Tetrossido di osmio: proprietà, sintesi, reazioni
Il tetrossido di osmio OsO4 è una sostanza chimica tossica, volatile, rara e costosa usata come agente di colorazione per campioni biologici esaminati con microscopi elettronici. Il suo vapore può causare irritazione agli occhi, pelle, e danni ai polmoni.
Il tetrossido di osmio noto come ossido di osmio (VIII) è un esempio del massimo stato di ossidazione in cui compare un elemento di transizione. L’osmio ha configurazione elettronica [Xe] 4f14 5d6 6s2 e pertanto, oltre al numero di ossidazione +4 che è il più comune, presenta altri stati di ossidazione tra cui +8 come nel caso di OsO4.
Proprietà del tetrossido di osmio
Ha una geometria tetraedrica con un angolo di legame O-Os-O ci 109.5° ed è quindi una molecola apolare. Si presenta come un solido cristallino con una temperatura di fusione di 40°C e una temperatura di ebollizione di 130°.
L’alta tossicità e l’alta volatilità del composto rendono il tetrossido di osmio particolarmente pericoloso se non viene conservato e manipolato in modo appropriato.
Il tetrossido di osmio è una sostanza incolore ma ad esso viene attribuito il colore giallo a causa della presenza del biossido di osmio OsO2 che è di colore giallo marrone ed ha un odore pungente di cloro. Inizia a sublimare al di sotto del punto di fusione, è tossico per inalazione e fortemente irritante per gli occhi e le mucose.
E’ solubile in molti solventi organici come il tetracloruro di carbonio e il t-butanolo e moderatamente solubile in acqua. Fu introdotto dal biologo e medico romeno naturalizzato statunitense George Emil Palade nel 1952.
Esso è solubile nei grassi e forma con essi un composto di riduzione nero mediante l’aggiunta ai doppi legami carbonio-carbonio.
Sintesi
Viene ottenuto portando il metallo alla temperatura di 400°C in presenza di ossigeno secondo la reazione:
Os + 2 O2 → OsO4
Il tetrossido di osmio è un acido di Lewis ed ha proprietà ossidanti.
Reazioni
Viene ridotto dall’idrogeno molecolare a osmio metallico secondo la reazione:
OsO4 + 4 H2 → Os + 4 H2O
Il tetrossido di osmio è un efficace agente ossidante per la conversione di un alchene in un glicole vicinale. Questa reazione è stereospecifica in quanto porta a un’addizione syn dei due gruppi –OH evidenziabile dalla reazione, ad esempio, del cicloesene che dà luogo alla formazione del cis,1,2-cicloesandiolo.
Meccanismo
Il meccanismo della reazione prevede la formazione di un osmiato ciclico che giustifica il tipo di stereoselettività.
In presenza di un agente ossidante come H2O2 che rigenera l’osmio (VI) prodotto a osmio (VIII), il tetrossido di osmio, viene usato in quantità catalitiche per l’ossidazione degli alcheni:
Applicazioni
Il tetraossido di osmio è un composto chimico di grande interesse, noto per le sue proprietà ossidanti e per la sua particolare tossicità e volatilità. Nonostante la sua pericolosità, OsO₄ trova applicazione in diversi campi, soprattutto in chimica organica, biologia e scienze dei materiali.
Il tetraossido di osmio è un ossidante selettivo in chimica organica. La sua applicazione più nota è nella diidrossilazione degli alcheni in cui si ha la conversione dei doppi legami >C=C< in dioli vicinali.
Nella microscopia elettronica a trasmissione (TEM), alla sua capacità di reagire con i doppi legami insaturi dei lipidi e di precipitare come depositi scuri, viene impiegato per evidenziare membrane cellulari, strutture lipidiche, dettagli ultrastrutturali delle cellule.
OsO₄ è anche un precursore per la preparazione di complessi di osmio, alcuni dei quali hanno potenziali applicazioni in catalisi omogenea, ad esempio in reazioni di idrogenazione o in sintesi asimmetriche.
In alcune applicazioni di scienza dei materiali, il tetraossido di osmio viene utilizzato come agente per modificare le superfici, ad esempio per incidere selettivamente materiali organici o per preparare substrati per analisi al microscopio elettronico a scansione
il 18 Febbraio 2016