เฟอร์โรซีน

เฟอร์โรซีน (อังกฤษ: Ferrocene) เป็นสารประกอบโลหอินทรีย์ที่มีสูตรเป็น Fe(C
5H
5)
2 เป็นต้นแบบของ metallocene (สารประกอบ organometallic ที่ประกอบด้วยวง cyclopentadienyl สองวง ซึ่งประกบอะตอมกลางโลหะไว้ ซึ่งอาจเรียนได้อีกอย่างหนึ่งว่า sandwich compound)

เฟอร์โรซีน
ชื่อพิเศษที่ IUPAC กำหนด Ferrocene
ชื่ออื่น	Dicyclopentadienyl iron Bis(η^5-cyclopentadienyl)iron
เลขทะเบียน
เลขทะเบียน CAS	[102-54-5]^[CAS]
PubChem	11985121
ChEBI	30672
SMILES	[CH-]1C=CC=C1.[CH-]1C=CC=C1.[Fe+2]
InChI	1/2C5H5.Fe/c2*1-2-4-5-3-1;/h2*1-5H;/q2*-1;+2
ChemSpider ID	7329
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	C10H10Fe
มวลต่อหนึ่งโมล	186.04 g/mol
ลักษณะทางกายภาพ	ผงสีส้มอ่อน
กลิ่น	คล้ายการบูร
ความหนาแน่น	1.107 g/cm^3 (0 °C), 1.490 g/cm^3 (20 °C)
จุดหลอมเหลว	172.5 °C, 446 K, 343 °F
จุดเดือด	249 °C, 522 K, 480 °F
ความสามารถละลายได้ ใน น้ำ	ไม่ละลายในน้ำ ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ส่วนใหญ่
log P	2.04050
โครงสร้าง
รูปร่างโมเลกุล	Metallocene
Dipole moment	ไม่มีไดโพลโมเมนต์ถาวรเพราะการหมุนอย่างรวดเร็วของ Cp
ความอันตราย
การจำแนกของ EU
อันตรายหลัก	อันตรายมากถ้ากลืน อันตรายถ้าติดต่อผ่านผิวหนัง (ระคายเคือง), ตา (ระคายเคือง), หายใจเข้า
NFPA 704	2 3 1
U.S. Permissible exposure limit (PEL)	TWA 15 mg/m^3 (รวม) TWA 5 mg/m^3 (resp)
สารประกอบอื่นที่เกี่ยวข้องกัน
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง	cobaltocene, nickelocene, chromocene, ruthenocene, osmocene, plumbocene
หากมิได้ระบุเป็นอื่น ข้อมูลข้างต้นนี้คือข้อมูลสาร ณ ภาวะมาตรฐานที่ 25 °C, 100 kPa
สถานีย่อย:เคมี

ประวัติ

เช่นเดียวกับสารสังเคราะห์ตัวอื่น Ferrocene ถูกสังเคราะห์ขึ้นโดยบังเอิญ ในปี 1951 Pauson และ Kealy แห่ง Duquesne University รายงานปฏิกิริยาระหว่าง magnesium bromide และ ferric chloride ซึ่งเดิมมีจุดประสงค์จะทำให้เกิด coupling ของ diene แต่กลับได้สารเป็นผงสีส้มอ่อนที่มีความเสถียรสูงมาก อย่างไรก็ตาม Ferrocene สามารถเตรียมได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าโดยใช้ sodium cyclopentadienyl และ anhydrous ferrous chloride ใน ether

โครงสร้างของ Ferrocene ได้รับการยืนยันโดย NMR และ X-Ray crystallography โดยลักษณะโครงสร้าง sandwich ได้ปลุกความสนใจของนักวิทยาศาสตร์ให้มาศึกษาสารประกอบของโลหะในกลุ่ม d-block และ hydrocarbons และนำมาสู่ความรู้อันก้าวหน้าในสาขา organometallic chemistry ได้มีการใช้โลหะหลายชนิดแทน Fe และ hydrocarbons อื่นๆ แทน cyclopentadienyl

การจัดเรียงอิเล็กตรอนใน Ferrocene ประกอบด้วย 6-π electrons จาก cyclopentadienyl anion ซึ่งจะนำไปใช้ร่วมกับไอออน Fe²⁺ ตรงกลาง ทำให้กลายเป็นการจัดอิเล็กตรอนแบบก๊าซมีตระกูล (ก๊าซเฉื่อย) ซึ่งเป็นสาเหตุของความเสถียรของสาร

