二茂铁基础知识
二茂铁基础知识
二茂铁维基百科，自由的百科全书跳转到：导航, 搜索二茂铁IUPAC名bis(η5-cyclopentadienyl)iron(II)别名双环戊二烯基合铁（II）、环戊二烯基铁、环戊二烯铁识别CAS号102-54-5 PubChem 11985121性质化学式C10H10Fe摩尔质量186.04 g·mol−1外观橘黄色固体密度(20°C) 2.69 g/cm³熔点174 °C沸点249 °C在水中的溶解度不可溶在大多数有机溶剂中的溶解度可溶相关物质相关化学品二茂钴、二茂镍二茂铬、二苯铬若非注明，所有数据来自25 °C，100 kPa。
二茂铁（英文：Ferrocene），或称环戊二烯基铁，是分子式为Fe(C5H5)2的有机金属化合物。
二茂铁是最重要的金属茂基配合物，也是最早被发现的夹心配合物[1]，包含两个环戊二烯环与铁原子成键。
目录[隐藏]• 1 制备• 2 历史• 3 电子结构• 4 物理性质• 5 化学性质o 5.1 与亲电试剂反应o 5.2 锂化反应o 5.3 氧化还原反应• 6 二茂铁及衍生物的应用o 6.1 抗震剂o 6.2 医药方面o 6.3 材料学o 6.4 配体•7 衍生物•8 参考资料及注释•9 延伸阅读•10 外部链接[编辑]制备二茂铁可通过很多方法制备，比较常用的包括令环戊二烯基钠与氯化亚铁在四氢呋喃中反应：FeCl2 + 2C5H5Na → 2NaCl + (C5H5)2Fe另一种方法是氯化亚铁与环戊二烯在一种碱（如三乙胺、二乙胺等）存在下反应：FeCl2 + 2C5H6 + 2Et3N → (C5H5)2Fe + Et3NHCl[编辑]历史富瓦烯错误的二茂铁结构二茂铁的发现纯属偶然。
1951年，杜肯大学的 Pauson 和 Kealy 用环戊二烯基溴化镁处理氯化铁，试图得到二烯氧化偶联的产物富瓦烯（Fulvalene，如图），但却意外得到了一个很稳定的橙黄色固体。
二茂铁相对原子质量
二茂铁相对原子质量二茂铁是一种具有特殊结构的有机化合物，其相对原子质量为186.04 g/mol。
它由两个茂金属环（Cp）和一个铁原子组成，具有许多重要的化学和物理性质。
本文将详细介绍二茂铁的结构、合成方法、性质以及在化学和材料科学领域中的应用。
二茂铁的结构非常独特，它由一个五元环茂金属环和一个六元环茂金属环组成，两个茂金属环通过一个铁原子连接在一起。
茂金属环是由五个碳原子和一个金属原子（通常是铁、钴或镍）组成的环状结构，而且每个碳原子上都带有一个苯环。
这种特殊的结构使得二茂铁具有许多独特的性质和应用。
二茂铁可以通过多种方法合成，最常用的方法是将茂金属化合物与氯化铁反应。
这种反应会将茂金属环上的一个氢原子替换为一个铁原子，形成二茂铁。
此外，还可以通过将铁原子与环状烯烃反应来合成二茂铁。
这些合成方法简单易行，产率较高，因此在实验室和工业生产中得到了广泛应用。
二茂铁具有许多重要的化学和物理性质。
首先，由于茂金属环的存在，二茂铁具有良好的稳定性和热稳定性。
它在高温下不易分解，可以在许多反应中作为催化剂或反应物使用。
其次，二茂铁具有良好的电子传导性能，可以作为电子材料用于制备有机电子器件。
此外，二茂铁还具有磁性和光学性质，可以用于制备磁性材料和光学材料。
在化学领域中，二茂铁被广泛应用于有机合成反应中。
由于其稳定性和催化活性，它可以作为催化剂用于催化氢化反应、羰基化反应和烯烃聚合反应等。
同时，二茂铁还可以参与诸如氧化反应、还原反应和取代反应等多种反应。
这些反应在有机合成中具有重要的地位，而二茂铁的应用使得这些反应更加高效和可控。
在材料科学领域中，二茂铁也有着广泛的应用。
由于其独特的电子传导性能和光学性质，它可以用于制备有机电子器件和光电子器件。
例如，二茂铁可以用于制备有机场效应晶体管、有机发光二极管和有机太阳能电池等。
这些器件在电子工业和能源领域有着广泛的应用前景。
二茂铁是一种具有独特结构和性质的有机化合物。
