Кіріспе
Органометалл қосылысы: Fe(II) екі циклопентадиенил сақинасының арасында орналасқан.
chembox
| Verifiedfields = өзгертілді
| Watchedfields = өзгертілді
| verifiedrevid = 457631192
| ImageFileL1 = Ferrocene.svg
| ImageFileR1 = Кристалдық 3D шарларынан алынған ферроцен.png
| ImageFileL2 = Ферроцен 3D моделі 2.png
| ImageFileR2 = Ферроценнің (ұнтақталған) суреті.JPG
| PIN = Ферроцен
| OtherNames = Дициклопентадиенил темір, Бис(η5-циклопентадиенил) темір, Темір(II) циклопентадиенид
| Section1 =
| Section2 =
| Section3 =
| Section4 = Chembox Қауіптіліктері
|NFPA F = 2
|NFPA H = 3
|NFPA R = 1
|NFPA ref =
|PEL = TWA 15 мг/м3 (жалпы) TWA 5 мг/м3 (тыныс алу)
|IDLH = Белгісіз
chembox
| Verifiedfields = changed
| Watchedfields = changed
| verifiedrevid = 457631192
| ImageFileL1 = Ferrocene. svg
| ImageFileR1 = Ferrocene from xtal 3D balls. png
| ImageFileL2 = Ferrocene 3d model 2. png
| ImageFileR2 = Photo of Ferrocene (powdered). JPG
| PIN = Ferrocene
| OtherNames = Dicyclopentadienyl iron, Bis(η5 cyclopentadienyl)iron, Iron(II) cyclopentadienide
| Section1 =
| Section2 =
| Section3 =
| Section4 = Chembox Hazards
|NFPA F = 2
|NFPA H = 3
|NFPA R = 1
|NFPA ref =
|PEL = TWA 15 mg/m3 (total) TWA 5 mg/m3 (resp)
|IDLH = N. D.
Құрылымы мен жабысуы
Моссбауэр спектроскопиясы ферроцендегі темір орталығына +2 тотығу күйін тағайындау керектігін көрсетеді. Әрбір циклопентадиенил (Cp) сақинасына бір теріс заряд беріледі. Осылайша, ферроценді темір(II) бис(циклопентадиенид) ретінде, |Fe(2+)[C5H5( )]2 деп сипаттауға болады. Әр сақинада алты π электроны бар, бұл оларды Хюкель ережесі бойынша ароматты етеді. Бұл π электрондары коваленттік байланыс арқылы металлмен бөліседі. Fe2+ алты d электронына ие болғандықтан, комплекс 18 электронды конфигурацияға ие болады, бұл оның тұрақтылығын анықтайды. Қазіргі заманғы нотацияда, ферроцен молекуласының осы «сэндвич» құрылымдық моделі |Fe(η⁵C₅H₅)₂ деп белгіленеді, мұнда η – гаптичностьты, яғни әр сақинаның қанша атом арқылы байланысатынын көрсетеді. Әрбір бес мүшелі сақинаның айналасындағы көміртек-көміртек байланысының арақашықтығы 1,40 Å, ал барлық Fe–C байланысының арақашықтығы 2,04 Å құрайды. Бөлме температурасынан 164 К-қа дейін рентгендік кристаллография моноклиндік кеңістіктік топты көрсетеді; циклопентадиенид сақиналары эшеленген конформацияда орналасқан, нәтижесінде D5d симметриялық тобына ие центросимметриялық молекула пайда болады. Cp(орталық)–Fe–Cp(орталық) осі бойынша сақиналардың төмен бөгетпен айналуы, 1H және 13C ядролық магниттік резонанс спектроскопиясы арқылы ферроценнің алмастырылған туындыларында жүргізілген өлшеулерде байқалды. Мысалы, метилферроцен (CH3C5H4FeC5H5) C5H5 сақинасы үшін синглет көрсетеді. Ерітіндіде және бөлме температурасында, Фурье түрлендірілген инфрақызыл спектроскопия және DFT есептеулеріне сәйкес, эклиптикалық D5h ферроцені эшеленген D5d конформерінен басымдық танытады.