สมบัติทางกายภาพ

Ferrocene เป็นของแข็งสีส้มที่มีความเสถียรในบรรยากาศปกติ และจะระเหิดได้ทันทีในสภาวะสุญญกาศ จากสมมาตรและความไม่มีประจุ Ferrocene ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น benzene แต่ไม่ละลายในน้ำ^{[ต้องการอ้างอิง]}

สมบัติทางเคมี

Ferrocene เกิดปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างอันเป็นลักษณะเฉพาะของสาร aromatic ทำให้สามารถเตรียมสารอนุพันธ์ได้ (substituted ferrocenes) ซึ่งที่พบได้มากคือ 1-substituted (มีการแทนที่หนึ่งตำแหน่งบนวงหนึ่ง) 1,1'-disubstituted (H ขอวงบนและล่างถูกแทนที่ไปอย่างละหนึ่งตำแหน่ง) 1,2-disubstituted (H ที่อยู่ติดกันในวงเดียวกันสองตัวถูกแทนที่) ในการทดลอง Friedel-Crafts reaction Ferrocene จะถูกเติมหมู่ acetyl เมื่อทำปฏิกิริยากับ acetic anhydride (หรือ acetyl chloride) เมื่อมี phosphoric acid เป็นตัวเร่งปฏิริยา:

Fe (C₅H₅) ₂ + (CH₃CO) ₂O → Fe (C₅H₅) (C₅H₄C (O) CH₃) + CH₃CO₂H

Fe (C₅H₅) (C₅H₄C (O) CH₃) + (CH₃CO) ₂O → Fe (C₅H₄C (O) CH₃) ₂ + CH₃CO₂H

Ferrocene สามารถเสียไฮโดรเจนไปได้ง่าย เช่น เมื่อทำปฏิกิริยากบั butyl lithiumจะให้ 1,1'-dilithioferrocene, ซึ่งเป็น nucleophile ที่มีการใช้งานได้กว้างขวาง

Fe (C₅H₅) ₂ + 2 C₄H₉Li → Fe (C₅H₄Li) ₂ + 2 C₄H₁₀

Fe (C₅H₄Li) ₂ + 2 (C₆H₅) ₂PCl → Fe (C₅H₄P (C₆H₅) ₂) ₂ + 2 LiCl

สมบัติเฉพาะที่ต่างจาก organo-aromatic compounds ทั่วไปคือความสามารถในการเกิด one-electron oxidation ที่ศักย์ไฟฟ้าต่ำประมาณ 0.4 V เมื่อเทียบกับ saturated calomel electrode (SCE) ปฏิกิริยา Oxidation นี้มักจะใช้ FeCl₃ เพื่อทำให้เกิด ferrocenium ion สีน้ำเงิน และ [Fe (C₅H₅) ₂]⁺ ซึ่งมักจะสามารถแยกออกมาได้ในรูปเกลือ [PF₆]⁻ เกลือ Ferrocenium เป็น oxidising agent ที่นิยทใช้กันส่วนหนึ่งเพราะงว่าผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยารีดอกซ์เฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยาและสามารถแยกออกได้ง่าย

ประโยชน์ใช้งานของ Ferrocene และสารอนุพันธ์

ตัว Ferrocene เองมีประโยชน์ใช้งานน้อย อย่างไรก็ตามวิธีการสังเคราะห์อนุพันธืจำนวนนำไม่ถ้วน เช่น mono- และ disubstituted ferrocenes ซึ่งขยายขอบเขตการใช้งานให้กว้างขวางออกไป

สารเติมแต่งในน้ำมันเชื้อเพลิง

Ferrocene และสารอนุพันธ์มีสมบัติเป็น anti-knock agents สามารถใช้ในเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมัน ซึ่งปลอดภับกว่าการใช้ tetraalkyl lead additives. ซึ่งสามารถหาซื้อได้ที่ Halfords (ร้านค้าย่อยในสหราชอาณาจักร) , สารเติมแต่งในน้ำมันมีส่วนประกอบของ ferrocene สามารถเติมลงในน้ำมันไร้สารตะกั่วเพื่อการใช้งานในรถเก่าที่ออกแบบมาใช้กับน้ำมันมีสารตะกั่ว รายละเอียดการใช้เป็น antiknocking agent สามารถดูเพิ่มเติมได้จากสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาเลขที่ 4104036 อย่างไรก็ตามการจับตัวของเหล็กซึ่งมาจาก Ferrocene จะทำให้เกิดผิวนำไฟฟ้าเคลือยอยู่บนหัวเทียบทำให้เกิดความผิดพลาดในการจุดระเบิดของเครื่องยนต์

