Μεθυλολίθιο

Το μεθυλολίθιο (αγγλικά methyllithium) είναι οργανική χημική ένωση, με εμπειρικό τύπο LiCH3. Συμβολίζεται, επίσης, συχνά με τη συντομογραφία MeLi, που προέρχεται από την αγγλόφωνη ονομασία του, MethylLithium). Είναι η απολούστερη οργανολιθιακή ένωση, δηλαδή μια οργανομεταλλική ένωση. Υιοθετεί μια ολιγομερική δομή, τόσο σε κατάσταση διάλυσης, όσο και στη στερεή κατάσταση της χημικά καθαρής ένωσης. Είναι πολύ δραστική ένωση και χρησιμοποποιείται διαλυμένη σε αιθέρες (ROR'), συνήθως σε άνυδρο διαιθυλαιθέρα (|Et2O|), στη συνθετική και (ιδιαίτερα) στην Οργανομεταλλική Χημεία. Οι σχετικές εφαρμογές που χρησιμοποιούν μεθυλολίθιο απαιτούν άνυδρες συνθήκες, γιατί η ένωση αντιδρά ζωηρά με το νερό (H2O). Το οξυγόνο (O2) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) είναι επίσης ασύμβατα με το μεθυλολίθιο. Συνήθως το μεθυλολίθιο δεν παρασκευάζεται επιτόπου, αλλά παραγγέλνεται σε μορφή διαλύματος σε διάφορους αιθέρες.

 Η ονομασία «μεθυλολίθιο» προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί ένωση λιθίου και μεθυλίου (CH3). Η ονομασία «λιθιομεθάνιο» προκύπτει αν η ένωση θεωρηθεί υποκατεστημένο μεθάνιο (CH4), δηλαδή ένα άτομο υδρογόνου έχει αντικατασταθεί από Li. Οι ονομασίες «λιθιομεθανίδιο» και «μεθανίδιο του λιθίου» ουσιαστικά είναι ταυτόσημες και προκύπτουν αν η ένωση θεωρηθεί (αφού άλλωστε όντως είναι) ετεροπολική ένωση μεταξύ κατιόντος λιθίου (Li+) και ανιόντος μεθανιδίου (CH3-). Η κατάληξη «-ίδιο» αντί «-άνιο» δηλώνει την ύπαρξη καρβανιόντος, δηλαδή αρνητικά φορτισμένου ανθρακούχου ιόντος. Δύο δομές μεθυλολιθίου έχουν πιστοποιηθεί με απλή κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ και με φασματοσκοπία NMR 6Li, 7Li και 13C: Η ισχύς του δεσμού C-Li έχει εκτιμηθεί γύρω στα 57 kcal/mol με φασματοσκοπικές μετρήσεις υπερύθρου. Τα δομικά συμπλέγματα της τετραμερούς δομής μεθυλολιθίου σχηματίζουν κύβους, στις κορυφές των οποίων τοποθετούνται εναλλάξ ιόντα Li+ και CH3-. Οι αποστάσεις Li-Li είναι περίπου 269 pm, δηλαδή σχεδόν ταυτόσημες με αυτές του αερίου διλιθίου (Li2). Οι αποστάσεις C-Li είναι 231 pm. Κάθε ανιόν άνθρακα (C-) συνδέεται με τρία (3) άτομα υδρογόνου (H), με κλασσικούς ομοιοπολικούς δεσμούς σ (1s - 2sp³), καθώς και με επίσης τρία (3) ιόντα λιθίου (Li+), με ετεροπολικές έλξεις, λόγω αντίθετων ηλεκτρικών φορτίων.. Ο σχηματισμός μεθυλολιθίου σε αιθερικό περιβάλλον (δηλαδή με αντίδραση σε διάλυμα σε κάποιον αιθέρα) ευνοεί την τετραμερή δομή, που αντιπροσωπεύεται από τον τύπο (LiMe)4. Τα δομικά συμπλέγματα της εξαμερούς δομής μεθυλολιθίου σχηματίζουν εξαγωνικά πρίσματα, στις κορυφές των οποίων τοποθετούνται εναλλάξ ιόντα Li+ και CH3-. Ο σχηματισμός μεθυλολιθίου σε μεθυλαλογονικό περιβάλλον (δηλαδή με απευθείας αντίδραση μεταλλικού λιθίου σε υγρό μεθυλαλογονίδιο και όχι σε διάλυμα μεθυλαλογονιδίου σε αιθέρα) ευνοεί