Электрофильді
Ферроцен ароматты қосылыстарға тән көптеген реакцияларға түседі, бұл алмастырылған туындыларды дайындауға мүмкіндік береді. Бакалавриат студенттері арасында кең таралған тәжірибе – ферроценнің фосфор қышқылы катализаторы қатысуымен (немесе ацетилхлоридпен) Фридель-Крафтс реакциясы. Манних реакциясының жағдайларында ферроцен N,N-диметиламинометилферроценді береді. Ферроценнің өзі лигандтың негізі ретінде қолданылуы мүмкін, мысалы, 1,1'-бис(дифенилфосфино)ферроцен (dppf). Ферроценнің өзі ферроцений катионына (Fc+) дейін тотығуы мүмкін; ферроцен/ферроцений жұбы электрохимияда жиі эталон ретінде қолданылады, дәл бензолдың ацилирленуі сияқты, ұқсас жағдайларда ацетофенон түзіледі. Ферроценді протондау [Cp2FeH]PF6 тұзды оқшаулауға мүмкіндік береді. Алюминий хлоридінің қатысуында Me2NPCl2 және ферроцен реакцияласып, ферроценил дихлорфосфин түзеді, ал ұқсас жағдайларда фенилдихлорфосфинмен өңдеу P,P-диферроценил-P-фенилфосфин құрайды. Ферроцен P4S10-мен реакцияласып, диферроценил дитиадифосфетан дисульфидін түзеді.
Литийлеу
Ферроцен бутиллитиймен реакцияласып, 1,1′ дилитиоферроценді береді, ол әмбебап нуклеофил болып табылады. Бутиллитиймен қоса терт-бутиллитий монолитиоферроценді жасайды.
Редокс химиясы
Ферроцен қаныққан каломель электродына (SCE) шамамен 0,4 В кернеуде бір электронды тотығуға ұшырайды, нәтижесінде ферроцений пайда болады. Бұл қайтымды тотығу электрохимияда Fc+/Fc = 0.64 В стандартты сутек электродына қатысты стандарт ретінде қолданылады, алайда басқа да мәндер туралы хабарламалар бар. Ферроцений тетрафторбораты – жиі қолданылатын реагент. Өте қайтымды тотығу-тотықсыздану қасиеттері электрохимиялық және фотохимиялық жүйелерде электрондық процестерді басқару үшін кеңінен пайдаланылады. Biferrocene-нің бір электронды тотыққан туындысы көптеген зерттеулердің назарына ілікті. Циклопентадиенил лигандтарындағы қосымша топтар redox потенциалын күтілгендей өзгертеді: карбоксил қышқылы сияқты электронды тартып алатын топтар потенциалды анодтық бағытта (яғни оңға қарай) ығыстырады, ал метил тобы сияқты электронды донорлық топтар потенциалды катодтық бағытта (теріс жаққа) ығыстырады. Осылайша, декаметилферроцен ферроценге қарағанда оңай тотығады және тіпті сәйкес дикацияға дейін тотығуы мүмкін. Ферроцен сусыз электрохимияда redox потенциалын калибрлеу үшін ішкі стандарт ретінде жиі қолданылады.
Субситуцияланған ферроцендердің стереохимиясы
Диссубституцияланған ферроцендер 1,2, 1,3 немесе 1,1′ изомерлері түрінде кездесе алады, және олардың ешқайсысы бір-біріне айналуға мүмкін емес. Бір сақинада асимметриялық дисубституцияланған ферроцендер хиральды болады, мысалы [CpFe(EtC5H3Me)]. Бұл жазықтық хиральдылығы, ешбір атом стереогендік орталық болмаса да пайда болады. Оң жақта көрсетілген алмастырылған ферроцен (4-(диметиламино)пиридин туындысы) рацемиялық екінші спирттерді кинетикалық ажырату үшін қолданғанда тиімді екені көрсетілді. Ферроценді 1,1′ позицияларынан асимметриялық функционализациялау үшін бірнеше әдіс әзірленді.
