Jump to content

Висмуторганическая химия

Трифенилвисмут , пример металлоорганического соединения висмута (III).

Висмуторганическая химия химия металлоорганических соединений, содержащих углерода с висмутом химическую связь . Приложений мало. [1] [2] Основными степенями окисления висмута являются Bi(III) и Bi(V), как и во всех элементах более высокой группы 15 . Энергия связи с углеродом в этой группе убывает в ряду P > As > Sb > Bi. [3] Первое сообщение об использовании висмута в органической химии было при окислении спиртов Фредериком Челленджером в 1934 году (с использованием Ph 3 Bi(OH) 2 ). [4] Знания о метилированных формах висмута в окружающей среде и биологических средах ограничены. [5]

Открытие

[ редактировать ]

Триэтилвисмут, первое известное висмуторганическое соединение, был получен в 1850 году Лёвигом и Швейцером из йодэтана и сплава калия с висмутом. Как и большинство соединений триалкилвисмута, BiEt 3 имеет чрезвычайно резкий и неприятный запах и самопроизвольно окисляется на воздухе. [6] Химии этих комплексов впервые стало уделяться значительное внимание, когда стали доступны реактивы Гриньяра и литийорганические соединения .

Биорганические соединения(III)

[ редактировать ]

Свойства и структура

[ редактировать ]
Дихлорид метилвисмута имеет полимерную структуру.

Триорганические соединения висмута (III) являются мономерами с пирамидальной структурой, напоминающей химию фосфорорганических соединений (III). Однако галогениды принимают гипервалентные структуры. Эту тенденцию иллюстрирует листовая структура дихлорида метилвисмута . [7]

Большинство алифатических соединений висмута(III) легко окисляются, причем более легкие соединения являются пирофорными . Диалкилгалобисмутины нельзя хранить, так как они разлагаются даже в инертной атмосфере. [8] : 413 

Диарилвисмутины являются одними из самых мощных известных средств от чихания. [8] : 413 

Висмуторганические гетероциклы основаны на Bi(III). Циклическое соединение бисмол , структурный аналог пиррола , не выделено, но известны замещенные бисмолы. [9] Бисмабензол был обнаружен в лаборатории. [10]

Наиболее общая и широко используемая методика синтеза гомолептических триалкил- и триарилвисмутовых комплексов заключается в взаимодействии BiX 3 с литийорганическими или - магниевыми реагентами: [6]

BiCl 3 + 3RMgX → R 3 Bi + 3MgXCl
BiCl 3 + 3LiR → BiR 3 + 3LiCl.

впервые были получены триорганические соединения висмута : Вместо них из K 3 Bi и галогенорганических соединений [6]

К 3 Би + 3RX → BiR 3 + 3KX.

Этот метод, как правило, более сложен и дает меньший выход. Однако по состоянию на 2006 год он оставался единственным методом, например, (Me 3 Si) 3 Bi. синтеза [6]

Соединения триарила висмута (III) обычно представляют собой стабильные на воздухе кристаллические твердые вещества, и заместители вступают в реакцию до образования связей углерод-висмут в соответствующих условиях: [11]

Асимметричные висмуторганические соединения наиболее естественно образуются из (нестабильных) висмутгалогенидов RBiX 2 и R 2 BiX. [6]

В промышленности соединения триарилвисмута катализируют различные полимеризации алкенов и алкинов . [8] : 415 

Соединения триарилвисмута имеют очень ограниченное применение в органическом синтезе. [12] Их связи слабы и легко вытесняются другими элементами, как металлическими, так и неметаллическими. [8] : 413  Такие реакции протекают легче, чем для более легких конгенеров. Разумеется, трифенилвисмут претерпевает перераспределение вместе со своим тригалогенидом с образованием смешанных производных, таких как хлорид дифенилвисмута (Ph 2 BiCl). [13] Интересно, что реагенты висмута(III) могут передавать заместители соединениям таллия(III) : [8] : 414 

Bi(CH 2 =CMe) 3 + 3 TlCl 3 → (CH 2 =CMe) 2 TlCl + 2 BiCl 3 при −40 °C

Соединения триарилвисмута (III) также можно использовать в превращениях, образующих связи C–N и C–C, с подходящим металлическим сокатализатором. Например, Бартон и его коллеги продемонстрировали, что амины могут быть N -арилированы реагентом висмута (III) в присутствии соли меди (II). [14]

Аналогично ацилхлориды реагируют под катализом Pd(0) с образованием различных фенилкетонов. [15] Хотя формально это не арены, реагенты трициклопропилвисмута (III) реагируют с арилгалогенидами и трифлатами под катализом Pd (0) аналогичным образом, образуя различные арил- и гетероарилциклопропаны: [16]

Примеры переноса Bi(III) углерода к новому металлическому центру.

