Pentacarbonil de ferro - Iron pentacarbonyl
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| Nomes | |
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Nome IUPAC
Pentacarboniliron (0)
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| Outros nomes
Pentacarbonil ferro
Ferro carbonil |
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| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol )
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| ChEBI | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.033.323 
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PubChem CID
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| Número RTECS | |
| UNII | |
| Número ONU | 1994 |
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Painel CompTox ( EPA )
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| Propriedades | |
| Fe (CO) 5 | |
| Massa molar | 195,90 g / mol |
| Aparência | líquido amarelo-palha a laranja brilhante |
| Odor | mofado |
| Densidade | 1,453 g / cm 3 |
| Ponto de fusão | −21,0 ° C (−5,8 ° F; 252,2 K) |
| Ponto de ebulição | 103 ° C (217 ° F; 376 K) |
| Insolúvel | |
| Solubilidade | Solúvel em solventes orgânicos ligeiramente solúvel em álcool insolúvel em amônia |
| Pressão de vapor | 40 mmHg (30,6 ° C) |
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Índice de refração ( n D )
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1,5196 (20 ° C) |
| Estrutura | |
| D 3h | |
| trigonal bipiramidal | |
| trigonal bipiramidal | |
| 0 D | |
| Perigos | |
| Riscos principais | Muito tóxico, altamente inflamável |
| Ficha de dados de segurança | ICSC 0168 |
| Pictogramas GHS |
  
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| NFPA 704 (diamante de fogo) | |
| Ponto de inflamação | −15 ° C (5 ° F; 258 K) |
| 49 ° C (120 ° F; 322 K) | |
| Limites explosivos | 3,7–12,5% |
| Dose ou concentração letal (LD, LC): | |
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LD 50 ( dose mediana )
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25 mg / kg (rato, oral) |
| NIOSH (limites de exposição à saúde dos EUA): | |
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PEL (permitido)
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Nenhum |
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REL (recomendado)
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TWA 0,1 ppm (0,23 mg / m 3 ) ST 0,2 ppm (0,45 mg / m 3 ) |
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IDLH (perigo imediato)
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0,4 ppm |
| Compostos relacionados | |
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Outros cátions
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Trirutênio dodecacarbonil Triosmium dodecacarbonil |
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Carbonilos de ferro relacionados
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Diiron nonacarbonyl Triiron dodecacarbonyl |
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Compostos relacionados
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Dimanganês decacarbonil Dicobalt octacarbonil Níquel tetracarbonil |
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Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
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 verificar (o que é ?)
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| Referências da Infobox | |
Ferro pentacarbonil , também conhecido como ferro carbonil , é o composto com fórmula Fe ( C O ) 5 . Sob condições padrão, o Fe ( CO ) 5 é um líquido cor de palha de fluxo livre com um odor pungente. Amostras mais antigas parecem mais escuras. Este composto é um precursor comum para diversos compostos de ferro, incluindo muitos que são úteis na síntese orgânica em pequena escala .
Propriedades
O pentacarbonil de ferro é um carbonil de metal homoléptico , onde o monóxido de carbono é o único ligante complexado com um metal. Outros exemplos incluem Cr (CO) 6 octaédrico e Ni (CO) 4 tetraédrico . A maioria dos carbonilos metálicos tem 18 elétrons de valência , e Fe (CO) 5 se encaixa nesse padrão com 8 elétrons de valência em Fe e cinco pares de elétrons fornecidos pelos ligantes CO. Refletindo sua estrutura simétrica e neutralidade de carga, o Fe (CO) 5 é volátil ; é um dos complexos de metal líquido mais freqüentemente encontrados. Fe (CO) 5 adota uma estrutura trigonal bipiramidal com o átomo de Fe rodeado por cinco ligantes CO : três em posições equatoriais e dois axialmente ligados. As ligações Fe-C-O são lineares. O ferro é hibridizado com dsp 3 neste complexo.
