二茂铁及其衍生物的合成与色谱分离
高效液相色谱法手性分离二茂铁衍生物
高效液相色谱法手性分离二茂铁衍生物徐峰;万晓龙;王军锋;康经武【摘要】The method for the enantioseparation of ferroence derivatives,four derivatives with single chirality and three derivatives with double chiralities containing centre and face chirality , on chiral stationary phases,namely Chiralpak IC( cellulose-tris( 3,5-dichlorobenzene carba-mate))and Chiralpak IE3(amylose-tris(3,5-dichlorobenzene carbamate)),was investigated. We found that the three derivatives of the four chiral ferroence derivatives with single chirality can be baseline separated on Chiralpak IE3;another one can be baseline separated on Chiral-pak IC. Meanwhile,the three chiral ferroence derivatives with double chiralities can be baseline separated on Chiralpak IC. The research shows that the both kinds of chiral stationary phases exhibited high enantiomeric recognition capability to the enantiomers of the chiral ferroence derivatives. This two chiral stationary phases exhibited complementary selectivities in the enan-tioseparation of chiral ferroence derivatives. This study provides a reference method for the enantioseparation of chiral ferroence derivatives.%建立了4个单手性和3个双手性（含有手性中心和面手性）的二茂铁衍生物在Chiralpak IC（纤维素-三（3，5-二氯苯基氨基甲酸酯））和 Chiralpak IE3（直链淀粉-三（3，5-二氯苯基氨基甲酸酯））手性固定相上的高效液相色谱分离方法。
二茂铁衍生物的合成及性质鉴定
二茂铁衍生物的合成及性质鉴定百克网：2008-4-29 10:35:16 文章来源：本站1．前言二茂铁是一种稳定且具有芳香性的金属有机化合物。
它不仅在理论和结构研究上有重要意义，而且有很多的实际应用。
自1951年Kealy T. J.和Pausen P L合成二茂铁以来，该类化合物有了很大的发展。
二茂铁它具有夹心式结构。
铁原子被夹在两个平行的环戊二烯基之间，形成牢固的配位键，致使亚铁离子(Fe2+)的性质和环戊二烯基的性质均消失，而显示出芳香性，在茂环上可进行与苯类似的取代反应，形成多种取代基的衍生物。
二茂铁为橙色晶体，有樟脑气味，熔点为173~174℃，沸点为249℃。
在高于100℃时就容易升华。
它能溶于大多数有机溶剂，但不溶于水。
制取二茂铁的方法[1-3]很多。
通常以DMSO为溶剂，用NaOH作环戊二烯的脱质子剂（环戊二烯是一种弱酸，pKa≈20），使它变成环戊二烯负离子（C5H5-），然后与FeCl2反应生成二茂铁：二茂铁是最简单的共轭二茂铁衍生物，也是合成其它共轭有机金属配合物的一种重要的前体，文献报道的二茂铁乙炔的合成方法常见的有以下三种：①先制备碘代二茂铁，再由碘代二茂铁和三甲基硅乙炔反应制备乙炔二茂铁，合成路线如图1所示：图1 乙炔二茂铁合成路线Ⅰ成方法产率不高、成本较昂贵，并且有重金属化合物作为反应的试剂，不是一条理想的合成路线。
