Μεθυλολίθιο

Τετραμερής δομή

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.

Εξαγωνική δομή

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.

Παραγωγή

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.

Χημική δραστικότητα

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.

Με νερό

Το μεθυλολίθιο αντιδρά βίαια με το νερό (H₂O), παράγοντας υδροξείδιο του λιθίου (LiΟΗ) και μεθάνιο (CH₄):

Με διοξείδιο του άνθρακα

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂), παράγοντας (τελικά με οξύνιση) αιθανικό οξύ (CH₃COOH):

Με αλκυλαλογονίδια

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλκυλαλογονίδια (RX), μεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας μεθυλιωμένα αλκάνια (RMe):

Με οργανοπολυαλογονίδια

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με οργανοπολυαλογονίδια, πολυμεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας πολυμεθυλιωμένα αλκάνια. Π.χ.:

Με αλκοόλες

Το μεθυλολίθιο αντιδρά βίαια με αλκοόλες (ROH), παράγοντας το αντίστοιχο αλκοολικό λίθιο (ROLi) και μεθάνιο (CH₄):

Με μεθανάλη

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με τη μεθανάλη (HCHO), μεθυλιώνοντάς τη και παράγοντας αιθανόλη (EtOH):

Με αλδεΰδες

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλδεΰδες (RCHO), μεθυλιώνοντάς τες και παράγοντας δευτεροταγείς μεθυλαλκοόλες (RCH(OH)Me):

Με κετόνες

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με κετόνες (RCOR'), μεθυλιώνοντάς τες και παράγοντας τριτοταγείς μεθυλαλκοόλες (RC(Me)(OH)R'):

Με οξιράνιο

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με το οξιράνιο, παράγοντας (τελικά με οξύνιση) 1-προπανόλη (CH₃CH₂CH₂OH):

Με νιτρίλια

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με νιτρίλια (RCN), μεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας (τελικά με οξύνιση) μεθυλοκετόνες (RCOMe):

Με καρβοξυλικούς εστέρες

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με καρβοξυλικούς εστέρες (RCOOR'), μεθυλιώνοντάς τες και παράγοντας μεθυλοκετόνες (RCOMe):

Με αλαμίνες

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλαμίνες (π.χ. NH₂X), μεθυλιώνοντάς τες και παράγοντας μεθυλαμίνες (π.χ. CH₃NH₂). Π.χ.:

Με σιλυλαλογονίδια

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με σιλυλαλογονίδια [SiᵥH₂ᵥ₊₁X], μεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας μεθυλοσιλάνια [SiᵥH₂ᵥ₊₁CH₃]. Π.χ.:

Με φωσφυλαλογονίδια

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλοφωσφίνες (π.χ. PH₂X), μεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας μεθυλοφωσφίννες (π.χ. CH₃PH₂). Π.χ.:

Με τριαλογονίδια του φωσφόρου

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με τριαλογονίδια του φωσφόρου (PX₃), τριμεθυλιώνοντάς τα και παράγοντας τριμεθυλοφωσφίνη [(CH₃)₃P]:

Με πενταλογονίδια του φωσφόρου

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με πενταλογονίδια του φωσφόρου (PX₅), πενταμεθυλιώνοντάς τα, παράγοντας πενταμεθυλοφωσφoράνιο [(CH₃)₅P]:

Με χλωριούχο υδράργυρο

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με αλογονούχο υδράργυρο (HgΧ₂), διμεθυλιώνοντάς τον, παράγοντας διμεθυλοϋδράργυρο [Hg(CH₃)₂]:

Με χλωριούχο μόλυβδο

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με το χλωριούχο μόλυβδο (PbCl₂), τετραμεθυλιώνοντάς τον, παράγοντας τετραμεθυλομόλυβδο [Pb(CH₃)₄]:

Με τετραχλωριούχο ζιρκόνιο

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με τετραχλωριούχο ζιρκόνιο (ZrCl₄), εξαμεθυλιώνοντάς το και παράγοντας εξαμεθυλοζιρκονιούχο διλίθιο [Li₂[Zr(CH₃)₆] :

Με μεθυλένιο

Το μεθυλολίθιο αντιδρά με μεθυλένιο ([:CH₂]), σχηματίζοντας αιθυλολίθιο (EtLi):