Пентакарбонил железа

редактировать
Пентакарбонил железа
Карбонил железа
Карбонил железа
Образец карбонила железа
Имена
Название ИЮПАК Пентакарбонилирон (0)
Другие имена Пентакарбонильное железо. Карбонил железа
Идентификаторы
Номер CAS
3D-модель (JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.033.323 Измените это в Викиданных
PubChem CID
номер RTECS
  • NO4900000
UNII
Номер ООН 1994
CompTox Dashboard (EPA )
InChI
SMILES
Свойства
Химическая формула Fe (CO) 5
Молярная масса 195,90 г / моль
Внешний виджидкость от соломенно-желтого до ярко-оранжевого цвета
Запах мускус ty
Плотность 1,453 г / см
Температура плавления -21,0 ° C (-5,8 ° F; 252,2 K)
Точка кипения 103 ° C (217 ° F; 376 K)
Растворимость в воде Нерастворимый
Растворимость Растворим в органических растворителях. Слабо растворим в спирт. не растворим в аммиаке
Давление пара 40 мм рт. Ст. (30,6 ° C)
Показатель преломления (nD)1,5196 (20 ° C)
Структура
Группа точек D3h
Координационная геометрия тригонально-бипирамидная
Молекулярная форма тригонально-бипирамидальная
Дипольный момент 0 D
Опасности
Основные опасности Очень токсичен, легко воспламеняется
Паспорт безопасности ICSC 0168
Пиктограммы GHS GHS06: Токсично GHS09: Опасность для окружающей среды
NFPA 704 (огненный алмаз)NFPA 704 четырехцветный алмаз 3 4 1
Температура вспышки −15 ° C (5 ° F; 258 K)
Самовоспламенение. температура 49 ° C (120 ° F; 322 K)
Пределы взрываемости 3,7–12,5%
Летальная доза или концентрация (LD, LC):
LD50(медиана доза )25 мг / кг (крыса, перорально)
НИОШ (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (допустимое)нет
REL (Рекомендуется)TWA 0,1 ppm (0,23 мг / м) ST 0,2 ppm (0,45 мг / м)
IDLH (Immed высокая опасность)ND
Родственные соединения
Прочие катионы Додекакарбонил трирутения. Додекакарбонил триосмия
Родственные карбонилы железаДийелез нонакарбонил. Додекакарбонил трирудия
соединениядекарбонил диманганца. октакарбонил дикобальта. тетракарбонил никеля
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☑Y (что такое ?)
Ссылки в ink

Пентакарбонил железа, также известный как карбонил железа, является соединение с формулой Fe (C O )5. В стандартных условиях Fe (CO )5представляет собой сыпучую жидкость соломенного цвета с резким запахом. Старые образцы кажутся темнее. Это соединение является обычным предшественником различных соединений железа, в том числе многих полезных в малых масштабах органический синтез.

Содержание

  • 1 Свойства
  • 2 Синтез и другие карбонилы железа
  • 3 Промышленное производство и использование
  • 4 Реакции
    • 4.1 Декарбонилирование
    • 4.2 Замещение CO реакции
    • 4.3 Окисление и восстановление
    • 4.4 Кислотно-основные реакции
    • 4.5 Диеновые аддукты
  • 5 Другое применение
  • 6 Токсичность и опасность
  • 7 Ссылки

Свойства

Пентакарбонил железа представляет собой гомолептик карбонил металла, где монооксид углерода является единственным лигандом в комплексе с металлом. Другие примеры включают октаэдрический Cr (CO) 6 и тетраэдрический Ni (CO) 4. Большинство карбонилов металлов имеют 18 валентных электронов, а Fe (CO) 5 соответствует этой схеме с 8 валентными электронами на Fe и пятью парами элементов. ctron, обеспечиваемые лигандами CO. Отражая его симметричную структуру и нейтральность заряда, Fe (CO) 5 является летучим ; это один из наиболее часто встречающихся жидких комплексов металлов. Fe (CO) 5 имеет тригонально-бипирамидную структуру с атомом Fe, окруженным пятью лигандами CO : три в экваториальных положениях и два аксиально связанных. Каждая связь Fe – C – O является линейной.