最新二茂铁基础知识
二茂铁具有芳香化合物的显著特征，可与亲电试剂反应生成二茂铁的取代衍生物。大多数取代的类型是1-取代物、1,1'-二取代物及1,2-二取代物（带“'”表示在A环上，不带则表示在B环上）。例如二茂铁与三氯化铝和Me2NPCl2在热庚烷中反应生成二氯二茂铁膦（Dichloroferrocenyl phosphine），[10]当与苯基二氯化膦在类似条件下反应得到P,P-二氯双（二茂铁）-P-苯基膦。[11]与苯甲醚类似，二茂铁与P4S10反应生成Dithiadiphosphetane disulfide。[12]二茂铁不可以直接硝化和卤化，因为会先发生氧化反应（参见#氧化还原反应）。
[隐藏]
1制备
2历史
3电子结构
4物理性质
5化学性质
o5.1与亲电试剂反应
o5.2锂化反应
o5.3氧化还原反应
6二茂铁及衍生物的应用
o6.1抗震剂
o6.2医药方面
o6.3材料学
o6.4配体
7衍生物
8参考资料及注释
9延伸阅读
10外部链接
[编辑]制备
二茂铁可通过很多方法制备，比较常用的包括令环戊二烯基钠与氯化亚铁在四氢呋喃中反应：
罗伯特·伯恩斯·伍德沃德和杰弗里·威尔金森，[4]及恩斯特·奥托·菲舍尔[5]分别独自发现了二茂铁的夹心结构，并且后者还在此基础上开始合成二茂镍和二茂钴。NMR光谱和X射线晶体学的结果也证实了二茂铁的夹心结构。[6][7]二茂铁的发现展开了环戊二烯基与过渡金属的众多π配合物的化学，也为有机金属化学掀开了新的帷幕。
二茂铁
二茂铁别名：环戊二茂铁；双环戊二烯基铁CAS NO：102-54-5分子式：（C5H5）2Fe丰度二茂铁质谱图二茂铁是一种具有芳香族性质的有机过渡金属化合物。
常温下为橙黄色粉末，有樟脑气味。
熔点172度-174度，沸点249度，100℃以上能升华;不溶于水，易溶于苯、乙醚、汽油、柴油等有机溶剂。
与酸、碱、紫外线不发生作用，化学性质稳定，400度以内不分解。
其分子呈现极性，具有高度热稳定性、化学稳定性和耐辐射性，其在工业、农业、医药、航天、节能、环保等行业具有广泛的应用。
主要性能指标：外观橙色粉末纯度＞99%熔点172～174℃游离铁≤200 ppm甲苯不溶物≤0.3 %用途：（1）用作节能消烟助燃添加剂：可用于各种燃料，如柴油、汽油、重油、煤炭等。
车用柴油中加入0.1%的二茂铁，可节约燃料油10-14%，提高率10-13%，尾气中烟度下降30-80‰。
另外，在重油中加入0.3‰，煤炭中加入0.2%的二茂铁，都可使燃料消耗下降，同时，烟度下降30%。
（2）用作合成汽油、人造液化气的添加剂：在合成气油中加入0.01-0.5%的二茂铁及相关添加剂，可配成相当于80#、85#、90#的各种人工合成汽油；在甲醇中添加0.03%的二茂铁，可配成燃烧值为3372-38656 KJ-KG的人造液化气；在甲醇、乙醇的混合溶液中加入0.005%-0.008%二茂铁，可配成新型高效民用燃料。
（3）用作汽油抗爆剂：二茂铁可代替汽油中有毒的四乙基铅作为抗爆剂，制成高档无铅汽油，以消除燃油排出物对环境的污染及对人体的毒害。
如有汽油中加入0.0166-0.0332g/L的二茂铁和0.05-0.1g/L乙酸叔丁酯，辛烷值可增加4.5-6。
（4）二茂铁可用作聚合催化剂，以及硅树脂、橡胶的熟化剂：二茂铁的有些生物可阻止聚乙烯对光的降解作用，用于农用地膜，可在一定时间内使其自然降解裂碎，不影响耕作施肥。
另外，二茂铁还可用作聚忆烯、聚丙烯、聚酯纤维的保护剂，改进塑料、橡胶、纤维的热稳定性。
二茂铁理化性能
二茂铁理化性能
二茂铁
介绍
执行标准：
Q/TY·J08.04-
2010
英文名：
Ferrocene
中文别名：
双环戊二烯合铁
CAS NO：
102-54-5
理化性能
1、理化性能：
1.1、分子式：C10H10Fe
1.2、分子量：186.03
1.3、现行分子式：Fe(C5H5)2
1.4、二茂铁结构式：
