Ферроцен что это такое

Ферроцен: свойства уникального порошка

Чтобы повысить качество бензина, ученые изобретали все новые и новые вещества. Но открытие ферроцена вызвало фурор среди химиков. Ферроцен представляет собой органическую производную металла. Во всем мире его называют дициклопентадиенилжелезо (II). Такое название это вещество получило из-за особенностей своего строения. Строение ферроцена напоминает сэндвич, так как атом железа находится посредине между атомами C5H5.

Кто открыл вещество миру?

Ученые долго не могли понять тонкости молекулярного строения ферроцена. Но оказывается, что химики-синтетики получили это химическое соединение задолго до его официального открытия. Официальной датой открытия ферроцена считается 1950 год. Его «создателями» признаны двое ученых: Посон и Кили.

Но со временем стало понятно, что ферроцен был известен химикам намного раньше. В 1930 году это вещество получили в процессе исследования синтетического бензина. Тогда это был еще неизвестный оранжевый порошок. В 1948 году химики тоже столкнулись с этим веществом, но уже в процессе изучения реакций олефинов с азотом в присутствии металлических катализаторов.

В предыдущих опытах ученые не обратили внимания на особенности строения и химические характеристики полученного вещества во время своих опытов. Только спустя два года Посон и Кили открыли миру важнейшее химическое вещество, которое перевернуло представление мира о металлоорганических соединениях.

Особенности ферроцена

Открытие дициклопентадиенилжелеза (II) показало, что это вещество не способно входить в реакцию с водой. Ферроцен в ней не растворяется в отличие от бензина и дизельного топлива. Он способен вступать в реакции с этиловыми эфирами, бензолами, органическими растворителями.

На внешний вид ферроцен напоминает порошок ярко-оранжевого цвета. Отличительной особенностью это вещества можно считать специфический запах, напоминающий камфару. По своему составу ферроцен устойчив в воздухе. Он не теряет свои свойства в реакции с горячей соляной кислотой и 10% растворе гидроксида натрия. Кристаллы дициклопентадиенилжелеза (II) начинают плавиться при температуре 1730C, закипает это вещество при температуре свыше 200 0C. Молярная масса ферроцена составляет 186,04 г/моль. Химическая формула C10H10Fe.

Посон и Кили в процессе своих опытов над этим веществом выяснили, что содержание основного вещества в этом продукте составляет 98%, при этом количество железа не превышает 0,02%. Остаток нерастворимых кристаллов в бензине приравнивается к 0,5% от общего объема. Такие физические и химические особенности ферроцена нашли свое применение в процессе изготовления топлива для транспортных средств.

Сферы применения

Применение ферроцена направлено на улучшение качественных характеристик бензина и дизельного топлива. Его свойства подходят для производства присадочных материалов, которые повышают эксплуатационные свойства машинных масел. Для 1 тонны бензина содержание ферроцена должно быть не выше 170 г. Такого количества ферроцена будет достаточно, чтобы улучшить качественные характеристики бензина на 4-5 единиц.

Стоить отметить, что определить точное количество необходимого ферроцена возможно только в лаборатории.

Полимеры, в состав которых входит дициклопентадиенилжелеза (II), отличаются высокой термической стабильностью и устойчивостью к различным электрическим изменениям. Ферроцен в бензине улучшает октановое число. Также это химическое соединение способно сохранять качественные характеристики некоторых полимеров. Это вещество отличается ингибирующим действием во время термораспадата и окисления материалов на основе полимеров.

Ферроцен в таблетках производят для фармакологии. Производные этого вещества вводят в лекарственные препараты, которые направлены на лечение железодефицитной анемии

Свойства вещества

Так как ферроцен является сэндвичевым химическим соединением, состоящим из железа и водорода, он обладает высокой экологичностью. В сфере производства бензина и моторных масел он зарекомендовал себя как качественная антидетонационная присадка, которая способна эффективно повысить октановое число.

Химические особенности ферроцена на сегодняшний день ценятся не только в сфере производства бензина. Это вещество является незаменимым компонентом в процессе изготовления полиэтиленовых пленок и каучука. В этой сфере он применяется как термостабилизатор.

С помощью ферроцена ученые пытаются синтезировать новые медикаментозные лекарственные препараты.

Это соединение позволяет уменьшить количество дыма и сажи в процессе сжигания дизельного топлива.

Если ферроцен вводить в состав полимеров, то они будут отличаться устойчивостью к выгоранию. Ферроцен уменьшает негативное влияние ультрафиолетового излучения. Также он придает полимерам полупроводниковые характеристики.