ในเครื่องยนต์ดีเซลล์ Ferrocene ช่วยลดควันดำได้^{[ต้องการอ้างอิง]}

การแพทย์

เกลือ ferrocenium บางชนิดแสดงสมบัติต้านมะเร็ง (anticancer activity) และมีการรายงานถึงยาที่อยู่ระหว่างการทดลองซึ่งเป็น ferrocenyl version of tamoxifen[1] แนวคิดสำคัญคือ tamoxifen จะจับตัวกับ estrogen binding sites ทำให้เกิดความเป็นพิษต่อเซลล์ (cytotoxicity effect)

วัสดุศาสตร์

Ferrocene สามารถระเหิดได้ง่าย จึงสามารถใช้ deposit fullerene บางชนิดได้

ใช้เป็น ligand scaffold

Chiral ferrocenyl phosphines สามารถใช้เป็น ligand ใน transition-metal catalyzed reactions บางชนิดมีประโยชน์ใช้งานในเชิงอุตสาหกรรมการสังเคราะห์ยาและเคมีเกษตร

1,1'-bis-diphenylphosphinoferrocene เป็น ligand ที่มีความสำคัญใน palladium coupling reactions.

สารอนุพันธ์

เนื่องจากปฏิกิริยาการแทนที่เกิดได้ง่าย โครงสร้างอนุพันธ์ Ferrocene ที่แปลกๆ จึงถูกเตรียมขึ้นจำนวนมาก อาทิเช่น penta (ferrocenyl) cyclopentadienyl ligand , ซึ่งเป็น cyclopentadiene ที่ประกอบไปด้วยหมู่แทนที่ 5 หมู่ (5 ferrocene substituents)

อ้างอิง

1. International Union of Pure and Applied Chemistry (2014). Nomenclature of Organic Chemistry: IUPAC Recommendations and Preferred Names 2013. The Royal Society of Chemistry. p. 1041. doi:10.1039/9781849733069. ISBN 978-0-85404-182-4.
2. "Ferrocene(102-54-5)". สืบค้นเมื่อ 3 February 2010.
3. "FERROCENE_msds".
4. Mohammadi, Narges; Ganesan, Aravindhan; Chantler, Christopher T.; Wang, Feng (2012). "Differentiation of ferrocene D5d and D5h conformers using IR spectroscopy". Journal of Organometallic Chemistry. 713: 51–59. doi:10.1016/j.jorganchem.2012.04.009.
5. "Material Safety Data Sheet. Ferrocene. MSDS# 03388. Section" (PDF). Northwest Missouri State University.
6. . ScienceLab. คลังข้อมูลเก่า เก็บจาก แหล่งเดิม เมื่อ 2015-12-12. สืบค้นเมื่อ 2015-11-25.
7. NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0205". National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
8. N. G. Connelly, W. E. Geiger, "Chemical Redox Agents for Organometallic Chemistry" Chemical Reviews 1996, vol. 96, pp. 877-910.
9. (PDF). คลังข้อมูลเก่า เก็บจาก แหล่งเดิม (PDF) เมื่อ 2006-05-05. สืบค้นเมื่อ 2007-01-14.
10. Science Publication
11. S. Top, B. Dauer, J. Vaissermann and G. Jaouen, Journal of Organometallic Chemistry, 1997, 541, 355-361.
12. S. Top, A. Vessières, G. Leclercq, J. Quivy, J. Tang, J. Vaissermann, M. Huché and G. Jaouen, Chemistry, 2003, 9, 5223-5236.
13. Y. Yu, A.D. Bond, P. W. Leonard, K. P. C. Vollhardt, G. D. WhitenerSyntheses, Structures, and Reactivity of Radial Oligocyclopentadienyl Metal Complexes: Penta (ferrocenyl) cyclopentadienyl and Congeners Angewandte Chemie International Edition Volume 45, Issue 11 , Pages 1794 - 1799 2006 Abstract

แหล่งข้อมูลอื่น

• Ferrocene at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards (Centers for Disease Control and Prevention)