την εξαμερή δομή, που αντιπροσωπεύεται από τον τύπο (LiMe)6. Δεσμολογία Αυτά τα δομικά συμπλέγματα θεωρούνται ότι έχουν «χάσμα οκτάβας», αφού δεν ακολουθούν τον «κανόνα οκτάβας», επειδή τα «μόρια» αυτά δεν έχουν αρκετά ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν 4 δεσμούς γύρω από κάθε άτομο άνθρακα, σε αντιδιαστολή με τις περισσότερες οργανικές ενώσεις. Η εξαμερής δομή είναι μια «ένωση 30 ηλεκτρονίων»: Τα 18 κατανέμονται για τους ισχυρούς δεσμούς C-H και τα άλλα 12 απομένουν για τους δεσμούς Li-C και Li-Li. Υπάρχουν 6 ηλεκτρόνια για 6 διαμεταλλικούς δεσμούς και 1 ηλεκτρόνιο για κάθε αλληλεπίδραση μεθυλίου και η³-λιθίου. Το μεθυλολίθιο παράγεται με επίδραση μεταλλικού λιθίου (Li) σε μεθυλαλογονίδιο (CH3X), συνήθως παρουσία άνυδρου διαιθυλαιθέρα (|Et2O|): Αν χρησιμοποιηθεί το βρωμομεθάνιο (MeBr), όση ποσότητα από αυτό δεν πρόλαβε να αντιδράσει σχηματίζει ένα σύμπλοκο με το μεθυλολίθιο της δομής (MeBr...LiMe). Γι' αυτό, το περισσότερο μεθυλολίθιο που διακινείται εμπορικά περιέχει αυτό το σύμπλοκο. Η έκδοση «Halide free» (δηλαδή ελεύθερου από αλογονίδια) μεθυλολίθιου παράγεται με χρήση μεθυλοχλωριδίου (MeCl), ως μεθυλαλογονίδιο, που δε σχηματίζει ισχυρό σύμπλοκο με το μεθυλολίθιο και επιτρέπει το (σχετικά εύκολο) διαχωρισμό με διήθηση αρκετά καθαρού μεθυλολιθίου.. Το μεθυλολίθιο είναι μια ισχυρή βάση κατά Lewis και ένα ισχυρό πυρηνόφιλο αντιδραστήριο, εξαιτίας του αρνητικού ηλεκτρικού φορτίου που εμφανίζει το άτομο άνθρακα (C). Γι' αυτό είναι ιδιαίτερα δραστικό έναντι δεκτών ηλεκτρονίων (δηλαδή οξέων κατά Lewis) και δοτών πρωτονίων (δηλαδή κλασσικών οξέων). Σε σύγκριση με το (δραστικότερο) βουτυλολίθιο (BuLi), το μεθυλολίθιο αντιδρά μόνο πολύ αργά με το τετραϋδροφουράνιο (ΤΗF), σε θερμοκρασία δωματίου (20 °C), και τα διαλύματά του σε αιθέρα είναι σταθερά επ' αόριστον. Με το νερό και τις αλκοόλες αντιδρά βίαια. Για λόγους ασφαλείας, οι περισσότερες αντιδράσεις, που χρησιμοποιούν μεθυλολίθιο, πραγματοποπιούνται σε θερμοκρασίες μικρότερες της θεμοκρασίας δωματίου (<20 °C). Παρόλο που το μεθυλολίθιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αντιδράσεις αποπρωτονίωσης, για τέτοιες αντιδράσεις συνήθως προτιμάται το βουτυλολίθιο, γιατί είναι οικονομικότερο και πιο δραστικό. Το μεθυλολίθιο αντιδρά βίαια με το νερό (H2O), παράγοντας υδροξείδιο του λιθίου (LiΟΗ) και μεθάνιο (CH4): Το μεθυλολίθιο αντιδρά με το διοξείδιο του άνθρακα (CO2), παράγοντας (τελικά με οξύνιση) αιθανικό οξύ (CH3COOH): Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλκυλαλογονίδια (RX), μεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας μεθυλιωμένα αλκάνια (RMe): Το μεθυλολίθιο αντιδρά με οργανοπολυαλογονίδια, πολυμεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας πολυμεθυλιωμένα αλκάνια. Π.