Осмиум тетроксид

Осмиум тетроксид (или осмиум(VIII) оксид) — хемиско соединение со формулата OsO<sub>4</sub>. Соединението е значајно за неговите многубројни намени и покрај неговата токсичност и реткост на осмиумот. Исто така, има голем број на необични својства, една од нив е дека цврстото е испарливо. Соединението е безбојно, но повеќето примероци изгледаат жолти. Ова најверојатно се должи на присуството на нечистотија OsO<sub>2</sub>, која има жолто-кафеава боја. Во биологијата, неговата особина да се врзува за липидите го направила широко употребувана дамка во електронската микроскопија.
1 Физички својства
Осмиум(VIII) оксид формира моноклинични кристали. Има карактеристичен остар мирис сличен на хлор. Името на елементот осмиум е изведено од osme, грчки за мирис. OsO<sub>4</sub> iе испарлив: се сублимира на собна температура. Растворлив е во широк спектар на органски растворувачи. Исто така е умерено растворлив во вода, со која реагира реверзибилно за да формира осминска киселина (види подолу). Чистиот осмиум(VIII) оксид е веројатно безбоен и се претпоставува дека неговата жолта нијанса се должи на нечистотиите од осмиум диоксид (OsO<sub>2</sub>). TМолекулата на осмиум тетрооксид е тетраедрална и затоа неполарна. Оваа неполарност му помага на OsO<sub>4</sub> да навлезе во наелектризираните клеточни мембрани. OsO<sub>4</sub> е 518 пати повеќе растворлив во јаглерод тетрахлорид отколку во вода.
2 Структура и електронска конфигурација
Осмиум во OsO<sub>4</sub> има оксидационен број VIII; сепак, металот нема соодветен полнеж од 8+ бидејќи врската во соединението е во голема мера ковалентна по карактер (енергијата на јонизација потребна за да се произведе формално до полнеж од 8+, исто така, далеку ги надминува енергиите достапни во нормалните хемиски реакции). Атомот на осмиум покажува двојни врски со четирите оксидни лиганди, што резултира со комплекс од 16 електрони. Ова е изоелектронски со перманганат и хромат јони.
3 Синтеза
OsO<sub>4</sub> се формира бавно кога прашокот на осмиум реагира со O<sub>2</sub> на амбиентална температура. Реакцијата на масовната цврстина бара загревање до 400 °C.:Os + 2O2 ->[\Delta T] OsO4
4 Реакции
4.1 Оксидација на алкени
Алкените се додаваат во OsO<sub>4</sub> за да дадат диолат видови кои се хидролизираат во цис-диоли. Нето-процесот се нарекува дихидроксилација. Ова продолжува преку [3 + 2] реакција на циклоадиција помеѓу OsO<sub>4</sub> и алкен за да се формира среден осматен естер кој брзо се хидролизира за да го добие вициналниот диол. Како што атомите на кислород се додаваат во усогласен чекор, добиената стереохемија е cis.
:
OsO<sub>4</sub>е скап и многу токсичен, што го прави непривлечен реагенс за употреба во стехиометриски количини. Сепак, неговите реакции се каталитички со додавање на реоксиданти за реоксидација на нус-производот Os(VI) назад во Os(VIII). Типични реагенси вклучуваат H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> (Milas хидроксилација), N-метилморфолин N-оксид (Upjohn дихидроксилација) и K<sub>3</sub>Fe(CN)<sub>6</sub>/вода. Овие реоксиданти не реагираат сами со алкените. Други соединенија на осмиум може да се користат како катализатори, вклучувајќи соли на осмат(VI) ​​соли ([OsO<sub>2</sub>(OH)<sub>4</sub>)]<sup>2−</sup>, и осмиум трихлорид хидрат (OsCl<sub>3</sub>·''x''H<sub>2</sub>O). Овие видови оксидираат до осмиум (VIII) во присуство на такви оксиданти.
Луисовите бази како што се терциерните амини и пиридините ја зголемуваат стапката на дихидроксилација. Ова „забрзување на лигандот“ настанува преку формирање на аддукт OsO<sub>4</sub>L, кој побрзо се додава на алкенот. Ако аминот е хирален, тогаш дихидроксилацијата може да продолжи со енантиоселективност (види Sharpless асиметрична дихидроксилација). OsO<sub>4</sub> не реагира со повеќето јаглени хидрати.
Процесот може да се прошири за да се добијат два алдехиди во оксидацијата Lemieux-Johnson, која користи перјодат за да постигне расцеп на диол и да го регенерира каталитичкото оптоварување на OsO<sub>4</sub>. Овој процес е еквивалентен на оној на озонолизата.