Фероценнің және оның туындыларының қолданылуы
Ферроцен және оның көптеген туындылары кең масштабты қолданысқа ие емес, бірақ ерекше құрылымын (лигандтық қаңқалар, фармацевтикалық үміткерлер), тұрақтылығын (соққыға қарсы қоспалар, материалдарға прекурсорлар) және тотығу-тотықсыздану қасиеттерін (реагенттер және тотығу-тотықсыздану стандарттары) пайдаланатын көптеген тар мақсаттағы қолданыстары бар.
Лигандтық іргетастар
Хиралды ферроценилфосфиндер өтпелі металдар катализделген реакциялар үшін лигандтар ретінде қолданылады. Олардың кейбіреулері фармацевтикалық және агрохимиялық өнімдерді синтездеуде өнеркәсіптік қолданысқа ие. Мысалы, дифосфин 1,1′ бис((дифенилфосфино)ферроцен (dppf) палладий жұптастыру реакцияларында құнды лиганд болып табылады, ал Джосифос лиганды сутегілендіру катализінде пайдалы. Олар оны жасаған техник, Джози Пулеоның есімімен аталған. [[Файл:Жосифос.png|thumb|Джосифос лиганды. Ферроцені қосқан қорғасынсыз бензин қоспаларын, қорғасынды бензинмен жұмыс істеуге арналған ескі автомобильдерде пайдалануға болады. Ферроценнен түзілген темірлі шөгінділер ұшқыш шам бетінде өткізгіш қабатты құрайды. Ферроцен туындысы мен алмастырылған дигидрокси спирті арасындағы поликонденсация реакциясы арқылы алынған ферроцен полигликольді сополимерлері ракеталық отындардың құрамына енгізуге перспективті. Бұл сополимерлер ракеталық отындарға жылу тұрақтылығын береді, отын байланыстырғышы ретінде қызмет етеді және отынның жану жылдамдығын реттейді. Ферроценнің көмірді жағу кезінде түтін мен күкірт триоксидінің бөлінуін азайтуға тиімді екені анықталды. Кез келген практикалық тәсілмен, көмірді сіңдіру арқылы немесе жану камерасына ферроцен қосу арқылы, тіпті металл циклопентадиенил қосылысының шағын мөлшерімен де, осы зиянды қосалқы өнімдердің мөлшерін айтарлықтай азайтуға болады.
Дәрілік заттар
Ферроцен туындылары дәрілік заттар ретінде зерттелді, ал бір қосылыс – ферроцерон 1970-ші жылдары КСРО-да қолдануға бекітілді, бірақ қазір нарықта жоқ. Соңғы жылдары клиникалық сынақтарға тек бір препарат – феррокин (7-хлор N (2 ((диметиламино)метил)ферроценил)хинолин-4-амин), антималяриялық препарат, енгізілді және ІІb фазалық сынақтарға жетті. Ферроцен негізіндегі полимерлік препараттарды жеткізу жүйелері зерттелді. Ферроцен туындыларының қатерлі ісікке қарсы белсенділігі алғаш рет 1970-жылдардың соңында зерттелді, амин немесе амид тобы бар туындылар лимфоциттік лейкемияға қарсы сынақтан өтті. Кейбір ферроцений тұздары қатерлі ісікке қарсы белсенділік көрсетеді, бірақ ешбір қосылыс клиникалық бағалаудан өткен жоқ. Ферроцен туындылары адам өкпесінің қатерлі ісігі A549 жасушаларына, колоректальдық қатерлі ісіктің HCT116 жасушаларына және сүт безінің қатерлі ісігі MCF 7 жасушаларына қарсы күшті тежегіш әсерге ие. Тамоксифеннің ферроценилдік нұсқасы бар тәжірибелік препарат туралы хабарланды. Ферроцифендерді француз биотехнологиялық компаниясы Feroscan, профессор Жерар Жоуэн құрған, қатерлі ісікке қарсы қолдану үшін пайдаланады.