②利用Wittig反应制备乙炔二茂铁，合成路线如下：图2 乙炔二茂铁合成路线Ⅱ此方法操作繁杂，反应条件苛刻，成本也较昂贵③以二茂铁为初始原料，乙酸酐为亲电试剂，磷酸为催化剂，通过亲电反应得到乙酰基二茂铁，乙酰基二茂铁与三氯氧磷反应得到(2-甲酰基-1-氯乙烯基)二茂铁，然后与氢氧化钠反应、酸化后即可制得乙炔二茂铁。
该条路线反应条件温和，原料易得，是一条经济合理的合成路径，具体如下：二茂铁衍生物性质的多样性，使其应用领域非常广泛。
例如在燃烧性能调节剂、不对称合成催化剂、磁性材料、液晶材料以及生化医药等诸多方面都有重要应用价值。
二茂铁及其衍生物的合成、应用及展望
二茂铁及其衍生物的合成、应用及展望摘要：二茂铁及其衍生物以其独特的结构和性质而广受关注，作为合成和应用则一直是金属有机化学等学科研究的热点。
本文简要的介绍了二茂铁（η5-C5H5)2Fe）的发现结构和性质，重点介绍了二茂铁的电解合成方法和化学合成方法，以及二茂铁用作燃油添加剂、四乙基铅（(C2H5)4Pb）替代剂和作为催化剂等方面的应用，并介绍了几种二茂铁衍生物以及二茂铁衍生物在电化学、医药、液晶材料和功能材料等方面的应用。
同时，本文对二茂铁的研究也做了展望。
关键词：二茂铁；二茂铁衍生物；合成；应用.一、二茂铁的结构与性质1、二茂铁的发现1951年Kealy和Pauson[1]利用格氏试剂C5H5MgBr与催化剂FeCl3合成富瓦烯却意外地获得了一种橙黄色晶体（式1-1），并用重量分析法确定了该化合物分子式：C10H10Fe，并初步测定了该化合物的熔点、沸点等基本物理和化学性质。
与此同时，Miller[2]等人用环戊二烯和铁在300℃，N2氛及常压下也制得了该物质（式1-2）。
反应式如下：Kealy和Pauson初步推断该化合物可能结构：2、二茂铁的结构及性质1952年，Wilkinson[3]等人对该化合物通过红外光谱（IR）、磁化率（cm）及偶极距（μ）等的测定，判定该物质应具有夹心型结构（如图1.1）。
Fischer[4]等人通过X射线衍射的研究，提出该物质具有五角反棱柱的结构。
通过这些研究确定了该物质结构为：上下为两个带负电荷的环戊二烯基芳环，中间为带二价正电荷的亚铁离子，类似于三明治的夹心型结构，并正式命名为“Ferrocene（二茂铁）”。
在该结构中，亚铁离子处于激发态，这使得二茂铁具有多种催化性能[5]。
（图1.1）二茂铁（Ferrocene，(η5-C5H5)2Fe），一种典型的过渡金属与茂环生成的具有芳香族性的有机金属化合物，分子式为：(C5H5)2Fe，遵循有效原子序数（EAN）规则，具有18电子稳定结构；常温下为橙黄色粉末或晶体，有樟脑气味，熔点172℃-174℃，沸点249℃，100℃以上能升华；不溶于水，易溶于甲醇、乙醇、乙醚、二氯甲烷和苯等有机溶剂，可溶于浓硫酸，在沸腾的烧碱和盐酸溶液中不溶解、不分解；具有高度热稳定性，400℃下不分解；化学性质稳定、耐辐射性，与酸、碱、紫外线等均不发生作用；具有芳香性，不易发生加成反应，易发生亲电取代反应、可发生氧化反应、还原反应和亲核取代反应；可进行金属化、酰基化、烷基化、磺化、甲酰化以及配合体交换等反应；此外二茂铁还有低毒性，在溶液中两个环可以自由旋转等特点[6-8]。
金属有机化合物二茂铁及其衍生物的合成与性能研究
课题6. 金属有机化合物二茂铁及其衍生物的合成与性能研究6.1研究课题背景金属有机化合物是指含有一个或多个C-M键（σ键或π键）的化合物，M主要指金属原子，有时也包括非金属原子硼、硅等。
通常金属有机化合物依据金属被分为活泼金属有机化合物和过度金属有机化合物两大类，前者相对简单，而过渡金属有机化合物的内容要丰富得多，是当代化学的前沿领域之一，逐步形成为发展极为活跃、迅速和极富生命力的新兴学科。
第一个金属有机化合物是1827年Zeise合成的Zeise盐KPtCl3(CH2=CH2)，其后虽然陆续制得含C-M σ键的锌、汞、锡的金属烷基化合物，但在此后的一百多年里，有机金属化合物并没有得到人们充分的认识和理解。
