Ferroseen: Chemiese verbinding

Die molekule bestaan uit twee siklopentadienielringe wat aan weerskante van 'n sentrale ysteratoom gebind is.

Eienskappe

Algemeen
Naam	Ferroseen
IUSTC-naam	Ferroseen
Ander name	Disiklopentadienielyster Bis(η5-siklopentadieniel)yster
Chemiese formule	C10H10Fe
Molêre massa	186,04 g•mol-1
CAS-nommer	102-54-5
Voorkoms	ligte oranje poeier
Reuk	kamferagtig
Fasegedrag
Smeltpunt	172,5 °C
Kookpunt	249 °C
Digtheid	1,107 g•cm-3 (teen 0 °C)
Oplosbaarheid	Onoplosbaar in water, oplosbaar in die meeste organiese oplosmiddels
Suur-basis eienskappe
pKa
Veiligheid
Flitspunt
Tensy anders vermeld is alle data vir standaardtemperatuur en -druk toestande.
Portaal Chemie

Dit is 'n oranje vaste stof met 'n kamferagtige reuk met 'n sublimasietemperature bo kamertemperatuur en is oplosbaar in die meeste organiese oplosmiddels. Dit is opmerklik vanweë sy stabiliteit: dit word nie beïnvloed deur lug, water, sterk basisse nie, en kan tot 400 °C verhit word sonder om te ontbind. In oksiderende toestande kan dit omkeerbaar met sterk sure reageer om die ferroseeniumkatioon [Fe(C₅H₅)₂]⁺.

Die vinnige groei van organometaalchemie word dikwels toegeskryf aan die opwinding wat voortspruit uit die ontdekking van ferroseen en sy vele analoë (metalosene).

Ontdekking

Ferroseen is al drie keer per ongeluk ontdek. Die eerste bekende sintese is in die laat 1940's deur onbekende navorsers van die Union Carbide maatskappy, wat warm siklopentadiene-damp deur 'n ysterpyp probeer voer het. Die damp het met die pypwand gereageer en 'n "geel slyk" geskep wat die pyp verstop het. Jare later is 'n monster van die slyk wat gered is geanaliseer deur E. Brimm en daar is gevind dat dit uit ferroseen bestaan.

Die tweede keer was omstreeks 1950, toe navorsers van British Oxygen gepoog het om amiene uit koolwaterstowwe en stikstof te sintetiseer in 'n wysiging van die Haber-proses. Toe hulle siklopentadieen met stikstof teen 300 °C onder atmosferiese druk probeer te laat reageer, was hulle teleurgesteld om te sien dat die koolwaterstof met 'n ysterbron reageer wat ferroseen gelewer het. Alhoewel hulle ook die merkwaardige stabiliteit daarvan waargeneem het het hulle die waarneming opsy gesit en dit eers gepubliseer nadat Peter Pauson sy bevindings in 1951 gerapporteer het.

In 1951 het Peter L. Pauson en Thomas J. Kealy aan die Duquesne Universiteit probeer om fulvaleen [(C₅H₄)₂] deur oksidatiewe dimerisering van siklopentadieen (C₅H₆) voor te berei . Daartoe het hulle die Grignard-verbinding siklopentadienielmagnesiumbromied in diëtieleter met ysterchloried as 'n oksideermiddel gereageer. In plaas van die verwagte fulvaleen, het hulle egter 'n ligte oranje poeier van "merkwaardige stabiliteit" met die formule C₁₀H₁₀Fe verkry.

 

Bepaling van die struktuur

 

Pauson en Kealy het vermoed dat die verbinding twee siklopentadienielgroepe het, elk met 'n enkele kovalente binding van die versadigde koolstofatoom tot die ysteratoom. Die struktuur strook egter nie met die bestaande bindingsmodelle nie en kan nie die onverwagte stabiliteit van die verbinding verklaar nie, en chemici het gesukkel om die regte struktuur te vind.

Die struktuur is in 1952 deur drie navorsingsgroepe afgelei en onafhanklik gerapporteer:

• Woodward en Wilkinson het dit afgelei deur op te let dat ferroseen reaksies ondergaan wat tipies is vir aromatiese verbindings soos benseen.
• E. Fischer lei die struktuur af (wat hy 'n "dubbele kegel" genoem het) en sintetiseer ook ander metallosene soos nikkeloseen en kobaltoseen.
• Eiland en Pepinsky het die struktuur bevestig deur middel van X-straalkristallografie en later deur Kernmagnetiese resonansie.

Begrip van die struktuur

Die "toebroodjie"-struktuur van ferroseen was skokkend nuut en het nuwe teorie vereis om te verduidelik. Toepassing van molekulêre orbitale teorie met die aanname van 'n Fe²⁺-sentrum tussen twee siklopentadienied-anione (C₅H₅)⁻ het gelei tot die suksesvolle Dewar-Chatt–Duncanson-model, wat die korrekte voorspelling van die meetkunde van die molekule moontlik gemaak het, asook die merkwaardige stabiliteit daarvan verduidelik.

Impak

Ferroseen was nie die eerste bekende organometaalverbinding nie. Zeise se sout K[PtCl₃(C₂H₄)]·H₂O is in 1831 gerapporteer, Mond se ontdekking van Ni(CO)₄ het in 1888 plaasgevind, en organolitiumverbindings is in die dertigerjare ontwikkel. Daar kan egter geargumenteer word dat dit die ontdekking van ferroseen is wat organometaalchemie as 'n aparte vakgebied van chemie begin het. Dit het ook gelei tot 'n ontploffing van belangstelling in verbindings van d-blokmetale met koolwaterstowwe.

Die ontdekking is so belangrik geag dat Wilkinson en Fischer die Nobelprys vir Chemie in 1973 gedeel het "vir hul baanbrekerswerk wat onafhanklik van mekaar uitgevoer is ten opsigte van die chemie van die organometaalverbindings – die sogenaamde toebroodjieverbindings".

Ferroseen en die talle afgeleides daarvan is nie op groot skaal van toepassing nie, maar het baie gebruike wat die ongewone struktuur benut:

• As ligandsteier: Ferroseenafgeleides word gebruik as ligande vir oorgangsmetaal-gekataliseerde reaksies. Sommige van hulle het industriële toepassings gevind in die sintese van farmaseutiese en landbouchemikalieë.

• Brandstofbymiddels: Ferroseen en van sy afgeleides is as brandstofbymiddels gebruik. Hulle is veiliger as die tetraetiellood wat voorheen gebruik is.

• Farmaseutiese middels: Ferroseenderivate is ondersoek as medisyne vir die behandeling van malaria en kanker.

• Vuurpylbrandstof: Ferroseen en verwante derivate word gebruik as kragtige brandstofsnelheidskatalisators in saamgestelde dryfmiddels met ammoniumperchloraat.