Bi(V)органические соединения

[ редактировать ]

Структура и стабильность

[ редактировать ]

Термическая устойчивость соединений R 5 M снижается в ряду As > Sb > Bi. Арильные соединения более стабильны, чем алкильные соединения. Me 5 Bi взрывоопасно разлагается при 20°C. [ нужна ссылка ]

Природа арильных лигандов важна для определения того, является ли геометрия комплекса тригонально-бипирамидальной или плоско-квадратной, а также его цвета. [6] Обычно гомолептические соединения типа Ar 5 Bi имеют квадратно-пирамидальную структуру. Пентафениловое соединение имеет интенсивную окраску и термохромность , возможно, из-за равновесия между геометриями. [17]

Карбоксилаты редко образуют хелатные комплексы висмута. Вместо этого висмуторганические карбоксилаты обычно являются полимерными, при этом каждый кислород карбоксилата координируется с различным атомом висмута. [18] : 330–332, 344–345  Этого нельзя сказать о ксантогенатах . [18] : 334, 340 

Галогениды висмута, координированные с аренами, представляют собой комплексы рояль-табурет . [18] : 337, 341–343 

Синтез из соединений висмута(III)

[ редактировать ]

Интересно, что хотя неорганических Bi очень мало V Известны соединения, имеется большое разнообразие пентакоординированных висмуторганических комплексов. [8] : 415  Триарилорганические комплексы висмута легко окисляются до комплексов висмута(V) при обработке хлором или бромом с образованием Ar 3 BiX 2 (X = Cl, Br). Вместо этого реакции с йодом вытесняют лиганды с образованием трехкоординированного Ar 3-x BiI x , тогда как реакции с фтором слишком энергичны, чтобы их можно было контролировать. [6]

Затем можно получить доступ к полноуглеродным висмуторганическим комплексам (V) путем замещения вновь образованной связи висмут-галоген алкилом или ариллитием или реактивом Гриньяра. Например:

Me 3 Bi + SO 2 Cl 2 → Me 3 BiCl 2 + SO 2
Me 3 BiCl 2 + 2 MeLi → Me 5 Bi + 2 LiCl

Нестабильный фиолетовый Ph 5 Bi был синтезирован первым. [6]

Bi(V) легко образует ониевый ион , например, путем протонирования п -толуолсульфоновой кислотой : [19]

Ph 5 Bi + HO 3 SAr → Ph 4 Bi + 3 САр ]

Пентафенилвисмут образует комплекс при обработке фениллитием : [20]

Ph 5 Bi + PhLi → Li + 6 Би ]

В органическом синтезе

[ редактировать ]

Реагенты висмуторганический (V) полезны для широкого спектра органических преобразований. По сравнению со своими более легкими родственниками соединения Bi(V) являются сильными окислителями, дегидрирующими спирты всех видов до карбонила и расщепляющими гликоли до альдегидов. Они также занимаются арилпереносом . [6]

Соединения Ph 3 Bi(OOtBu) 2 , Ph 3 BiCO 3 и (Ph 3 BiCl) 2 O исследованы на окисление оксима , тиола , фенола и фосфина . [21] [ нужна страница ] В общем, окисление ускоряется, когда арильные лиганды имеют электроноакцепторные заместители и атакуют спирты раньше тиолов или селенидов. [8] : 416–417  Гидразины дегидрируются до азосоединений , а тиолы — до смеси сульфидов и дисульфидов. [8] : 417–418  Для высоких выходов необходимы сильно основные условия (при их отсутствии наиболее эффективным является карбонат), что позволяет предположить, что активными частицами являются оксиды триарилвисмута. Однако соединения пентаарилвисмута также поглощают водород. [8] : 416–417 

В целом соединения висмута(V) арилируются неэффективно, передавая субстрату только один из пяти лигандов. [22] и оставляя после себя отходы триарилвисмута(III). [23] Повторное окисление Bi III комплекс к Би V труден и препятствует замыканию каталитического цикла вокруг этой химии. [22] Тем не менее, Ph 5 Bi и Ph 3 BiCl 2 арилируют 1,3-дикарбонилы и арены : [24]

Арилирование пентафенилвисмута
Pentaphenylbismuth arylation

В ходе реакции реагент висмута(V) теряет арильную группу и связывается с кислородом. Последующее арилирование и элиминирование асинхронны и согласованы: [23]

Соседние доноры электронных пар определяют региоселективность.