早期的金属有机化合物研究主要局限于第AⅠ、第AⅡ主族金属元素上，Reformatsky反应(1887年)、Ullmann(1904年)和Grignard反应(1912年)等有限的几个反应的发现显示了其在有机合成中的独特魅力，但是这些反应的发现和应用是孤立的，并未能引起对整个金属有机化学的重视。
直到1951年，T.J.Kealy和P.J.Pauson 意外地合成了二茂铁（Ferrocene)，次年，G.Wilkinson和R.B.Woodward通过红外光谱、磁化率以及偶极矩的测定，判定二茂铁是具有夹心结构(sandwich strucyure)的金属π配合物，E.D.Fiseher等人后来通过x射线衍射的研究，认为二茂铁具有五角反棱柱的结构。
伴随着二茂铁结构和性能的研究，Zeigler-Natta烯烃聚合催化剂的发现（1953年）和乙烯催化（PdCl2-Cu+/Cu++）氧化合成乙醛的Wacker方法的相继问世（1957年），过渡金属有机化合物引起整个化学界的强烈震撼和重视。
自此以后，二茂铁及其衍生物的合成、结构与性质的研究数十年方兴未艾，二茂铁衍生物新物种层出不穷，使金属有机化学的发展，特别是过渡金属有机化学的发展出现了一个空前飞跃，开辟了金属有机化学的一个新领域，这些研究工作也极大地推动了化学键理论和结构化学的迅速发展。
乙酰二茂铁的制备及柱色谱分离
乙酰二茂铁的制备及柱色谱分离【摘要】通过本实验将了解半微量实验的操作方法，掌握柱色谱分离和提纯化合物的原理和技术，通过乙酰二茂铁的制备理解Friedel-Crafts酰基化反应原理。
本实验还将对之前实验所得的部分产品运用毛细管法进行熔点测定。
【关键词】乙酰二茂铁、Friedel-Crafts酰基化反应、柱色谱分离、毛细管法熔点测定。
【引言】（一）实验原理二茂铁又名双环戊二烯基铁，是由两个环戊二烯负离子和一个二价铁离子键合而成。
二茂铁具有类似苯的一些芳香性，比苯更容易发生亲电取代反应。
以乙酸酐为酰化剂，三氟化硼、氢氟酸或磷酸为催化剂，二茂铁可以发生Friedel-Crafts酰基化反应，主要生成一元取代物及少量1,1’-二元取代物。
本实验通过柱层析分离提纯产品，主要是根据二茂铁、乙酰二茂铁和1,1’-二乙酰二茂铁对硅胶的吸附能力的差异而进行分离提纯。
常用的柱层析色谱和薄层层析色谱均属于吸附色谱，因此用薄层层析可以筛选出适宜的柱层析洗脱剂。
本次实验对熔点的测定主要根据原理：熔点是1atm条件下，固体化合物从固态变为液态时的温度。
（二）反应式【实验部分】（一）实验仪器1.层析柱图1 层析柱示意图2.毛细管法测熔点图2 提勒管（b形管），浓硫酸作热浴（二）试剂及产物（三）实验步骤一. 乙酰二茂铁的制备称取150mg(0.81mmol)二茂铁，放入25ml茄形瓶中，加入1.0mL（1.08g，10mmol）醋酸酐。
安装装有无水氯化钙干燥管的空气冷凝管。
沸水浴加热并搅拌使二茂铁溶解。
稍冷，打开塞子迅速加入0.5mL 85% H3PO4，反应液变成红黑色。
由于第一次实验将水漏入，故重新合成。
于沸水中加热搅拌8--10min。
趁热用滴管将反应液滴入盛有约2g碎冰的烧杯中，搅拌下用Na2CO3饱和水溶液小心中和至无气泡产生，得到大量黄色固体和墨绿色溶液。
充分冷却后抽滤，用冷水充分洗涤沉淀至中性，抽干。
在红外灯下烘干。
二茂铁衍生物的合成和表征
氰 基 苯胺 、３一溴 一１ 一氰 基 一５一硝基 苯 胺 ，２一
Ｈｌ Ｏ２ Ｓ ｅ ２ Ｎ２ Ｆ
氨 基 一４一硝 基 苯 并 异 噻 唑 ， 由武 汉 大 学 化 学 系 张 治 民教授 提 供 。
（５ ．４ ） Ｈ ６０ ， ３ ４ （ ３ ２ ） Ｎ ８ ０ ．３ ．９ ， ．１ （ ．９） ７ ６ 。ＨＮＭＲ （ ： ４ ２ （ ， ５ ６） ．４ Ｓ Ｈ， Ｃ Ｈｓ ， ５ ）
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第ｌ ４卷 第 ２ 期
２０ ０ ２年 ６ 月
江
苏
石 油
化
工
学
院
学
报
Ｖｏ ． ４ ＮＯ． １１ ２
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ Ｌ ＮＧＳ ［ ＴＩ ＪＡ Ｕ ＮＳ ＴＵＴＥ ＯＦ Ｐ ＥＴＲ ￣
