Введение

Координационный комплекс металла и циклопентадиенильных групп

Циклопентадиенильный комплекс – это координационный комплекс металла и циклопентадиенильных групп (сокращенно Cp−). Циклопентадиенильные лиганды почти всегда координируются с металлами в пентахапто-режиме (η5). Взаимодействие между металлом и циклопентадиенилом обычно изображается одной линией, идущей от центра металла к центру Cp-кольца.

Примеры

Бициклопентадиениловые комплексы называются металлоценами. Известным примером этого типа комплекса является ферроцен (FeCp2), который имеет множество аналогов для других металлов, таких как хромоцен (CrCp2), кобальтоцен (CoCp2) и никелоцен (NiCp2). Когда Cp-кольца ориентированы параллельно друг другу, соединение известно как сэндвич-комплекс. Эта область органометаллической химии была впервые развита в 1950-х годах. Изогнутые металлоцены представлены соединениями типа [MCp2Lx]. Некоторые из них являются катализаторами полимеризации этилена. Металлоцены часто термостабильны и находят применение в качестве катализаторов в различных типах реакций. Смешаннолигандные Cp-комплексы содержат лиганд Cp и один или несколько других лигандов. Они более многочисленны. Широко изученным примером является димер Fp, (Cp2Fe2(CO)4). Монометаллические соединения, содержащие только одно Cp-кольцо, часто называют полусэндвич-соединениями или соединениями типа «фортепианного стула», одним из примеров является метилциклопентадиенилмангановый трикарбонил (CpMn(CO)3).

Режимы сцепления

Все 5 атомов углерода лиганда Cp связаны с металлом в подавляющем большинстве комплексов M–Cp. Этот способ связывания называется η5-координацией. Связь M–Cp обусловлена перекрытием пяти π-молекулярных орбиталей лиганда Cp с s-, p- и d-орбиталями металла. Эти комплексы относят к π-комплексам. Практически все переходные металлы используют этот режим координации.

Синтез комплексов Cp

Соединения обычно получают в результате реакций обмена солей циклопентадиенильных соединений щелочных металлов с хлоридами переходных металлов. Наиболее часто используются циклопентадиенид натрия (NaCp) и циклопентадиенид лития. Триметилсилилциклопентадиен и циклопентадиенилталлий (CpTl) являются альтернативными источниками. Для получения некоторых особенно устойчивых комплексов, например, никелоцена, циклопентадиен используется в присутствии обычного основания, такого как KOH. Если установлен только один лиганд Cp, другие лиганды обычно представляют собой карбонильные, галогенные, алкильные и гидридные группы. Большинство Cp-комплексов получают путем замещения в предварительно сформированных Cp-комплексах галогенидов, CO и других простых лигандов.

Лиганды Ansa Cp

Пара циклопентадиенильных лигандов может быть ковалентно связана, образуя так называемые анса-металлоцены. Угол между двумя Cp-кольцами фиксирован, и вращение колец вокруг металлоцентрической оси также прекращается. Другой родственный класс производных приводит к образованию комплексов с жесткой геометрией. В этих случаях циклопентадиенильный лиганд связан с лигандом, отличным от циклопентадиенильного. Такие комплексы были коммерциализированы для производства полипропилена.

Большие лиганды Cp

Пентаметилциклопентадиен приводит к образованию комплексов пентаметилциклопентадиенила (Cp*). Эти лиганды более основные и более липофильные. Замещение метильных групп на более крупные заместители приводит к образованию циклопентадиенов, которые настолько стерически затруднены, что пентаалкильные производные становятся невозможными. Хорошо изученными лигандами этого типа являются C5R4H− (R = iso Pr) и 1,2,4 C5R3H2− (R = tert Bu).

Комплексы с ограниченной геометрией

Комплексы с ограниченной геометрией связаны с анса-металлоценами, однако в них один из лигандов не является Cp-лигандом.

Приложения

Металлические комплексы Cp в основном используются как стехиометрические реагенты в химических исследованиях. Реагенты на основе ферроцения являются окислителями. Кобальтоцен – сильный, растворимый восстановитель. Производные Cp2TiCl2 и Cp2ZrCl2 служат основой для некоторых реагентов в органическом синтезе. При обработке алюминоксаном эти дигалогениды превращаются в катализаторы полимеризации олефинов. Такие соединения называют катализаторами типа Каминского.