Οργανολιθιακές ενώσεις

Από τη Βικιπαίδεια, την ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια
Πήδηση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση
Γυάλινα φιαλίδια που περιέχουν διαλύματα βουτυλολίθιου (BuLi).

Οι οργανολιθιακές ενώσεις ονομάζονται οι οργανομεταλλικές ενώσεις που περιέχουν τουλάχιστον έναν δεσμό άνθρακα (C) - λιθίου (Li).[1] Πρόκειται για σημαντικά αντιδραστήρια για την οργανική σύνθεση, αφού χρησιμοποιούνται συχνά για τη μεταφορά οργανικών ομάδων ή ατόμων λιθίου σε άλλες ουσίες, μέσω της πυρηνόφιλης προσθήκης ή με απλή αποπρωτονίωση.[2]

Οι οργανολιθιακές ενώσεις χρησιμοποιούνται από τη βιομηχανία ως μέσο έναρξης ανιονικού πολυμερισμού, που οδηγεί στην παραγωγή διαφόρων ελαστομερών. Χρησιμοποιούνται ακόμη σε εφαρμογές ασυμμετρικής σύνθεσης (κυρίως) από τη βιομηχανία φαρμάκων.[3]

Εξαιτίας της μεγάλης διαφοράς ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ άνθρακα και λιθίου (2,55 για τον άνθρακα έναντι 0,98 για το λίθιο, αντιστοίχως) ο δεσμός C - Li είναι σε μεγάλο ποσοστό ιονικός. Για το λόγο αυτό, οι έντονα πολωμένοι δεσμοί C - Li, των οργανολιθιακών ενώσεων αποτελούν καλά πυρηνόφιλα αντιδραστήρια και ισχυρές βάσεις (κατά Λιούις). Πολλά οργανολιθιακά αντιδραστήρια είναι εμπορικά διαθέσιμα (και) για εργαστηριακή οργανική σύνθεση σε μορφή διαλυμάτων (συνήθως σε άνυδρο διαιθυλαιθέρα, |Et2O|). Αυτά τα αντιδραστήρια είναι πολύ δραστικά, ενίοτε και πυροφορικά.

Ιστορία και εξέλιξη[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι έρευνες πάνω στις οργανολιθιακές ενώσεις ξεκίνησαν το 1930, με πρωτοπόρους τους Καρλ Ζίγκλερ (Karl Ziegler), Γκεόργ Βίττινγκ (Georg Wittig) και ο Χένρυ Γκίλμαν (Henry Gilman). Σε σύγκριση με τις οργανομαγνησιακές ενώσεις (που άρχισαν να ερευνώνται προγενέστερα), οι οργανολιθιακές ενώσεις μπορούν να προσφέρουν (πρακτικά) τις ίδιες αντιδράσεις με αυξημένες ταχύτητες αντίδρασης και με υψηλότερες αποδόσεις, (ιδιαίτερα) στις αντιδράσεις μετάλλωσης (δηλαδή στην εισαγωγή ατόμων μετάλλων ή και μεταλλοειδών σε διάφορες ομάδες).[4] Από τότε που ανακαλύφθηκαν, οι οργανολιθιακές ενώσεις (σταδιακά) αντικατέστησαν τις οργανομαγνησιακές ως χρησιμοποιούμενα αντιδραστήρια.[5]

Δομή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Γραμμική απεικόνιση μοριακής δομής δευτεροταγούς βουτυλολιθίου (sBuLi).

Παρόλο που τα απλά αλκυλολιθιακά χημικά είδη συχνά παριστάνονται (για λόγους απλοποίησης) ως μονομερή (RLi), στην πραγματικότητα υπάρχουν ως ολιγομερή ή ως πολυμερή.[6] Ο βαθμός πολυμερισμού εξαρτάται από τον οργανικό υποκαταστάτη και την παρουσία άλλων συναρμοτών.[7][8] Αυτές οι δομές έχουν ερευνηθεί με μια ποικιλία μεθόδων, με πιο αξιοσημείωτες τη φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού 6Li, 7Li, και 13C, καθώς και ανάλυσης περίθλασης ακτίνων Χ.[2] Η υπολογιστική χημεία υποστηρίζει τις σχετικές έρευνες.[6]

Φύση δεσμού C - Li[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Απεντοπισμένη ηλεκτρονιακή πυκνότητα σε αλλυλολιθικές ενώσεις.

Η μεγάλη διαφορά ηλεκτραρνητικότητας μεταξύ άνθρακα και λιθίου έχει ως συνέπεια τη μεγάλη πολικότητα του δεσμού C - Li.[9][10][11] Ωστόσο, η υψηλή διαλυτότητα ορισμένων οργανολιθιακών ενώσεων σε μη πολικούς διαλύτες περιπλέκει αυτό το ζήτημα.[9] Παρόλο που τα περισσότερα δεδομένα δείχνουν ότι ο δεσμός C - Li είναι ουσιαστικά ετεροπολικός, υπάρχει διαφωνία για το κατά πόσο υφίσταται και ένα μικρό ποσοστό ομοιοπολικότητας στο δεσμό αυτό.[10][11] Μια εκτίμηση θεωρεί ότι το ποσοστό ετεροπολικότητας του δεσμού αυτού είναι μεταξύ 80 και 88%.[12]

Στις αλλυλολιθιακές ενώσεις, το κατιόν λιθίου συναρμόζεται στο μέτωπο του π δεσμού σε μια η³ θέση αντί να συναρμόζεται σε κάποιο εντοπισμένο καρβανιονικό κέντρο. ΄Ετσι, τα αλλυλολίθια είναι συχνά λιγότερο δραστικά σε σύγκριση με τα αλκυλολίθια.[7][13] Στα δε αρυλιθιακά σύμπλοκα, το κατιόν λιθίου συναρμόζεται σε ένα απλό καρβανιονικό κέντρο μέσω ενός σ δεσμού Li - C.[7][14]

Δομές στερεής κατάστασης τετραμερών μεθυλολίθιου (MeLi), εξαμερών βουτυλολίθιου (BuLi) και πολυμερικής σκάλας φαινυλολίθιου (PhLi).