Его способность быть устойчивым к солнечным лучам не могла не заинтересовать производителей красок, лаков, эмалей и различных пигментов.

Также это вещество отличается более доступной ценой, чем другие присадки. Цена 1 кг ферроцена на российском рынке варьируется от 560 до 1500 рублей.

Источник

Ферроцен — что это за вещество и сфера его применения

Ферроценом называют химическое вещество, которое относится к классу металлоценов (сэндвичевых соединений). Оно является одним из самых известных металлоорганических структур. Ферроцен купить можно на сайте eaunioncn.com.

Вещество представлено в виде кристаллов, имеющих оранжевый цвет. Срок его годности в сухом хорошо проветриваемом помещении при небольших температурных показателях составляет 12 месяцев.

В продажу он поступает в бочках из картона для одноразового применения. Масса вещества в одной упаковке составляет 25 килограммов.

Многочисленные исследования показали, что ферроцен по реакционной способности похож на бензол. В связи с этим его назвали ароматической системой небензоидного типа.

Электрофильное замещение протекают в разы легче, чем у бензола. В процессе реакции могут образовываться гетеро- или же моноаннулярные дизамещённые производные.

Это соединение быстро и обратимо способно окисляться до катион-радикала, который зовётся ферроцений (хлоридом трёхвалентного железа, йодом, перекисью водорода и кислородом воздуха). Концентрированные соединения солей ферроцения имеют красный окрас, а разбавленные – синий.

Область использования

Советы в статье «Виды подарочной упаковки с логотипом компании» здесь.

Как видно, область его применения довольно обширна. Ферроцен можно назвать уникальным веществом.

Источник

C₁₀ЧАС₁₀FeМолярная масса186,04 г / мольВнешностьсветло-оранжевый порошокЗапахкамфора-любитьПлотность1,107 г / см 3 (0 ° C), 1,490 г / см 3 (20 ° С) [1]Температура плавления172,5 ° С (342,5 ° F, 445,6 К) [3]Точка кипения249 ° С (480 ° F, 522 К)Нерастворим в воде, растворим в большинстве органических растворителейжурнал п2.04050 [2]СтруктураОтсутствие постоянного дипольного момента из-за быстрого вращения Cp [4]ОпасностиОсновной опасностиОчень опасно при проглатывании. Опасно при контакте с кожей (раздражитель), при попадании в глаза (раздражитель), при вдыхании [6]

Быстрый рост металлоорганическая химия часто связывают с ажиотажем, связанным с открытием ферроцена и его многочисленных аналоги (металлоцены).

Содержание

История

Открытие

Второй раз был около 1950 года, когда С. Миллер, Дж. Теббот, и Дж. Тремейн, исследователи в Британский кислород, пытались синтезировать амины из углеводородов и азот в модификации Процесс Габера. Когда они попытались прореагировать циклопентадиеном с азотом при 300 ° C и атмосферном давлении, они были разочарованы, увидев, что углеводород вступает в реакцию с некоторым источником железа, давая ферроцен. Хотя они тоже наблюдали его замечательную стабильность, они отложили это наблюдение и не опубликовали его до тех пор, пока Паусон не сообщил о своих выводах. [8] [10] [11] Фактически, Миллер и др. Предоставили образец Кили и Паусону, которые подтвердили, что это одно и то же соединение. [9]

Определение структуры

Паусон и Кили предположили, что соединение имеет две циклопентадиенильные группы, каждая из которых имеет одну ковалентную связь от насыщенного атома углерода к атому железа. [8] Однако эта структура несовместима с существовавшими тогда моделями связывания и не объясняет неожиданную стабильность соединения, и химики изо всех сил пытались найти правильную структуру. [11] [13]

Структура была выведена и сообщена независимо тремя группами в 1952 году: [14]

Понимание структуры

«Сэндвич» структура ферроцена была шокирующе новой, и для ее объяснения требовалась новая теория. Применение теория молекулярных орбиталей с предположением Fe 2+ центр между двумя циклопентадиенид анионы C
5 ЧАС −
5 привело к успешному Модель Дьюара – Чатта – Дункансона, позволяющий правильно предсказать геометрию молекулы, а также объяснить ее замечательную стабильность. [22] [23]

Влияние

Ферроцен не был первым известным металлоорганическим соединением. Соль Цейзе K [PtCl
3 (C
2 ЧАС
4 )]·ЧАС₂О было сообщено в 1831 г., [24] [25] Монда открытие Ni (CO)₄ произошло в 1888 г., [26] и литийорганические соединения были разработаны в 1930-е годы. [27] Однако можно утверждать, что именно открытие ферроцена началось. металлоорганическая химия как отдельная область химии. Это также привело к взрыву интереса к соединениям d-блок металлы с углеводородами.