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（ ｒ 片 ）测 定 ；元 素 分 析 用 ２ ０ 型 元 素 分 析 ＫＢ 压 ４Ｂ
１ 实验部 分
１ １ 主要仪 器和试 剂 ．
Ｉ Ｒ用 Ｓ ３—１０型 （ 国 Ｐ ｅＵｎ ａ 公 司 ） Ｐ ０ 美 ｙ ｉ ｍ ｃ
摘要 ：由二茂铁 和芳胺作 为原料 通过芳基 化作用合成 了 ３ 个新 二茂铁衍 生物 。通过元素分 析、 Ｉ １ ＮＶ Ｒ、 ｌＲ和 ＭＳ确证 了化 合物 Ｈ ｌ
结 构。这些化合 物的其它性 质和 用途还有待 研究
关键词 ：二茂铁 衍生物 ；合成 ；表征 中图分类号 ：Ｏ ６ ７ ８ ２ ． 文献标识码 ： Ａ
３ Ｈ， 苯环 Ｈ） 。
２ 结 果与讨论
二茂铁衍生物的合成及性质鉴定
二茂铁衍生物的合成及性质鉴定百克网：2008-4-29 10:35:16 文章来源：本站1．前言二茂铁是一种稳定且具有芳香性的金属有机化合物。
它不仅在理论和结构研究上有重要意义，而且有很多的实际应用。
自1951年Kealy T. J.和Pausen P L合成二茂铁以来，该类化合物有了很大的发展。
二茂铁它具有夹心式结构。
铁原子被夹在两个平行的环戊二烯基之间，形成牢固的配位键，致使亚铁离子(Fe2+)的性质和环戊二烯基的性质均消失，而显示出芳香性，在茂环上可进行与苯类似的取代反应，形成多种取代基的衍生物。
二茂铁为橙色晶体，有樟脑气味，熔点为173~174℃，沸点为249℃。
在高于100℃时就容易升华。
它能溶于大多数有机溶剂，但不溶于水。
制取二茂铁的方法[1-3]很多。
通常以DMSO为溶剂，用NaOH作环戊二烯的脱质子剂（环戊二烯是一种弱酸，pKa≈20），使它变成环戊二烯负离子（C5H5-），然后与FeCl2反应生成二茂铁：二茂铁是最简单的共轭二茂铁衍生物，也是合成其它共轭有机金属配合物的一种重要的前体，文献报道的二茂铁乙炔的合成方法常见的有以下三种：①先制备碘代二茂铁，再由碘代二茂铁和三甲基硅乙炔反应制备乙炔二茂铁，合成路线如图1所示：图1 乙炔二茂铁合成路线Ⅰ成方法产率不高、成本较昂贵，并且有重金属化合物作为反应的试剂，不是一条理想的合成路线。
②利用Wittig反应制备乙炔二茂铁，合成路线如下：图2 乙炔二茂铁合成路线Ⅱ此方法操作繁杂，反应条件苛刻，成本也较昂贵③以二茂铁为初始原料，乙酸酐为亲电试剂，磷酸为催化剂，通过亲电反应得到乙酰基二茂铁，乙酰基二茂铁与三氯氧磷反应得到(2-甲酰基-1-氯乙烯基)二茂铁，然后与氢氧化钠反应、酸化后即可制得乙炔二茂铁。
该条路线反应条件温和，原料易得，是一条经济合理的合成路径，具体如下：二茂铁衍生物性质的多样性，使其应用领域非常广泛。
例如在燃烧性能调节剂、不对称合成催化剂、磁性材料、液晶材料以及生化医药等诸多方面都有重要应用价值。
乙酰二茂铁的制备与初分离
乙酰二茂铁的制备与初分离摘要：本实验先用升华法纯化二茂铁，再用Friendel-Crafts酰基化反应来制备乙酰二茂铁；在分离提纯的时候采用柱色谱分离的方法得到产品后用显微熔点仪测定产品的熔点。
关键字：乙酰二茂铁、Friendel-Crafts酰基化反应、柱色谱分离、显微熔点仪背景：1、乙酰二茂铁介绍分子式：C12H12FeO 分子量：228.072、物化性质：性状：橙黄色固体熔点:81-86℃纯净物熔点为85℃相对密度:1.014g/cm3溶解性:insoluble3、用途：二茂铁是一种金属有机化合物，它是火箭固体燃烧过程的加速剂、柴油的消烟节能添加剂、汽油抗爆助燃剂；各类重质燃料、煤、原油、聚合物等的消烟促然剂。
目前约90%的二茂铁是作为燃烧添加剂消耗的。
实验过程一、实验原理1、二茂铁又名双环戊二烯基铁，是由2个环戊二烯负离子和一个二价铁离子键合而成。
二茂铁具有类似苯的一些芳香性，比苯更容易发生亲电取代反应。
以乙酸酐为酰化剂，三氟化硼，氢氟酸或磷酸为催化剂，二茂铁可以发生Friendel-Crafts酰基化反应，主要生成一元取代物及少量1，1，-二元取代物。
2、本实验通过柱色谱“湿法装柱，干法上样”分离来提纯产品，主要是根据二茂铁、乙酰二茂铁和1，1，-二乙酰二茂铁对硅胶的吸附能力的差异而进行分离提纯。