Δομή στερεάς κατάστασης[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Τετραεδρικός και οκταεδρικός μεταλλικός πυρήνας που σχηματίζονται από τριγωνικά συμπλέγματα Li3 και αντιστοίχων συναρμοσμένων καρβανιονικών συμπλόκων. [6]

Όπως και στα άλλα χημικά είδη που αποτελούνται από πολικές υπομονάδες, τα οργανολιθιακά χημικά είδη σχηματίζουν συμπλέγματα.[8][15]

Ο σχηματισμός αυτών των συμπλεγμάτων επηρεάζεται από ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις, την (τυχούσα) συναρμογή μεταξύ λιθίου και περιβαλλόντων μορίων διαλύτη ή πολικών προσθέτων, καθώς και από στερεοχημικά φαινόμενα.[8]

Μια βασική δομική υπομονάδα κατά τη διάρκεια πιο πολύπλοκων δομών αποτελεί ένα καρβανιονικό κέντρο που αλληλεπιδρά με μια τριγωνική ομάδα Li3, σε μια η³ θέση.[6] Σε απλά αλκυλολίθια, αυτά τα τριγωνικά συμπλέγματα σχηματίζουν τετραεδρικές ή οκταεδρικές δομές. Για παράδειγμα, το μεθυλολίθιο (MeLi), το αιθυλολίθιο (EtLi) και το τριτοταγές βουτυλολίθιο (tBuLi) υπάρχουν σε τετραμερή δομή, γενικού τύπου [RLi]4. Το μεθυλολίθιο υπάρχει σε τετραμερή, σε ένα σύμπλεγμα τύπου κυβανίου, στη στερεή κατάσταση, με τα τέσσερα (4) τριλιθιακά κέντρα να σχηματίζουν ένα (νοητό) τετράεδρο. Κάθε μεθανίδιο (CH3-) στο τετραμερές μπορεί να αλληλεπιδρά επίσης με τα κατιόντα λιθίου των διπλανών τετραμερών.[6][8] Από την άλλη μεριά, στο αιθυλολίθιο και στο τριτοταγές βουτυλολίθιο δεν υπάρχει τέτοια αντίστοιχη αλληλεπίδραση και γι' αυτό είναι διαλυτά σε μη πολικούς διαλύτες, όπως υδρογονάνθρακες. Μια άλλη κλάση αλκυλολιθίων υιοθετούν οκταεδρικές εξαμερείς δομές, γενικού τύπου [RLi]6. Σε αυτήν την κλάση (για παράδειγμα) ανήκουν το βουτυλολίθιο (BuLi), το ισοπροπυλολίθιο (iPrLi) και το κυκλοεξυλολίθιο (C6H11Li).[6]

Διμερές λιθιοδιισοπροπυλαμιδίου (LDA) με μόρια διαλύτη τετραϋδροφουρανίου (THF) συναρμοσμένα στα κατιόντα λιθίου (Li+).

Κοινά λιθιαμίδια, όπως για παράδειγμα το λιθιοδι(τριμεθυλοσιλυλ)αμίδιο [LiN(SiMe3)2] και το λιθιοδιισοπροπυλαμίδιο [LiN(iPr)2], παρόλο που δεν ανήκουν στις οργανολιθιακές ενώσεις (με βάση τον ορισμό των τελευταίων, εφόσον διαθέτουν δεσμό Li - N και όχι Li - C), υιοθετούν επίσης την ίδια δομή.[16] Τα λιθιαμίδια, τόσο στη στερεή κατάσταση όσο και όταν βρίσκονται σε διάλυση σε μη πολικούς διαλύτες, υιοθετούν την πολυμερική δομή τύπου σκάλας. Γενικά υπάρχουν στη μορφή διμερών, σε αιθερικούς διαλύτες. Παρουσία συναρμοτών που είναι ισχυροί δότες ηλεκτρονιακών ζευγών, σχηματίζουν τριμερή και τετραμερή κέντρα λιθίου.[17]

Για παράδειγμα, το λιθιοδιισοπροπυλαμίδιο (LDA) υπάρχει κυρίως στη μορφή διμερών μορίων, όταν βρίσκεται σε διάλυση σε τετραϋδροφουράνιο (THF).[16] Οι δομές των κοινών λιθιαμιδίων, όπως το λιθιοδιισοπροπυλαμίδιο και το λιθιεξαμεθυλοδισιλαζίδιο (LiHMDS) έχουν μελετηθεί επισταμένα από τους Κόλλουμ και συνεργάτες (Collum and coworkers), χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR).[18] Μια άλλη σημαντική κατηγορία λιθιούχων αντιδραστηρίων αποτελούν τα σιλυλολίθια, που περιέχουν έναν τουλάχιστον δεσμό Li - Si, που χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση οργανομεταλλικών συμπλόκων και δενδριμερών πολυσιλανίου.[8][19]