Fe (CO) 5 демонстрирует относительно низкую скорость обмена между аксиальными и экваториальными группами CO через механизм Берри. Он характеризуется двумя интенсивными полосами ν CO в ИК-спектре при 2034 и 2014 см (газовая фаза).

Синтез и другие карбонилы железа

Fe (CO) 5 получают реакцией мелких частиц железа с монооксидом углерода. Это соединение было описано в журнале Мондом и Лангером в 1891 году как «несколько вязкая жидкость бледно-желтого цвета». Образцы были приготовлены обработкой мелкодисперсного порошка железа, не содержащего оксидов, оксидом углерода при комнатной температуре.

Промышленный синтез соединения требует относительно высоких температур и давлений (например, 175 атм при 150 ° C), а также специального химически стойкого оборудования (например, состоящего из меди-серебра сплавы ). Получение соединения в лабораторных масштабах позволяет избежать этих осложнений за счет использования иодида промежуточного соединения :

  1. FeI 2 + 4 CO → Fe (CO) 4I2
  2. 5 Fe (CO) 4I2+ 10 Cu → 10 CuI + 4 Fe (CO) 5 + Fe

Fe (CO) 5 чувствительно к свету. Фотодиссоциация Fe (CO) 5 дает Fe2(CO) 9, желто-оранжевое твердое вещество, также описанное Мондом. При нагревании Fe (CO) 5 превращается в небольшие количества металлического кластера Fe3(CO) 12, зеленого твердого вещества. Однако простой термолиз не является полезным синтезом, и каждый комплекс карбонила железа проявляет различную реакционную способность.

Промышленное производство и использование

Промышленное производство этого соединения в некоторой степени похоже на процесс Монда в том, что металл обрабатывают монооксидом углерода для получения летучего газа. В случае пентакарбонила железа реакция протекает более вяло. В качестве исходного материала необходимо использовать железную губку, а также более жесткие условия реакции: 5–30 МПа по оксиду углерода и 150–200 ° С. Как и в процессе Монда, сера действует как катализатор. Неочищенный пентакарбонил железа очищают перегонкой. Энциклопедия промышленной химии Ульмана сообщает, что есть только три завода, производящие пентакарбонилированное железо; BASF в Германии и в Алабаме имеют мощности 9000 и 1500–2000 тонн в год соответственно.

Большая часть производимого пентакарбонила железа разлагается на месте с образованием чистого карбонильного железа по аналогии с карбонил никель. Некоторое количество пентакарбонила железа сжигается с образованием чистого оксида железа. Другие применения пентакарбонилированного железа по сравнению с ними невелики.

Реакции

декарбонилирование

Очищенный пентакарбонил железа можно разложить с получением карбонильного железа высокой чистоты. подготовка металлического железа.

Реакции замещения CO

Многие соединения получают из Fe (CO) 5 замещением CO на основания Льюиса, L, с образованием производных Fe (CO) 5-x Lx. Общие основания Льюиса включают изоцианиды, третичные фосфины и арсины и алкены. Обычно эти лиганды замещают только один или два лиганда CO, но некоторые акцепторные лиганды, такие как PF 3 и изоцианиды, могут переходить к тетра- и пентазамещению. Эти реакции часто вызываются катализатором или светом. Иллюстративным является синтез комплекса бис (трифенилфосфин) трикарбонил железа (Fe (CO) 3 (P (C 6H5)3)2)). Это преобразование можно осуществить фотохимически, но оно также индуцируется добавлением NaOH или NaBH 4. Катализатор атакует лиганд CO, который лабилирует другой лиганд CO в сторону замещения. Электрофильность Fe (CO) 4 L меньше, чем у Fe (CO) 5, поэтому нуклеофильный катализатор разъединяет и атакует другую молекулу Fe (CO) 5.

