Ферроцен

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.

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)]⁺.

• Реакция хлорида железа с реактивом Гриньяра:

${\displaystyle {\mathsf {4FeCl_{3}+12C_{5}H_{5}MgBr\ {\xrightarrow {}}\ 4Fe(C_{5}H_{5})_{2}+2C_{10}H_{10}+12MgClBr}}}$

• Реакция циклопентадиена с пентакарбонилом железа:

${\displaystyle {\mathsf {Fe(CO)_{5}+C_{5}H_{6}\ {\xrightarrow[{-CO,-H_{2}}]{200^{o}C}}\ Fe(C_{5}H_{5})(CO)_{2}\ {\xrightarrow[{-Fe_{3}(CO)_{12}}]{T}}\ Fe(C_{5}H_{5})_{2}}}}$

• Реакция циклопентадиена с хлоридом железа и диэтиламином:

${\displaystyle {\mathsf {FeCl_{2}+2C_{5}H_{6}+2(C_{2}H_{5})_{2}NH\ {\xrightarrow {}}\ Fe(C_{5}H_{5})_{2}+2(C_{2}H_{5})_{2}NH_{2}Cl}}}$

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

• 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.

• Металлоцены — лекция
• Химия элементоорганических соединений