Σε αντιδιαστολή με τα αλκυλολίθια, τα περισσότερα σιλυλολίθια τείνουν να σχηματίζουν μονομερείς δομές που συναρμόζονται με μόρια διαλύτη, όπως το τετραϋδροφουράνιο και μόνο λίγα σιλυλολίθια έχουν χαρακτηριστεί ότι σχηματίζουν ανώτερα συμπλέγματα.[8]

Αυτή η διαφορά μπορεί να προέρχεται από τη μέθοδο παρασκευής των σιλυλολιθίων, την παρεμπόδιση που προκαλείται από ογκώδεις αλκυλυποκαταστάτες στο άτομο του πυριτίου που ενώνεται με το άτομο λιθίου και από τη λιγότερο πολωμένη φύση των δεσμών Li - Si, λόγω μικρότερης διαφοράς ηλεκτραρνητικότητας λιθίου και πυριτίου, σε σύγκριση με τους δεσμούς Li - C, αφού η διαφορά ηλεκτραρνητικότητας λιθίου και άνθρακα είναι σημαντικά μεγαλύτερη. Η προσθήκη συναρμοτών που είναι ισχυροί δότες ηλεκτρονιακών ζευγών, όπως TMEDA και (-)-σπαρτεΐνη, μπορούν να αντικαταστήσουν τα συναρμοσμένα μόρια διαλυτών σε σιλυλολίθια.[8]

Δομή διαλύματος[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η δομή που υιοθετούν τα οργανολιθιακά συγκροτήματα στη στερεή κατάσταση θέτει κάποια όρια στην κρυσταλλική δομή των στερεών αυτών. Έτσι, οι ίδιες ενώσεις είναι δυνατό να υιοθετούν διαφορετικές δομές υπό την επίδραση ενός περιβάλλοντος διαλύτη.[7]

Επίσης, σε κάποιες περιπτώσεις η κρυσταλλική δομή ορισμένων οργανολιθιακών χημικών ειδών μπορεί να είναι δύσκολο να απομονωθεί. Γι' αυτόν το λόγο, μελετώντας αυτά τα οργανολιθιακά αντιδραστήρια και τα λιθιούχα ενδιάμεσα αυτών σε μορφή διαλυμάτων είναι εξαιρετικά δύσκολο να γίνει κατανοητή η δραστικότητα αυτών των αντιδραστηρίων.[20]

Η φασματοσκοπία NMR προσέφερε ένα ισχυρό εργαλείο για τις μελέτες των οργανολιθιακών συγκροτημάτων σε διάλυση. Για τα αλκυλολιθιακά χημικά είδη, το J ζευγάρωμα C-Li συχνά μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να καθορίσει τον αριθμό των ιόντων λιθίου που αλληλεπιδρούν με ένα καρβανιονικό κέντρο, καθώς και πότε αυτές οι αλληλεπιδράσεις είναι στατικές ή δυναμικά μεταβαλλόμενες.[7]

Τα διαφορετικά σήματα NMR μπορούν επίσης να διαφοροποιήσουν (και έτσι να επισημάνουν) την παρουσία πολλαπλών συγκροτημάτων από μια μονομερική μονάδα.[21]

Οι δομές των οργανολιθιακών ενώσεων επηρεάζονται από την παρουσία βάσεων κατά Λιούις όπως το τετραϋδροφουράνιο (THF), το διαιθυλαιθέρα (Et2O), την τετραμεθυλενοδιαμίνη (TMEDA, H2NCH2CH2CH2CH2NH2, με συστηματική ονομασία 1,4-βουτανοδιαμίνη) ή το εξαμεθυλοφωσφοραμίδιο [HMPA, (Me2N)3P=O].[6]

Το μεθυλολίθιο είναι μια ειδική περίπτωση, στην οποία η διάλυση με αιθέρα ή σε πολικό πρόσθετο HMPA δεν αποσυγκροτεί την τετραμερή δομή που η ένωση έχει στη στερεά κατάσταση.[8]

Από την άλλη μεριά, το THF αποσυγκροτεί την εξαμερή δομή του βουτυλολιθίου, αφήνοντας την τετραμερή δομή ως το κύριο χημικό είδος της διαλυμένης ουσίας. Η ΔG για την αλληλομετατροπή τετραμερούς δομής σε διμερή ανέρχεται περί τα 11 kcal/mol.[22]

Η TMEDA μπορεί επίσης να σχηματίσει χηλικό[23] συγκρότημα με κατιόντα λιθίου προερχόμενα από βουτυλολίθιο και να σχηματίσει επιδιαλυτωμένα διμερή της δομής [(TMEDA)LiBu]2[6][7]

Το φαινυλολίθιο έχει αποδειχθεί ότι υπάρχει ως διεστραμμένο τετραμερές σε κρυσταλλωμένο αιθερικό διάλυμα και ως μείγμα διμερούς και τετραμερούς σε (υγρό) αιθερικό διάλυμα.[7]

Συγκροτήματα κάποιων αλκυλολιθίων σε διαλύματα[7]
Αλκυλολίθιο Διαλύτης Δομή
Mεθυλολίθιο (MeLi) THF τετραμερής
Mεθυλολίθιο (MeLi) διαιθυλαιθέρας/HMPA τετραμερής
Βουτυλολίθιο (BuLi) πεντάνιο εξαμερής
Βουτυλολίθιο (BuLi) διαιθυλαιθέρας τετραμερής
Βουτυλολίθιο (BuLi) THF τετραμερής

και διμερής,

σε μείγμα.

