Le reazioni di carbonilazione sono quelle in cui si ottiene un composto carbonilico utilizzando, nella gran parte dei casi il monossido di carbonio.
Tipiche combinazioni con il monossido di carbonio sono note per i metalli delle tre serie d (3d, 4d, 5d), nelle quali il metallo centrale è spesso caratterizzato da un guscio d incompleto, cioè da una configurazione elettronica dn con n che va da zero a 10. Esempi di metallo carbonili sono i metallo carbonili neutri della serie 3d: V(CO)6, Cr(CO)6, Mn2(CO)10, Fe(CO)5, Co2(CO)8, Ni(CO)4.
Sintesi dei metallo carbonili
Per quanto riguarda la sintesi dei metallo carbonili, il nichel è il solo metallo che, finemente suddiviso e attivato, reagisce prontamente con CO per dare il corrispondente carbonile Ni(CO)4 in condizioni blande di temperatura e pressione.
Nella maggior parte degli altri casi, per preparare un composto metallocarbonilico si ricorre alla carbonilazione riduttiva. In questa reazione un sale, generalmente un cloruro o un ossido contenente il metallo viene trattato con il monossido di carbonio.
È necessaria la presenza di un agente riducente costituito, ad esempio da alluminio, sodio o litio alluminio idruro. Un esempio è costituito dalla carbonilazione riduttiva in presenza di alluminio del cloruro di cromo (III):
CrCl3 + Al + 6 CO → AlCl3 + Cr(CO)6
In un tale tipo di reazione il metallo passa dal numero di ossidazione in cui è presente nel sale o nell’ossido a numero di ossidazione zero nel metallo carbonile.
Esempi
Tra le reazioni organiche di carbonilazione vi è la reazione di idroformilazione delle olefine che consiste nell’addizione di un idrogeno (H- idro) e di un gruppo formil (CHO) ad un alchene. Costituisce un importante processo industriale in quanto porta alla formazione di un nuovo legame carbonio-carbonio convertibile in altri gruppi funzionali ed è uno degli esempi più importanti di catalisi omogenea.
Un esempio è costituito dalla reazione:
CH3-CH=CH2 + H2 + CO → CH3-CH2-CH2-CHO
in cui il propene viene trasformato in butanale.
Un’altra reazione di carbonilazione per la sintesi di acidi carbossilici è la reazione di Reppe. Trova la principale applicazione nel processo Monsanto in cui dalla carbonilazione del metanolo si ottiene l’acido acetico:
CH3OH + CO → CH3COOH
Gli acidi carbossilici ramificati possono essere ottenuti sempre per carbonilazione tramite la reazione di Koch. Essa avviene in ambiente acido a partire da un alchene ramificato.
La reazione che avviene secondo un meccanismo di tipo carbocationico porta ad un acido carbossilico ramificato.
Ad esempio dalla carbonilazione del 2-metilpropene si ottiene l’acido 2,2-dimetilpropanoico:
(CH3)2C=CH2 + CO + H2O → CH3C(CH3)2COOH
La reazione di Pauson-Khand costituisce una carbonilazione che si ha a partire da un alchino, un alchene e monossido di carbonio che dà luogo a una cicloaddizione:
La reazione di carbonilazione di alogenuri arilici in presenza di palladio quale catalizzatore porta alla formazione di esteri, ammidi, aldeidi e chetoni
Le reazioni di carbonilazione sono utilizzate sia nell’ambito della chimica inorganica per ottenere metallo carbonili ovvero composti di coordinazione costituiti da metalli di transizione e da leganti di monossido di carbonio usati nelle sintesi organiche quali catalizzatori e quali precursori di altri complessi metallorganici che nell’ambito della chimica organica e industriale.