Química organometálica para niños

La química organometálica es una rama de la química que estudia unos compuestos muy especiales. Estos compuestos se llaman compuestos organometálicos y tienen algo único: al menos un enlace directo entre un átomo de carbono (que es parte de una molécula orgánica) y un átomo de metal.

Para entender qué es un "metal" en este campo, los científicos usan una medida llamada electronegatividad. Un elemento se considera metal si es menos electronegativo que el carbono. Esto significa que algunos elementos que normalmente llamamos "metaloides", como el silicio, también se estudian en la química organometálica.

Esta área de la química es diferente de la química orgánica, donde el carbono se une a elementos no metálicos como el hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, azufre o halógenos. También es distinta de la química inorgánica.

La química organometálica es como un puente entre varias partes de la química, incluyendo la química orgánica, la química inorgánica, la fisicoquímica y la electroquímica. Gracias a esto, tiene muchas aplicaciones importantes en la industria. Por ejemplo, ayuda a fabricar plásticos más resistentes o a realizar reacciones químicas de forma más eficiente, usando menos presión y temperatura.

Varios metalociclos, donde diferentes metales de transición se unen a ciclos de átomos de carbono y otros átomos o ligandos.

Historia de la Química Organometálica

El estudio de los compuestos organometálicos comenzó a mediados del siglo XIX. En 1849, un científico llamado Edward Frankland creó el primer compuesto organometálico conocido, el dietilzinc. Lo hizo mezclando yoduro de etilo con zinc.

<chem> 2 CH3-CH2-I + Zn -> (CH3-CH2)2Zn + I2 </chem>

El verdadero avance de esta química llegó a partir de 1900. Fue entonces cuando se desarrollaron los reactivos de Grignard, que son compuestos de organomagnesio.

En 1909, los científicos Pope y Peachey prepararon el yoduro de trimetilplatino. Este fue el primer compuesto de alquilo de un metal de transición.

En 1910, se lanzó el primer medicamento organometálico, llamado salvarsan. Se usó para ayudar a personas con ciertas enfermedades.

Durante la segunda mitad del siglo XX, se desarrollaron muchos procesos industriales que usan estos compuestos. Un ejemplo importante es la catálisis de Ziegler-Natta. Esta técnica se usa para fabricar polietileno, un tipo de plástico muy útil.

Conceptos y Técnicas Clave

En la química organometálica, es muy útil contar los electrónes para entender cómo funcionan estos compuestos. A menudo, no siguen la regla del octeto (que dice que los átomos buscan tener 8 electrones en su capa exterior). En cambio, muchos de ellos siguen la regla de los 18 electrones. Esta regla es muy útil para predecir qué tan estables son los carbonilos metálicos y otros compuestos similares.

Para estudiar cómo se unen los átomos y cómo reaccionan los compuestos organometálicos, los científicos usan el principio isolobal. Este principio ayuda a comparar fragmentos de moléculas que se comportan de manera similar.

Las técnicas más comunes para descubrir la estructura de estos compuestos son la resonancia magnética nuclear (RMN) y la espectroscopia infrarroja. Para entender cómo se mueven y cambian los compuestos organometálicos, se realizan experimentos de RMN a diferentes temperaturas y estudios de cinética química.

Clasificación de los Compuestos Organometálicos

Los compuestos organometálicos se pueden clasificar de varias maneras.

Por Grupos de Elementos

Una forma de clasificarlos es según el metal que contienen. Aquí te mostramos una tabla que resume la importancia de los compuestos organometálicos para cada elemento:

• Compuestos organometálicos de metales alcalinos: De este grupo, el litio (Li) es el que más forma compuestos organometálicos. Otros elementos como el sodio (Na) o el potasio (K) forman enlaces iónicos, que son diferentes. Un ejemplo importante es el N-butil-litio, usado en la creación de nuevas moléculas.
• Compuestos organometálicos de metales alcalinotérreos: Aquí destacan los compuestos de magnesio, como los famosos reactivos de Grignard. Los compuestos de berilio son menos comunes porque son más difíciles de manejar. Los metales más pesados de este grupo, como el calcio (Ca) o el bario (Ba), forman enlaces con características más iónicas.
• Compuestos organometálicos del Grupo 12: Estos elementos, como el zinc y el mercurio, a menudo se estudian junto con los del grupo 2. El zinc es muy usado, pero el mercurio se utiliza menos debido a su toxicidad.
• Compuestos organometálicos del Grupo 13 (Boro): Incluye elementos como el boro (B) y el aluminio (Al). Los compuestos de boro y aluminio son los más estudiados en este grupo. El aluminio, por ejemplo, es clave en el DIBAL, que se usa para añadir hidrógeno a compuestos orgánicos.
• Compuestos organometálicos del Grupo 14 (Carbono): Aquí encontramos los compuestos de organosilicio, que son la base de las siliconas, materiales con muchos usos. También son importantes los compuestos de estaño y plomo, que se han usado en la industria. Por ejemplo, el tetraetilplomo se usó en el pasado para mejorar la gasolina.
• Compuestos organometálicos del Grupo 15 (Nitrógeno): En este grupo, la química organometálica se centra en el arsénico (As), antimonio (Sb) y bismuto (Bi). Aunque al principio se usaron derivados del arsénico en medicina, hoy su uso principal es en la fabricación de semiconductores, debido a que muchos de estos compuestos pueden ser tóxicos.
• Compuestos organometálicos del Grupo 16: Aquí se estudian el selenio (Se) y el telurio (Te). El selenio es interesante porque se encuentra en moléculas importantes para los seres vivos y se usa en reacciones químicas especiales.
• Compuestos organometálicos del Grupo 11: El cobre (Cu), la plata (Ag) y el oro (Au) tienen propiedades únicas. Los compuestos de cobre y plata suelen tener un estado de oxidación específico. Los compuestos de oro pueden tener diferentes estados de oxidación.
• Compuestos organometálicos de los metales de transición: Este es el grupo más importante en la química organometálica. Los metales de transición pueden formar muchos tipos de enlaces y tener diferentes estados de oxidación, lo que los hace muy versátiles y útiles.

Por Estructura

Los compuestos organometálicos también se clasifican por la forma en que el metal se une a las moléculas orgánicas:

• Compuestos Sándwich: Son como un sándwich, con un metal en medio de dos anillos orgánicos. Los metalocenos son un ejemplo famoso.
• Carbenos metálicos: Tienen un doble enlace entre el metal y un átomo de carbono.
• Carbonilo de metal: Son compuestos que contienen un metal unido a una o más moléculas de monóxido de carbono. Se usan en muchas aplicaciones industriales.

Cómo se Crean los Compuestos Organometálicos

Los compuestos organometálicos se pueden obtener de varias maneras importantes, como:

• Adición oxidante y eliminación reductora
• Síntesis directa
• Metalación
• Mercuriación (un tipo de metalación con mercurio)
• Transmetalación
• Carbometalación
• Hidrometalación
• Transferencia electrónica
• Beta-eliminación
• Reacción de metátesis: Incluye el intercambio de metales o halógenos.
• Metátesis olefínica
• Activación del enlace C-H
• Ciclometalación
• Inserción de carbeno
• Descarboxilación
• Inserción migratoria
• Abstracción nucleofílica

Véase también

En inglés: Organometallic chemistry Facts for Kids

• Organolitio
• Metalociclo
• Química de coordinación
• Regla de los 18 electrones
• Activación del enlace C-H