Открытие было сочтено настолько значительным, что Уилкинсон и Фишер поделились результатами исследования 1973 года. Нобелевская премия по химии »за их пионерские работы, выполненные независимо, по химии металлоорганических соединений, так называемых сэндвич-смеси». [28]

Структура и склеивание

Расстояния углерод-углеродной связи вокруг каждого пятичленного кольца все составляют 1,40 Å, а расстояния связи Fe-C составляют 2,04 Å. От комнатной температуры до 164К, Рентгеновская кристаллография дает моноклинную пространственную группу; циклопентадиенидные кольца представляют собой ступенчатую конформацию, что приводит к центросимметричной молекуле с группа симметрии D_5d. [19] Однако ниже 110 К ферроцен кристаллизуется в ромбической кристаллической решетке, в которой кольца Cp упорядочены и затмеваются, так что молекула имеет группу симметрии D_5ч. [29] В газовой фазе электронная дифракция [30] и вычислительные исследования [31] показывают, что кольца Cp затмеваются.

Синтез

Через реактив Гриньяра

Первые сообщения о синтезе ферроцена были почти одновременными. Паусон и Кили синтезировали ферроцен, используя хлорид железа (III) и реактив Гриньяра, циклопентадиенилмагнийбромид. Хлорид железа (III) взвешен в безводный диэтиловый эфир и добавлен к реактиву Гриньяра. [12] А окислительно-восстановительная реакция происходит, образуя циклопентадиенил радикальный и ионы железа (II). Дигидрофульвален производится радикально-радикальная рекомбинация в то время как железо (II) реагирует с реактивом Гриньяра с образованием ферроцена. Окисление дигидрофулвалена до фульвалена железом (III), результат, которого добивались Кили и Паусон, не происходит. [9]

Газометаллическая реакция

Другой ранний синтез ферроцена был произведен Миллером. и другие., [10] кто непосредственно реагировал на металлическое железо с газ-фаза циклопентадиена при повышенной температуре. [33] Подход с использованием пентакарбонил железа также сообщалось. [34]

Через циклопентадиенид щелочного металла

Более эффективные препаративные методы обычно представляют собой модификацию оригинальных трансметалляция последовательность с использованием имеющихся в продаже циклопентадиенид натрия [35] или недавно треснутый циклопентадиен депротонированный гидроксид калия [36] и реагировал с безводным хлоридом железа (II) в эфирных растворителях.

Известны современные модификации оригинального подхода Гриньяра Паусона и Кили:

Даже некоторые амин базы (такие как диэтиламин) можно использовать для депротонирования, но реакция протекает медленнее, чем при использовании более сильных оснований: [35]

Прямая трансметалляция может также использоваться для получения ферроцена из других металлоценов, таких как манганоцен: [37]

Свойства

Ферроцен охотно возвышенный, особенно при нагревании в вакууме. Давление пара составляет около 1 Па при 25 ° C, 10 Па при 50 ° C, 100 Па при 80 ° C, 1000 Па при 116 ° C и 10000 Па (почти 0,1 банкомат) при 162 ° С. [39] [40]

Реакции

С электрофилами

Протонирование ферроцена позволяет выделить [Cp₂FeH] PF₆. [41]

В присутствии хлорид алюминия меня₂NPCl₂ и ферроцен реагируют с образованием ферроценилдихлорфосфина, [42] тогда как лечение с фенилдихлорфосфин при аналогичных условиях формирует п,п-диферроценил-п-фенилфосфин. [43]

Ферроцен реагирует с п₄S₁₀ образует дисульфид диферроценилдитиадифосфетана. [44]

Литиация

Ферроцен реагирует с бутиллитий дать 1,1′-дилитиоферроцен, который является универсальным нуклеофил. Трет-бутиллитий производит монолитиоферроцен. [45] Дилитиоферроцен реагирует с S₈, хлорфосфины, и хлорсиланы. Деформированные соединения претерпевают полимеризация с раскрытием кольца. [46]

Заместители на циклопентадиенильных лигандах изменяют окислительно-восстановительный потенциал ожидаемым образом: электроноакцепторные группы, такие как карбоновая кислота сдвинуть потенциал в анодный направление (т.е. стал более положительным), тогда как группы, высвобождающие электроны, такие как метил группы сдвигают потенциал в катодный направление (более отрицательное). Таким образом, декаметилферроцен гораздо легче окисляется, чем ферроцен, и даже может окисляться до соответствующего дикатона. [53] Ферроцен часто используют как внутренний стандарт для калибровки окислительно-восстановительных потенциалов в неводных электрохимия.