二、仪器与试剂仪器：柱色谱管、量筒、漏斗、旋转蒸发仪、锥形瓶、圆底烧瓶、载玻片、镊子、显微熔点仪、直形冷凝管、沙芯漏斗、干燥管试剂：硅胶、二茂铁、石英砂、石油醚、无水乙醚、乙酸酐、磷酸三、实验步骤1、二茂铁的纯化将3g 二茂铁置于坩埚中，在坩埚上方放上一张已经扎好孔的滤纸，再盖上普通漏斗，并在漏斗下方塞上一团棉花。
用酒精灯加热坩埚，待坩埚内无固体后即可。
2、乙酰二茂铁的合成在50ml圆底烧瓶中，加入1.5g二茂铁和5ml乙酸酐，在振荡下用滴管慢慢加入1ml 85%的磷酸。
投料毕，用装有无水氯化钙干燥管的球形冷凝管塞住瓶口，70~80℃水浴上加热20min，并时加振荡。
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二茂铁的性质(Properties of ferrocene)
物理性质(Physical properties) 熔点：172～173℃，400℃不分解，但在100℃开始升华。能
溶于乙醚、石油醚等非极性溶剂，不溶于水。
(mp:172~173℃; sublime:100 ℃. Soluble in diethyl ether, petroleum ether and other unpolar solvents., insoluble in water)
氯化亚铁(FeCl2· 2O)的制备（preБайду номын сангаасaration of ferrous chloride) 4H
4g reduced Fe powder 4g还原铁粉
iron nail
铁钉
conc. cryst. filted
过滤
filted
15ml浓盐酸＋15ml水 ，加热至70℃
浓缩，结晶，抽滤
FeCl2 4H2O
实验步骤(experimental)
环戊二烯解聚(depolymerization of dicyclopentadiene)
环戊二烯二聚体 解聚 环戊二烯单体（41～44℃馏分）
cyclopentadiene dimer
depolymerization
cyclopentadiene monomer
是一个典型的金属有机化合物
夹心型结构(Sandwich structure） G Wilkinson和Woodward在 1952年确定了它的结构。 促进了化学键理论的发展，扩大 了配合物的研究领域
Fe
Structure of Ferrocene
二茂铁分子的轨道形成 情况（定性） (Orbitals formation of ferrocene (arbitrary))
制备(Preparation)
二茂铁的合成方法很多，一般都是用绿化亚铁和环戊二烯 的盐在碱的作用下得到的。例如：
三乙胺 Fe(C5H5)2 Fe(C5H5)2 Fe(C5H5)2
FeCl2 +C5H6
FeCl2 + MC5H5(M=Na, K) FeCl2 + C5H5MgBr
A number of synthetic methods of ferrocene are known. But a generally method is the reaction of ferrous chloride(FeCl2) with cyclopentadienyl anion in the presence of base such as KOH, NaOH, N(C2H5)3. For example:
FeCl2 +C5H6
N(C2H5)3
Fe(C5H5)2 Fe(C5H5)2 Fe(C5H5)2
FeCl2 + MC5H5(M=Na, K) FeCl2 + C5H5MgBr
实验目的(Aim)
1 掌握无水操作的一般方法 Learn the general method of moisture-free operation techniques. 2 熟悉柱色谱分离技术的技术要点 Familiar with the column chromatographic techniques. 3 了解二茂铁及其衍生物的结构，图谱特征及性质等。 Understanding the structures of ferrocene and its derivatives, their properties and spectroscopic characteristics.
