ペンタカルボニル鉄

ペンタカルボニル鉄：有機合成における重要な鉄化合物

ペンタカルボニル[鉄]5)は、刺激臭を持つ淡黄色の液体状の鉄錯体です。有機合成において重要な役割を果たす多くの鉄化合物の出発物質として広く利用されています。一酸化炭素と鉄の微粉末を反応させることで合成され、比較的安価に入手可能です。

ペンタカルボニル鉄の性質

ペンタカルボニル鉄は、すべての配位子が同一の一酸化炭素であるホモレプティックな金属カルボニルです。この特徴的な構造は、18電子則を満たしており、揮発性が高い液体錯体である理由の一つです。

その分子構造は、中心の鉄原子を5つのCO分子が取り囲む三方両錐形です。3つのCO分子が赤道面上に、2つのCO分子が軸方向に位置しています。NMR測定では、アキシアル位とエクアトリアル位のCO分子は急速に交換しているため、1つのシグナルしか観測されません。

ペンタカルボニル鉄は、しばしば高純度鉄であるカルボニル鉄と混同されますが、両者は異なる物質です。カルボニル鉄はペンタカルボニル鉄の分解によって生成される鉄の微粉末です。

ペンタカルボニル鉄の合成と他の鉄カルボニル

ペンタカルボニル鉄は、1891年にモンドとランガーによって初めて合成されました。彼らは、酸化物を含まない微細な鉄粉末と一酸化炭素を室温で反応させることで、淡黄色の粘性のある液体として得ました。

モンドは、ペンタカルボニル鉄の光分解によって橙色のFe2(CO)9、加熱によって緑色のFe3(CO)12といった他の鉄カルボニルも合成しました。しかし、これらの合成法は必ずしも効率的ではありません。それぞれの鉄カルボニルは異なる反応性を示し、様々な化合物の合成に利用されます。

ペンタカルボニル鉄の重要な反応

ペンタカルボニル鉄は、多様な反応性を示し、数千種類もの化合物を合成するための出発物質となります。

1. CO置換反応:

様々なルイスホスフィン、アルシン、アルキンなど'>[塩基]と反応し、CO配位子が置換された誘導体を生成します。置換の数は、ルイス塩基の種類や反応条件によって異なります。例えば、光化学反応や触媒を用いることで、COを複数置換した錯体を合成できます。

2. 酸化と還元反応:

ハロゲンと反応して[ハロゲン化]]物を生成したり、金属ナトリウムで還元してコールマン試薬と呼ばれるテトラカルボニル[[鉄]酸塩Na2Fe(CO)4を生成したりします。このジアニオンは、強い求核性を持ちます。

3. 酸塩基反応:

水酸化物イオンと反応して、[HFe(CO)4]-を生成します。これは、酸化によってFe3(CO)12を生成したり、酸性化によってH2Fe(CO)4(最初の金属水素化物)を生成したりします。

4. ジエン錯体:

ジエンと反応して、Fe(CO)3(diene)型の錯体'>[錯体]]を生成します。この反応は、ノルボルナジエンや1,3-ブタジエンなどで特に顕著です。特に重要な誘導体として、トリカルボニルシクロブタジエン[[鉄]があります。また、シクロヘキサジエンとの反応では、1,4-ジエンが1,3-ジエンへと異性化します。

ジシクロペンタジエンとの反応では、"Fpダイマー"と呼ばれるFe(C5H5)2(CO)4が生成します。これは、フェロセンとペンタカルボニル鉄の中間的な性質を持つ化合物です。

ペンタカルボニル鉄のその他の用途と危険性

ペンタカルボニル鉄は、かつてはガソリンのアンチノック剤として使用されていましたが、現在はフェロセンやトリカルボニル(シクロペンタジエニル)マンガン(I)などの代替物が使用されています。また、ペンタカルボニル鉄から作られるカルボニル鉄は、磁性コアやレーダー吸収材料などに利用されます。さらに、様々な鉄系ナノ粒子の合成原料としても重要です。

酸素炎中の強力な燃焼抑制剤としても知られていますが、毒性のために広くは使用されていません。

ペンタカルボニル鉄は毒性があり、吸入すると肺を刺激し、中毒性肺炎や肺水腫を引き起こす可能性があります。また、可燃性でもあります。取り扱いには十分な注意が必要です。

参考文献

(参考文献の記述は省略)

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