De Wilkinson-katalysator of RhCl(PPh3)2 is een zeer actieve homogene katalysator die wordt gebruikt bij organische synthese, vooral voor hydrogeneringsreacties. Het bestaat uit een rhodiumcomplex met fosfineliganden.
| IUPAC-naam | Chloridotris(trifenylfosfine)rhodium(I) |
| Moleculaire formule | C54H45ClP3Rh |
| CAS-nummer | 14694-95-2 |
| Synoniemen | Rodiumtrifenylfosfinechloridecomplex, Wilkinson-katalysator, RhCl(PPh3)3, rhodium(I)trifenylfosfinechloridecomplex, rhodiumtrifenylfosfinechloride, rhodiumtrifenylfosfinechloride |
| 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 |
Wilkinson Katalysator Molaire Massa
De molaire massa van de Wilkinson-katalysator, ook bekend als RhCl(PPh3)2, is 925,08 g/mol. Deze waarde is afgeleid van de som van de atoommassa’s van de samenstellende elementen van het complex, waaronder rhodium, chloor, koolstof, waterstof en fosfor. De molaire massa van de Wilkinson-katalysator is een belangrijke parameter bij het bepalen van de hoeveelheid katalysator die nodig is voor een bepaalde reactie.
Kookpunt van Wilkinson-katalysator
De Wilkinson-katalysator wordt doorgaans als homogene katalysator gebruikt en heeft daarom geen goed gedefinieerd kookpunt. De ontledingstemperatuur zou echter rond de 180°C liggen. Bij hogere temperaturen kan de Wilkinson-katalysator ontleden en zijn katalytische activiteit verliezen.
Smeltpunt van de Wilkinson-katalysator
Het smeltpunt van de Wilkinson-katalysator, ook bekend als RhCl(PPh3)3, ligt ongeveer 207-209°C. Deze waarde kan enigszins variëren, afhankelijk van de zuiverheid van de katalysator en de meetmethode.
Dichtheid van Wilkinson-katalysator g/ml
De dichtheid van de Wilkinson-katalysator zou ongeveer 1,4 g/ml zijn. Deze waarde kan ook variëren afhankelijk van de zuiverheid van de katalysator en de meetmethode.
Moleculair gewicht van de Wilkinson-katalysator
Het molecuulgewicht van de Wilkinson-katalysator, ook bekend als RhCl(PPh3)3, is 925,08 g/mol. Deze waarde wordt berekend door de atoomgewichten van de atomen waaruit het complex bestaat op te tellen. Het molecuulgewicht is belangrijk bij het bepalen van de stoichiometrie van reacties waarbij de katalysator betrokken is.
Structuur van de Wilkinson-katalysator
De structuur van de Wilkinson-katalysator, of RhCl(PPh3)3, bestaat uit een rhodiumatoom gecoördineerd met drie trifenylfosfineliganden (PPh3) en een chloride-ion (Cl-). Het complex heeft een vierkante, vlakke geometrie, met het rhodiumatoom in het midden en de vier liganden eromheen in een plat vlak. PPh3-liganden zijn belangrijk voor het stabiliseren van het complex en het vergemakkelijken van de reactiviteit ervan bij organische synthese.
De katalysatorformule van Wilkinson
De formule voor de Wilkinson-katalysator is RhCl(PPh3)3. Deze formule vertegenwoordigt de stoichiometrie van het complex, wat aangeeft dat er één rhodiumatoom, één chloride-ion en drie trifenylfosfineliganden in het complex aanwezig zijn. De formule is belangrijk voor het bepalen van de hoeveelheid katalysator die nodig is voor een bepaalde reactie, maar ook voor het berekenen van de theoretische opbrengst van het product.
| Verschijning | Donkerrode kristallijne vaste stof |
| Soortelijk gewicht | 1,4 g/ml |
| Kleur | Donkerrood |
| Geur | Geurloos |
| Molaire massa | 925,08 g/mol |
| Dikte | 1,4 g/ml |
| Fusie punt | 207-209°C |
| Kookpunt | Ontleedt bij ~180°C |
| Flitspunt | Niet toepasbaar |
| oplosbaarheid in water | Onoplosbaar |
| Oplosbaarheid | Oplosbaar in organische oplosmiddelen zoals benzeen, tolueen en chloroform |
| Dampdruk | Niet toepasbaar |
| Dampdichtheid | Niet toepasbaar |
| pKa | Niet toepasbaar |
| pH | Niet toepasbaar |
Opmerking: de waarden in deze tabel zijn bij benadering en kunnen variëren afhankelijk van de informatiebron.
