n-butillitio

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N-butillitio
modello 3D del cluster tetramerico
Nome IUPAC
1-litiobutano
Nomi alternativi
butil litio
n-BuLi
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolare C4H9Li
Massa molecolare (u) 64,05
Aspetto solido cristallino incolore ed instabile
Numero CAS [109-72-8]
Proprietà chimico-fisiche
Densità (g/cm3, in c.s.) 0,68 (in solvente esano)
Costante di dissociazione basica a 298,15 K >1021
Solubilità in acqua reagisce violentemente, solubile in solventi organici apolari
Temperatura di fusione −76 °C (197,15 K)
Temperatura di ebollizione 60-80 °C (333,15 - 353,15 con decomposizione K)
Tensione di vapore (Pa) a 293,15 K 17,3 kPa (in solvente esano)
Indicazioni di sicurezza
Flash point −21 °C (252,15 K)
Temperatura di autoignizione 240 °C (513,15 K)
Simboli di rischio chimico
facilmente infiammabile corrosivo pericoloso per l'ambiente tossico a lungo termine irritante
Frasi H 225 - 250 - 260 - 304 - 314 - 336 - 361f - 373 - 411 - EUH014
Consigli P 210 - 222 - 223 - 231+232 - 370+378 - 422 [1][2]

Il composto chimico n-butillitio (o n-butil litio) rappresenta il più importante reagente dei composti organometallici del litio. Viene ampiamente utilizzato come iniziatore della polimerizzazione di elastomeri quali il polibutadiene o il copolimero stirene-butadiene (SBR). La sua caratteristica basicità molto forte viene sfruttata in sintesi organica. La produzione mondiale annua di butil litio e altri organolitio è stimata in 1800 tonnellate. A causa della sua instabilità all'aria, il butil litio viene normalmente commercializzato in soluzione organica, solitamente in esano, a diversa concentrazione oppure allo stato solido in atmosfera inerte protettiva.

Proprietà chimico-fisiche[modifica | modifica sorgente]

A causa del carattere piroforico del butil litio e delle sue soluzioni, la determinazione delle proprietà chimico-fisiche richiede grande cura nella protezione dall'aria. Reagisce violentemente con l'acqua formando idrossido di litio fortemente corrosivo:

C4H9Li + H2O → C4H10 + LiOH

n-BuLi reagisce anche con CO2 per dare pentanoato di litio:

C4H9Li + CO2 → C4H9CO2Li

A causa della forte differenza di elettronegatività fra gli atomi di carbonio e litio il legame C-Li è fortemente polarizzato, sebbene non sia ionico. La separazione di carica è stata stimata essere del 55-95 %. Nella descrizione pratica di alcune sintesi organiche spesso si usa indicare il composto come n-Bu-Li+.

Allo stato solido e in soluzione il butil litio, come molti organolitio, esiste come cluster formato da legami covalenti Li-Li e Li-C. La forma principale è quella tetramera Li4 che descrive un tetraedro con ai vertici atomi di litio legati al gruppo n-butilico. Il legame formatosi, a 4 centri/2 elettroni, rende la configurazione elettronica del litio più stabile. Tali strutture, allo stato solido, rendono conto della solubilità in solventi apolari di questi composti.

La stessa proprietà del litio di coordinare catene idrocarburiche multiple, usando i suoi orbitali non occupati, consente al butil litio di coordinare altri donatori σ in soluzione.

Sintesi[modifica | modifica sorgente]

La classica reazione di sintesi sfrutta n-butil bromuro (o n-butil cloruro) e litio metallico:[3]

2 Li + C4H9Br → C4H9Li + LiBr

La reazione è catalizzata dalla presenza di una impurezza di sodio (1%) presente nel litio. I solventi utilizzati per effettuare questa sintesi sono principalmente benzene, cicloesano, esano ed etere dietilico. Quando si utilizza BuBr il prodotto consiste in una soluzione omogenea contenente un cluster misto di BuLi e LiBr. Con LiCl si ottiene invece un precipitato di LiCl.

Reattività[modifica | modifica sorgente]

BuLi dà reazioni di doppio scambio con alogenuri alchilici, tipicamente con i bromuri, producendo nuovi organolitio:

C4H9Li + RBr → C4H9Br + RLi

Queste reazioni sono solitamente condotte in etere dietilico a -78 °C.

Una categoria simile di reazioni comprende la transmetallazione, dove due organometalli scambiano i loro componenti metallici. Molti esempi di tali reazioni implicano scambio del litio con lo stagno:

C4H9Li + (CH3)3Sn(C6H5) → C4H9Sn(CH3)3 + C6H5Li

Una delle proprietà del butil litio più sfruttate è la sua basicità: può deprotonare ogni idrocarburo la cui base coniugata è in qualche modo stabilizzata per delocalizzazione elettronica. Esempi includono alchil(o fenil)-acetileni, metil-fosfine e ferrocene. La stabilità termodinamica e la volatilità del butano spostano l'equilibrio verso i prodotti. La cinetica della basicità di BuLi dipende dal solvente utilizzato. Genericamente, la reazione acido-base viene così indicata:

C4H9Li + RH \rightleftharpoons C4H10 + R-Li

I ligandi che complessano Li+, come la tetrametilenediammina (TMEDA) e 1,4-diazobiciclo[2.2.2]ottano (DABCO), polarizzano il legame C-Li e accelerano la litiazione. Alcuni additivi favoriscono l'isolamento del derivato del litio, un noto esempio è rappresentato dal dilitioferrocene:

Fe(C5H5)2 + 2 C4H9Li + 2 TMEDA → C4H10 + Fe(C5H4Li)2(TMEDA)2

Gli organolitio, incluso n-BuLi, possono essere utilizzati nella sintesi di aldeidi e chetoni. Un esempio è rappresentato dalla reazione con una ammide bisostituita:

RLi + R'CON(CH3)2 → (CH3)2NLi + R'C(=O)R

Gli organolitio sono utilizzati anche nella sintesi degli alcheni. Quando riscaldati, i composti litiorganici subiscono eliminazione del β-idrogeno producendo un alchene e idruro di litio:

C4H9Li + Δ → LiH + CH3CH2CH=CH2

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ Sigma Aldrich; rev. del 17.01.2012 riferita alla soluzione 10M di n-butillitio in n-esano
  2. ^ Usare sabbia secca, prodotto chimico secco oppure schiuma resistente all'alcool per l'estinzione.
  3. ^ Brandsma, L.; Verkraijsse, H. D., Preparative Polar Organometallic Chemistry I, Berlin, Springer-Verlag, 1987, ISBN 3-540-16916-4.
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