Ферроцен

Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview= |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

Файл:Ferrocen-1.gif

Ферроцен — структурная формула

Ферроцен в виале

Ферроцен — одно из наиболее известных металлоорганических соединений, представитель класса сэндвичевых соединений (металлоценов). Номенклатурное название: бис-η⁵-циклопентадиенилжелезо(II) (η⁵-С₅Н₅)₂Fe.

Оранжевые кристаллы. Ферроцен возгоняется при атмосферном давлении; растворим в органических растворителях, нерастворим в воде; устойчив к действию воздуха, горячей концентрированной соляной кислоты и растворам щелочей.

Открытие

Файл:Молекула ферроцена.jpg

Молекула ферроцена — заторможенная конформация

В 1951 году Т. Кили и П. Посон, провели реакцию C₅H₅MgBr c хлоридом железа FeCl₃ с целью синтезировать новый углеводород — дициклопентадиенил. Неожиданно они получили совершенно новое, исключительно устойчивое жёлто-оранжевое кристаллическое соединение, содержащее железо. Потребовалось около года, чтобы понять, как оно построено. Было обнаружено, что атом железа расположен посередине между двумя симметричными пятичленными кольцами C₅H₅. Пятичленные кольца в молекуле свободно вращаются вокруг оси, соединяющей центры колец. Такой тип структуры получил название «сэндвичевый». Из-за сходства реакционной способности с бензолом, новое соединение было названо «ферроцен» (звуковая аналогия очевидна в английском языке: benzene — ferrocene). Структура ферроцена была установлена в 1952 году Р. Вудвордом и Дж. Уилкинсоном на основании его реакционной способности, и независимо от них — Э. Фишером на основании рентгеноструктурных данных.

Свойства

Многими исследователями было показано, что по общему характеру реакционной способности ферроцен напоминает бензол; это привело к тому, что очень скоро после открытия ферроцен был назван небензоидной ароматической системой. Для него характерны три типа химических превращений: замещение водорода в С₅Н₅-кольцах без разрыва связей Fe—Сp (Cp=С₅Н₅), окисление по атому Fe и разрыв связи Fe—Cp.

Реакции электрофильного замещения для ферроцена протекают легче, чем для бензола; при этом образуются как моно-, так и гетероаннулярные (содержащие заместители в разных циклах) дизамещённые производные.

Ферроцен легко и обратимо окисляется до катион-радикала ферроцения (кислородом воздуха в кислой среде, перекисью водорода, иодом, хлоридом железа(III) и т. п.). При окислении не происходит заметных изменений в геометрии молекулы ферроцена. Разбавленные растворы солей ферроцения окрашены в синий цвет, концентрированные — в красный.

Связь Fe—Сp в ферроцене мало реакционноспособна и разрывается только при действии очень сильных восстановителей: водорода в присутствии катализатора (никель Ренея) (300 °C, 2.5 МПа) либо растворов щелочных металлов в жидком аммиаке или аминах. При взаимодействии ферроцена с аренами в присутствии AlCl₃/Al одно кольцо замещается на арен и образуется катион [Fе(С₅Н₅)(Ar)]⁺.

Получение

• Реакция хлорида железа с реактивом Гриньяра:

$\mathrm{𝟦}𝖥𝖾𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟥}}\mathsf{+}\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟤}{𝖢}_{\mathrm{𝟧}}{𝖧}_{\mathrm{𝟧}}𝖬𝗀𝖡𝗋\stackrel{}{\to }\mathrm{𝟦}𝖥𝖾\mathsf{(}{𝖢}_{\mathrm{𝟧}}{𝖧}_{\mathrm{𝟧}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖢}_{\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟢}}{𝖧}_{\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟢}}\mathsf{+}\mathrm{𝟣}\mathrm{𝟤}𝖬𝗀𝖢𝗅𝖡𝗋$

• Реакция циклопентадиена с пентакарбонилом железа:

$𝖥𝖾\mathsf{(}𝖢𝖮{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟧}}\mathsf{+}{𝖢}_{\mathrm{𝟧}}{𝖧}_{\mathrm{𝟨}}\underset{-CO,-H_2}{\overset{200^{o}C}{\to }}𝖥𝖾\mathsf{(}{𝖢}_{\mathrm{𝟧}}{𝖧}_{\mathrm{𝟧}}\mathsf{)}\mathsf{(}𝖢𝖮{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}\underset{-F{e}_3(CO{)}_{12}}{\overset{T}{\to }}𝖥𝖾\mathsf{(}{𝖢}_{\mathrm{𝟧}}{𝖧}_{\mathrm{𝟧}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}$

• Реакция циклопентадиена с хлоридом железа и диэтиламином:

$𝖥𝖾𝖢{𝗅}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}{𝖢}_{\mathrm{𝟧}}{𝖧}_{\mathrm{𝟨}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}\mathsf{(}{𝖢}_{\mathrm{𝟤}}{𝖧}_{\mathrm{𝟧}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}𝖭𝖧\stackrel{}{\to }𝖥𝖾\mathsf{(}{𝖢}_{\mathrm{𝟧}}{𝖧}_{\mathrm{𝟧}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}\mathsf{+}\mathrm{𝟤}\mathsf{(}{𝖢}_{\mathrm{𝟤}}{𝖧}_{\mathrm{𝟧}}{\mathsf{)}}_{\mathrm{𝟤}}𝖭{𝖧}_{\mathrm{𝟤}}𝖢𝗅$

Применение

Ферроцен используется в нефтяной промышленности в качестве антидетонатора. Применяется как термостабилизатор полиэтилена и диеновых каучуков (например, бутадиеновых); используется в синтезе некоторых медицинских препаратов.

Литература

• Фишер Э., Вернер Г. «π-комплексы металлов», М.: Мир, 1968.
• Посон П. «Химия металлоорганических соединений», М.: Мир, 1970.
• Губин С. П., Шульпин Г. Б. «Химия комплексов со связями металл — углерод», Новосибирск, Наука, 1984.

Ссылки

• Металлоцены — лекция
• Химия элементоорганических соединений