Ferrocen

Ferrocen

Nazewnictwo Nomenklatura systematyczna (IUPAC) ferrocen, bis(η5-cyklopentadienylo)żelazo[1] Inne nazwy i oznaczenia bis(cyklopentadienylo)żelazo
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny	C10H10Fe
Inne wzory	Fe(C5H5)2, [Fe(η5-C5H5)2]
Masa molowa	186,03 g/mol
Wygląd	pomarańczowe kryształy w kształcie igieł[2] o zapachu podobnym do kamfory[3]
Identyfikacja
Numer CAS	102-54-5
PubChem	10219726
SMILES [CH-]1C=CC=C1.[CH-]1C=CC=C1.[Fe+2]
InChI InChI=1S/2C5H5.Fe/c2*1-2-4-5-3-1;/h2*1-5H;/q2*-1;+2 InChIKey KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N
Właściwości Gęstość 1,49 g/cm³ (20 °C)[3]; ciało stałe Rozpuszczalność w wodzie praktycznie nierozpuszczalny[2] w innych rozpuszczalnikach rozpuszczalny w benzenie, etanolu, eterze dietylowym, rozcieńczonym kwasie azotowym[2] Temperatura topnienia 175 °C[2] Temperatura wrzenia 249 °C[2] Temperatura rozkładu powyżej 460 °C[3] logP 2,66[3]
Niebezpieczeństwa Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Na podstawie podanego źródła[4] Niebezpieczeństwo Zwroty H H228, H302+H332, H360FD, H373, H410 Zwroty P P202, P210, P273, P301+P312, P304+P340+P312, P308+P313 Numer RTECS LK0700000 Dawka śmiertelna LD50 1320 mg/kg (szczur, drogą pokarmową)[3]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons

Ferrocen – metaloorganiczny związek chemiczny, aromatyczny kompleks sandwiczowy(inne języki) należący do grupy metalocenów(inne języki)^[5][6][7], w którym atom żelaza (formalnie na II stopniu utlenienia, w rzeczywistości na zerowym) tworząc atom centralny znajduje się między dwoma płaskimi, równolegle ułożonymi pierścieniami cyklopentadienylowymi. Ferrocen należy do grupy π kompleksów.

W strukturze budowy ferrocenu występuje specyficzny rodzaj wiązań chemicznych. Jest wiązanie polegające na uwspólnieniu po jednym elektronie π z każdego atomu węgla w pierścieniu cyklopentadienylowym z centralnym atomem żelaza. W rezultacie powstaje układ 10 wiązań chemicznych, z których każde jest bardzo słabe, ale łącznie generuje to bardzo silne oddziaływanie, na skutek czego ferrocen jest bardzo trwałym i stabilnym kompleksem.

Mimo iż formalnie atom żelaza w ferrocenie jest na II stopniu utlenienia, w rzeczywistości własności ferrocenu w stanie podstawowym, a także badania rentgenograficzne wskazują na to, że ma on raczej cechy kompleksu na zerowym stopniu utlenienia.

Jest to substancja stała o barwie czerwonopomarańczowej, tworzy kryształy o barwie brązowopomarańczowej. Nierozpuszczalny w wodzie, trudno rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych np. benzenie i eterze. Temperatura topnienia ok. 175 °C, temperatura wrzenia 249 °C. Jest bardzo trwały termicznie. Wykazuje niektóre właściwości związków aromatycznych. Ferrocen ulega reakcjom acylowania i alkilowania metodą Friedla-Craftsa, jest o wiele bardziej reaktywny w tych reakcjach niż benzen.

Ferrocen jest łatwo utlenić elektrochemicznie, na skutek czego powstaje jego utleniona forma – jon ferroceniowy. Jest to proces odwracalny. Jon ten jest również bardzo stabilny, niemal tak samo jak sam ferrocen. Wynika to z faktu, że oderwanie jednego elektronu z ferrocenu nie powoduje prawie żadnej zmiany w geometrii jego struktury. Dzięki temu ferrocen jest bardzo wdzięcznym obiektem do badania mechanizmów reakcji redoks.

Ferrocen posiada szereg zastosowań. Jest stosowany jako dodatek do paliw. W olejach napędowych pełni on rolę środka zapobiegającego osadzaniu się sadzy w układzie wydechowym. Mieszaniny pochodnych ferrocenu stosuje się też w USA jako zamiennik tetraetyloołowiu w benzynach do samochodów na benzynę „ołowiową”.

Ferrocen był pierwszym, otrzymanym kompleksem cyklopentadienylowym. Został otrzymany przez przypadek w 1951 roku, równolegle w kilku laboratoriach, w bezpośredniej reakcji pyłu żelaza z cyklopentadienem, w ramach której chciano doprowadzić do otwarcia pierścienia cyklopentadienowego. Zamiast tego otrzymywano niezmiennie pomarańczowe kryształy, o strukturze których trwały liczne dyskusje, aż do 1954 roku, kiedy to badania rentgenograficzne, NMR i IR przekonały chemików o kanapkowej budowie tego związku. Ze względu na to, że taka struktura stała w sprzeczności z obowiązującą wówczas teorią wiązań chemicznych, aż do połowy lat 70. trwały badania i dyskusje nad naturą elektronową tego związku, które przy okazji doprowadziły do rozwoju chemii metaloorganicznej.

Za badania w tej dziedzinie Ernst Fischer i Geoffrey Wilkinson otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii w 1973 roku.

• GeoffreyG. Wilkinson GeoffreyG., The iron sandwich. A recollection of the first four months, „Journal of Organometallic Chemistry”, 100 (1), 1975, s. 273–278, DOI: 10.1016/S0022-328X(00)88947-0  (ang.).