Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Inorgánica III TEMA N° 4. Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. 1. FORMALISMOS. Reglas empíricas y simples que facilitan la comprensión del fundamento de la catálisis. Configuración dn: Donde (n) es el número de electrones de la última capa o últimas capas según sea el caso. Estado formal de oxidación: Es la carga que quedaría sobre el metal si todos los ligandos son retirados de su configuración de capa cerrada. EJEMPLOS: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Grupo 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3d Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu 4d Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag 5d La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au dn n = EOF 0 3 4 5 6 7 8 9 10 -- I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 1 2 3 4 5 6 7 8 9 III 0 1 2 3 4 5 6 7 8 IV -- 0 1 2 3 4 5 6 7 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Número de electrones de valencia: NEV = dn + ∑(nev)ligandos Número de coordinación: Es el número de ligandos unidos al metal + los enlaces metal metal. NEV d NC 2 n Regla de los 18 e-: Los complejos estables mononucleares diamagnéticos generalmente contienen 18 electrones en su capa de valencia. Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Enlaces formales metal-metal: El número total de electrones de valencia también se usa para predecir el número de enlaces metal-metal en complejos polinucleares. Si se asume que cada metal tiene una configuración de 18 e- y que el enlace metal-metal es un par compartido que contribuye a la configuración electrónica, entonces: donde: M = número de metales N = número total de electrones de valencia Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Ejemplos: Co2(CO)8 como es Coo N = 9 + 9 + 16 = 34 e- d9 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Ejemplos: Os3(CO)10(-H)2 como es Oso ? N = 24 + 20 + 2 = 46 e- d8 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Reglas de Tolman (Solo para metales de transición intermedios y tardíos): 1.- Los complejos organometálicos diamagnéticos pueden existir en concentración significante solo si la capa de valencia del metal Contiene 16 o 18 electrones. Una concentración significante es aquella que puede ser detectada por medios espectroscópicos o cinéticos. 2.- Las reacciones organometálicas, incluidas las catalíticas, progresan por pasos elementales que involucran solo intermediarios de 16 o 18 electrones de valencia. Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Clasificación de los ligandos: Existen dos tendencias para la clasificación de los ligandos. Modelo iónico y modelo covalente: Aporte electrónico GENERAL: Ligandos Tipo Modelo covalente Modelo iónico CH3-, Cl-, C6H5-, 1-alilo, NO(bent) X 1e- 2e- CO, NH3, C2H4 L 2e- 2e- 3-alilo, 3-acetato LX 3e- 4e- NO+ (lineal) LX 3e- 2e- 4-butadieno L2 4e- 4e- 5-Cp L2X 5e- 6e- 6-C6H6 L3 6e- 6e- Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. ESPECÍFICA: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. ESPECÍFICA: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. ESPECÍFICA: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. ESPECÍFICA: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. ESPECÍFICA: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. ESPECÍFICA: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. ESPECÍFICA: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. ESPECÍFICA: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. ESPECÍFICA: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. ESPECÍFICA: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Ejemplos de conteo electrónico : Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Ejemplos de conteo electrónico : Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Complejos isoelectrónicos: Son los complejos que tienen la misma estructura y el mismo número de electrones de valencia. Ejemplos: [V(CO)6]Ni(CO)4 Cr(CO)6 Co(NO)(CO)3 CpMn(CO)3 [Mn(CO)6]+ Fe(NO)2(CO)2 [CpRu(CO)3]+ Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. 2. CAPACIDAD DE ENLACE DE LOS METALES DE TRANSICIÓN. a) Diagrama de Orbitales Moleculares para complejos octaédricos con ligandos solo dadores : Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Ejemplo: [Co(NH3)6]3+ b) Diagrama de Orbitales Moleculares para complejos octaédricos con ligandos dadores e interacción (caso 1): Ejemplo: [CoF6]3- c) Diagrama de Orbitales Moleculares para complejos octaédricos con ligandos dadores e interacción (caso 2): Ejemplo: Cr(CO)6 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. d) Diagrama de Orbitales Moleculares del CO. Orbitales de frontera: C O CO * SPx * * y z "Px" -86 2P 2P -128 -157 2S y z SPx "2S" 2S -261 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. C Porción del diagrama -86 2P O CO * SPx * * y z Orbitales de frontera... "Px" 2P -128 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Orbitales de frontera: HOMO = Highest occupied molecular orbital “Px” LUMO = Lowest unoccupied molecular orbital *y o *z Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Descripción del enlace sinérgico: