Ferrocen

Strukturformel
Allgemeines
Name	Ferrocen
Andere Namen	Di(cyclopentadienyl)eisen, Bis(cyclopentadienyl)eisen
Summenformel	C10H10Fe
CAS-Nummer	102-54-5
Kurzbeschreibung	orange Kristalle
Eigenschaften
Molare Masse	186,04 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	1,49 g·cm−3 (20 ºC)[1]
Schmelzpunkt	172,5 °C[2]
Siedepunkt	249 °C[2]
Dampfdruck	2,6 mbar (100 °C)[2]
Löslichkeit	löslich in organischen (unpolaren) Lösungsmitteln, unlöslich in Wasser
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung F Leichtent- zündlich Xn Gesundheits- schädlich N Umwelt- gefährlich [2] R- und S-Sätze R: 11-22-51/53[2] S: 22-61[2]
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.

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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.

Bindungsverhältnisse

Ferrocen setzt sich formal aus einem Eisen(II)-Kation und zwei Cyclopentadienylanionen (C₅H₅^-) zusammen. Insgesamt ergibt sich also ein ungeladener Komplex. Die Bindungsverhältnisse lassen sich vereinfacht dadurch erklären, dass die Cyclopentadienylanionen als Aromaten über ein delokalisiertes π-Elektronensystem verfügen. Jeder der beiden Liganden kann dem Eisen(II)-Kation sechs π-Elektronen zur Verfügung stellen. Da das Eisen(II)-Kation sechs Elektronen besitzt und zwölf Elektronen von den Liganden erhält, besitzt es im Komplex 18 Elektronen. Damit erreicht es, der 18-Elektronen-Regel folgend, die energetisch günstige Edelgaskonfiguration von Krypton. Der Abstand der Cylopantadienylringe beträgt 332 pm, was dem Van-der-Waals-Kontakt zweier π-Systeme entspricht, z. B. dem Abstand der Schichten im Graphit von 330 pm oder auch im Dibenzolchrom mit 322 pm.

Im Gegensatz zur gezeigten Strukturformel, die eine gestaffelte Konformation der Ringe suggeriert, liegen sie in ekliptischer 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 (D_5d) individueller Sandwichmoleküle vorgetäuscht. Die trikline Form weicht um 9° von der ekliptischen Anordnung (D₅) ab, die orthorhombische Form (D_5h) ist exakt ekliptisch gebaut. Ekliptisch ist Ferrocen auch in der Gasphase, die Rotationsbarriere ist jedoch sehr klein. Decamethylferrocen (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).

Historische Informationen

Es wurde 1951 zufällig von Kealy und Pauson an der Duquesne University bei der Reaktion von Eisen(III)-chlorid mit Cyclopentadienylmagnesiumbromid als orangefarbene Kristalle erhalten, die überraschenderweise luftstabil waren und leicht sublimiert werden konnten^[3]. Unabhängig davon hat die Arbeitsgruppe um Miller ebenfalls Ferrocen hergestellt und beschrieben.

Die ersten auf Infrarot-Spektroskopie beruhenden Strukturvorschläge von Wilkinson und Woodward, damals beide an der Harvard University, konnten 1952 durch Röntgen-Kristallstrukturanalyse von Ernst Otto Fischer und Wolfgang 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.

Verwendung

Ferrocen wird dem Heizöl (ESSO Formel plus) beigemischt, um eine höhere Verbrennungstemperatur und einen besseren Ausbrand zu erreichen.

In der Cyclovoltammetrie wird Ferrocen wegen seiner reversiblen Oxidation zum Ferrocenium-Ion oft als Referenzsubstanz in nicht wässrigen Lösungen verwendet.

Siehe auch

• Sandwichkomplex

Literatur

• J. Dunitz, L. Orgel, A. Rich: The crystal structure of ferrocene. Acta Crystallographica 9 (1956) 373–375

Quellen

1. ↑ Sicherheitsdatenblatt (Merck)
2. ↑ ^{a b c d e f} Eintrag zu CAS-Nr. 102-54-5 in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 17. 8. 2007 (JavaScript erforderlich)
3. ↑ T. J. Kealy, P. L. Pauson: A New Type of Organo-Iron Compound. Nature 1951, 168, 1039. DOI:10.1038/1681039b0