Имена | |
---|---|
Название ИЮПАК Пентакарбонилирон (0) | |
Другие имена Пентакарбонильное железо. Карбонил железа | |
Идентификаторы | |
Номер CAS | |
3D-модель (JSmol ) | |
ChEBI | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.033.323 |
PubChem CID | |
номер RTECS |
|
UNII | |
Номер ООН | 1994 |
CompTox Dashboard (EPA ) | |
InChI
| |
SMILES
| |
Свойства | |
Химическая формула | Fe (CO) 5 |
Молярная масса | 195,90 г / моль |
Внешний вид | жидкость 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 | |
NFPA 704 (огненный 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 железа | Дийелез нонакарбонил. Додекакарбонил трирудия |
соединения | декарбонил 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.
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).
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 :
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 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.
Очищенный пентакарбонил железа можно разложить с получением карбонильного железа высокой чистоты. подготовка металлического железа.
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.
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.
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.
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.
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.
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).