Der Wilkinson-Katalysator oder RhCl(PPh3)2 ist ein sehr aktiver homogener Katalysator, der in der organischen Synthese, insbesondere für Hydrierungsreaktionen, verwendet wird. Es besteht aus einem Rhodiumkomplex mit Phosphinliganden.
| IUPAC-Name | Chloridotris(triphenylphosphin)rhodium(I) |
| Molekularformel | C54H45ClP3Rh |
| CAS-Nummer | 14694-95-2 |
| Synonyme | Rhodiumtriphenylphosphinchlorid-Komplex, Wilkinson-Katalysator, RhCl(PPh3)3, Rhodium(I)-triphenylphosphinchlorid-Komplex, Rhodiumtriphenylphosphinchlorid, Rhodiumtriphenylphosphinchlorid |
| InChI | InChI=1S/2C18H15P.2ClH.Rh/c21-4-10-16(11-5-1)19(17-12-6-2-7-13-17)18-14-8-3-9- 15-18;;;/h21-15H;2*1H;/q;;;;+3/p-3 |
Molmasse des Wilkinson-Katalysators
Die Molmasse des Wilkinson-Katalysators, auch bekannt als RhCl(PPh3)2, beträgt 925,08 g/mol. Dieser Wert ergibt sich aus der Summe der Atommassen der Bestandteile des Komplexes, darunter Rhodium, Chlor, Kohlenstoff, Wasserstoff und Phosphor. Die Molmasse des Wilkinson-Katalysators ist ein wichtiger Parameter zur Bestimmung der für eine bestimmte Reaktion benötigten Katalysatormenge.
Siedepunkt des Wilkinson-Katalysators
Der Wilkinson-Katalysator wird im Allgemeinen als homogener Katalysator verwendet und weist daher keinen genau definierten Siedepunkt auf. Allerdings würde seine Zersetzungstemperatur bei etwa 180°C liegen. Bei höheren Temperaturen kann sich der Wilkinson-Katalysator zersetzen und seine katalytische Aktivität verlieren.
Schmelzpunkt des Wilkinson-Katalysators
Der Schmelzpunkt des Wilkinson-Katalysators, auch bekannt als RhCl(PPh3)3, liegt bei etwa 207–209 °C. Dieser Wert kann je nach Reinheit des Katalysators und Messmethode leicht variieren.
Dichte des Wilkinson-Katalysators g/ml
Die Dichte des Wilkinson-Katalysators würde etwa 1,4 g/ml betragen. Abhängig von der Reinheit des Katalysators und der Messmethode kann dieser Wert auch variieren.
Molekulargewicht des Wilkinson-Katalysators
Das Molekulargewicht des Wilkinson-Katalysators, auch bekannt als RhCl(PPh3)3, beträgt 925,08 g/mol. Dieser Wert wird durch Addition der Atomgewichte der Atome berechnet, aus denen der Komplex besteht. Das Molekulargewicht ist wichtig für die Bestimmung der Stöchiometrie von Reaktionen, an denen der Katalysator beteiligt ist.
Struktur des Wilkinson-Katalysators
Die Struktur des Wilkinson-Katalysators oder RhCl(PPh3)3 besteht aus einem Rhodiumatom, das mit drei Triphenylphosphinliganden (PPh3) und einem Chloridion (Cl-) koordiniert ist. Der Komplex hat eine quadratisch-planare Geometrie, mit dem Rhodiumatom im Zentrum und den vier Liganden, die in einer flachen Ebene darum herum angeordnet sind. PPh3-Liganden sind wichtig für die Stabilisierung des Komplexes und die Erleichterung seiner Reaktivität in der organischen Synthese.
Wilkinsons Katalysatorformel
Die Formel für Wilkinsons Katalysator lautet RhCl(PPh3)3. Diese Formel stellt die Stöchiometrie des Komplexes dar und zeigt an, dass der Komplex ein Rhodiumatom, ein Chloridion und drei Triphenylphosphinliganden enthält. Die Formel ist wichtig für die Bestimmung der für eine bestimmte Reaktion benötigten Katalysatormenge sowie für die Berechnung der theoretischen Produktausbeute.
| Aussehen | Dunkelroter kristalliner Feststoff |
| Spezifisches Gewicht | 1,4 g/ml |
| Farbe | Dunkelrot |
| Geruch | Geruchlos |
| Molmasse | 925,08 g/Mol |
| Dichte | 1,4 g/ml |
| Fusionspunkt | 207–209 °C |
| Siedepunkt | Zersetzt sich bei ~180°C |
| Blitzpunkt | Unzutreffend |
| Löslichkeit in Wasser | Unlöslich |
| Löslichkeit | Löslich in organischen Lösungsmitteln wie Benzol, Toluol und Chloroform |
| Dampfdruck | Unzutreffend |
| Wasserdampfdichte | Unzutreffend |
| pKa | Unzutreffend |
| pH-Wert | Unzutreffend |
Hinweis: Die in dieser Tabelle dargestellten Werte sind Näherungswerte und können je nach Informationsquelle variieren.
