Simplificación del Complejo Organometálico (Parte 2)

Ahora es el momento de dirigir nuestra atención al centro metálico, y enfocarnos en lo que el proceso de deconstrucción puede decirnos sobre la naturaleza del metal en los complejos organometálicos. Detendremos una descripción de las tendencias periódicas de la serie de transición, pero ahora es un buen momento para introducir las características generales de los metales de transición. Consulta los grupos 3-12 en la siguiente tabla.

Los metales de transición son de color azul oscuro en esta tabla.

Los metales de transición ocupan el bloque d de la tabla periódica, lo que significa que, a medida que avanzamos de izquierda a derecha a través de la serie de transición, los electrones se agregan a los d orbitales atómicos. Al igual que los elementos orgánicos, los metales de transición forman enlaces usando solo sus electrones de valencia. Pero al trabajar con los metales de transición, necesitamos preocuparnos únicamente por los d orbitales atómicos, ya que ninguna de las otras subconchas de valencia contiene electrones. Aunque la tabla periódica puede llevarle a creer que los metales de transición poseen subcáscaras s rellenas, ¡imaginamos a los metales en complejos organometálicos como que poseen electrones de valencia solo en d orbitales! El motivo de esto es algo complicado, pero tiene que ver con la carga positiva parcial de los metales complejados. Los átomos neutros de metales de transición, de hecho, poseen subcáscaras s rellenas. ¿Por qué, entonces, es importante recordar que los electrones de valencia de los centros metálicos complejados son todos d electrones? Veremos que el número de electrones d que posee un metal complejado es en muchos sentidos un concepto útil. Si encuentras que tus cuentas están apagadas por dos, ¡este error común probablemente sea el culpable!

Volvamos ahora nuestra atención a un nuevo complejo. Yo he seguido adelante y lo deconstruí para nosotros.

¡Saluda a rodio (Rh)! No te preocupes; es solo un elemento del grupo 9.

El complejo posee un ligando tipo X y tres tipo L, por lo que el átomo de rodio termina con una carga formal de +1. El cargo formal sobre el centro metálico después de la deconstrucción tiene un nombre muy especial que definitivamente querrás comprometer con la memoria: se llama el estado de oxidación. Generalmente se indica con un número romano junto al símbolo atómico del metal (el “+” está implícito). En el complejo mostrado anteriormente, el rodio se encuentra en el estado de oxidación Rh (I) o +1. El estado de oxidación es más útil porque los cambios en el estado de oxidación indican cambios en la densidad de electrones en el centro del metal, y esto puede ser una ocurrencia favorable o desfavorable dependiendo de los otros ligandos alrededor. ¡Veremos este principio en acción muchas, muchas veces! Acostúmbrate a los cambios en el estado de oxidación como eventos cotidianos en mecanismos de reacción organometálicos. A diferencia del carbono (a excepción del carbeno... ¿cuál es su estado de oxidación?!) y otros elementos de la segunda fila, los metales de transición comúnmente exhiben múltiples estados de oxidación diferentes. Más sobre eso más tarde, aunque. Por ahora, entrenarse para identificar rápidamente el estado de oxidación de un metal complejado es lo más importante. Tenga en cuenta que cuando un complejo posee una carga general, ¡el estado de oxidación se ve afectado por esta carga!

estado de oxidación = número de ligandos de tipo X unidos al metal + carga global del complejo

¿Qué hay de este concepto de número de electrones d? Una manera muy útil de pensar sobre el “número de electrones d” es como el “número de electrones no enlazantes en el centro del metal”, y probablemente esté familiarizado con la identificación de electrones no enlazantes de la química orgánica. Los números de electrones de valencia de cada elemento orgánico se establecen en piedra: el carbono tiene cuatro, el nitrógeno tiene cinco, etcétera. Además, usando este conocimiento, es sencillo determinar el número de electrones de pares solitarios asociados a un átomo restando su número de enlaces covalentes de su número total de electrones de valencia. Por ejemplo, para un átomo de nitrógeno neutro en una amina NR3, 5 — 3 = 2 electrones de pares solitarios, típicamente. ¡La extensión a la química organometálica es natural! Podemos analizar centros metálicos complejados de la misma manera, pero tienden a tener muchos más electrones no enlazantes que átomos orgánicos, y el número depende del estado de oxidación del metal. Por ejemplo, el átomo de rodio deconstruido en la figura anterior tiene 8 electrones d: 9 electrones de valencia menos 1 utilizados para la unión a Cl. Los enlaces dativos no afectan el recuento de electrones d ya que ambos electrones en el enlace provienen del ligando.

número de electrones no enlazantes = número de electrones d = número de grupo del metal — estado de oxidación

Sacar todos los electrones d no enlazantes como pares solitarios abarrotarían las cosas, así que nunca se dibujan... ¡pero debemos recordar que están por aquí! ¿Por qué? Porque el número de electrones d afecta profundamente a la geometría de un complejo. Volveremos a esto pronto, pero la idea clave es que los ligandos estropeen las energías de los d orbitales a medida que se acercan al metal (recuerden la idea de los “amantes cruzados por las estrellas”), y la forma más favorable de hacerlo depende del número de electrones no enlazantes en el centro metálico.

Estado de oxidación y d conteo de electrones: ¡dos herramientas sin las que el químico OM no puede vivir!

Este post nos introdujo a dos importantes herramientas de contabilidad, estado de oxidación y número de d electrones. En la entrega final de la serie “Simplifying the Organometallic Complex”, reuniremos todo y discutiremos el conteo total de electrones. Veremos que el recuento total de electrones puede usarse para extraer una variedad de conclusiones perspicaces sobre los complejos organometálicos.