Composti organometallici: sintesi, reattivi di Grignard, composti organorame, zincorganici

I composti organometallici o metallorganici  sono quei composti in cui è presente un legame Carbonio-Metallo.
Tra i più importanti composti organometallici vi sono i reattivi di Grignard dovuti al chimico francese François Auguste Victor Grignard   in cui il metallo è costituito da magnesio, ma vi sono anche composti contenenti litio, sodio, rame e zinco.

Gli studi sui composti organometallici hanno fatto avanzare significativamente la comprensione dei legami chimici, poiché queste specie mostrano legami e strutture unici. I composti organometallici hanno svolto un ruolo fondamentale nella catalisi e nella sintesi organica, spesso portando a un uso più efficiente dei reagenti, a rese più elevate di prodotti e a un minore utilizzo di energia.

Il carbonio è più elettronegativo di tali metalli e pertanto il legame C-Me è polarizzato con la conseguenza che il carbonio, che ha una parziale carica negativa può agire da nucleofilo attaccando un  carbonio legato ad un elemento più elettronegativo come alogeno, un atomo di ossigeno o un atomo di azoto, elementi più elettronegativi del carbonio che presenta una parziale carica positiva con la formazione di un nuovo legame carbonio-carbonio.

Per tale motivo i composti organometallici costituiscono una base di partenza per la sintesi di composti complessi a partire da sostanze semplici. I composti organometallici sono stati utilizzati anche come precursori nella preparazione di nanomateriali e materiali microelettronici come film sottili nei circuiti integrati

Proprietà dei composti organometallici

I composti composti litio-organici  e magnesioorganici , per la parziale carica negativa presente sul carbonio ad essi legato sono delle basi forti: in presenza di acidi deboli tali composti si protonano dando luogo alla formazione di un idrocarburo:

RLi + HOR → RH + Li^{+ –}OR
RMgX + HOR → RH + Mg^{2+ –}OR X^–

Sintesi

I composti litio-organici   possono essere ottenuti dalla reazione di un alogenuro alchilico con il litio in presenza di un solvente non polare come il n-esano, l’etere etilico anidro o il n-pentano; ad esempio l’1-bromobutano reagisce con il litio per dare l’n- butillitio e il bromuro di litio

CH₃CH₂CH₂CH₂Br +2 Li → CH₃CH₂CH₂CH₂Li + LiBr

L’n- butillitio è usato come iniziatore della polimerizzazione di elastomeri quali il polibutadiene e il copolimero stirene-butadiene.

Il clorobenzene dà un’analoga reazione per dare il fenillitio detto anche litiobenzene:

C₆H₅Br + 2 Li →C₆H₅Li + LiBr

Il litiobenzene è usato nelle sintesi organiche e può sostituire un reattivo di Grignard per introdurre gruppi fenilici.

Reattivi di Grignard

I reattivi di Grignard possono essere ottenuti dalla reazione di un alogenuro alchilico e magnesio in presenza di dietiletere anidro o tetraidrofurano. Ad esempio il bromocicloesano reagisce con il magnesio in presenza di dietiletere per dare il bromuro di cicloesilmagnesio:

C₆H₁₁Br + Mg → C₆H₁₁MgBr

Composti di organorame

I composti di organorame possono essere ottenuti per transmetallazione ovvero scambiando i metalli tra un alogenuro di rame (I) e un composto organometallico

2 RLi + CuX → R₂CuLi + LiX

in cui il gruppo alchilico è in genere di tipo primario.

I cuprati sono spesso usati quali catalizzatori nelle sintesi organiche e vengono abitualmente generati in situ. Oltre che per le loro qualità catalitiche i cuprati vengono usati nelle addizioni 1,4  (reazione di Michael) a chetoni, acidi carbossilici o esteri α-β- insaturi oltre che nelle sostituzioni nucleofile e nelle reazioni di accoppiamento.

Composti zincorganici

I composti zincorganici sono ottenuti dalla reazione tra un alogenuro alchilico e zinco in presenza di dietiletere:
RX + Zn → RZnX

Tali composti sono meno reattivi del composti litiorganici e dei reattivi di Grignard nei confronti di aldeidi e chetoni e vengono prevalentemente usati nella reazione di Simmons-Smith in cui si ha una ciclizzazione di un alchene.