Sicherheit und Gefahren des Wilkinson-Katalysators
Bei der Arbeit mit dem Wilkinson-Katalysator ist es wichtig, geeignete Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, um mögliche Gefahren zu vermeiden. Der Komplex gilt nicht als hochgiftig, sollte jedoch dennoch vorsichtig gehandhabt werden, um ein versehentliches Verschlucken oder Einatmen zu vermeiden. Der Kontakt mit Augen oder Haut sollte vermieden werden und beim Umgang mit dem Katalysator sollte geeignete Schutzausrüstung wie Handschuhe und Schutzbrille getragen werden. Darüber hinaus sollte der Wilkinson-Katalysator an einem kühlen, trockenen und gut belüfteten Ort fern von Wärme- oder Flammenquellen gelagert werden. Die Entsorgung nicht verwendeter Katalysatoren sollte gemäß den örtlichen Vorschriften erfolgen.
| Gefahrensymbole | Keine zugewiesen |
| Sicherheitsbeschreibung | S22: Staub/Rauch/Gas/Nebel/Dämpfe/Aerosole nicht einatmen. S24/25: Kontakt mit Haut und Augen vermeiden. S36/37/39: Geeignete Schutzkleidung, Handschuhe und Augen-/Gesichtsschutz tragen. |
| UN-Identifikationsnummern | Unzutreffend |
| HS-Code | 28500090 |
| Gefahrenklasse | Unzutreffend |
| Verpackungsgruppe | Unzutreffend |
| Toxizität | Geringe Toxizität; gilt nicht als hochgiftig, sollte jedoch dennoch mit Vorsicht gehandhabt werden, um ein versehentliches Verschlucken oder Einatmen zu vermeiden |
Wilkinson-Katalysatorsynthesemethoden
Die üblicherweise verwendete Methode zur Synthese des Wilkinson-Katalysators umfasst die Behandlung von Rhodium(III)-chloridhydrat mit überschüssigem Triphenylphosphin in refluxierendem Ethanol. Diese Methode kann wie folgt durchgeführt werden:
Lösen Sie zunächst das hydratisierte Rhodium(III)-chlorid in Ethanol auf, um eine Lösung zu bilden. Geben Sie dann überschüssiges Triphenylphosphin zur Lösung hinzu und kochen Sie die Mischung mehrere Stunden lang unter Rückfluss. Überwachen Sie die Lösung auf die Bildung des Katalysators, der durch einen Farbumschlag von Gelb nach Rot erkennbar ist.
Während des Syntheseprozesses fungiert Triphenylphosphin sowohl als Ligand als auch als Reduktionsmittel. Drei Äquivalente Triphenylphosphin koordinieren mit dem Rhodiumatom und bilden einen stabilen Komplex, während das vierte Äquivalent Rhodium(III) zu Rhodium(I) reduziert. Das Endprodukt der Reaktion ist RhCl(PPh3)3 mit drei an das Rhodiumzentrum gebundenen Triphenylphosphinliganden.
Nach Abschluss der Synthese des Wilkinson-Katalysators kann man den Katalysator isolieren, indem man die Reaktionsmischung filtriert und mit Ethanol und Diethylether wäscht. Der erhaltene Feststoff wird anschließend im Vakuum getrocknet. Es ist wichtig, den Katalysator sorgfältig zu handhaben, um zu vermeiden, dass er Luft und Feuchtigkeit ausgesetzt wird, die seine Reinheit und Aktivität beeinträchtigen können.
Insgesamt bietet diese Methode eine relativ einfache und effiziente Möglichkeit, Wilkinson-Katalysatoren im großen Maßstab zu synthetisieren.
Verwendungsmöglichkeiten des Wilkinson-Katalysators
Der Wilkinson-Katalysator hat vielseitige Anwendungen in der organischen Synthese.
- Es wird häufig zur Förderung der Hydrierung ungesättigter organischer Verbindungen wie Alkene und Alkine eingesetzt.
- Der Katalysator ist entscheidend bei der Hydroformylierung, dem Prozess der Umwandlung von Alkenen in lineare Alkohole.
- Wilkinson-Katalysatoren werden häufig in der Synthese von Pharmazeutika, Agrochemikalien und Polymermaterialien eingesetzt.
- Es kann verschiedene Reaktionen fördern, einschließlich der Bildung von CC- und CO-Bindungen, die zur Synthese komplexer organischer Moleküle führen.
- Der Katalysator wird häufig in Kombination mit anderen Katalysatoren eingesetzt, um spezifische Reaktionsergebnisse zu erzielen.