Veiligheid en gevaren van de Wilkinson-katalysator
Wanneer u met Wilkinson’s katalysator werkt, is het belangrijk om de juiste veiligheidsmaatregelen te nemen om mogelijke gevaren te voorkomen. Het complex wordt niet als zeer giftig beschouwd, maar moet toch met zorg worden gehanteerd om accidentele inname of inademing te voorkomen. Blootstelling aan ogen of huid moet worden vermeden en geschikte beschermende uitrusting, zoals handschoenen en een veiligheidsbril, moet worden gedragen bij het hanteren van de katalysator. Bovendien moet Wilkinson’s katalysator worden opgeslagen in een koele, droge, goed geventileerde ruimte, uit de buurt van hitte- of vlammenbronnen. Het afvoeren van ongebruikte katalysator dient te gebeuren in overeenstemming met de plaatselijke regelgeving.
| Gevarensymbolen | Geen toegewezen |
| Beveiligingsbeschrijving | S22: Stof/rook/gas/nevel/damp/aërosolen niet inademen. S24/25: Vermijd contact met huid en ogen. S36/37/39: Draag geschikte beschermende kleding, handschoenen en oog-/gezichtsbescherming. |
| VN-identificatienummers | Niet toepasbaar |
| HS-code | 28500090 |
| Gevarenklasse | Niet toepasbaar |
| Verpakkingsgroep | Niet toepasbaar |
| Toxiciteit | Lage toxiciteit; wordt niet als zeer giftig beschouwd, maar moet toch met zorg worden gehanteerd om accidentele inname of inademing te voorkomen |
Wilkinson-katalysatorsynthesemethoden
De algemeen gebruikte methode voor het synthetiseren van Wilkinson’s katalysator omvat het behandelen van rhodium (III) chloridehydraat met een overmaat trifenylfosfine in onder terugvloeiing kokende ethanol. Deze methode kan als volgt worden uitgevoerd:
Los eerst het gehydrateerde rhodium(III)chloride op in ethanol om een oplossing te vormen. Voeg vervolgens een overmaat trifenylfosfine toe aan de oplossing en laat het mengsel enkele uren onder terugvloeikoeling koken. Controleer de oplossing op de vorming van de katalysator, die kan worden geïdentificeerd door een kleurverandering van geel naar rood.
Tijdens het syntheseproces werkt trifenylfosfine zowel als ligand als als reductiemiddel. Drie equivalenten trifenylfosfine coördineren met het rhodiumatoom om een stabiel complex te vormen, terwijl het vierde equivalent rhodium(III) reduceert tot rhodium(I). Als resultaat is het eindproduct van de reactie RhCl(PPh3)3, waarbij drie trifenylfosfineliganden aan het rhodiumcentrum zijn gebonden.
Na voltooiing van de synthese van de Wilkinson-katalysator kan men de katalysator isoleren door het reactiemengsel te filtreren en te wassen met ethanol en diethylether. De verkregen vaste stof wordt vervolgens onder vacuüm gedroogd. Het is essentieel om voorzichtig met de katalysator om te gaan om blootstelling aan lucht en vocht te voorkomen, wat de zuiverheid en activiteit ervan in gevaar kan brengen.
Over het geheel genomen biedt deze methode een relatief eenvoudige en efficiënte manier om Wilkinson-katalysator op grote schaal te synthetiseren.
Gebruik van Wilkinson-katalysator
De Wilkinson-katalysator heeft veelzijdige toepassingen in de organische synthese.
- Het wordt veel gebruikt om de hydrogenering van onverzadigde organische verbindingen zoals alkenen en alkynen te bevorderen.
- De katalysator is cruciaal bij hydroformylering, het proces waarbij alkenen worden omgezet in lineaire alcoholen.
- Wilkinson-katalysatoren worden veel gebruikt bij de synthese van farmaceutische producten, landbouwchemicaliën en polymere materialen.
- Het kan verschillende reacties bevorderen, waaronder de vorming van CC- en CO-bindingen, wat leidt tot de synthese van complexe organische moleculen.
- De katalysator wordt vaak gebruikt in combinatie met andere katalysatoren om specifieke reactieresultaten te bereiken.
