Ferrocen
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| Strukturformel | |||||||||
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| Allgemeines | |||||||||
| Name | Ferrocen | ||||||||
| Andere Namen | Di(cyclopentadienyl)eisen, Bis(cyclopentadienyl)eisen | ||||||||
| Summenformel | C10H10Fe | ||||||||
| CAS-Nummer | 102-54-5 | ||||||||
| Kurzbeschreibung | orange Kristalle | ||||||||
| Eigenschaften | |||||||||
| Molmasse | 186,04 g/mol | ||||||||
| Aggregatzustand | fest | ||||||||
| Dichte | 1.49 g/cm3 (20 ºC) | ||||||||
| Schmelzpunkt | 172–175 °C | ||||||||
| Siedepunkt | 249 °C | ||||||||
| Dampfdruck | 3,4 hPa (100 °C) | ||||||||
| Löslichkeit | löslich in organischen (unpolaren) Lösungsmitteln, unlöslich in Wasser | ||||||||
| Sicherheitshinweise | |||||||||
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| R- und S-Sätze |
R 11-22-51/53 |
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| MAK | ? | ||||||||
| Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen. | |||||||||
Ferrocen (Di(cyclopentadienyl)eisen oder Bis(cyclopentadienyl)eisen) ist ein Metallocen, das heißt eine metallorganische Verbindung mit aromatischen Ringsystemen, und war die erste dieser Verbindungen, die als Sandwichverbindung bezeichnet wurde, weil sich zeigte, dass die beiden Cyclopentadienylringe auf gegenüberliegenden Seiten des Eisenatoms liegen. Die Summenformel ist C10H10Fe.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Eigenschaften
Ferrocen bildet orangefarbene Kristallnadeln mit einem Schmelzpunkt von 173 °C und einem Siedepunkt von 249 °C. In Wasser ist Ferrocen unlöslich, in unpolaren Lösungsmitteln wie Hexan oder Toluol hingegen gut löslich. Es besitzt große thermische und chemische Stabilität.
[Bearbeiten] Bindungsverhältnisse
Ferrocen setzt sich formal aus einem Eisen(II)-Kation und zwei Cyclopentadienyl-Anionen (C5H5-) zusammen. Insgesamt ergibt sich also ein ungeladener Komplex. Die Bindungsverhältnisse kann man sich vereinfacht folgendermaßen erklären: Die Cyclopentadienyl-Anionen verfügen als Aromaten über ein delokalisiertes π-Elektronensystem. Jeder dieser beiden Liganden kann dem Fe(II)-Kation 6 π-Elektronen zur Verfügung stellen. Da das Eisen(II)-Kation 6 Elektronen besitzt und noch 12 Elektronen von den Liganden erhält, besitzt es im Komplex 6 + 12 = 18 Elektronen. Damit erreicht es, der 18-Elektronen-Regel folgend, die energetisch günstige Edelgaskonfiguration von Krypton. Der Cp-Cp-Abstand beträgt 332 ppm, was dem van-der-Waals-Kontakt zweier π-Systeme entspricht, z. B. dem Abstand der Schichten im Graphit von 330 ppm oder auch im Dibenzolchrom mit 322 ppm.
Im Gegensatz zur gezeigten Strukturformel, die eine gestaffelte Konformation der Cp-Ringe suggeriert, liegen die Cp-Ringe in einer ekliptischen Konformation vor. Ferrocen kristallisiert bei Raumtemperatur in monokliner, bei T < 164 K in trikliner und bei T < 110 K in orthorhombischer Modifikation. In der monoklinen Form wird durch Fehlordnung eine gestaffelte Konformation (D5d) individueller Sandwichmoleküle vorgetäuscht. Die trikline Form weicht um 9° von der ekliptischen Anordnung (D5), die orthorhombische Form (D5h) ist exakt ekliptisch gebaut. Ekliptisch ist Ferrocen auch in der Gasphase, die Rotationsbarriere ist jedoch sehr klein. Decamethlyferrocen (Cp*)2Fe realisiert hingegen im Kristall und in der Gasphase die gestaffelte Konformation. In Cobaltocen Cp2Co und Nickelocen Cp2Ni stehen die Cp-Fünfringe auf Lücke (gestaffelt).
[Bearbeiten] Historische Informationen
Es wurde 1951 zufällig von Kealy und Pauson bei der Reaktion von Eisenpulver mit Cyclopentadien als orangefarbene Kristalle erhalten, welche überraschenderweise luftstabil waren und leicht sublimiert werden konnten. Unabhängig hat die Arbeitsgruppe um Miller ebenfalls Ferrocen hergestellt und beschrieben.
Die ersten Strukturvorschläge durch Infrarot-Spektroskopie von Wilkinson und Woodward (damals beide an der Harvard University) konnten 1952 durch Röntgen-Kristallstrukturanalyse von Fischer und Pfab (beide damals TU München) bestätigt werden.
Ernst Otto Fischer und Geoffrey Wilkinson erhielten 1973 den Nobelpreis für Chemie für ihre Arbeiten über metallorganische Verbindungen, die auch die Bindungsverhältnisse im Ferrocen erklärten.
[Bearbeiten] Verwendung
Ferrocen wird dem Heizöl (ESSO Formel plus) beigemischt, wodurch eine höhere Verbrennungstemperatur und ein besserer Ausbrand erreicht wird.
In der Zyklovoltammetrie wird Ferrocen wegen seiner reversiblen Oxidation zum Ferrocenium-Ion oft als Referenzsubstanz in nicht wässrigen Lösungen verwendet.