Der Einsatz des Wilkinson-Katalysators führt zu effizienteren und nachhaltigeren chemischen Prozessen. Dies kann die Abfallerzeugung und den Energieverbrauch reduzieren und nachhaltige chemische Praktiken fördern.
Fragen:
Wilkinson-Katalysator-Hybridisierung
Bei der Hybridisierung des Wilkinson-Katalysators (RhCl(PPh3)3) wird das zentrale Rhodiumatom hybridisiert, um chemische Bindungen mit den umgebenden Atomen einzugehen.
Das Rhodiumatom im Wilkinson-Katalysator hat eine d8-Elektronenkonfiguration, was bedeutet, dass ihm 8 Valenzelektronen für die chemische Bindung zur Verfügung stehen. In Gegenwart von drei Triphenylphosphin-Liganden (PPh3) und einem Chlorid-Liganden (Cl) bildet das Rhodiumatom einen Komplex mit einer verzerrten planar-quadratischen Geometrie.
Die Hybridisierung des Rhodiumatoms im Wilkinson-Katalysator ist eine sp3d2-Hybridisierung. Das bedeutet, dass das Rhodiumatom fünf Atomorbitale, darunter ein 4s-Orbital, drei 4p-Orbitale und ein 4d-Orbital, verwendet, um fünf sp3d2-Hybridorbitale zu bilden.
Im Wilkinson-Katalysator unterliegen die zentralen Rhodiumatome einer sp3d2-Hybridisierung, was zu fünf Hybridorbitalen führt. Eines dieser Hybridorbitale bildet eine Sigma-Bindung mit dem Chloridliganden, während die übrigen vier Hybridorbitale Sigma-Bindungen mit den drei Triphenylphosphinliganden bilden. Zwei der 4d-Orbitale des Rhodiumatoms bilden Pi-Bindungen mit den Liganden und vervollständigen so die Koordinationssphäre.
Insgesamt ermöglicht die sp3d2-Hybridisierung des Rhodiumatoms im Wilkinson-Katalysator eine starke chemische Bindung mit den umgebenden Liganden, was für seine Wirksamkeit als homogener Katalysator in verschiedenen organischen Reaktionen entscheidend ist.
Selektivität des Wilkinson-Katalysators
Der Wilkinson-Katalysator ist ein hochselektiver Katalysator, der häufig in der organischen Synthese eingesetzt wird, um spezifische Reaktionsergebnisse zu erzielen. Der Katalysator weist aufgrund seiner einzigartigen elektronischen und sterischen Eigenschaften eine hohe Selektivität auf, die es ihm ermöglichen, zwischen verschiedenen Arten von Reaktanten und Zwischenprodukten zu unterscheiden.
Bei Hydrierungsreaktionen beispielsweise zeigte der Wilkinson-Katalysator eine hohe Selektivität für die Reduktion von C=C-Bindungen in Gegenwart anderer funktioneller Gruppen, wie C=O- und C≡C-Bindungen. . Diese Selektivität resultiert aus den elektronischen Eigenschaften des Iridiumions, die es ihm ermöglichen, bevorzugt mit der C=C-Bindung zu interagieren und deren Reduktion zu fördern.
In ähnlicher Weise zeigt der Wilkinson-Katalysator bei Hydroformylierungsreaktionen eine Selektivität für die Bildung linearer Aldehyde anstelle verzweigter oder zyklischer Aldehyde. Diese Selektivität ergibt sich aus den sterischen Eigenschaften der Liganden, die dabei helfen, die Ausrichtung der Reaktanten und Zwischenprodukte während der Reaktion zu steuern.
Wilkinsons Katalysatorformel
Die Formel für Wilkinsons Katalysator lautet RhCl(PPh3)3 und stellt den Komplex dar, der zwischen dem Rhodiumatom (Rh), einem Chloridion (Cl) und drei Triphenylphosphinliganden (PPh3) gebildet wird.
Im Wilkinson-Katalysator weist das Rhodiumatom aktiv die Oxidationsstufe +1 auf und bildet Koordinationsbindungen mit dem Chloridion und drei Triphenylphosphinliganden. Die Chloridionen- und Triphenylphosphinliganden fungieren als Elektronendonoren und stabilisieren den Komplex aktiv durch Wechselwirkung mit dem Rhodiumatom.
Triphenylphosphinliganden bestehen aus drei Phenylringen, die an ein zentrales Phosphoratom gebunden sind, das an das Rhodiumatom gebunden ist. Diese Liganden spielen eine entscheidende Rolle bei der Stabilisierung des Komplexes und der Beeinflussung seiner Reaktivität in verschiedenen organischen Reaktionen.
Die Gesamtformel für den Wilkinson-Katalysator, RhCl(PPh3)3, gibt die Stöchiometrie des Komplexes und die Art der beteiligten Liganden und des zentralen Metallatoms an.