Δευτεροταγές βουτυλολίθιο (sBuLi) πεντάνιο εξαμερής και

τετραμερής,

σε μείγμα.

Ισοβουτυλολίθιο (iBuLi) πεντάνιο εξαμερής και

τετραμερής,

σε μείγμα.

Tριτοταγές βουτυλολίθιο (tBuLi) πεντάνιο τετραμερής
Tριτοταγές βουτυλολίθιο (tBuLi) THF μονομερής
Φαινυλολίθιο (PhLi) διαιθυλαιθέρας τετραμερής

και διμερής,

σε μείγμα.

Φαινυλολίθιο (PhLi) διαιθυλαιθέρας/HMPA διμερής

Δομή και χημική δραστικότητα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Καθώς οι δομές των οργανολιθακών αντιδραστηρίων μεταβάλλονται ανάλογα με το χημικό περιβάλλον τους, το ίδιο μεταβάλλονται τόσο η χημική δραστικότητά τους όσο και η εκλεκτικότητά τους.[7][24]

Μια ερώτηση που περιβάλλει τη σχέση δομής και χημικής δραστικότητας είναι το αν υπάρχει συσχέτιση ανάμεσα στο βαθμό συγκροτηματοποίησης και τη χημική δραστικότητα των οργανολιθιακών ενώσεων. Συνήθως προτείνεται ότι ο χαμηλότερος βαθμός συγκροτηματοποίησης αυξάνει τη δραστικότητα των αλκυλολιθίων.[25][26]

Ωστόσο, έχουν ανακαλυφθεί αντιδραστικές οδοί στις οποίες τα διμερή ή άλλα ολιγομερή είναι τα αντιδρώντα χημικά είδη.[27] Για τα λιθιαμίδια όπως το λιθιοδιισοπροπυλαμίδιο [LiN(iPr)2], οι αντιδράσεις που βασίζονται σε διμερή είναι συνηθισμένες.[28]

Μια σειρά μελετών κινητικής διαλυμάτων του διισοπροπυλαμιδίου προτείνουν ότι η χαμηλότερη συγκροτηματοποίηση των ενολών δεν οδηγεί απαραίτητα σε υψηλότερη χημική δραστικότητα.[18]

Επίσης, η παρουσία ορισμένων βάσεων κατά Λιούις αυξάνει τη χημική δραστικότητα των οργανολιθιακών ενώσεων.[29] [30]

Ωστόσο, ενίοτε αυτά τα πρόσθετα λειτουργούν ως ισχυροί χηλικοί συναρμοτές, οπότε είναι μη ξεκάθαρο το πώς παρατηρείται αύξηση της δραστικότητας σχετιζόμενης με τις αλλαγές στη συγκροτηματοποίηση που προκαλείται από την παρουσία αυτών των πρόσθετων.[29][30]

Για παράδειγμα η TMEDA αυξάνει τις ταχύτητες αντίδρασης και την αποτελεσματικότητα πολλών χημικών αντιδράσεων που εμπλέκουν οργανολιθιακές αντιδράσεις.[8]

Έναντι αλκυλολιθιακών αντιδραστηρίων η TMEDA λειτουργεί ως δότης συναρμοτή, μειώνοντας το βαθμό της συγκροτηματοποίησης.[6] Ακόμη, αυξάνει τη πυρηνοφιλικότητα αυτών των χημικών ειδών (δηλαδή των οργανολιθιακών αντιδραστηρίων).[31]

Ωστόσο, η TMEDA δεν λειτουργεί πάντα ως δότης συναρμοτή έναντι του κατιόντος λιθίου, ιδιαίτερα σε περιπτώσεις που υπάρχουν κέντρα ανιονικού οξυγόνου ή και αζώτου. Για παράδειγμα, μόνο ασθενώς επιδρά με το LDA και το LiHMDS, ακόμη και σε υδρογονάνθρακες ως διαλύτες, (δηλαδή) χωρίς ανταγωνισμό σε δότες συναρμοτών.[32]

Σε λιθίωση ιμίνης, ενώ το THF δρα ως ισχυρός δότης συναρμοτή σε LiHMDS, η ασθενώς συναρμόζουσα

TMEDA γρήγορα διίσταται από το LiHMDS, οδηγώντας στο σχηματισμό διμερών LiHMDS που είναι πιο δραστικά χημικά είδη. Έτσι, (τουλάχιστον) στην περίπτωση του LiHMDS, η TMEDA δεν αυξάνεται η χημική δραστικότητα μειώνοντας το επίπεδο συγκροτηματοποίησης.[33]

Επίσης, όπως παρατηρείται σε απλές αλκυλολιθιακές ενώσεις, η TMEDA δεν αποσυγκροτηματοποιεί το ακετοφαινολικό λίθιο σε διάλυμα THF. [7][34]

Η προσθήκη HMPA σε λιθιαμίδια όπως το LiHMDS και το LDA συχνά καταλήγει σε ένα μείγμα διμερών και μονομερών συγκροτημάτων σε THF. Ωστόσο, η αναλογία διμερών και μονομερών χημικών ειδών δεν αλλάζει με την αύξηση της συγκέντρωσης HMPA, οπότε η παρατηρούμενη αύξηση στη χημική δραστικότητα δεν είναι αποτέλεσμα αποσυγκροματοποίησης. Ο μηχανισμός με τον οποίο αυτά τα πρόσθετα αυξάνουν τη χημική δραστικότητα είναι ακόμη ερευνηταία.[24]

