Kobalt-tetrakarbonil-hidrid

A kobalt-tetrakarbonil-hidrid fémorganikus vegyület, képlete HCo(CO)₄. Szobahőmérsékleten sárga színű folyadék, gőze színtelen és elviselhetetlen szagú. Főként hidroformilezési reakciókban használják katalizátorként.

Szerkezete és tulajdonságai

Molekulaszerkezete trigonális bipiramisos. A hidrid ligandum foglalja el az egyik axiális (tengelyirányú) helyzetet, így a molekula szimmetriája C_3v. A Co−CO és a H−Co kötések hosszát gázfázisú elektrondiffrakcióval határozták meg, ezek értékei rendre 176,4 és 155,6 pm. A vegyületben a kobalt oxidációs száma +1.

Mint pár másik fém-karbonil-hidrid vegyület, a HCo(CO)₄ savas kémhatású, pK_a értéke 8,5. Olvadáspontja −33 °C, e hőmérséklet körül dikobalt-oktakarbonilra (Co₂(CO)₈) és hidrogéngázra (H₂) bomlik. Tercier foszfinokkal szubsztitúciós reakcióba lép. Például trifenilfoszfinnal HCo(CO)₃PPh₃ és HCo(CO)₂(PPh₃)₂ képletű vegyületeket ad. Ezek a származékok stabilabbak a kobalt-tetrakarbonil-hidridnél, kevésbé savasak annál, és iparilag is hasznosítják őket.

Előállítása

Elsőként Hieber írta le az 1930-as évek elején. Ez volt a másodikként felfedezett átmenetifém-hidrid (a vas-tetrakarbonil-hidrid után). Gyártása dikobalt-oktakarbonilból indul ki. Ezt először nátriumamalgámmal, vagy más hasonló hatású redukálószerrel reagáltatják:

$\mathrm{C}{\mathrm{o}}_{\mathrm{2}}{\left(CO\right)}_{\mathrm{8}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{o}{\left(CO\right)}_{\mathrm{4}}$

Második lépésként valamilyen savat adnak hozzá:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{o}{\left(CO\right)}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}^{\mathrm{+}}\mathrm{\to }\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{o}{\left(CO\right)}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{N}{\mathrm{a}}^{\mathrm{+}}$

Sósavval például a következő reakció játszódik le:

$\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{o}{\left(CO\right)}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{\to }\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{o}{\left(CO\right)}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Mivel a kobalt-tetrakarbonil-hidrid könnyen elbomlik, általában in situ állítják elő a dikobalt-oktakarbonil hidrogénezésével.

$\mathrm{C}{\mathrm{o}}_{\mathrm{2}}{\left(CO\right)}_{\mathrm{8}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\rightleftharpoons }\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{o}{\left(CO\right)}_{\mathrm{4}}$

Az egyensúlyi reakció termodinamikai paramétereit infravörös spektroszkópiával határozták meg, ΔH = 4,054 kcal mol⁻¹, ΔS = −3,067 cal mol⁻¹ K⁻¹ értékeket kaptak.

Felhasználása

A kobalt-tetrakarbonil-hidrid volt az első iparilag is felhasznált átmenetifém-hidrid. 1953-ban találtak bizonyítékot, hogy ez az aktív katalizátor az alkének, szén-monoxid és hidrogén aldehidekké történő alakításának (úgynevezett hidroformilezés vagy oxoszintézis). Bár a kobalt-alapú hidroformilezést azóta nagyrészt felváltották a ródium-alapú katalizátorok, a világon a C₃–C₁₈ aldehidek termeléséhez még mindig használnak kobalt-tetrakarbonil-hidridet (évente kb. 100 000 tonnát, a teljes termelés 2%-át állítják elő ezzel a módszerrel).