Fe (CO) 5 exibe uma taxa relativamente baixa de intercâmbio entre os grupos de CO axial e equatorial por meio do mecanismo de Berry . É caracterizado por duas bandas intensas ν CO no espectro de IV em 2034 e 2014 cm −1 (fase gasosa).
Síntese e outros carbonilos de ferro
O Fe (CO) 5 é produzido pela reação de partículas finas de ferro com monóxido de carbono . O composto foi descrito em um jornal de Mond e Langer em 1891 como "um líquido um tanto viscoso de cor amarelo-claro". As amostras foram preparadas por tratamento de pó de ferro isento de óxido finamente dividido com monóxido de carbono à temperatura ambiente.
A síntese industrial do composto requer temperaturas e pressões relativamente altas (por exemplo, 175 atm a 150 ° C), bem como equipamento especial quimicamente resistente (por exemplo, composto de ligas de cobre-prata ). A preparação do composto em escala de laboratório evita essas complicações usando um intermediário de iodeto :
Produção e uso industrial
A produção industrial deste composto é algo semelhante ao processo Mond, em que o metal é tratado com monóxido de carbono para dar um gás volátil. No caso do ferro pentacarbonil, a reação é mais lenta. É necessário usar esponja de ferro como material de partida e condições de reação mais severas de 5–30 MPa de monóxido de carbono e 150–200 ° C. Semelhante ao processo Mond, o enxofre atua como um catalisador. O pentacarbonil de ferro bruto é purificado por destilação. A Enciclopédia de Química Industrial de Ullmann relata que há apenas três fábricas de ferro pentacarbonil; A BASF na Alemanha e a GAF no Alabama têm capacidades de 9.000 e 1.500 a 2.000 toneladas / ano, respectivamente.
A maior parte do ferro pentacarbonil produzido é decomposto no local para fornecer ferro carbonil puro em analogia ao carbonil níquel . Algum pentacarbonil de ferro é queimado para dar óxido de ferro puro . Outros usos do ferro pentacarbonil são pequenos em comparação.
Reações
A irradiação de Fe (CO) 5 com UV produz Fe 2 (CO) 9 .
Muitos compostos são derivados de Fe (CO) 5 pela substituição de CO por bases de Lewis , L, para dar os derivados Fe (CO) 5− x L x . As bases de Lewis comuns incluem isocianetos , fosfinas e arsinas terciárias e alcenos . Normalmente, esses ligantes deslocam apenas um ou dois ligantes CO, mas certos ligantes aceitadores, como PF 3 e isocianetos, podem prosseguir para tetra- e pentassubstituição. Essas reações são freqüentemente induzidas com um catalisador ou luz. Ilustrativo é a síntese do complexo bis (trifenilfosfina) ferro tricarbonil (Fe (CO) 3 (P (C 6 H 5 ) 3 ) 2 ). Além da rota fotoquímica, a substituição também pode ser induzida por NaOH ou NaBH 4 . O catalisador ataca um ligante CO, que labiliza outro ligante CO para a substituição. A eletrofilia do Fe (CO) 4 L é menor que a do Fe (CO) 5 , então o catalisador nucleofílico se desprende e ataca outra molécula de Fe (CO) 5 .
Oxidação e redução
A maioria dos carbonilos metálicos pode ser halogenada. Assim, o tratamento de Fe (CO) 5 com halogênios dá os haletos ferrosos Fe (CO) 4 X 2 para X = I, Br, Cl. Essas espécies, ao serem aquecidas, perdem CO para dar os haletos ferrosos, como o cloreto de ferro (II) .
A redução de Fe (CO) 5 com Na dá Na 2 Fe (CO) 4 , "tetracarbonilferrato", também chamado de reagente de Collman. O dianião é isoeletrônico com Ni (CO) 4, mas altamente nucleofílico .