Παραγωγή[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Οι περισσότερες αλκυλολιθιακές ενώσεις και τα συνηθισμένα λιθιαμίδια είναι εμπορικά διαθέσιμα σε μια ποικιλία διαλυτών και σε ποικιλία συγκεντρώσεων. Ωστόσο, αυτές οι ενώσεις μπορούν επίσης να παραχθούν εργαστηριακά. Παρακάτω αναφέρονται κάποιες συνηθισμένες μέθοδοι για την παραγωγή οργανολιθιακών ενώσεων:

Άμεση αντίδραση με μεταλλικό λίθιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η αναγωγή αλκυλαλογονιδίων με μεταλλικό λίθιο μπορεί να αποδώσει απλές αλκυλολιθιακές (RLi) και αρυλολιθιακές ενώσεις (ArLi):

Η βιομηχανική παραγωγή οργανολιθιακών ενώσεων επιτυγχάνεται με αυτήν τη μέθοδο, επιδρώντας τα αντίστοιχα αλκυλοχλωριδίων (RCl) σε μεταλλικό λίθιο που περιέχει 0.5-2% νάτριο. Η αντίδραση αυτή είναι πολύ εξώθερμη. Η παρουσία του νατρίου βοηθάει την έναρξη της αντίδρασης ελευθέρων ριζών και την επιταχύνει.[35] Η αναγωγή αυτή προχωρά μέσω παραγωγικής οδού ελευθέρων ριζών. Μερικές φορές το μεταλλικό μέταλλο σε μορφή λεπτής σκόνης χρησιμοποιείται για αναγωγή μαζί με ορισμένους καταλύτες, όπως το ναφθαλίνιο ή το 4,4΄-δι(τριτοταγές βουτυλο)διφαινύλιο (DTBB). Παρακάτω παρουσιάζεται ένα (συγκεκριμένο) παράδειγμα παραγωγής λειτουργικού λιθιούχου αντιδραστηρίου χρησιμοποιώντας αναγωγή με μεταλλικό λίθιο.[36]

Μια άλλη ομάδα ενώσεων που μπορούν να αναχθούν με μεταλλικό λίθιο δίνοντας αλκυλολίθια είναι οι θειαιθέρες. Η αναγωγή θειαιθέρων είναι χρήσιμη για την παραγωγή λειτουργικών οργανολιθιακών αντιδραστηρίων, όπως οι α-λιθιαιθέρες, οι α-λιθιοθειαιθέρες και τα α-λιθιοσιλάνια:[37]

Αντικατάσταση υδρογόνου από λίθιο[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η δεύτερη μέθοδος παραγωγής οργανολιθιακών ενώσεων είναι η λιθίωση, δηλαδή η αντικατάσταση υδρογόνου από λίθιο. Η σχετική οξύτητα των ατόμων υδρογόνου ελέγχει τη θέση της λιθίωσης. Αυτή είναι η πιο συνηθισμένη μέθοδος για την παραγωγή αλκινυλολιθιακών ενώσεων (RC≡CLi), γιατί τα τερματικά άτομα υδρογόνου που συνδέονται με άτομα άνθρακα υβριδισμού sp είναι πολύ (πιο) όξινα (σε σύγκριση με άτομα υδρογόνου άλλων υδρογονανθράκων) και (σχετικά) εύκολα αποπροτονιώνονται (από μέταλλα, ακόμη και πολύ λιγότερο ηλεκτροθετικά από το λίθιο, όπως ο χαλκός ή και ο άργυρος).[38] Στις αρωματικές ενώσεις η θέση της λιθίωσης καθορίζεται επίσης από φαινόμενα επίδρασης υποκαταστατών.[39] Κάποιες από τις ομάδες υποκαταστατών που επηρεάζουν περισσότερο είναι οι αλκοξυομάδες (RO-), αμιδομάδες (RCONR΄-), θειοξειδομάδες (RSO-) και θειονυλομάδες (RSO2-). Η λιθίωση συχνά συμβαίνει σε ορθο- (δηλαδή σε διπλανές του δακτυλίου) θέσεις σε σχέση με τέτοιους υποκαταστάτες. Σε ετεροαρωματικές ενώσεις (δηλαδή ταυτόχρονα ετεροκυκλικές και αρωματικές) η λιθίωση συνήθως συμβαίνει σε θέση ορθο- θέσεις σε σχέση με το ετεροάτομο.[38][39]

Μερικά παραδείγματα παραγωγής οργανολιθιακών ενώσεων με λιθίωση είναι τα ακόλουθα (όπου τα όχι υποχρεωτικά ίδια R μπορεί να είναι υδροκαρβύλια, υδρογόνα, ενίοτε και άλλες ομάδες):

Ανταλλαγή αλογόνου - λιθίου[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Μια τρίτη μέθοδος παραγωγής οργανολιθιακών ενώσεων είναι μέσω της ανταλλαγής αλογόνου - λιθίου. Δυο οργανολιθιακές ενώσεις που συχνά χρησιμοποιούνται ως πηγές λιθίου για την παραγωγή άλλων οργανολιθιακών ενώσεων με αυτήν τη μέθοδο είναι το τριτοταγές βουτυλολίθιο και το βουτυλολίθιο. Η ανταλλαγή λιθίου - αλογόνου χρησιμοποιείται περισσότερο για τη μετατροπή αρυλοβρωμιδίων (ArBr), αρυλιωδιδίων (ArI), αλκενυλοβρωμιδίων (π.χ. RCH=CHBr) και αλκενυλιωδιδίων (π.χ. RCH=CHI), δηλαδή ενώσεων με άτομα άνθρακα sp2 υβριδισμού στις αντίστοιχες οργανολιθιακές ενώσεις (ArLi και RCH=CHLi). Η αντίδραση είναι εξαιρετικά γρήγορη και μάλιστα συχνά συμβαίνει και σε θερμοκρασίες -60 - (-120°C).[40]

