เฟอร์โรซีน (อังกฤษ: Ferrocene) เป็นสารประกอบโลหอินทรีย์ที่มีสูตรเป็น Fe(C5H5)2 เป็นต้นแบบของ metallocene (สารประกอบ organometallic ที่ประกอบด้วยวง cyclopentadienyl สองวง ซึ่งประกบอะตอมกลางโลหะไว้ ซึ่งอาจเรียนได้อีกอย่างหนึ่งว่า sandwich compound)

เฟอร์โรซีน
ชื่อ
Preferred IUPAC name
Ferrocene[1]
ชื่ออื่น
  • Dicyclopentadienyl iron
  • Bis(η5-cyclopentadienyl)iron
  • Iron(II) cyclopentadienide
เลขทะเบียน
3D model (JSmol)
ChEBI
เคมสไปเดอร์
ECHA InfoCard 100.002.764 แก้ไขสิ่งนี้ที่วิกิสนเทศ
UNII
  • InChI=1S/2C5H5.Fe/c2*1-2-4-5-3-1;/h2*1-5H;/q2*-1;+2 checkY
    Key: KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChI=1/2C5H5.Fe/c2*1-2-4-5-3-1;/h2*1-5H;/q2*-1;+2
    Key: KTWOOEGAPBSYNW-UHFFFAOYAZ
  • [CH-]1C=CC=C1.[CH-]1C=CC=C1.[Fe+2]
คุณสมบัติ
C10H10Fe
มวลโมเลกุล 186.04 g/mol
ลักษณะทางกายภาพ ผงสีส้มอ่อน
กลิ่น คล้ายการบูร
ความหนาแน่น 1.107 g/cm3 (0 °C), 1.490 g/cm3 (20 °C)[2]
จุดหลอมเหลว 172.5 องศาเซลเซียส (342.5 องศาฟาเรนไฮต์; 445.6 เคลวิน)[4]
จุดเดือด 249 องศาเซลเซียส (480 องศาฟาเรนไฮต์; 522 เคลวิน)
ไม่ละลายในน้ำ ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ส่วนใหญ่
log P 2.04050 [3]
โครงสร้าง
D5d / D5h / D5
Metallocene
ไม่มีไดโพลโมเมนต์ถาวรเพราะการหมุนอย่างรวดเร็วของ Cp[5]
ความอันตราย
NFPA 704 (fire diamond)
NIOSH (US health exposure limits):
PEL (Permissible)
TWA 15 mg/m3 (รวม) TWA 5 mg/m3 (resp)[6]
REL (Recommended)
TWA 10 mg/m3 (รวม) TWA 5 mg/m3 (resp)[6]
IDLH (Immediate danger)
N.D.[6]
สารประกอบอื่นที่เกี่ยวข้องกัน
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง
หากมิได้ระบุเป็นอื่น ข้อมูลข้างต้นนี้คือข้อมูลสาร ณ ภาวะมาตรฐานที่ 25 °C, 100 kPa

ประวัติ แก้

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 ทำให้กลายเป็นการจัดอิเล็กตรอนแบบแก๊สมีสกุล (ก๊าซเฉื่อย) ซึ่งเป็นสาเหตุของความเสถียรของสาร

สมบัติทางกายภาพ แก้

Ferrocene เป็นของแข็งสีส้มที่มีความเสถียรในบรรยากาศปกติ และจะระเหิดได้ทันทีในสภาวะสุญญกาศ จากสมมาตรและความไม่มีประจุ Ferrocene ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น benzene แต่ไม่ละลายในน้ำ[ต้องการอ้างอิง]

สมบัติทางเคมี แก้

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 [8]

ประโยชน์ใช้งานของ Ferrocene และสารอนุพันธ์ แก้

ตัว Ferrocene เองมีประโยชน์ใช้งานน้อย อย่างไรก็ตามวิธีการสังเคราะห์อนุพันธืจำนวนนำไม่ถ้วน เช่น mono- และ disubstituted ferrocenes ซึ่งขยายขอบเขตการใช้งานให้กว้างขวางออกไป

สารเติมแต่งในน้ำมันเชื้อเพลิง แก้

Ferrocene และสารอนุพันธ์มีสมบัติเป็น anti-knock agents สามารถใช้ในเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมัน ซึ่งปลอดภับกว่าการใช้ tetraalkyl lead additives.[9] ซึ่งสามารถหาซื้อได้ที่ Halfords (ร้านค้าย่อยในสหราชอาณาจักร) , สารเติมแต่งในน้ำมันมีส่วนประกอบของ ferrocene สามารถเติมลงในน้ำมันไร้สารตะกั่วเพื่อการใช้งานในรถเก่าที่ออกแบบมาใช้กับน้ำมันมีสารตะกั่ว รายละเอียดการใช้เป็น antiknocking agent สามารถดูเพิ่มเติมได้จากสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาเลขที่ 4104036 อย่างไรก็ตามการจับตัวของเหล็กซึ่งมาจาก Ferrocene จะทำให้เกิดผิวนำไฟฟ้าเคลือยอยู่บนหัวเทียบทำให้เกิดความผิดพลาดในการจุดระเบิดของเครื่องยนต์

ในเครื่องยนต์ดีเซลล์ Ferrocene ช่วยลดควันดำได้[ต้องการอ้างอิง]

การแพทย์ แก้

เกลือ ferrocenium บางชนิดแสดงสมบัติต้านมะเร็ง (anticancer activity) และมีการรายงานถึงยาที่อยู่ระหว่างการทดลองซึ่งเป็น ferrocenyl version of tamoxifen[1] แนวคิดสำคัญคือ tamoxifen จะจับตัวกับ estrogen binding sites ทำให้เกิดความเป็นพิษต่อเซลล์ (cytotoxicity effect) [10][11][12]

วัสดุศาสตร์ แก้

Ferrocene สามารถระเหิดได้ง่าย จึงสามารถใช้ deposit fullerene บางชนิดได้

ใช้เป็น ligand scaffold แก้

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

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

สารอนุพันธ์ แก้

เนื่องจากปฏิกิริยาการแทนที่เกิดได้ง่าย โครงสร้างอนุพันธ์ Ferrocene ที่แปลกๆ จึงถูกเตรียมขึ้นจำนวนมาก อาทิเช่น penta (ferrocenyl) cyclopentadienyl ligand [13], ซึ่งเป็น cyclopentadiene ที่ประกอบไปด้วยหมู่แทนที่ 5 หมู่ (5 ferrocene substituents)

อ้างอิง แก้

  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)". ChemicalBook. สืบค้นเมื่อ 3 February 2010.
  3. "FERROCENE Material safety data sheet". ChemSrc.
  4. Lide, D. R., บ.ก. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. p. 3.258. ISBN 0-8493-0486-5.
  5. Mohammadi N, Ganesan A, Chantler CT, Wang F (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.
  6. 6.0 6.1 6.2 NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. "#0205". National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH).
  7. "Ferrocene MSDS". ScienceLab. คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิมเมื่อ 2015-12-12. สืบค้นเมื่อ 2015-11-25.
  8. N. G. Connelly, W. E. Geiger, "Chemical Redox Agents for Organometallic Chemistry" Chemical Reviews 1996, vol. 96, pp. 877-910.
  9. "Application of fuel additives" (PDF). คลังข้อมูลเก่าเก็บจากแหล่งเดิม (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 แก้