χ.: Το μεθυλολίθιο αντιδρά βίαια με αλκοόλες (ROH), παράγοντας το αντίστοιχο αλκοολικό λίθιο (ROLi) και μεθάνιο (CH4): Το μεθυλολίθιο αντιδρά με τη μεθανάλη (HCHO), μεθυλιώνοντάς τη και παράγοντας αιθανόλη (EtOH): Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλδεΰδες (RCHO), μεθυλιώνοντάς τες και παράγοντας δευτεροταγείς μεθυλαλκοόλες (RCH(OH)Me): Το μεθυλολίθιο αντιδρά με κετόνες (RCOR'), μεθυλιώνοντάς τες και παράγοντας τριτοταγείς μεθυλαλκοόλες (RC(Me)(OH)R'): Το μεθυλολίθιο αντιδρά με το οξιράνιο, παράγοντας (τελικά με οξύνιση) 1-προπανόλη (CH3CH2CH2OH): Το μεθυλολίθιο αντιδρά με νιτρίλια (RCN), μεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας (τελικά με οξύνιση) μεθυλοκετόνες (RCOMe): Το μεθυλολίθιο αντιδρά με καρβοξυλικούς εστέρες (RCOOR'), μεθυλιώνοντάς τες και παράγοντας μεθυλοκετόνες (RCOMe): Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλαμίνες (π.χ. NH2X), μεθυλιώνοντάς τες και παράγοντας μεθυλαμίνες (π.χ. CH3NH2). Π.χ.: Το μεθυλολίθιο αντιδρά με σιλυλαλογονίδια [SivH2v+1X], μεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας μεθυλοσιλάνια [SivH2v+1CH3]. Π.χ.: Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλοφωσφίνες (π.χ. PH2X), μεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας μεθυλοφωσφίννες (π.χ. CH3PH2). Π.χ.: Το μεθυλολίθιο αντιδρά με τριαλογονίδια του φωσφόρου (PX3), τριμεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας τριμεθυλοφωσφίνη [(CH3)3P]: Το μεθυλολίθιο αντιδρά με πενταλογονίδια του φωσφόρου (PX5), πενταμεθυλιώνοντάς τα, παράγοντας πενταμεθυλοφωσφoράνιο [(CH3)5P]: Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλογονούχο υδράργυρο (HgΧ2), διμεθυλιώνοντάς τον, παράγοντας διμεθυλοϋδράργυρο [Hg(CH3)2]: Το μεθυλολίθιο αντιδρά με το χλωριούχο μόλυβδο (PbCl2), τετραμεθυλιώνοντάς τον, παράγοντας τετραμεθυλομόλυβδο [Pb(CH3)4]: Το μεθυλολίθιο αντιδρά με τετραχλωριούχο ζιρκόνιο (ZrCl4), εξαμεθυλιώνοντάς το και παράγοντας εξαμεθυλοζιρκονιούχο διλίθιο [Li2[Zr(CH3)6] : Το μεθυλολίθιο αντιδρά με μεθυλένιο ([:CH2]), σχηματίζοντας αιθυλολίθιο (EtLi): SCHAUM'S OUTLINE SERIES, «ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ», Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999 «Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας» Ν. Α. Πετάση 1982 Αναστάσιου Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», Παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991 Καραγκιοζίδη Σ. Πολυχρόνη, «Ονοματολογία Οργανικών Ενώσεων στα Ελληνικά & Αγγλικά» Β΄ Έκδοση, Θεσσαλονίκη 1991 Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, «Γενική Οργανική Χημεία», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1985 Δημητρίου Ν. Νικολαΐδη, «Ειδικά Μαθήματα Οργανικής Χημείας», ΑΠΘ, θεσσαλονίκη 1983 Νικολάου Ε. Αλεξάνδρου, Αναστάσιου Βάρβογλη, Φαίδωνα Χατζημηχαλάκη, «Εργαστηριακός Οδηγός», Εκδόσεις Ζήτη, Θεσσαλονίκη 1986