В присутствии соли меди такие реагенты арилируют амины и спирты. Под воздействием ультрафиолета они также моноарилатируют гликоли. Стерические затруднения определяют их высокую селективность: вторичные спирты арилируются по сравнению с третичными, а аксиальные спирты – по сравнению с экваториальными. [8] : 417–431 

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Оллевье, Тьерри, изд. (2012). Органические реакции, опосредованные висмутом . Темы современной химии. Том. 311. дои : 10.1007/978-3-642-27239-4 . ISBN  978-3-642-27239-4 . S2CID   92683528 . [ нужна страница ]
  2. ^ фон Вангелин, Аксель Якоби (2004). «Висмутовые реагенты и катализаторы в органическом синтезе». Переходные металлы для органического синтеза . стр. 379–394. дои : 10.1002/9783527619405.ch2r . ISBN  9783527619405 .
  3. ^ К. Эльшенбройх, А. Металлоорганические соединения Зальцера : краткое введение (2-е изд.) ( 1992 ) из ​​Wiley-VCH: Weinheim. ISBN   3-527-28165-7 . [ нужна страница ]
  4. ^ Челленджер, Фредерик; Ричардс, Освальд В. (1934). «94. Органопроизводные висмута и таллия». Журнал Химического общества (обновленный) : 405. doi : 10.1039/JR9340000405 .
  5. ^ Филелла, Монтсеррат (2010). «9. Алкильные производные висмута в экологических и биологических средах». Металлоорганические соединения в окружающей среде и токсикологии . Ионы металлов в науках о жизни. Том. 7. С. 303–318. дои : 10.1039/9781849730822-00303 . ISBN  978-1-84755-177-1 . ПМИД   20877811 .
  6. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я Р., Кинг (2005). Энциклопедия неорганической химии . Том. Я: AC (2-е изд.). Уайли. стр. 345–369. ISBN  9780470860786 .
  7. ^ Альтхаус, Хенрик; Брюниг, Ханс Иоахим; Лорк, Энно (февраль 2001 г.). «Синтез и химия дигалогенидов метилсурьмы и метилвисмута: расширенный двумерный каркас в кристаллической структуре CH 3 BiCl 2 и молекулярные единицы в структурах [CH 3 ECl 2 (2,2'-бипиридин)] (E = Sb , Би)». Металлоорганические соединения . 20 (3): 586–589. дои : 10.1021/om000749i .
  8. ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж Фридман, Леон Д.; Доук, Джордж О. (1989). «Применение сурьмяорганических и висмуторганических соединений в органическом синтезе». В Хартли, Фрэнк Робинсон (ред.). Химия связи металл — углерод . (Патаи) Химия функциональных групп. Том. 5. Чичестер, Великобритания: Interscience . стр. 413–436. дои : 10.1002/9780470772263.ch9 . ISBN  0471915564 .
  9. ^ Кастер, Кеннет К. (1996). «Арсоли, стиболы и бисмоли». В Катрицки, Алан Р.; Рис, Чарльз Уэйн; Скривен, Эрик Ф.В. (ред.). Комплексная гетероциклическая химия II: Пятичленные кольца с одним гетероатомом и конденсированные карбоциклические производные . Пергамон. стр. 857–902. ISBN  978-0-08-042725-6 .
  10. ^ Ганьон, Александр; Дансеро, Жюльен; Ле Рох, Адриан (2 марта 2017 г.). «Висмуторганические реагенты: синтез, свойства и применение в органическом синтезе». Синтез . 49 (8): 1707–1745. дои : 10.1055/s-0036-1589482 .
  11. ^ Эбер, Мартин; Петио, Полина; Бенуа, Эмелин; Дансеро, Жюльен; Ахмад, Табинда; Ле Рох, Адриан; Оттенвальдер, Ксавьер; Ганьон, Александр (1 июля 2016 г.). «Синтез высокофункционализированных триарилвисмутинов путем манипулирования функциональными группами и использования в реакциях арилирования, катализируемых палладием и медью». Журнал органической химии . 81 (13): 5401–5416. дои : 10.1021/acs.joc.6b00767 . ПМИД   27231755 .