Стереохимия замещенных ферроценов

Дизамещенные ферроцены могут существовать в виде 1,2-, 1,3- или 1,1′-изомеров, ни один из которых не является взаимопревращаемым. Ферроцены, которые асимметрично дизамещены в одном кольце, являются хиральными, например [CpFe (EtC₅ЧАС₃Меня)]. Эта плоская хиральность возникает, несмотря на то, что ни один атом не является стереогенный центр. Показанный справа замещенный ферроцен (производное 4- (диметиламино) пиридина) показал свою эффективность при использовании для кинетическое разрешение из рацемический вторичный спирты. [54] Было разработано несколько подходов для асимметричной 1,1′-функционализации ферроцена. [55]

Применение ферроцена и его производных

Как лигандный каркас

Хиральный ферроценил фосфины используются в качестве лигандов для реакций, катализируемых переходными металлами. Некоторые из них нашли промышленное применение в синтезе фармацевтических и агрохимических препаратов. Например, дифосфин 1,1′-бис (дифенилфосфино) ферроцен (dppf) оценивается для палладий-реакции сочетания и Иозифосский лиганд полезен для катализа гидрирования. [56] Они названы в честь техника, который сделал первый, Джози Пулео. [57] [58]

Присадки к топливу

Ферроцен и его производные являются антидетонационные агенты используется в топливе для бензиновые двигатели. они безопаснее, чем использовались ранее тетраэтилсвинец. [59] Растворы присадок к бензину, содержащие ферроцен, могут быть добавлены к неэтилированному бензину, чтобы его можно было использовать в старинных автомобилях, предназначенных для работы на этилированном бензине. [60] В утюг-содержащие отложения, образованные из ферроцена, могут образовывать проводящий покрытие на свеча зажигания поверхности. Сополимеры ферроцена и полигликоля, полученные в результате реакции поликонденсации между производным ферроцена и замещенным дигидроксиспиртом, имеют многообещающие преимущества в качестве компонента ракетного топлива. Эти сополимеры придают ракетному топливу термостойкость, служат связующим веществом для ракетного топлива и регулируют скорость его горения. [61]

Было обнаружено, что ферроцен эффективен для уменьшения дыма и образования триоксида серы при сжигании угля. Добавление любыми практическими средствами, например пропиткой угля или добавлением ферроцена в камеру сгорания, может значительно снизить количество этих нежелательных побочных продуктов, даже с небольшим количеством металлического циклопентадиенильного соединения. [62]

Фармацевтическая

Противораковая активность производных ферроцена была впервые исследована в конце 1970-х годов, когда производные, несущие амин или амид группы были протестированы против лимфоцитов лейкемия. [67] Некоторые соли ферроцения проявляют противоопухолевую активность, но ни одно соединение не было оценено в клинике. [68] Производные ферроцена обладают сильной ингибирующей активностью против линии клеток рака легких человека A549, линии клеток колоректального рака HCT116 и линии клеток рака груди MCF-7. [69] Сообщалось об экспериментальном препарате, который представляет собой ферроцениловую версию тамоксифен. [70] Идея заключается в том, что тамоксифен связывается с эстроген сайты связывания, что приводит к цитотоксичности. [70] [71]

Ферроцифены используются для лечения рака французской биотехнологической компанией Feroscan, основанной проф. Жерар Жауэн.

Твердотопливное ракетное топливо

Ферроцен и родственные производные используются в качестве мощных катализаторов скорости горения в Композитное топливо на основе перхлората аммония. [72]

Производные и вариации

Аналоги ферроцена можно получить с вариантами циклопентадиенила. Например, бисинденилирон и бисфторенилирон. [58]

Из-за легкости замещения было получено много структурно необычных производных ферроцена. Например, пента (ферроценил) циклопентадиенильный лиганд, [75] содержит циклопентадиенильный анион, дериватизированный пятью ферроценовыми заместителями.

Сообщалось о синтезе гексаферроценилбензола с использованием Муфта Негиши гексаиодидобензола и диферроценилцинка, используя трис (дибензилиденацетон) дипалладий (0) так как катализатор, в тетрагидрофуран: [76]

В Уступать составляет всего 4%, что является дополнительным доказательством, согласующимся с существенными стерический скопление вокруг ядра арены.