Διαμετάλλωση[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Η τέταρτη μέθοδος παραγωγής οργανολιθιακών ενώσεων είναι μέσω διαμετάλλωσης, δηλαδή με ανταλλαγή μετάλλων μεταξύ οργανομεταλλικών ενώσεων, μία από τις οποίες περιέχει λίθιο. Αυτή η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί (για παράδειγμα) στην παραγωγή βινυλολιθίου (ViLi).

Χημική δραστικότητα και εφαρμογές[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ο δεσμός C-Li των οργανολιθιακών αντιδραστηρίων είναι πολύ πολωμένος. Ως αποτέλεσμα, το άτομο του άνθρακα έλκει την περισσότερη ηλεκτρονιακή πυκνότητα του δεσμού και συμπεριφέρεται ως ένα καρβανιόν (C-). Έτσι, τα οργανολιθιακά αντιδραστήρια είναι πολύ βασικά και πυρηνόφιλα. Κάποιες συνηθισμένες εφαρμογές οργανολιθιακών αντιδραστηρίων σε συνθέσεις αφορούν στη χρήση οργανολιθιακών ενώσεων ως πυρηνόφιλα μέσα, ως ισχυρές βάσεις για αποπρωτονίωση, για την πρόκληση έναρξης (ανιονικού) πολυμερισμού και ως πρόδρομες ύλες για την παραγωγή άλλων οργανομεταλλικών ενώσεων.

Ως πυρηνόφιλα μέσα[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ανθρακολιθιακές αντιδράσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

Ως πυρηνόφιλα, τα οργανολιθιακά αντιδραστήρια δίνουν ανθρακολιθιακές αντιδράσεις, όπου ο δεσμός άνθρακα - λιθίου δίνει αντιδράσεις προσθήκης σε διπλό ή τριπλό δεσμό άνθρακα - άνθρακα, σχηματίζοντας έτσι νέα οργανολιθιακά χημικά είδη. Αυτή η αντίδραση χρησιμοποιείται ευρύτατα στην παραγωγή οργανολιθιακών ενώσεων. Η ανθρακολιθίωση είναι η αντίδραση - κλειδί στις διεργασίες ανιονικού πολυμερισμού. Γι' αυτό το βουτυλολίθιο (BuLi) χρησιμοποιείται ως καταλύτης έναρξης του πολυμερισμού στυρενίου (PhVi), 1,3-βουταδιενίου (Vi2), ισοπρενίου [ViC(Me)=CH2], καθώς και συμπολυμερισμού μειγμάτων των παραπάνω ενώσεων.[41][42][43]

Anionic polymerization of styrene initiated by sec-butyllithium

Αναφορές και σημειώσεις[Επεξεργασία | επεξεργασία κώδικα]

