Il ferrocene, il cui nome I.U.P.A.C. è Fe(II)-bis (η5-C5H5)2 è il composto più noto dei metalloceni e ha formula Fe(C5H5)2 .
È un complesso organometallico in cui due anelli ciclopentadienilici in conformazione sfalsata sono legati da lati opposti allo ione Fe2+
Storia
Nel 1951 Peter Pauson e Thomas Kealy tentarono di sintetizzare il fulvalene attraverso l’accoppiamento ossidativo del cloruro di magnesio ciclopentadienilico con cloruro di ferro (III). Tuttavia, invece di ottenere il fulvalene osservarono la formazione di idrofulvalene insieme a una polvere arancione dotata di notevole stabilità.
Tuttavia essi non riuscirono a proporre una struttura adeguata a questa molecola. Solo successivamente i chimici Ernst Otto Fischer e Sir Geoffrey Wilkinson appartenenti a due gruppi diversi riuscirono a comprendere la struttura del ferrocene. Entrambi vinsero il Premio Nobel per la Chimica nel 1973 per il loro lavori nell’ambito dei composti metallorganici
La struttura a sandwich del ferrocene fu poi confermata dalla cristallografia a raggi X nel 1954 e dallo studio dello spettro NMR.
Struttura del ferrocene
L’anione ciclopentadienilico ha formula C5H5– e struttura
Presenta 6 elettroni π e soddisfa la regola di Hückel. Il ferro ha configurazione elettronica [Ar]3d64s2 e pertanto lo ione Fe2+ ha configurazione elettronica [Ar]3d6. La somma del numero di elettroni è pari quindi, tenendo conto della presenza di due anioni ciclopentadienilici a (6 · 2) + 6 = 18 elettroni.
Il ferrocene segue quindi la regola dei 18 elettroni, utilizzata nella chimica dei metalli di transizione per prevedere la stabilità dei complessi metallici. Il guscio di valenza di un metallo di transizione può ospitare infatti 18 elettroni: 2 in ciascuno dei cinque orbitali d, 2 nei tre orbitali p e 2 nell’orbitale s.
Proprietà
Il ferrocene è un solido di colore arancione chiaro, dall’odore simile a quello della canfora e inizia a sublimare alla temperatura di 100°C. È poco solubile in acqua idrossido di sodio al 10% e acido cloridrico concentrato a caldo e solubile in benzene, etere etilico, etere di petrolio e tetraidrofurano.
È solubile in acido nitrico diluito, acido solforico concentrato in cui forma una soluzione rosso intenso contenente fluorescenza bluastra.
Sintesi
Si può ottenere in laboratorio facendo reagire il ciclopentadiene con idrossido di potassio per ottenere l’anione ciclopentadienilico che, per reazione con il cloruro di ferro (II) dà il ferrocene.
Può essere ottenuto per reazione del cloruro di ferro (II) con un reattivo di Grignard:
2 (C5H5)MgBr + FeCl2 → (C5H5)Fe(C5H5) + MgBr2 + MgCl2
Reazioni
Molte reazioni del ferrocene sono essenzialmente quelle di un composto organico aromatico come, ad esempio, la solfonazione:
Un altro esempio è l’acilazione di Friedel-Crafts che si può ottenere tramite reazione con cloruro di acetile e AlCl3 o con anidride acetica e acido fosforico quale catalizzatore
Usi
Il ferrocene e i suoi derivati trovano applicazioni:
- in agricoltura come agrofarmaci, prodotti utilizzati per proteggere e conservare i vegetali o influirne sui processi vitali
- in campo farmaceutico come antibatterici, antimicotici e antiparassitari
Sono usati come agenti antidetonanti utilizzati nei carburanti per motori a benzina e come acceleratori di reticolazione per resine poliestere insature