1.5、理化性状：桔黄色针状结晶，沸点249 ℃，100 ℃以上升华，不溶于水。
在空气中稳定，具有强烈吸收紫外线的作用，对热相对稳定。
2、技术指标
项目名称三级品二级品一级品晶体二茂铁二茂铁质量分数，％(m/m) ≥99≥99≥99≥99
熔点，℃170~174 170~174
游离铁，ppm ≤ 300≤ 200≤ 100≤ 100
甲苯不溶物≤0.1≤0.1
1）二茂铁可作为燃料的节能消烟剂、抗暴剂。
2）还可用于制作合成氨催化剂、橡胶熟化剂。
3）可代替汽油中有毒的四乙烯铅作为抗暴剂，制备高档无铅汽油。
4）用作辐射吸收剂、热稳定剂、光稳定剂及阻烟剂。
本二茂铁产品低毒。
大鼠经口：LD50 > 1320 mg/kg；小鼠经口：LD50 > 832 mg/kg。
编织袋（内衬塑料袋），每袋净重25 kg。
阴凉通风处，桶内充氮气密闭贮存，严禁受热、曝晒，与氧化剂分开存放，保质期为12个月，过期复检合格仍可使用。
运输：运输过程中切勿倒置，避免剧烈碰撞、曝晒，不能与强氧化剂混运。
另外，为满足客户需求，公司可根据客户特殊需求开发、研制产品。
“三明治”化合物——二茂铁
“三明治”化合物——二茂铁摘要二茂铁是一种结构很特殊的化合物，它的发现在金属有机化合物研究中具有里程碑意义。
简介了二茂铁的发现、结构确定、制备和应用。
关键词二茂铁结构制备金属有机化合物二茂铁（Ferrocene）是由1个二价铁离子和2个环戊烯基构成，其化学上的学名是二环戊二烯基铁或双环戊二烯基铁。
由于在其结构中，亚铁离子夹在配体环戊二烯基之间，形似夹心面包，因此二茂铁也被形象地戏称为“三明治”化合物。
二茂铁的发现可以说是有机金属化学研究中具有里程碑意义的事件，它开辟了金属有机化合物研究的新领域，促进了金属有机化学的发展。
1二茂铁的发现1951年，英国化学家鲍森（P．L．Puason）和基利(T．J．Kealy)首先宣布发现了二茂铁。
它的发现非常具有偶然性。
1949年，鲍森获得博士学位后进入一所大学任助理教授，在那里，他读到了布朗（R．D．Brown）在著名的科学杂志Nature上发表的关于富瓦烯（Fulvalene）的一篇文章。
布朗在文中指出富瓦烯可能具有芳香性，这引起了鲍森的极大兴趣。
于是，鲍森和合作伙伴基利一起在1951年7月开始进行制备富瓦烯的实验。
根据他们的实验设计方案，经过2步反应就可以得到目标产物：首先让两分子的溴化环戊二烯基镁联结生成化合物1（如图1），然后去氢，即可得到富瓦烯。
在第一步反应中，他们选择氯化铁作催化剂，这样做是因为反应中使用的溴化环戊二烯基镁是格氏试剂，它的存在要求体系必须是无水的，而无水状态的氯化铁较之其他的过渡金属卤化物更为常见，并且它溶于醚，可用于格氏试剂使用的环境。
然而实验得到的结果却让人大吃一惊，他们得到了一种黄色的晶体！难道制得了黄色的烃？众所周知，烃类物质一般都是无色的。
很快，他们又用相同的方法制得了一批纯净的晶体，并用元素分析来测量化合物中C、H、O的质量分数。
结果3种元素的质量分数之和却大于100％，这说明化合物中应该存在一种分子量大于O的元素。
经过一些简单的数学计算，鲍森他们很容易地推断出该物质的分子式是C 10 H 10 Fe。
二茂铁甲酸与二茂铁的区别
二茂铁甲酸与二茂铁的区别摘要：一、二茂铁甲酸与二茂铁的基本概念二、二茂铁甲酸与二茂铁的化学性质三、二茂铁甲酸与二茂铁的应用领域四、总结与展望正文：一、二茂铁甲酸与二茂铁的基本概念二茂铁甲酸（Ferrocenecarboxylic acid，简称FcCOOH）是一种有机化合物，其分子中含有铁原子和碳原子形成的环状结构，以及一个羧基。
二茂铁（Ferrocene）则是一种具有环戊二烯基铁的有机金属化合物。
这两种物质在结构上有一定的相似性，但在性质和应用上存在较大差异。
二、二茂铁甲酸与二茂铁的化学性质1.二茂铁甲酸：（1）酸性：二茂铁甲酸具有羧基，表现出一定的酸性，能与碱反应生成盐。