Окисление и восстановление

Большинство карбонилов металлов могут быть галогенированы. Таким образом, обработка Fe (CO) 5 с галогенами дает галогениды двухвалентного железа Fe (CO) 4X2для X = I, Br, Cl. Эти частицы при нагревании теряют CO, давая галогениды двухвалентного железа, такие как хлорид железа (II).

Восстановление Fe (CO) 5 с помощью Na дает Na2Fe (CO) 4, «тетракарбонилферрат», также называемый реагентом Коллмана.. Дианион изоэлектронен с Ni (CO) 4, но очень нуклеофильным.

кислотно-основным остатком. действия

Fe (CO) 5 нелегко протонировать, но он подвергается воздействию гидроксида. Обработка Fe (CO) 5 водным основанием дает [HFe (CO) 4] через промежуточное соединение металлакарбоксилат. Окисление этого моноаниона дает додекарбонил трижелеза, Fe 3 (CO) 12. Подкисление растворов [HFe (CO) 4 ] дает тетракарбонилгидрид железа, H 2 Fe (CO) 4, первый металлогидрид когда-либо сообщалось.

Диеновые аддукты

Диены реагируют с Fe (CO) 5 с образованием (диен) Fe (CO) 3, где два лиганда CO имеют заменены двумя олефинами. Многие диены подвергаются этой реакции, особенно норборнадиен и 1,3-бутадиен. Одним из наиболее исторически значимых производных является циклобутадиен-трикарбонил железа (C4H4) Fe (CO) 3, где C 4H4представляет собой нестабильный в других отношениях циклобутадиен. Наибольшее внимание привлекают комплексы циклогексадиенов, при этом исходные органические 1,4-диены доступны через березовые сокращения. 1,4-Диены изомеризуются в 1,3-диены при комплексообразовании.

Fe (CO) 5 реагирует в дициклопентадиене с образованием [Fe (C 5H5) (CO) 2]2, дикарбонилдимер циклопентадиенильного железа. Это соединение, называемое «димером Fp», можно рассматривать как гибрид ферроцена и Fe (CO) 5, хотя с точки зрения его реакционной способности он не похож ни на один из них.

Другое применение

В Европе пентакарбонил железа когда-то использовался в качестве антидетонационного агента в бензине на месте из тетраэтилсвинца. Еще две современные альтернативные топливные присадки - это ферроцен и метилциклопентадиенилтрикарбонил марганца. Fe (CO) 5 используется в производстве «карбонильного железа », мелкодисперсной формы Fe, материала, используемого в магнитных сердечниках из высокопрочного металла. частотные катушки для радиоприемников и телевизоров и для производства активных ингредиентов некоторых материалов, поглощающих радары (например, краски с железным шариком ). Он известен как химический предшественник для синтеза различных наночастиц на основе железа..

Было обнаружено, что пентакарбонил железа является сильным ингибитором скорости пламени в пламени на основе кислорода. Известно, что несколько сотен частей на миллион пентакарбонила железа снижают скорость пламени стехиометрического метана - воздуха почти на 50%. Однако из-за своей токсичности он не получил широкого применения в качестве огнестойкого вещества.

Токсичность и опасности

Fe (CO) 5 токсичен, что вызывает озабоченность, поскольку летучести (давление паров: 21 миллиметр ртутного столба (2,8 кПа) при 20 ° C). При вдыхании пентакарбонил железа может вызвать раздражение легких, токсический пневмонит или отек легких. Как и другие карбонилы металлов, Fe (CO) 5 является легковоспламеняющимся. Тем не менее, он значительно менее токсичен, чем тетракарбонил никеля.

Что касается профессионального воздействия пентакарбонила железа, Национальный институт профессиональной безопасности и здоровья установил рекомендуемый предел воздействия при 0,1 ppm (0,23 мг / м3) в течение восьмичасового среднего взвешенного по времени и предел кратковременного воздействия при 0,2 ppm (0,45 мг / м).

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-24 07:01:15
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте