с оксидом углерода. Эти соединения называются карбонилами: Fе(СО)₅— пeнтакарбонил железа, Со(СО)₄ — тетракарбонил кобальта, Ni(СО)₄ — тетракарбонил никеля, Fе(СО)₄Н₂ — карбонилгидрид железа; Fе(СО)₅ — пентакарбонил железа — это прозрачная жидкость (на свету желтеет), не ядовита, плавится при 20 °С, кипит при 108°С, теплота образования 209
кДж/моль; теплота горения 16100 кДж/моль. Получается нагреванием железа в струе оксида углерода при 150—200°С и давлении 10 МПа. На воздухе при нагревании до 140°С пентакарбонил железа разлагается на Fе и СО. В воде не растворим, но растворим в органических
растворителях. Применяется при получении кубовых красителей и сверхчистого желeза.

Fе(СО)₄Н₂ — карбонилгидрид железа — желтоватая жидкость с отвратительным запахом. На воздухе самовозгорается со взрывом. Таким образом, наиболее пожароопасными являются металлорганическиe соединения легких и средних металлов. Эффективного средства тушения этих соединений нет. Наибольший эффект дает тушение их составами СИ-2 и СИ-ВК. Можно применять также хлористый натрий, но он менее эффективен. Ни в коем случае не допускается применять воду, пену, диоксид углерода для тушения металлорганических соединений I и II групп.