（2）氧化性：在空气中易被氧化，铁原子由+2价上升至+3价。
（3）稳定性：二茂铁甲酸在高温下易分解，生成二茂铁和二氧化碳。
2.二茂铁：（1）稳定性：二茂铁结构稳定，不易氧化和还原。
（2）金属性：二茂铁中的铁原子表现出金属性，能与卤素、酸酐等反应生成配位化合物。
（3）磁性：二茂铁具有铁磁性，可用于制备磁性材料。
三、二茂铁甲酸与二茂铁的应用领域1.二茂铁甲酸：（1）有机合成：作为催化剂或中间体，用于合成其他有机化合物。
（2）电化学：作为电解质，应用于锂电池等电化学领域。
（3）医药：作为药物中间体，应用于药物合成。
2.二茂铁：（1）催化剂：用作催化剂，广泛应用于石油化工、聚合反应等领域。
（2）磁性材料：制备磁性材料，应用于磁性器件。
（3）电池：作为锂离子电池的负极材料，具有良好的电化学性能。
四、总结与展望二茂铁甲酸与二茂铁在结构、性质和应用领域上存在显著差异。
随着科学技术的不断发展，这两种物质在各个领域的应用将不断拓展，为人类社会的发展作出更大贡献。
二茂铁
二茂铁结构：
二茂铁的结构为一个铁原子处在两个平行的环 戊二烯的环之间。
在固体状态下，两个茂环相互错开成全错构型， 温度升高时则绕垂直轴相对转动。
穆斯堡尔谱学数据显示，二茂铁中心铁原子的氧化态 为+2，每个茂环带有一个单位负电荷。因此每个环含 有6个π电子，符合休克尔规则中4n+2电子数的要求 （n为非负整数），每个环都有芳香性。每个环的6个 电子*2，再加上二价铁离子的6个d电子正好等于18， 符合18电子规则，因此二茂铁非常稳定。
End
当时他们认为二茂铁的结构并非夹心，而是如 右图所示，并把其稳定性归咎于芳香的环戊二 烯基负离子。
与此同时，Miller、Tebboth 和 Tremaine 在将 环戊二烯与氮气混合气通过一种还原铁催化剂 时也得到了该橙黄色固体。
罗伯特·伯恩斯·伍德沃德和杰弗里·威尔金森， 及恩斯特·奥托·菲舍尔 分别独自发现了二茂铁 的夹心结构，并且后者还在此基础上开始合成 二茂镍和二茂钴。
二茂铁在100°C时显著升华。
二茂铁的化学性质：
二茂铁不适于催化加氢，也不作为双烯体发生 Diels-Alder反应，但它可发生傅-克酰基化及 烷基化反应。
与亲电试剂反应：
二茂铁具有芳香化合物的显著特征，可 与亲电试剂反应生成二茂铁的取代衍生 物。大多数取代的类型是1-取代物、 1,1'-二取代物及1,2-二取代物（带“'”表 示在A环上，不带则表示在B环上）。
氧化还原反应：
二茂铁在酸性溶液很容易被氧化为蓝色顺磁性的二茂铁鎓离子 [(η5-C5H5)2FeIII]+，其电势以饱和甘汞电极为标准大约为0.5V。 由于产物二茂铁反应性不强且易于分离，该离子有时被用作氧化 剂，以六氟磷酸盐 [PF6]− 或氟硼酸盐 [BF4]− 的形式存在。[16] 环上不同的取代基会使该电势值产生变化：吸电子基（如羧基） 使得电极电势值上升；而给电子基（如甲基）则使得该值下降， 氧化变得容易。全甲基取代二茂铁被氧化后生成的盐 [Fe(η5C5Me5)2][tcne] （tcne=四氰乙烯）具有不寻常的磁性性质，[17] 为深绿色晶体，含有阳离子与阴离子交替出现的长链。
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二茂铁
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二茂铁
IUPAC名
bis(η5-cyclopentadienyl)iron(II)
别名双环戊二烯基合铁（II）、环戊二烯基铁、环戊二烯铁
识别
CAS号102-54-5 PubChem11985121
性质
化学式C10H10Fe
摩尔质量186.04 g·mol−1
外观橘黄色固体
密度(20°C) 2.69 g/cm³熔点174 °C
沸点249 °C
在水中的溶解度不可溶
在大多数有机溶剂
