Алкоголяты

АЛКОГОЛЯТЫ, продукты замещения атома Н в молекуле спирта на металл (М).

Алкоголяты одноатомных спиртов. Их общая ф-ла M(OR)_n, где n-степень окисления металла. Алкоголяты щелочных, щел.-зем. металлов, Т1(1) и первичных спиртов-ионные соед.; неплавки, нелетучи; т. разл. 200-300 °С; раств. в спиртах и жидком NH₃; электролиты в р-ре. Из спиртовых р-ров обычно выделяются в виде кристаллосольватов. Производные металлов III-VIII групп и спиртов (начиная с С₂Н₅ОН), а также M¹OR-mpem- молекулярные мономерные или олигомерные соед.; имеют низкие т-ры плавления и кипения; хорошо раств. в неполярных р-рителях, плохо-в спиртах; р-ры не проводят ток. Метилаты тех же элементов-обычно координац. полимеры; неплавки, нелетучи; не раств. ни в одном из р-рителей. Большинство алкоголятов элементов середины периодич. системы сочетают св-ва ионных и молекулярных соед. (см. табл.). Все алкоголяты очень гигроскопичны.

ХАРАКТЕРИСТИКА АЛКОГОЛЯТОВ [М(ОН)_n]_m

* т-степень ассоциации; стрелкой показано изменение т при старении.

С удлинением R в гомологич. рядах т-ра плавления, плотность, показатель преломления, р-римость в спирте обычно снижаются, а т-ра кипения (возгонки),Н иS испарения, вязкость увеличиваются. Пространств. затруднения, возрастающие при переходе от первичных R к вторичным и третичным, препятствуют ассоциации молекул. В этом же ряду снижаются т-ра кипения (см. рис. 1), вязкость и возрастает р-римость в неполярных р-рителях. Алкоголяты ряда многовалентных металлов, напр. Al, Ga, Ti, Fe(III), образуют неск. ассоциатов разл. состава и строения (напр., ф-лы VI и IX). Их олигомерные и полимерные молекулы способны к взаимным превращ., поэтому физ.-хим. св-ва и реакц. способность отдельных препаратов алкоголятов могут изменяться в весьма широких пределах (см. рис. 2).

Рис. I. Зависимость температуры кипения изомерных амилатов Ti, Mb, Al, U от разветвленности R.

Рис. 2. Зависимость температуры плавления [Аl(ОС₃Н₇-изо)з]_т от степени ассоциации (т) и времени хранения (с момента начала кристаллизации).

Строение ассоциатов определяется принципом "миним. степени полимеризации", согласно к-рому все атомы М достигают устойчивых координац. чисел (благодаря донорно-акцепторному взаимод. между своб. орбиталями М и парами электронов атомов О алкоксильных групп соседних молекул). Алкоголяты мономерны только в случае полидентатных или очень разветвленных алкоксилов (см. ф-лы I, II). Ассоциаты могут иметь разнообразное строение. Димеры способны образовать структуру из двух многогранников, напр. тетраэдров (III) или октаэдров (IV) с общим ребром (OR)₂, кластеры Мо или W, содержащие кратные связи М—M(V). Молекулы тримеров представляют собой обычно циклоли-нейные цепочки (VI), тетрамеров-кубаны (ТЮСН₃, КОС₄Н₉-трет, CH₃ZnOCH₃, VII), плоские молекулы из четырех октаэдров с общими ребрами (VIII) или молекулы с центральным октаэдром и тремя тетраэдрами по его ребрам (IX). Метилаты, этилаты и изопропилаты щелочных и щел.-зем. металлов образуют полимерные кристаллич. структуры из слоев тетраэдров (типа анти-РbО) и октаэдров [типа Са(ОН)₂] соответственно.