  1. Σημείωση: Υπάρχουν οργανικές ενώσεις που περιέχουν λίθιο χωρίς να περιέχουν δεσμό Li - C. Μέρος της βιβλιογραφίας τις θεωρεί επίσης οργανολιθιακές ενώσεις. Σε αυτό το μέρος της βιβλιογραφίας οι οργανολιθιακές ενώσεις ορίζονται από την παρουσία μιας τουλάχιστον οργανικής ομάδας και ενός τουλάχιστον ατόμου λιθίου. Με αυτόν τον ορισμό προκύπτει υπερσύνολο ενώσεων σε σχέση με τον προηγούμενο.
  2. 2,0 2,1 Zabicky, Jacob (2009). «Analytical aspects of organolithium compounds». PATAI'S Chemistry of Functional Groups.. John Wiley & Sons, Ltd. doi:10.1002/9780470682531.pat0304. ISBN 9780470682531. 
  3. Wu, G.; Huang, M. (2006). «Organolithium Reagents in Pharmaceutical Asymmetric Processes». Chem. Rev. 106: 2596–2616. doi:10.1021/cr040694k. PMID 16836294. 
  4. Eisch, John J. (2002). «Henry Gilman: American Pioneer in the Rise of Organometallic Chemistry in Modern Science and Technology†». Organometallics 21 (25): 5439–5463. doi:10.1021/om0109408. ISSN 0276-7333. 
  5. Rappoport, Z., επιμ. (2004). The Chemistry of Organolithium Compounds (2 parts). John Wiley & Sons, Ltd. ISBN 978-0-470-84339-0. 
  6. 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6 6,7 6,8 Stey, Thomas. Stalke, Dietmar (2009). «Lead structures in lithium organic chemistry». PATAI'S Chemistry of Functional Groups.. John Wiley & Sons, Ltd. doi:10.1002/9780470682531.pat0298. ISBN 9780470682531. 
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 7,6 7,7 7,8 7,9 Reich, Hans J. (2013). «Role of Organolithium Aggregates and Mixed Aggregates in Organolithium Mechanisms». Chemical Reviews 113: 7130–7178. doi:10.1021/cr400187u. PMID 23941648. 
  8. 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 8,5 8,6 8,7 8,8 Strohmann, C (2009). «Structure Formation Principles and Reactivity of Organolithium Compounds.». Chem. Eur. J. 15: 3320–3334. doi:10.1002/chem.200900041. http://onlinelibrary.wiley.com/store/10.1002/chem.200900041/asset/3320_ftp.pdf?v=1&t=hnc3zl4k&s=90cd763c5affe82ca5d8208a75ea074deede3187. 
  9. 9,0 9,1 Jemmis, E.D.. Gopakumar, G. (2009). «Theoretical studies in organolithium chemistry». PATAI'S Chemistry of Functional Groups.. John Wiley & Sons, Ltd. doi:10.1002/9780470682531.pat0297. ISBN 9780470682531. 
  10. 10,0 10,1 Streiwieser, A. (2009). «Perspectives on Computational Organic Chemistry». J. Org. Chem. 74: 4433–4446. doi:10.1021/jo900497s. 
  11. 11,0 11,1 Bickelhaupt, F. M. (2006). «Covalency in Highly Polar Bonds. Structure and Bonding of Methylalkalimetal Oligomers (CH3M)n (M = Li−Rb; n = 1, 4)». J. Chem. Theory Comput. 2: 965–980. doi:10.1021/ct050333s. 
  12. Weiss, Erwin (November 1993). «Structures of Organo Alkali Metal Complexes and Related Compounds» (στα αγγλικά). Angewandte Chemie International Edition in English 32 (11): 1501–1523. doi:10.1002/anie.199315013. ISSN 0570-0833. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.199315013. 
  13. Σφάλμα αναφοράς: Σφάλμα παραπομπής: Λανθασμένο <ref>. Δεν υπάρχει κείμενο για τις παραπομπές με όνομα bickelhaupt3.
  14. Fraenkel. G (1995). «The carbon-lithium bond in monomeric arllithium: Dynamics of exchange, relaxation and rotation». J. Am. Chem. Soc. 117: 6300–6307. doi:10.1021/ja00128a020. 
  15. Power, P.P; Hope H. (1983). «Isolation and crystal structures of the halide-free and halide-rich phenyllithium etherate complexes [(PhLi.Et2O)4 and [(PhLi.Et2O)3.LiBr].»]. JACS 105: 5320–5324. doi:10.1021/ja00354a022. http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja00354a022. 
  16. 16,0 16,1 Williard, P. G.; Salvino, J. M. (1993). «Synthesis, isolation, and structure of an LDA-THF complex». Journal of Organic Chemistry 58 (1): 1–3. doi:10.1021/jo00053a001. 
  17. Hilmersson, Goran. Granander, Johan (2009). «Structure and dynamics of chiral lithium amides». PATAI'S Chemistry of Functional Groups.. John Wiley & Sons, Ltd. doi:10.1002/9780470682531.pat0342. ISBN 9780470682531. 
  18. 18,0 18,1 Collum, D.B. (2007). «Lithium Diisopropylamide: Solution Kinetics and Implications for Organic Synthesis». Angew. Chem. Int. Ed. 49: 3002–3017. doi:10.1002/anie.200603038. 
  19. Sekiguchi, Akira. (2000). «Lithiosilanes and their application to the synthesis of polysilane dendrimers». Coord. Chem. Rev. 210: 11–45. doi:10.1016/S0010-8545(00)00315-5. 
  20. Collum, D. B. (2008). «Solution Structures of Lithium Enolates, Phenolates, Carboxylates, and Alkoxides in the Presence of N,N,N′,N′-Tetramethylethylenediamine: A Prevalence of Cyclic Dimers». J. Org. Chem. 73: 7743–7747. doi:10.1021/jo801532d. 
  21. Reich, H. J. (1998). «Aggregation and reactivity of phenyllithium solutions». J. Am. Chem. Soc. 120: 7201–7210. doi:10.1021/ja980684z. 
  22. McGarrity, J. F.; Ogle, C.A. (1985). «High-field proton NMR study of the aggregation and complexation of n-butyllithium in tetrahydrofuran». J. Am. Chem. Soc. 107: 1805–1810. doi:10.1021/ja00293a001. 
  23. Σημείωση μετάφρασης chelate -> χηλώνω, δηλ. σχηματίζω χηλικό σύμπλεγμα ή ένωση. Από τη λέξη χηλή, τη δαγκάνα του κάβουρα. Η ομάδα - στόχος αγκυστρώνεται με δύο δεσμούς που τον περικυκλώνουν.