  12. ^ Фине, Жан Пьер (1 ноября 1989 г.). «Реакции арилирования с висмуторганическими реагентами». Химические обзоры . 89 (7): 1487–1501. дои : 10.1021/cr00097a005 .
  13. ^ Бартон, Дерек HR; Бхатнагар, Нирджа Ядав; Фине, Жан-Пьер; Мазервелл, Уильям Б. (январь 1986 г.). «Пятивалентные висмуторганические реагенты. Часть VI. Сравнительная миграционная способность арильных групп при арилировании фенолов и енолов реагентами пятивалентного висмута». Тетраэдр . 42 (12): 3111–3122. дои : 10.1016/S0040-4020(01)87378-6 .
  14. ^ Бартон, Дерек HR; Фине, Жан-Пьер; Хамси, Джамал (январь 1987 г.). «Соли меди катализ N -фенилирования аминов трехвалентными висмуторганическими соединениями». Буквы тетраэдра . 28 (8): 887–890. дои : 10.1016/S0040-4039(01)81015-7 .
  15. ^ Бартон, Дерек HR; Озбалик, Нубар; Рамеш, Маниан (январь 1988 г.). «Химия реагентов органовисмута: соединение лигандов части XIII, индуцированное Pd (0)». Тетраэдр . 44 (18): 5661–5668. дои : 10.1016/S0040-4020(01)81427-7 .
  16. ^ Ганьон, Александр; Дюплесси, Мартин; Альсабе, Памела; Барабе, Фрэнсис (1 мая 2008 г.). «Катализируемая палладием реакция перекрестного сочетания трициклопропилвисмута с арилгалогенидами и трифлатами». Журнал органической химии . 73 (9): 3604–3607. дои : 10.1021/jo702377h . ПМИД   18363369 .
  17. ^ украшения, Арно; Зеппельт, Конрад (май 1989 г.). «Структуры соединений пентаарилвисмута». Химические отчеты . 122 (5): 803–808. дои : 10.1002/cber.19891220502 .
  18. ^ Jump up to: а б с Патай, Саул , изд. (1994). Химия органических соединений мышьяка, сурьмы и висмута . Химия функциональных групп. Чичестер, Великобритания: Wiley. дои : 10.1002/0470023473 . ISBN  047193044X .
  19. ^ Бартон, Дерек HR; Шарпио, Бриджит; Дау, Элиза Чан Хуу; Мазервелл, Уильям Б.; Паскар, Клодин; Пишон, Клотильда (14 марта 1984 г.). «Структурные исследования кристаллических пятикалентных висмуторганических соединений». Helvetica Chimica Acta . 67 (2): 586–599. дои : 10.1002/hlca.19840670227 .
  20. ^ Валленхауэр, Стефан; Леопольд, Дитер; Зеппельт, Конрад (сентябрь 1993 г.). «Шестикоординационные висмуторганические соединения». Неорганическая химия . 32 (18): 3948–3951. дои : 10.1021/ic00070a029 .
  21. ^ Химия висмута Хитоми Судзуки, Ёсихиро Матано Эльзевир, 2001
  22. ^ Jump up to: а б Эллиотт, Грегори И.; Конопельски, Джозеф П. (июль 2001 г.). «Арилирование свинцовоорганическими и висмуторганическими реагентами». Тетраэдр . 57 (27): 5683–5705. дои : 10.1016/S0040-4020(01)00385-4 .
  23. ^ Jump up to: а б Бартон, Дерек HR; Бхатнагар, Нирджа Ядав; Фине, Жан-Пьер; Мазервелл, Уильям Б. (январь 1986 г.). «Пятивалентные висмуторганические реагенты. Часть VI. Сравнительная миграционная способность арильных групп при арилировании фенолов и енолов реагентами пятивалентного висмута». Тетраэдр . 42 (12): 3111–3122. дои : 10.1016/S0040-4020(01)87378-6 .
  24. ^ Бартон, DHR; Фине, Ж.-П. (1 января 1987 г.). «Реактивы висмута(V) в органическом синтезе» . Чистая и прикладная химия . 59 (8): 937–946. дои : 10.1351/pac198759080937 . S2CID   96332137 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 557b62ff183d9190962744da5a03e137__1715529600
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/55/37/557b62ff183d9190962744da5a03e137.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Organobismuth chemistry - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)