:
4.2 Координативна хемија
OsO<sub>4</sub> е Луисова киселина и благ оксиданс. Тој реагира со алкален воден раствор за да го добие перосматниот анјон . Овој вид лесно се сведува на осмат анјон, .
Кога Луисовата база е амин, се формираат и адукти. Така OsO<sub>4</sub> може да се складира во форма на осмет, во кој OsO<sub>4</sub> е комплексен со хексамин. Осметот може да се раствори во тетрахидрофуран (THF) и да се разреди во воден пуфер раствор за да се добие разреден (0,25%) работен раствор на OsO<sub>4</sub>.
Со tert-BuNH<sub>2</sub>, се добива имидо дериват:
:OsO<sub>4</sub> + Me<sub>3</sub>CNH<sub>2</sub> → OsO<sub>3</sub>(NCMe<sub>3</sub>) + H<sub>2</sub>O
Слично, со NH<sub>3</sub> се добива нитридо комплекс:
:OsO<sub>4</sub> + NH<sub>3</sub> + KOH → K[Os(N)O<sub>3</sub>] + 2 H<sub>2</sub>O
[Os(N)O<sub>3</sub>]<sup>−</sup> анјонот е изоелектичен и изоструктурен со OsO<sub>4</sub>.
OsO<sub>4</sub> е многу растворлив во tert-бутил алкохол. Во раствор, тој лесно се редуцира со водород до метал на осмиум. Суспендираниот метал на осмиум може да се користи за катализирање на хидрогенизација на широк спектар на органски хемикалии кои содржат двојни или тројни врски.
:OsO<sub>4</sub> + 4 H<sub>2</sub> → Os + 4 H<sub>2</sub>O
OsO<sub>4</sub> се подложува на „редуктивна карбонилација“ со јаглерод моноксид во метанол на 400 К и 200 sbar за да се произведе триаголниот кластер Os<sub>3</sub>(CO)<sub>12</sub>:
:3 OsO<sub>4</sub> + 24 CO → Os<sub>3</sub>(CO)<sub>12</sub> + 12 CO<sub>2</sub>
4.2.1 Оксофлуориди
Осмиумот формира неколку оксофлуориди, од кои сите се многу чувствителни на влага. Виолетова ''cis''-OsO<sub>2</sub>F<sub>4</sub> се формира на 77 K во безводен раствор на HF:: OsO<sub>4</sub> + 2 KrF<sub>2</sub> → ''cis''-OsO<sub>2</sub>F<sub>4</sub> + 2 Kr + O<sub>2</sub>
OsO<sub>4</sub> исо така реагира со F<sub>2</sub> и формира жолт OsO<sub>3</sub>F<sub>2</sub>:: 2 OsO<sub>4</sub> + 2 F<sub>2</sub> → 2 OsO<sub>3</sub>F<sub>2</sub> + O<sub>2</sub>
OsO<sub>4</sub> реагира еквивалентно со [Me<sub>4</sub>N]F на 298 K и со 2 еквиваленти на 253 K:: OsO<sub>4</sub> + [Me<sub>4</sub>N]F → [Me<sub>4</sub>N][OsO<sub>4</sub>F]
: OsO<sub>4</sub> + 2 [Me<sub>4</sub>N]F → [Me<sub>4</sub>N]<sub>2</sub>[''cis''-OsO<sub>4</sub>F<sub>2</sub>]
5 Употреба
5.1 Органска синтеза
Во органската синтеза, OsO<sub>4</sub> е широко користен за оксидација на алкените во соседни диоли, додавајќи две хидроксилни групи на истата страна (syn адиција). Видете реакција и механизам погоре. Оваа реакција е направена и каталитичка (Upjohn дихидроксилација) и асиметрична (Sharpless асиметрична дихидроксилација).
Осмиум(VIII) оксидот исто така се користи во каталитички количества при оксиаминацијата на Sharpless за да се добијат вицинални амино-алкохоли.
Во комбинација со натриум перjодат, OsO<sub>4</sub> се користи за оксидативно расцепување на алкените (Lemieux-Johnson оксидација) кога перјодатот служи и за расцепување на диолот формиран со дихидроксилација и за реоксидација на OsO<sub>3</sub> назад во OsO<sub>4</sub>. T Нето трансформацијата е идентична со онаа што се создава со озонолиза. Подолу е пример од вкупната синтеза на Isosteviol.