  24. 24,0 24,1 Reich, H. J. (2012). «What's going on with these lithium reagents». J. Org. Chem. 77: 5471–5491. doi:10.1021/jo3005155. 
  25. Σημείωση: Δηλαδή τα μονομερής δομής είναι τα πιο δραστικά.
  26. Wardell, J.L. (1982). «Chapter 2». Στο: Wilinson, G., επιμ. Comprehensive Organometallic Chemistry, Vol. 1 (1st έκδοση). New York: Pergamon. ISBN 0080406084. 
  27. Strohmann, C.,; Gessner, V.H. (2008). «Crystal Structures of n-BuLi Adducts with (R,R)-TMCDA and the Consequences for the Deprotonation of Benzene». J. Am. Chem. Soc. 130: 11719–11725. doi:10.1021/ja8017187. PMID 18686951. 
  28. Collum, D. B. (2007). «Lithium Diisopropylamide: Solution Kinetics and Implications for Organic Synthesis». Angew. Chem. Int. Ed. 46: 3002–3017. doi:10.1002/anie.200603038. 
  29. 29,0 29,1 Chalk, A.J; Hoogeboom, T.J (1968). «Ring metalation of toluene by butyllithium in the presence of N,N,N′,N′-tetramethylethylenediamine». J. Organomet. Chem. 11: 615–618. doi:10.1016/0022-328x(68)80091-9. http://ac.els-cdn.com/0022328X68800919/1-s2.0-0022328X68800919-main.pdf?_tid=7e210432-400f-11e3-ae82-00000aab0f6b&acdnat=1382992283_758e6f8c4a5075990e017ab0a5c00770. 
  30. 30,0 30,1 Reich, H.J; Green, D.P (1989). «Spectroscopic and Reactivity Studies of Lithium Reagent - HMPA Complexes». JACS 111: 8729–8731. doi:10.1021/ja00205a030. http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja00205a030. 
  31. Williard, P.G; Nichols, M.A (1993). «Solid-state structures of n-butyllithium-TMEDA, -THF, and -DME complexes». JACS 115: 1568–1572. doi:10.1021/ja00057a050. http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ja00057a050. 
  32. Collum, D.B. (1992). «Is N,N,N,N-Tetramethylethylenediamine a Good Ligand for Lithium?». Acc. Chem. Res. 25: 448–454. doi:10.1021/ar00022a003. 
  33. Bernstein, M.P.; Collum, D.B. (1993). «Solvent- and substrate-dependent rates of imine metalations by lithium diisopropylamide: understanding the mechanisms underlying krel». J. Am. Chem. Soc. 115: 8008–8010. doi:10.1021/ja00071a011. 
  34. Seebach, D (1988). «Structure and Reactivity of Lithium Enolates. From Pinacolone to Selective C-Alkylations of Peptides. Difficulties and Opportunities Afforded by Complex Structures.». Angew. Chem. Int. Ed. 27: 1624–1654. doi:10.1002/anie.198816241. http://onlinelibrary.wiley.com/store/10.1002/anie.198816241/asset/198816241_ftp.pdf?v=1&t=hnc87p5u&s=0a5c03a2a79fd94ea5461e768687e4b5fc7d4f3b. 
  35. "Organometallics in Organic Synthesis", Schlosser, M., Ed, Wiley: New York, 1994. (ISBN 0-471-93637-5)
  36. Si-Fodil, M. (1998). «Obtention of 2,2-(diethoxy) vinyl lithium and 2-methyl-4-ethoxy butadienyl lithium by arene-catalysed lithiation of the corresponding chloro derivatives. Synthetic applications». Tetrahedron Lett. 39: 8975–8978. doi:10.1016/S0040-4039(98)02031-0. 
  37. Cohen, T; Bhupathy. M (1989). «Organoalkali compounds by radical anion induced reductive metalation of phenyl thioethers». Acc. Chem. Res. 22: 152–161. doi:10.1021/ar00160a006. http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ar00160a006. 
  38. 38,0 38,1 Carey, Francis A. (2007). «Organometallic compounds of Group I and II metals». Advanced Organic Chemistry: Reaction and Synthesis Pt. B (Kindle έκδοση). Springer. ISBN 978-0-387-44899-2. 
  39. 39,0 39,1 Snieckus, V (1990). «Directed ortho metalation. Tertiary amide and O-carbamate directors in synthetic strategies for polysubstituted aromatics». Chem. Rev. 90: 879–933. doi:10.1021/cr00104a001. http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/cr00104a001. 
  40. The Preparation of Organolithium Reagents and Intermediates Leroux.F., Schlosser. M., Zohar. E., Marek. I., Wiley, New York. 2004. (ISBN 978-0-470-84339-0)
  41. Heinz-Dieter Brandt, Wolfgang Nentwig1, Nicola Rooney, Ronald T. LaFlair, Ute U. Wolf, John Duffy, Judit E. Puskas, Gabor Kaszas, Mark Drewitt, Stephan Glander "Rubber, 5. Solution Rubbers" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2011, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.o23_o02
  42. Baskara, D.. Muller, A.H. (2010). «Anionic Vinyl Polymerization». Controlled and living polymerizations: From mechanisms to applications. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA,. doi:10.1002/9783527629091.ch1. ISBN 9783527629091. 
  43. Σημείωση: Στο παρακάτω διάγραμμα χρησιμοποιείται δετεροταγές βουτυλίθιο (sBuLi) για την έναρξη πολυμερισμού στυρενίου.
CH He
CLi CBe CB CC CN CO CF Ne
CNa CMg CAl CSi CP CS CCl CAr
CK CCa CSc CTi CV CCr CMn CFe CCo CNi CCu CZn CGa CGe CAs CSe CBr CKr
CRb CSr CY CZr CNb CMo CTc CRu CRh CPd CAg CCd CIn CSn CSb CTe CI CXe
CCs CBa CHf CTa CW CRe COs CIr CPt CAu CHg CTl CPb CBi CPo CAt Rn
Fr CRa Rf Db CSg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
CLa CCe CPr CNd CPm CSm CEu CGd CTb CDy CHo CEr CTm CYb CLu
Ac CTh CPa CU CNp CPu CAm CCm CBk CCf CEs Fm Md No Lr
Χημικοί δεσμοί με άνθρακα
Πυρήνας της οργανικής χημείας Πολλές χρήσεις στη χημεία
Ακαδημαϊκή έρευνα, όχι ευρεία χρήση Άγνωστοι δεσμοί
Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Organolithium reagent της Αγγλικής Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).