Карбонилација

Во хемијата, карбонилацијата се однесува на реакции кои внесуваат јаглерод моноксид (CO) во органски и неоргански супстрати. Јаглерод моноксидот е изобилно достапен и практично реактивен, па затоа е широко користен како реактант во индустриската хемија. Терминот карбонилација се однесува и на оксидација на протеинските странични синџири .

Органска хемија

Неколку индустриски корисни органски хемикалии се подготвуваат со карбонилации, кои можат да бидат високо селективни реакции. Карбонилациите произведуваат органски карбонили, т.е. соединенија кои содржатC=O функционална група како што се алдехиди (–CH=O ), карбоксилни киселини (–C(=O)OH ) и естри (–C(=O)O– ). Карбонилациите се основа на многу видови реакции, вклучувајќи ги и реакциите на хидроформилација и Репе реакции. Овие реакции бараат метални катализатори, кои го врзуваат и активираат CO. Овие процеси вклучуваат ацилни комплекси на преодни метали како посредници. Голем дел од оваа тема била развиена од Волтер Репе .

Хидроформилација

Хидроформилацијата повлекува додавање на јаглерод моноксид и водород во незаситени органски соединенија, обично со алкени . Вообичаените производи се алдехиди со следната формула:

${\ce {RCH=CH2 + H2}}+{\color {red}{\ce {CO}}}\longrightarrow {\ce {RCH2CH2}}{\color {red}{\ce {C}}}{\ce {H}}{\color {red}{\ce {O}}}$

Реакцијата бара метални катализатори кои го врзуваат CO, формирајќи средно метални карбонили . Многу од стоковите карбоксилни киселини, т.е. пропионска, маслена, валеријана, итн, како и многу од стоковните алкохоли, т.е. пропанол, бутанол, амил алкохол, се добиени од алдехиди произведени со хидроформилација. На овој начин, хидроформилацијата е порта од алкените до оксигенатите.

Декарбонилација

Многу органски карбонили се подложени на декарбонилација . Вообичаена трансформација вклучува конверзија на алдехиди во алкани, обично катализирани од метални комплекси:

${\ce {R}}{\color {red}{\ce {C}}}{\ce {H}}{\color {red}{\ce {O}}}\longrightarrow {\ce {RH}}+{\color {red}{\ce {CO}}}$

Неколку катализатори се многу активни или имаат широк опсег.

Оцетна киселина и оцетна анхидрид

Големи апликации на карбонилација се процесот на оцетна киселина Монсанто и процесот Катива, кои го претвораат метанолот во оцетна киселина . Во друг голем индустриски процес, оцетниот анхидрид се подготвува со поврзана карбонилација на метил ацетат .

Оксидативна карбонилација

Диметил карбонат и диметил оксалат се произведуваат индустриски со користење на јаглерод моноксид и оксиданс, всушност како извор на CO²⁺ .

${\ce {4 CH3OH + O2}}+2\ {\color {red}{\ce {CO}}}\longrightarrow {\ce {2 (CH3O)2}}{\color {red}{\ce {CO}}}+{\ce {2 H2O}}$

Оксидативната карбонилација на метанолот се катализира со бакар(I) соли, кои формираат минливи карбонилни комплекси. За оксидативна карбонилација на алкените, се користат комплекси на паладиум.

Хидрокарбоксилација и хидроестерификација

Во хидрокарбоксилацијата, супстратите се алкените и алкините . Овој метод се користи индустриски за производство на пропионска киселина од етилен користејќи никел карбонил како катализатор:

${\ce {RCH=CH2 + H2O}}+{\color {red}{\ce {CO}}}\longrightarrow {\ce {RCH2CH2}}{\color {red}{\ce {CO}}}{\ce {OH}}$

Во индустриската синтеза на ибупрофен, бензил алкохол се претвора во соодветната арилацетна киселина преку Pd-катализирана карбонилација:

${\ce {ArCH(CH3)OH}}+{\color {red}{\ce {CO}}}\longrightarrow {\ce {ArCH(CH3)}}{\color {red}{\ce {CO}}}{\ce {OH}}$

Акрилната киселина некогаш главно се подготвувала со хидрокарбоксилација на ацетилен.

Синтеза на акрилна киселина користејќи "Репе хемија"; потребен е метален катализатор.

Меѓутоа, во денешно време, претпочитаниот пат до акрилната киселина вклучува оксидација на пропенот, искористувајќи ја неговата ниска цена и високата реактивност на алилната C–H обврзници.

Хидроестерификацијата е како хидрокарбоксилација, но користи алкохоли наместо вода.

${\ce {C2H4}}+{\color {red}{\ce {CO}}}+{\ce {MeOH -> CH3CH2}}{\color {red}{\ce {CO}}}{\ce {OMe}}$

Процесот е катализиран од Хермановиот катализатор ,Pd[C
6H
4(CH
2PBu-t)
2]
2 . Под слични услови, други Pd-дифосфини катализираат формирање на поликетони .

Други реакции

Реакцијата Кох е посебен случај на реакција на хидрокарбоксилација која не се потпира на метални катализатори. Наместо тоа, процесот се катализира од силни киселини како што е сулфурна киселина или комбинација на фосфорна киселина и бор трифлуорид . Реакцијата е помалку применлива за едноставниот алкен. Индустриската синтеза на гликолна киселина се постигнува на овој начин:

${\ce {CH2O}}+{\color {red}{\ce {CO}}}+{\ce {H2O -> HOCH2}}{\color {red}{\ce {CO}}}{\ce {OH}}$

Конверзијата на изобутенот во пивална киселина е исто така илустративна:

${\ce {Me2C=CH2 + H2O}}+{\color {red}{\ce {CO}}}\longrightarrow {\ce {Me3C}}{\color {red}{\ce {CO}}}{\ce {OH}}$

Алкил, бензил, винил, арил и алил халиди исто така може да се карбонилизираат во присуство на јаглерод моноксид и соодветни катализатори како што се прашоци од манган, железо или никел .

Карбонилација во неорганската хемија

Метални карбонили, соединенија со формулатаM(CO)
xL_{y} (M = метал; L = други лиганди ) се подготвуваат со карбонилирање на преодните метали. Железото и никелот во прав реагираат директно со CO за да дадат Fe(CO)
5 и Ni(CO)
4, соодветно. Повеќето други метали помалку директно формираат карбонили, како на пример од нивните оксиди или халиди. Металните карбонили се широко користени како катализатори во процесите на хидроформилација и Репе кои ги дискутиравме погоре. Неорганските соединенија кои содржат CO лиганди, исто така, можат да подлежат на декарбонилација, често преку фотохемиска реакција .