Қатты зымырандық қозғалтқыш
Ферроцен және оған ұқсас туындылар аммоний перхлораты бар композиттік отынның жану жылдамдығын күшейту үшін катализатор ретінде қолданылады.
Деривативтер мен өзгерістер
Ферроценнің аналогтарын циклопентадиенилдің түрлерімен дайындауға болады. Мысалы, бисинденилрон және бисфлуоренилрон. Бұл қосылыс бензолда қайнату арқылы ферроценге айналады. Оңай алмасу мүмкіндігінің арқасында көптеген ерекше құрылымды ферроцен туындылары синтезделді. Мысалы, пента(ферроценил)циклопентадиенил лиганды, бес ферроцен тобымен модификацияланған циклопентадиенил анионын қамтиды. Гексаферроценилбензолда, C6[(η5 C5H4)Fe(η5 C5H5)]6, бензол молекуласының барлық алты орны ферроценил топтарымен (R) алмастырылған. Бұл қосылыстың рентгендік дифракциялық талдауы циклопентадиенил лигандтарының бензол ядросымен бір жазықтықта жатпайтынын, бірақ +30° және -80° диэдралық бұрыштармен кезектесетінін көрсетті. Стерикалық кедергінің салдарынан ферроценилдер 177° бұрышпен сәл иілген және C-Fe байланыстары ұзартылған. Циклопентадиенилдің төртінші карбон атомдары пирамидалық геометрияға ие. Бензол ядросы да 14° диэдралық бұрышпен «кресло» конформациясын қабылдайды және 142,7 пм және 141,1 пм арасындағы байланыс ұзындығының ауысуын көрсетеді, бұл екеуі де алмастырушылардың стерикалық тығыздығын көрсетеді. Гексаферроценилбензолдың синтезі гексаиодидбензол мен диферроценилцинктың Негиши байланысы арқылы, тетрагидрофуранда трис(дибензилиденацетон)дипалладий(0) катализаторы қолданып жүзеге асырылды. Винилферроценді альдегид, фосфоний тұзы және натрий гидроксидінің Виттиг реакциясы арқылы алуға болады. Винилферроцен полимерге (поливинилферроцен, PVFc) айналдырылуы мүмкін, ол полистиролдың ферроценил аналогы болып табылады (фенил топтары ферроценил топтарымен алмастырылған). Тағы бір полиферроцен – поли(2-(метакрилокси)этилферроценкарбоксилат), PFcMA. Органикалық полимер тізбектерінен басқа, бұл ферроцен топтары полисилоксандар, полифосфазендер және полифосфиноборандар (–PH(R)–BH2–)n сияқты бейорганикалық тізбектерге де бекітілді, нәтижесінде ферроцен/ферроциний тотығу-тотықсыздану жұбына байланысты ерекше физикалық және электрондық қасиеттерге ие материалдар алынды. PVFc және PFcMA екеуі де кремний пластиналарына бекітілді және полимер тізбектерінің зарядталмаған және ферроцен бөліктерінің оң зарядталған топтарды құру үшін тотыққан кезде ылғалдану қасиеттері өлшенді. PFcMA жабылған пластиналардың сумен жанасу бұрышы тотығудан кейін 70°-қа төмендеді, ал PVFc үшін бұл көрсеткіш 30°-қа төмендеді, ал ылғалдану қасиеттерінің өзгеруі қайтымды. PFcMA жағдайында тізбектерді ұзарту және осылайша ферроцен топтарының санын арттыру тотығу кезінде байланыс бұрышының айтарлықтай төмендеуіне әкеледі.