Химия материалов

Ферроцен, предшественник наночастиц железа, можно использовать в качестве катализатора для производства углеродных нанотрубок. [78] В винилферроцен может быть сделано Реакция Виттига из альдегид, а фосфониевая соль, и гидроксид натрия. [79] Винилферроцен можно превратить в полимер (поливинилферроцен, PVFc), ферроценильную версию полистирол (фенильные группы заменены ферроценильными группами). Другая полиферроцен который может быть образован, представляет собой поли (2- (метакрилоилокси) этилферроценкарбоксилат), PFcMA. Помимо использования основных цепей из органических полимеров, эти боковые ферроценовые звенья присоединены к неорганическим основным цепям, таким как полисилоксаны, полифосфазены, и полифосфинобораны, (–PH (R) –BH₂–)_п, и полученные материалы демонстрируют необычные физические и электронные свойства, относящиеся к окислительно-восстановительной паре ферроцен / ферроциний. [77] И PVFc, и PFcMA были привязаны к кремнезем вафли и смачиваемость измеряется, когда полимерные цепи не заряжены и когда ферроценовые фрагменты окисляются с образованием положительно заряженных групп. В угол контакта с водой на пластинах с покрытием PFcMA было на 70 ° меньше после окисления, в то время как в случае PVFc уменьшение составило 30 °, и переключение смачиваемости обратимо. В случае PFcMA эффект удлинения цепей и, следовательно, введения большего количества ферроценовых групп заключается в значительно большем уменьшении краевого угла смачивания при окислении. [77] [80]

Источник

ФЕРРОЦЕН

[бис(h|-циклопентадиенил)железо], оранжевые кристаллы; т. пл. 173 0 C, т. кип. 249 0 C; плотн. 1,49 г/см 3 (25 0 C); устойчив до 470 0 C; возгоняется при атм. давлении; раств. в орг. р-рителях, не раств. в воде; устойчив к действию воздуха, горячей конц. водной HCl и 10%-ной водной NaOH.

Дизамещенные Ф., содержащие заместитель в одном цикле (гомоаннулярные) и тризамещенные Ф., образуются в незна-чит. кол-ве. Таким образом протекают ацилирование, форми-лирование, алкилирование, сульфирование, аминометилиро-. вание, арилирование, металлирование. Р-ции электроф. замещения для Ф. протекают легче, чем для бензола. Общее влияние заместителя на реакц. способность Ф. аналогично влиянию в бензольном ряду. Ярко выраженных правил ориентации при вступлении второго заместителя в пяти-членное кольцо не обнаружено. Ферроценильная группа [Fe(C 5 H 5 )(C 5 H 4 )] во мн. р-циях переходит без изменения из соединения в соединение.

Связь Fe Ч С в Ф. мало реакционноспособна; разрывается при действии очень сильных восстановителей: H 2 в присут. Ni-Ренея (300 0 C, 2,5 МПа) либо р-ров щелочных металлов в жидком NH 3 или аминах.

Синтезируют Ф. действием циклопентадиенида Na (Li, К, Tl) или циклопентадиенилмагнийбромида на галогениды Fe 2+ либо из циклопентадиена и соед. Fe, напр.:

Возможно прямое образование Ф. из Fe и C 5 H 6 при 300 0 C.

Ф. и его производные предложено использовать в качестве добавок, улучшающих эксплуатац. св-ва моторных масел и топлив. Полимеры на основе производных Ф. высоко термически стабильны, обладают ценными электрич. и мага, св-ва-ми. Добавки Ф. оказывают ингибирующее действие при тер-мо- и фотораспаде и окислении полимерных материалов. Нек-рые производные Ф. используются как лекарства для лечения железодефицитной анемии (напр., натриевая соль о-карбоксибензоил ферроцена, или ферроцерон). Предложены светочувствит. материалы и композиции на основе Ф.

Впервые получен П. Посоном и др. (1951); его строение установлено P. Вудвордом и Дж. Уилкинсоном, что привело к бурному развитию химии металлоценов.

Лит.: Несмеянов A. H., Ферроцен и родственные соединения. Избранные труды, 1969-1979, M., 1982; Перевалова Э. Г., Решетова М. Д., Грандберг К. И., Методы элементоорганической химии. Железоорганиче-ские соединения. Ферроцен, M., 1983. Л. В. Рыбин.

Источник