Reações ácido-base
Fe (CO) 5 não é facilmente protonado , mas é atacado por hidróxido . O tratamento de Fe (CO) 5 com base aquosa produz [HFe (CO) 4 ] - , por meio do intermediário Metalacarboxilato . A oxidação deste monoanião dá triiron dodocarbonil , Fe 3 (CO) 12 . A acidificação de soluções de [HFe (CO) 4 ] - dá tetracarbonil hidreto de ferro , H 2 Fe (CO) 4 , o primeiro hidreto de metal já relatado.
Adutos de diena
Dienos reagem com Fe (CO) 5 para dar (dieno) Fe (CO) 3 , em que dois ligantes de CO foram substituídos por duas olefinas. Muitos dienos sofrem essa reação, notadamente norbornadieno e 1,3-butadieno . Um dos derivados mais historicamente significativos é o ciclobutadieno- ferro tricarbonil (C 4 H 4 ) Fe (CO) 3 , onde C 4 H 4 é o ciclobutadieno instável . Recebendo a maior atenção estão os complexos de ciclohexadienos, o pai 1,4-dienos orgânico disponível através das reduções de vidoeiro . 1,4-Dienos isomerizam em 1,3-dienos após complexação.
Fe (CO) 5 reage em diciclopentadieno para formar [Fe (C 5 H 5 ) (CO) 2 ] 2 , dímero de dicarbonila de ciclopentadienil ferro . Este composto, denominado "dímero Fp", pode ser considerado um híbrido de ferroceno e Fe (CO) 5 , embora em termos de reatividade não se assemelhe a nenhum dos dois.
Reações de substituição de CO
Após a irradiação de UV, o Fe (CO) 5 absorve a população de luz e a banda de transferência de carga de metal para CO, induzindo a fotólise de CO e gerando Fe (CO) 4 intermediário coordenativamente insaturado singlete e tripleto com alto rendimento quântico. A irradiação prolongada em fase gasosa pode prosseguir para a separação adicional de CO até a formação de Fe atômico.
Outros usos
Na Europa , o pentacarbonil de ferro já foi usado como um agente anti-detonação na gasolina no lugar do tetraetil chumbo ; foi produzido pela IG Farben e comercializado sob os nomes comerciais “Motolin” e “Monopolin”. Dois aditivos de combustível alternativo mais modernos são ferroceno e tricarbonil de manganês de metilciclopentadienil . Fe (CO) 5 é usado na produção de " ferro carbonil ", uma forma finamente dividida de Fe, um material usado em núcleos magnéticos de bobinas de alta frequência para rádios e televisores e para a fabricação de ingredientes ativos de alguns materiais absorventes de radar (por exemplo, tinta de bola de ferro ). É famoso como um precursor químico para a síntese de várias nanopartículas à base de ferro .
Descobriu-se que o pentacarbonil de ferro é um forte inibidor da velocidade da chama em chamas à base de oxigênio. Sabe-se que algumas centenas de ppm de ferro pentacarbonil reduzem a velocidade da chama do metano estequiométrico - a chama do ar em quase 50%. No entanto, devido à sua natureza tóxica, não tem sido amplamente utilizado como retardador de chamas .
Toxicidade e perigos
O Fe (CO) 5 é tóxico, o que é preocupante devido à sua volatilidade (pressão de vapor: 21 milímetros de mercúrio (2,8 kPa) a 20 ° C). Se inalado , o ferro pentacarbonil pode causar irritação pulmonar, pneumonite tóxica ou edema pulmonar . Como outros carbonilos metálicos, o Fe (CO) 5 é inflamável . É, no entanto, consideravelmente menos tóxico do que o tetracarbonil de níquel .
O Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional definiu um limite de exposição recomendado para ferro pentacarbonil em 0,1 ppm (0,23 mg / m 3 ) ao longo de uma média ponderada de oito horas e um limite de exposição de curto prazo em 0,2 ppm (0,45 mg / m 3 ).