Реакция метатезиса соли

Тип химической реакции

Реакция метатезиса соли — это химический процесс, включающий обмен связями между двумя реагирующими химическими веществами , что приводит к образованию продуктов с аналогичными или идентичными связями. ^[1] Эта реакция представлена ​​общей схемой:

Для получения более подробной информации о реакциях смещения перейдите к разделу «Реакция одиночного смещения».

${\displaystyle {\ce {AB + CD -> AD + CB}}}$

Типичными примерами являются реакции между оксисолями и бинарными соединениями, такими как соли, галогеноводородные кислоты и гидроксиды металлов:

${\displaystyle {\ce {{\mathit {ab}}A_{\mathit {x}}(BO_{\mathit {y}})_{\mathit {z}}{}+{\mathit {xz}}C_{\mathit {a}}D_{\mathit {b}}{}->{\mathit {bx}}A_{\mathit {a}}D_{\mathit {z}}{}+{\mathit {az}}C_{\mathit {x}}(BO_{\mathit {y}})_{\mathit {b}}{}}}}$

Другим классическим примером являются реакции между оксисолями в растворе:

${\displaystyle {\ce {{\mathit {ab}}A_{\mathit {x}}(BO_{\mathit {p}})_{\mathit {y}}{}+{\mathit {xy}}C_{\mathit {a}}(DO_{\mathit {q}})_{\mathit {b}}{}->{\mathit {bx}}A_{\mathit {a}}(DO_{\mathit {q}})_{\mathit {y}}{}+{\mathit {ay}}C_{\mathit {x}}(BO_{\mathit {p}})_{\mathit {b}}{}}}}$

Связь между реагирующими частицами может быть как ионной , так и ковалентной . Классически эти реакции приводят к осаждению одного продукта.

В старой литературе часто встречается термин двойное разложение . Термин двойное разложение более конкретно используется, когда хотя бы одно из веществ не растворяется в растворителе , так как лигандный или ионный обмен происходит в твердом состоянии реагента. Например:

AX(вод) + BY(s) → AY(вод) + BX(s).

Типы реакций

Обмен противоионов

Метатезис соли — это распространенная техника обмена противоионами . Выбор реагентов определяется диаграммой растворимости или энергией решетки . Теория HSAB также может быть использована для прогнозирования продуктов реакции метатезиса.

Метатезис соли часто используется для получения солей, растворимых в органических растворителях. Показательным является превращение перрената натрия в соль тетрабутиламмония : ^[2]

NaReO ₄ + N(C ₄ H ₉ ) ₄ Cl → N(C ₄ H ₉ ) ₄ [ReO ₄ ] + NaCl

Из водного раствора выпадает осадок тетрабутиламмониевой соли, растворимой в дихлорметане .

Реакция обмена соли может быть проведена в неводном растворе, что иллюстрируется превращением тетрафторбората ферроцения в более липофильную соль, содержащую анион тетракис(пентафторфенил)бората : ^[3]

_[ Fe (C5H5 ₎ 2 _] BF4 ₊ NaB _{( C6F5 )} 4 _→ [ Fe ( C5H5 _{) 2} ] B ( _{C6F5 ) 4 +} NaBF4

При проведении реакции в дихлорметане соль NaBF4 _{выпадает в} осадок , а соль B(C6F5 ₎ 4 _{остается} в растворе.

Реакции метатезиса могут происходить между двумя неорганическими солями , когда один из продуктов нерастворим в воде. Например, осаждение хлорида серебра из смеси нитрата серебра и хлорида гексаммин кобальта дает нитратную соль комплекса кобальта:

3 AgNO
₃+ [Co(NH3 ₎ 6 _] Cl3 _→ 3 AgCl + [Co(NH3 ₎ 6 _] ( _NO3 ) ₃

Реагенты не должны быть высокорастворимыми для протекания реакций метатезиса. Например, тиоцианат бария образуется при кипячении суспензии тиоцианата меди(I) и гидроксида бария в воде:

Ба(ОН)
₂+ 2 CuCNS → Ba(CNS)
₂ + 2CuOH

Алкилирование

Металлические комплексы алкилируются через реакции солевого метатезиса. Иллюстрацией является метилирование дихлорида титаноцена с получением реагента Петазиса : ^[4]

(C ₅ H ₅ ) ₂ TiCl ₂ + 2 ClMgCH ₃ → (C ₅ H ₅ ) ₂ Ti(CH ₃ ) ₂ + 2 MgCl ₂

Продукт соли обычно выпадает в осадок из растворителя реакции.

Реакция нейтрализации

Реакция нейтрализации — это тип реакции двойной замены. Реакция нейтрализации происходит, когда кислота реагирует с равным количеством основания . Эта реакция обычно производит соль. Один из примеров: соляная кислота реагирует с динатриевым тетракарбонилом железа , образуя дигидрид железа:

2 HCl + Na ₂ Fe(CO) ₄ → 2 NaCl + H ₂ Fe(CO) ₄

Реакция между кислотой и карбонатной или бикарбонатной солью дает угольную кислоту , которая спонтанно разлагается на углекислый газ и воду. Выделение углекислого газа из реакционной смеси приводит реакцию к завершению. Например, обычная, научно-справедливая «вулканическая» реакция включает реакцию соляной кислоты с карбонатом натрия :

2 HCl + Na ₂ CO ₃ → H ₂ CO ₃ + 2 NaCl

Н2СО3 → _Н2О + _СО2​​_​

Реакция метатезиса без соли

В отличие от реакций солевого метатезиса, которые обусловлены осаждением твердых солей, являются бессолевыми реакциями восстановления , которые обусловлены образованием силилгалогенидов. Бессолевые реакции метатезиса протекают однородно. ^[5]

Смотрите также

• Реакция одиночного смещения

Ссылки

1. IUPAC , Compendium of Chemical Terminology , 2nd ed. («Золотая книга») (1997). Онлайн-исправленная версия: (2006–) «метатезис». doi :10.1351/goldbook.M03878.
2. JR Dilworth, W. Hussain, AJ Hutson, C. Tetrahalo Oxorhenate Anions" Неорганические синтезы 1997, том 31, страницы 257–262. doi :10.1002/9780470132623.ch42
3. J. Le Bras, H. Jiao, WE Meyer, F. Hampel и JA Gladysz, "Синтез, кристаллическая структура и реакции метилового комплекса рения с 17 валентными электронами [(η ⁵ -C ₅ Me ₅ )Re(NO)(P(4-C ₆ H ₄ CH ₃ ) ₃ )(CH ₃ )] ⁺ B(3,5-C ₆ H ₃ (CF ₃ ) ₂ ) ₄ ⁻ : экспериментальные и вычислительные сравнения связей с метиловыми и метилиденовыми комплексами с 18 электронами", J. Organomet. Chem. 2000 том 616, 54-66. doi :10.1016/S0022-328X(00)00531-3
4. Payack, JF; Hughes, DL; Cai, D.; Cottrell, IF; Verhoeven, TR (2002). "Диметилтитаноцен". Органические синтезы . 79 : 19{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ).
5. Машима, Казуши (2020). «Окислительно-активные α-дииминные комплексы ранних переходных металлов: от связывания к катализу». Бюллетень химического общества Японии . 93 (6): 799–820. doi :10.1246/bcsj.20200056.