5.2 Биолошко боење
OsO<sub>4</sub> OsO4 е широко користен агенс за боење што се користи во преносната електронска микроскопија (TEM) за да обезбеди контраст на сликата. TОвој метод на боење може да биде познат и во литературата како метод OTO Овој метод на боење може да биде познат и во литературата како метод OTO. Како липидна дамка, исто така е корисна за скенирање на електронска микроскопија (SEM) како алтернатива на распрсканата обвивка. Вградува тежок метал директно во клеточните мембрани, создавајќи висока стапка на расејување на електрони без потреба од обложување на мембраната со слој од метал, што може да ги прикрие деталите на клеточната мембрана. При боење на плазматската мембрана, осмиум(VIII) оксидот ги врзува областите на главата на фосфолипидите, со што се создава контраст со соседната протоплазма (цитоплазма). Дополнително, осмиум(VIII) оксид се користи и за фиксирање на биолошки примероци во врска со HgCl<sub>2</sub>. Неговите способности за брзо убивање се користат за брзо убивање живи примероци како што се протозои. OsO<sub>4</sub> стабилизира многу белковини со тоа што ги трансформира во гелови без да ги уништи структурните одлики. Ткивните белковини кои се стабилизираат со OsO<sub>4</sub> не се коагулираат со алкохол за време на дехидрација. Осмиум(VIII) оксидот се користи и како дамка за липиди во оптичката микроскопија. OsO4 исто така ја обојува човечката рожница (види безбедност).
5.3 Боење на полимер
Исто така, се користи за преференцијално боење на кополимери, а најпознат пример се блок кополимерите каде што една фаза може да се обои за да се покаже микроструктурата на материјалот. На пример, блок кополимерите на стирен-бутадиен имаат централен полибутадиенски ланец со полистиренски крајни капачиња. Кога се третира со OsO<sub>4</sub>, матрицата на бутадиен реагира преференцијално и така го апсорбира оксидот. Присуството на тежок метал е доволно за да го блокира електронскиот сноп, така што полистиренските домени се гледаат јасно во тенки филмови во ТЕМ.
5.4 Рафинирање на осмиумска руда
OsO<sub>4</sub> е посредник во екстракцијата на осмиумот од неговите руди. Остатоците што содржат осмиум се третираат со натриум пероксид (Na<sub>2</sub>O<sub>2</sub>) формирајќи Na<sub>2</sub>[OsO<sub>4</sub>(OH)<sub>2</sub>], кој е растворлив. Кога е изложена на хлор, оваа сол дава OsO<sub>4</sub>. IВо последните фази на рафинирање, суровиот OsO<sub>4</sub> се раствора во алкохолен NaOH формирајќи Na<sub>2</sub>[OsO<sub>2</sub>(OH)<sub>4</sub>], кој, кога е третиран со NH<sub>4</sub>Cl, дава (NH<sub>4</sub>)<sub>4</sub>[OsO<sub>2</sub>Cl<sub>2</sub>].Оваа сол се редуцира под водорот за да даде осмиум.
5.5 Адукт на бакминстерфулерен
OsO<sub>4</sub> овозможи да се потврди моделот на фудбалска топка на бакминстерфулерен, јаглероден алотроп со 60 атоми. Адуктот, формиран од дериват на OsO<sub>4</sub>, беше C<sub>60</sub>(OsO<sub>4</sub>)(4-''tert''-бутилпиридин)<sub>2</sub>. Адуктот ја прекина симетријата на фулеренот, овозможувајќи кристализација и потврда на структурата на C<sub>60</sub>со рендгенска кристалографија.
6 Безбедност
OsO<sub>4</sub> е многу отровен. Особено, вдишувањето во концентрации далеку под оние во кои може да се воочи мирис може да доведе до пулмонален едем и последователна смрт. Забележливите симптоми може да потраат неколку часа за да се појават по изложувањето.
OsO<sub>4</sub> неповратно ќе ја обои човечката рожница, што може да доведе до слепило. Дозволената граница на изложеност за осмиум(VIII) оксид (временски пондериран просек од 8 часа) е 2 µg/m<sup>3</sup>. Осмиум(VIII) оксидот може да навлезе во пластиката и пакувањето на храната и затоа мора да се чува во стакло на ладно.
На 6 април 2004 година, британските разузнавачки извори веруваа дека спречиле заговор на симпатизери на Ал Каеда да активираат бомба во која учествувал и OsO<sub>4</sub>. Експертите со кои разговараше New Scientist ја потврдија токсичноста на оксидот на осмиум (VIII), иако некои ги истакнаа тешкотиите при неговото користење во оружје: оксидот на осмиум (VIII) е многу скап, може да се уништи со експлозија, а преостанатите токсични испарувања исто така може да се распрснуваат. со експлозија.