二茂铁的合成（Synthesis of Ferrocene)
4ml环戊 二烯单体
5gFeCl2 4H2O +17mlDMSO 缓慢加入
继续搅拌1小时
萃取，洗涤
17gKOH+ 40ml无水乙醚 二茂铁纯品
干 躁 升华 二茂铁粗品
To a 250ml three-neck round flask, equipped with a mechanical stirrer and a pressure equalizing funnel, was added 17g KOH and 40ml anhydrous diethyl ether. Stirring for 10 min, 4ml cyclopentadiene monomer was added and stirred for further 20min. 5g FeCl2· 2O 4H dissolved in 17ml DMSO and 2ml diethyl ether was then added dropwise through the funnel. After further stirred for 1h, the ether phase was separated and the aqueous phase was extracted with ether(2 x 10ml) and combined the ether phase, which was washed with 2mol/L HCl(2 x 10ml) and then with water(2 x 10ml). The ether solution was dried with anhydrous Na2SO4.
洗涤时最好用冰水，洗涤次数也切忌过多
Acetyl ferrocene is marginally soluble in water and therefore ice should not be over-added and washing times not to be more.
3 中和用碳酸氢钠要适量，每次加入量也不能太多否则会起
colour change at the outlet of the funnel to separate the ether
phase.
乙酰二茂铁的制备(Preparation of acetyl ferrocene)
干燥管
15min 二茂铁 乙酐 磷酸 水浴
水解，中和 粗品 冷却，过滤 冰
注意事项(Attention) 1 药品加入顺序为二茂铁、乙酐、磷酸. The order of adding the chemical reagents is: ferrocene, acetic anhydride and finally phosphoric acid. 2 乙酰二茂铁在水中有一定的溶解度，用冰量不可太多，
auxiliary ligands for asymmetric synthesis of chiral compounds. 用途(Application) 可以作为汽油的抗震剂，紫外线的吸收剂，火箭燃料的添加 剂等 used as anti-shock additives in gasolines; as UV adsorbents, as a component in rocket fuels.
3 解聚后的单体应尽快使用，因为即使保存在冰箱中也会慢 慢重新聚合。 The newly distillated cyclopentadiene monomer should be used as quickly as possible, since it will repolymerized gradually during conservation, even in refrigerator.
注意事项 (Attention) 1 环戊二烯有毒，需在通风厨中小心取用，尽量不要洒在实验 台上. Cyclopentadiene is toxic and therefore should be dealed in a hood.
2 液体不要加热过快，以免蒸馏速度太快，导致少量环戊二 烯二聚体混入单体中. the boiling liquid should not be overheated(a student should be responsible for the distillation), otherwise this will result in dicyclopentadiene being distilled over.
4 第一次分离水相和有机相时，不要晃动分液漏斗，漏斗
中两相界面不清楚时，可通过观察漏斗出口液体颜色来分
液。
don’t shake the separatory funnel during seperation of ether and aqueous phases in the first time. Please observe the
.
滤液(filte)
15ml conc.HCl + 15ml H2O heated to 70℃
注意事项(Attention) 1 使用浓盐酸过程中，需小心仔细. must be carful when dealing with conc. HCl 2 铁钉除锈后，要用蒸馏水冲洗干净. please wash the nails after derusting 3 滤液浓缩时，温度不可太高。 don’t overheated during concentration of the solution
泡沫溢出烧杯，造成不必要的损失。 sodium hydrogen carbonate should be added in portions and carefully, preventing overflow of the products from the beaker.
柱色谱分离( column chromatographical separation) 注意事项(Attention) 1 棉花装的松紧程度应合适. The tightness of the cotton at the throat of the column should be appropriate 2 柱体中不可以出现大的气泡。如出现 气泡应赶掉 (No big air bubbles are permitted in the column and should be