中的溶解度
可溶
相关物质
相关化学品二茂钴、二茂镍二茂铬、二苯铬
若非注明，所有数据来自25 °C，100 kPa。
二茂铁（英文：Ferrocene），或称环戊二烯基铁，是分子式为Fe(C5H5)2
目录
[隐藏]
• 1 制备
• 2 历史
• 3 电子结构
• 4 物理性质
• 5 化学性质
o 5.1 与亲电试剂反应
o 5.2 锂化反应
o 5.3 氧化还原反应
• 6 二茂铁及衍生物的应用
o 6.1 抗震剂
o 6.2 医药方面
o 6.3 材料学
o 6.4 配体
•7 衍生物
•8 参考资料及注释
•9 延伸阅读
•10 外部链接
另一种方法是氯化亚铁与环戊二烯在一种碱（如三乙胺、二乙胺等）存在下反应：
FeCl2 + 2C5H6 + 2Et3N → (C5H5)2Fe + Et3NHCl
[编辑]历史
富瓦烯
错误的二茂铁结构
二茂铁的发现纯属偶然。
1951年，杜肯大学的 Pauson 和 Kealy 用环戊二烯基溴化镁处理氯化铁，试图得到二烯氧化偶联的产物富瓦烯（Fulvalene，如图），但却意外得到了一个很稳定的橙黄色固体。
[2]当时他们认为二茂铁的结构并非夹心，而是如右图所示，并把其稳定性归咎于芳香的环戊二烯基负离子。
与此同时，Miller、Tebboth 和 Tremaine 在将环戊二烯与氮气混合气通过一种还原铁催化剂时
也得到了该橙黄色固体。
[3]
罗伯特·伯恩斯·伍德沃德和杰弗里·威尔金森，[4]及恩斯特·奥托·菲舍尔[5]分别独自发现了二茂铁的夹心结构，并且后者还在此
条件：氯化铝为催化剂，回流，无水
由于酰基的吸电子性，酰基化反应的产物的活性较低，不会引起进一步的副反应，反应也不容易逆向进行。
同时不存在碳正离子重排，而且生成的酰基可以用克莱门森、黄鸣龙或者催化氢化等反应转化为烷基。
所以比起烷基化反应更容易控制并得到实际应用。
注意的是，反应中所使用的酰氯不能是甲酰氯，因为此物质不稳定。
甲酰基亲电取代苯环氢的反应，见加特曼-科赫反应。
虽然一方面二茂铁许多反应类似于芳香烃的相应反应，但另一方面有些反应明显是铁原子在起主要作用。
[8]例如在亲电取代反应中，亲电试剂的进攻看上去是先与铁原子发生作用的：
[编辑]锂化反应
用丁基锂可以很快夺取二茂铁中的质子，产物为1,1'-二锂代二茂铁，是很强的亲核试剂。
它与二乙基二硫代氨基甲酸硒反应，生成的产物具有位阻，两个环戊二烯基配体靠硒原子连接。
[13]该产物可通过加热开环聚合反应（ROP）生成聚硒化二茂铁（Poly(ferrocenyl selenide)），硅和磷的类似反应也可合成相应的聚合物
（Poly(ferrocenylsilane) 和 Poly(ferrocenylphosphine)）。
[14][15]
[编辑]氧化还原反应
二茂铁在酸性溶液很容易被氧化为蓝色顺磁性的二茂铁鎓离子 [(η5-C
)2Fe III]+，其电势以饱和甘汞电极为标准大约为0.5V。
由于产物5H5
二茂铁反应性不强且易于分离，该离子有时被用作氧化剂，以六氟磷酸盐 [PF6]−或氟硼酸盐 [BF4]−的形式存在。
[16]环上不同的取代基会使该电势值产生变化：吸电子基（如羧基）使得电极电势值上升；
某些二茂铁的盐类具有抗癌活性，如他莫昔芬的二茂铁同类物，[21]其机理为，他莫昔芬可以与雌激素结合，其细胞毒性可以杀死癌细胞。
[22][23][24]
[编辑]材料学
•二茂铁容易升华的性质可被用于沉积某种特定的富勒烯或碳纳米管。
•醛和鏻盐在氢氧化钠存在下发生维蒂希反应生成乙烯基二茂铁。
[25]该化合物聚合得到类似于聚苯乙烯的聚合物，其中苯基被二茂铁基取代。
[编辑]配体
•手性二茂铁膦配体应用于一些过渡元素催化的反应。
工业上应用此类反应合成药物及农用化学品。
•双二苯基膦二茂铁（dppf）是有机合成中重要的配体，许多偶联反应的机理即是基于其钯配合物的生成。
[编辑]衍生物
环戊二烯基羰基铁。