donación vía : C + O : C -O + + M - : + M regreso de densidad electrónica vía - + + C M + - - - O + + + C O : C O : Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Evidencias sobre el enlace : Espectroscopía infrarroja. Datos de IR para una serie de carbonilos. Complejo Frecuencia (cm-1) [Mn(CO)6]+ 2090 Cr(CO)6 2000 [V(CO)6]- 1860 Ni(CO)4 2060 [Co(CO)4]- 1890 [Fe(CO)4]2- 1790 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Evidencias sobre el enlace : Cuanto mayor sea la carga positiva sobre el metal menor será la capacidad de retrodonación. Frecuencia (cm-1) Complejo (PCl3)3Mo(CO)3 L= PCl3 1989, 2041 (PCl2)3Mo(CO)3 PCl2 L= 1943, 2016 (2PCl)3Mo(CO)3 2PCl L= 1885, 1977 (3P)3Mo(CO)3 py3Mo(CO)3 dienMo(CO) L= 3P 1835, 1949 L= py 1746, 1888 L= dien 1723, 1883 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. 3. SOBRE LA REGLA DE LOS 18 ELECTRONES. La química de coordinación sugiere una división de los complejos metálicos en tres clases según la regla de los 18 e- de valencia: Clase Número de ede valencia Regla de los 18 e- I …16 17 18 19… No cumplen II …16 17 18 No exceden III 18 Cumplen La naturaleza del metal y de los ligandos influyen en lo anterior. Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Generalidades: Clase Característica orbital Condición I O. de enlace Debe estar ocupado II O. no enlazante Puede estar ocupado III O. de antienlace No debería estar ocupado Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Generalidades: Clase I. .- Ligandos de campo bajo. .- Niveles t2g no enlazantes y ocupados entre 0 y 6 e-. .- Niveles eg* débilmente antienlazantes y pueden estar ocupados entre 0 y 4 e-. .- Los complejos teraédricos también pertenecen a esta clase. EJEMPLOS Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Clase: I [TiF6]2[VCl6]2- dn 0 1 n e- de V 12 13 [V(C2O4)3]3[Cr(NCS)6]3Mn(acac)3 [Fe(C2O4)3]3[Co(NH3)6]3+ [Co(OH2)6]2+ [Ni(en)3]2+ [Cu(NH3)6]2+ [Zn(en)3]2+ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Generalidades: Clase II. .- Δo más grande para metales 4d y 5d especialmente en altos estados de oxidación. Ligandos de campo intermedio y alto. .- Niveles t2g esencialmente no enlazantes y ocupados entre 0 y 6 e-. .- Niveles eg* fuertemente antienlazantes y no son accesibles para la ocupación. EJEMPLOS Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Clase: II [ZrF6]2WCl6 dn 0 0 n e- de V 12 12 [WCl6][WCl6]2[TcF6]2[OsCl6]2[W(CN)8]3[W(CN)8]4PtF6 [PtF6][PtF6]2- 1 2 3 4 1 2 4 5 6 13 14 15 16 17 18 16 17 18 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Generalidades: Clase III. .- Ligandos de campo alto: CO, PF3, olefinas. .- Niveles t2g se hacen enlazantes y ocupados por 6 e-. .- Niveles eg* fuertemente antienlazantes y no son accesibles para la ocupación. EJEMPLOS Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Clase: III [V(CO)6]CpMn(CO)3 dn 6 7 n e- de V 18 18 [Fe(CN)6]4Fe(PF3)5 [Fe(CO)4]2CH3Co(CO)4 Ni(CNR)4 Fe2(CO)9 6 8 10 9 10 8 18 18 18 18 18 18 [CpCr(CO)3]2 6 18 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. 4. ISOLOBALIDAD. Origen: Roald Hoffmann. Angew. Chem. Int. Ed. Eng. 1982, 12, 711. Concepto: Dos fragmentos son isolobales si el número, propiedades simétricas, energía aproximada de los orbitales de frontera, forma de los orbitales de frontera y número de electrones en ellos son similares, no idénticos, similares. Para que sirve?: Los dos fragmentos involucrados pueden ser de complejos inorgánicos, organometálicos o inorgánico con fragmentos orgánicos. Se usa para la construcción de complejos. Tiene características predictivas. Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Premisas: a) Diagrama de un complejo octaédrico con ligandos dadores : Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Premisas: Si se retira un ligando: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Premisas: Si se retiran dos ligandos: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Premisas: Si se retiran tres ligandos: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Premisas: b) Diagrama de orbitales moleculares de fragmentos hidrocarbonados: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. C) Consecuencia. Es la analogía isolobal: Ejemplo: Fragmentos d7 Mn(CO)5 [Co(CN)5]3- Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. C) Consecuencia. Es la analogía isolobal: SOPORTE EXPERIMENTAL: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. CONCLUSIÓN: ASIMISMO: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. EN RESUMEN: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Caso d8 – ML4 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Caso d9 – ML3 Se entienden entonces los tetraedranos siguientes: Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Relación entre MLn y MLn-2 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Relación entre MLn y MLn-2 Compuestos organometálicos: Propiedades químicas de los metales de transición. Las analogías pueden extenderse para varios números de coordinación: Fragmento orgánico Números de coordinación para los cuales hay analogías isolobales 9 8 7 6 5 CH3 d1-ML8 d3-ML7 d5-ML6 d7-ML5 d9-ML4 CH2 d2-ML7 d4-ML6 d6-ML5 d8-ML4 d10-ML3 CH d3-ML6 d5-ML5 d7-ML4 d9-ML3 --