Het gebruik van de katalysator van Wilkinson leidt tot efficiëntere en duurzamere chemische processen. Dit kan de afvalproductie en het energieverbruik verminderen en duurzame chemische praktijken bevorderen.
Vragen:
Wilkinson-katalysatorhybridisatie
Bij hybridisatie van de Wilkinson-katalysator (RhCl(PPh3)3) ondergaat het centrale rhodiumatoom hybridisatie om chemische bindingen te vormen met de omringende atomen.
Het rhodiumatoom in de Wilkinson-katalysator heeft een d8-elektronenconfiguratie, wat betekent dat er 8 valentie-elektronen beschikbaar zijn voor chemische binding. In aanwezigheid van drie trifenylfosfine (PPh3) liganden en één chloride (Cl) ligand vormt het rhodiumatoom een complex met een vervormde planaire vierkante geometrie.
De hybridisatie van het rhodiumatoom in de Wilkinson-katalysator is een sp3d2-hybridisatie. Dit betekent dat het rhodiumatoom vijf atoomorbitalen gebruikt, waaronder één 4s-orbitalen, drie 4p-orbitalen en één 4d-orbitalen, om vijf sp3d2-hybride orbitalen te vormen.
In de Wilkinson-katalysator ondergaan de centrale rhodiumatomen sp3d2-hybridisatie, wat resulteert in vijf hybride orbitalen. Eén van deze hybride orbitalen vormt een sigmabinding met de chlorideligand, terwijl de overige vier hybride orbitalen sigmabindingen vormen met de drie trifenylfosfineliganden. Twee van de 4d-orbitalen van het rhodiumatoom vormen pi-bindingen met de liganden, waardoor de coördinatiesfeer wordt voltooid.
Over het geheel genomen maakt de sp3d2-hybridisatie van het rhodiumatoom in de Wilkinson-katalysator een sterke chemische binding met de omringende liganden mogelijk, wat cruciaal is voor de effectiviteit ervan als homogene katalysator in verschillende organische reacties.
Selectiviteit van Wilkinson-katalysator
De Wilkinson-katalysator is een zeer selectieve katalysator die vaak wordt gebruikt in de organische synthese om specifieke reactieresultaten te bereiken. De katalysator vertoont een hoge selectiviteit vanwege zijn unieke elektronische en sterische eigenschappen, waardoor hij onderscheid kan maken tussen verschillende soorten reactanten en tussenproducten.
Bij hydrogeneringsreacties is bijvoorbeeld aangetoond dat Wilkinson’s katalysator een hoge selectiviteit vertoont voor de reductie van C=C-bindingen in aanwezigheid van andere functionele groepen, zoals C=O- en C≡C-bindingen. . Deze selectiviteit is het resultaat van de elektronische eigenschappen van het iridiumion, waardoor het bij voorkeur kan interageren met de C=C-binding en de reductie ervan kan bevorderen.
Op soortgelijke wijze vertoont de Wilkinson-katalysator bij hydroformyleringsreacties selectiviteit voor de vorming van lineaire aldehyden, in plaats van vertakte of cyclische aldehyden. Deze selectiviteit komt voort uit de sterische eigenschappen van de liganden, die helpen de oriëntatie van reactanten en tussenproducten tijdens de reactie te controleren.
De katalysatorformule van Wilkinson
De formule voor de katalysator van Wilkinson is RhCl(PPh3)3, wat het complex voorstelt dat wordt gevormd tussen het rhodiumatoom (Rh), een chloride-ion (Cl) en drie trifenylfosfineliganden (PPh3).
In de Wilkinson-katalysator vertoont het rhodiumatoom actief een +1 oxidatietoestand en vormt het coördinatiebindingen met het chloride-ion en drie trifenylfosfineliganden. De chloride-ionen en trifenylfosfineliganden functioneren als elektronendonoren en stabiliseren het complex actief door interactie met het rhodiumatoom.
Trifenylfosfineliganden bestaan uit drie fenylringen bevestigd aan een centraal fosforatoom, dat gebonden is aan het rhodiumatoom. Deze liganden spelen een cruciale rol bij het stabiliseren van het complex en het beïnvloeden van de reactiviteit ervan in verschillende organische reacties.
De algemene formule voor de Wilkinson-katalysator, RhCl(PPh3)3, geeft de stoichiometrie van het complex en de aard van de betrokken liganden en het centrale metaalatoom aan.