Комплексообразование со спиртами, сопровождающееся выделением устойчивых кристаллосольватов [напр., LiOCH₃*2CH₃OH, т. разл. 28°С; NaOC₂H₅*2C₂H₅OH, т. разл. 200°С; Са(ОС₂Н₅)₂*nС₂Н₅ОН, где п = 4 и 2, т. разл. 60 и 100°С], свойственно гл. обр. алкоголятам щелочных и щел.-зем. металлов; в случае многовалентных металлов сольваты со спиртами и др. основаниями Льюиса малоустойчивы, т.к. акцепторная ф-ция М удовлетворяется благодаря образованию прочных OR-мостиков в молекулах ассоциатов. Известны сольваты [М (ОС₃Н₇-изо)₄*L]₂, где М = Sn, Zr; L = = изо-С₃Н₇ОН, ТГФ, пиридин, 2Ti(OR)₄*En, 2А1(ОС₃Н₇-изо)₃*Еn [En=(—CH₂NH₂)₂], легко подвергающиеся десольватации. Вместе с тем Al [OCH(CF₃)₂]₃*L [L = (C₂H₅)₂O, (C₂H₅)₃N, (C₂H₅)₃P] перегоняются в вакууме без разложения.

При взаимод. двух разл. алкоголятов в р-ре или расплаве образуются биметаллич. алкоголяты (алкоксосоли Меервейна), для к-рых более характерны св-ва молекулярных соед., чем для компонентов, образующих их. Так, Mg[Al(OC₂H₅)₄]₂ в отличие от полимерных этилатов Mg и А1 неограниченно раств. в орг. р-рителях, перегоняется при 195°С/0,1 мм рт.ст. (т. пл. 181°С), образует димеры, весьма устойчивые в газовой фазе и р-ре. Комплексообразование алкоголятов с галогенидами металлов приводит к алкоксогалогенидам —М (OR)_nHal_m. Ангидриды минер. к-т при взаимод. с алкоголятами образуют соли алкилированных к-т:

где ЭХ₂ = СО₂, SO₂, CS₂; M = Na, Си. Алкоголяты типа (изо-RO)₃Mo=Mo(OR-изо)₃ обратимо связывает СО, СО₂ и необратимо - О₂, NO, C₂H₂; присоединенные лиганды L (за исключением О₂ и NO) становятся мостиковыми:

С соед., содержащими активный атом Н, алкоголяты вступают в р-цию обмена: М (OR)_n + п НХ -> МХ_n + n ROH, где X = Hal, ОН, OR, SH, NH₂ и др. Р-цию широко применяют в синтезе безводных неорг. и орг. производных металлов, т.к. единственный побочный продукт в этом случае-спирт.

При контролируемом гидролизе алкоголятов многовалентных металлов следами влаги кристаллизуют продукты, содержащие оксо-мостики (см., напр., ф-лу X). Конечные продукты гидролиза алкоголятов - гидроксиды; они отличаются высокой реакц. способностью, образуют устойчивые гидрогели и дегидратируются при весьма низких т-рах с образованием мелкодисперсных оксидов.

В окислит.-восстановит. р-ции, сопровождающиеся изменением степени окисления М, вступают в осн. алкоголяты переходных металлов (р-цию используют для получения алкоголятов тех же металлов в новых степенях окисления).

Алкоголяты щелочных или щел.-зем. металлов получают взаимод. металла со спиртом. Иногда эту р-цию проводят в р-ре углеводорода или жидкого NH₃. Бериллий, Al, Y, Ln реагируют со спиртами в присут. HgCl₂, I₂, HHal или галогенидов тех же металлов. Алкоголяты Ge, Ti, Zr, Nb, Та, Y, Sc и La получают анодным окислением металла в спирте в присут. электропроводной добавки [R₄N] Br. Алкоголяты щелочных, щел.-зем. металлов, T1(I), V(V), Mo (VI), Re (VII), Os (VIII) получают также алкоголизом их оксидов или гидроксидов:

Равновесие смещают вправо связыванием или удалением воды отгонкой. Достаточно универсален метод синтеза алкоголятов алкоголизом ряда соед.:

где X = Н, R', NH₂, NR₂, N[Si(CH₃)₃]₂- Однако применение этого метода ограничено трудностями синтеза МХ_n. Алкоголяты синтезируют также алкоксилированием хлоридов металлов щелочными алкоголятами или смесью NH₃ с ROH, обычно в спиртовом или спирто-бензольном р-ре, напр.:

где М = Na, Li, NR₄; n3. В синтезе р-римых алкоголятов используют NaOR (NaCl выпадает в осадок), в синтезе нерастворимых, напр. мeтилaтoв,-LiOR (LiCl раств. в СН₃ОН). Р-ция протекает через образование биметаллич. алкоголятов. Модификация метода - взаимод. легкодоступных пиридиниевых солей хлорометаллатов с NH₃:

где Ру = пиридин, М = Zr, Ce(IV), Pu(IV), UO³⁺ , UO₂²⁺. Равновесие "переэтерификации" алкоголята др. спиртом: М (OR)_n + п R'OHМ (OR')_n + п ROH сдвигают вправо отгонкой азеотропа ROH с бензолом или многократным введением новых порций ROH. В случае близких т-р кипения обоих спиртов целесообразна замена ROH сложным эфиром:

Алкоголяты ряда переходных металлов м. б. получены окислит.-восстановит. р-циями, напр. окислением Cr(OR-трет)₃ кислородом, бромом или Рb(СН₃СОО)₄ до Cr(OR-трет)₄. Окислителями служат сложные эфиры, напр. U(OR)₅ превращ. при их действии в U(OR)₆. Восстановление (NH₄)₂CrO₄ в спиртовом р-ре под действием УФ-облучения приводит к Cr(OR)₃; Ti(OR)₄ восстанавливается металлич. К до Ti(OR)₃.

Алкоголяты одноатомных спиртов используют для селективного восстановления группы С=О (см. Меервепна-Понндорфа-Верлея реакция, Оппеиауэра реакция), как катализаторы диспропорционирования альдегидов (см. Тищенко реакция), конденсации, полимеризации и др. Щелочные алкоголяты-алкоксилирующие агенты (см. Вильямсона синтез). Алкоголяты А1 и Ti-гидрофобизаторы и сшивающие агенты для эпоксидных и полиэфирных смол, кремнийорг. полимеров. Продукты частичного гидролиза и пиролиза алкоголятов-полиорганометаллоксаны-компоненты термостойких покрытий. Из алкоголятов в результате их гидролиза, пиролиза или окисления получают высокочистые и активные оксиды металлов.

Алкоголяты гликолей и многоатомных спиртов. Наиб. изучены алкоголяты глицерина (глицераты) и алкоголяты гликолей (гликоляты).

Алкоголяты многоатомных спиртов и гликолей -хелаты (мономерные, олигомерные) или полимеры, содержащие полидентатные лиганды. Хелаты встречаются чаще всего среди алкоголятов с не полностью замещенными группами ОН в исходном спирте (напр., ф-ла XI). Такие алкоголяты склонны к образованию сольватов с любыми спиртами. Представляют собой гигроскопичные кристаллы; производные щелочных и щел.-зем. металлов раств. в спиртах, разлагаются ниже 200°С, производные многова-. лентных металлов (Со, Ti или др.) раств. также в неполярных р-рителях, летучи и низкоплавки. Полностью замещенные алкоголяты-аморфные полимеры, реже-кристаллические (напр., глицерат Со ф-лы XII). В отличие от M(OAlk)_n они устойчивы к гидролизу, нерастворимы, неплавки, термостойки.

Однозамещенные алкоголяты образуются действием на многоатомные спирты и диолы избытка щелочного, щел.-зем. металла или MOAlk; полностью замещенные алкоголяты тех же металлов-диспропорционированием при высоких т-рах:

2NaO(CH₂)₂OH NaO(CH₂)₂ONa + НО(СН₂)₂ОН

Двухзамещенные гликоляты и трехзамещенные глицераты многовалентных металлов получают взаимод. оксидов, гидроксидов, М (ОА1к)_n, оксалатов, ацетатов соотв. с гликолем или глицерином при т-рах выше 250°С.

Особый класс - пирофорные продукты взаимод. СО со щелочными или щел.-зем. металлами (считавшиеся раньше "солями гексаоксибензола"). Они представляют собой двухзамещенные производные гипотетич. ацетилендиола НОССОН.

===
Исп. литература для статьи «АЛКОГОЛЯТЫ»: Турова Н. Я.. Новоселова А. В., "Успехи химии", 1965. т. 34, в. 3, с. 385-433; Пенкось Р., там же, 1968, т. 37, в. 4, с. 647-76; Брэдл и Д., там же, 1979, т. 47, в. 4, с. 638-78; Новоселова А.В. [и др.], "Изв. АН СССР, Сер. неорг. материалы", 1979, т. 15, № 6, с. 1055-67; Шрейдер В. А. [и др.], "Изв. АН СССР, Сер. хим.", 1981, № 8, с. 1687-92. Н.Я. Турова.

Страница «АЛКОГОЛЯТЫ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.