# Pentacarbonil de ferro

Pentacarbonil de ferro, também conhecido como carbonil de ferro, é o composto com a fórmula Fe(CO)$_5$ . Em condições normais, Fe(CO) $_5$ é um líquido de cor palha, de fluxo livre, com um odor forte. Amostras mais antigas aparecem mais escuras. Este composto é um precursor comum a diversos compostos de ferro, incluindo muitos que são úteis na síntese orgânica em pequena escala.

## Propriedades

O pentacarbonil de ferro é uma carbonila metálica homoléptica , onde o monóxido de carbono é o único ligante complexado com o metal. Outros exemplos incluem Cr(CO)$_6$ octaédrico e Ni(CO)$_4$ tetraédrico. A maioria dos carbonilos metálicos tem 18 elétrons de valência, e o Fe(CO)$_5$ se ajusta a esse padrão com 8 elétrons de valência no Fe e cinco pares de elétrons fornecidos pelos ligantes de CO. Neste composto, o átomo de ferro está presente em um estado de oxidação formal de zero, diferente dos compostos mais comuns do elemento, em que apresenta os estados de oxidação +2 ou +3. O monóxido de carbono é um ligante receptor pi (backbonding), sendo, assim, capaz de estabilizar o ferro em estados de oxidação baixos.
Refletindo sua estrutura simétrica e neutralidade de carga, o Fe(CO)$_5$ é volátil; é um dos complexos de metal líquido mais frequentemente encontrados. Fe(CO)$_5$ adota uma estrutura bipiramidal trigonal com o átomo de Fe cercado por cinco ligantes de CO: três em posições equatoriais e dois ligados axialmente. As ligações Fe – C – O são lineares.
Fe(CO)$_5$ exibe uma taxa relativamente baixa de intercâmbio entre os grupos CO axiais e equatoriais através do mecanismo de Berry. É caracterizado por duas bandas intensas de ν$_{CO}$ no espectro IR em 2034 e 2014 cm$^{−1}$ (fase gasosa).

## Produção

Fe(CO)$_5$ é produzido pela reação química de partículas finas de ferro com monóxido de carbono. O composto foi descrito em um jornal por 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 e 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 especializado e quimicamente resistente (por exemplo, composto por liga de cobre - prata). A preparação do composto em escala laboratorial evita essas complicações usando um intermediário de iodeto:
* FeI$_2$ + 4CO → Fe(CO)$_4$I$_2$
* 5Fe(CO)$_4$I$_2$ + 10Cu → 10CuI + 4Fe(CO)$_5$ + Fe

## Produção industrial

A produção industrial deste composto é um tanto semelhante ao processo Mond, pois o metal é tratado com monóxido de carbono para produzir 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 catalisador. O pentacarbonil de ferro bruto é purificado por destilação. A Enciclopédia de Química Industrial de Ullmann relata que existem apenas três fábricas que fabricam ferro pentacarbonil; A BASF na Alemanha e a GAF no Alabama têm capacidades de 9.000 e 1.500–2.000 toneladas/ano, respectivamente.
A maior parte do ferro pentacarbonil produzido é decomposto no local para dar ferro carbonílico puro em analogia ao níquel tetracarbonil. Parte do pentacarbonil de ferro é queimado para produzir óxido de ferro puro . Outros usos do ferro pentacarbonila são pequenos em comparação.

## Reações
### Descarbonilação e reações de substituição de CO relacionadas

A irradiação de Fe(CO)$_5$ com UV produz Fe(CO)$_4$ , que captura uma variedade de ligantes para formar adutos. Na ausência de substratos de captura, é produzido o nonacarbonil de diferro, Fe$_2$(CO)$_9$.
Muitos compostos são derivados de Fe(CO)$_5$ pela substituição de CO por bases de Lewis, L, para dar derivados Fe(CO)$_{5−x}$ L $_x$. As bases de Lewis comuns incluem isonitrilas, fosfinas e arsinas terciárias, e alcenos. Normalmente, esses ligantes deslocam apenas um ou dois ligantes CO, mas certos ligantes aceitadores, como Trifluoreto de fósforo PF$_3$ e isocianetos, podem prosseguir para tetra e pentassubstituição. Estas reações são frequentemente induzidas com um catalisador ou luz.light. Ilustrativa é a síntese do complexo bis(trifenilfosfina)ferro tricarbonila [Fe(CO)$_3$(P(C$_6$H $_5$)$_3$)$_2$].Além da via fotoquímica, a substituição também pode ser induzida por NaOH ou NaBH$_4$. O catalisador ataca um ligante CO, que labiliza outro ligante CO em direção à substituição. A eletrofilicidade do Fe(CO)$_4$L é menor que a do Fe(CO)$_5$, então o catalisador Nucleofílico se desengata 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 iodo dá diiodeto de tetracarbonila de ferro :
    Fe(CO)$_5$ + I$_2$ → Fe(CO)$_4$I$_2$ + CO
A redução de Fe(CO)$_5$ com Na dá Na$_2$Fe(CO)$_4$ , "tetracarbonilferrato" também chamado de reagente de Collman, um composto no qual o estado de oxidação do ferro é -2, um estado incomum para o elemento. O diânion 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)$_4$] $^−$ , através do intermediário metalacarboxilato . A oxidação deste monoânion dá triferro dodecacarbonil, Fe$_3$(CO)$_{12}$. A acidificação de soluções de [HFe(CO)$_4$] $^−$ dá ferro tetracarbonil dihidreto , H$_2$Fe(CO)$_4$ .

### Adutos de Dienos

Os 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 esta reação, notadamente o norbornadieno e o 1,3-butadieno . Um dos derivados historicamente mais significativos é o ciclobutadieneiron tricarbonil (C$_4$H$_4$)Fe(CO)$_3$, onde C$_4$H$_4$ é o ciclobutadieno, de outra forma instável. Recebendo a maior atenção estão os complexos dos ciclohexadienos, sendo os 1,4-dienos orgânicos parentais disponíveis através das reduções de Birch . 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 ciclopentadienilferro dicarbonil. 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 UV, o Fe(CO)$_5$ absorve a população de luz e a banda de transferência de carga metal-CO, induzindo a fotólise do CO e gerando o intermediário singleto e tripleto Fe(CO)$_4$ coordenadamente insaturado com alto rendimento quântico. A irradiação prolongada em fase gasosa pode prosseguir para o desprendimento adicional de CO até a formação atômica de Fe.

## Outros usos

Na Europa, o ferro pentacarbonil já foi usado como agente antidetonante na gasolina , no lugar do Tetraetilchumbo; foi produzido pela IG Farben e comercializado sob os nomes comerciais “Motolin” e “Monopolin”. Dois aditivos de combustível alternativos mais modernos são o ferroceno e o metilciclopentadienil manganês tricarbonil. Fe(CO)$_5$ é usado na produção de "ferro carbonílico", uma forma finamente dividida de Fe, um material usado em núcleos magnéticos de bobinas de alta frequência para rádios e televisões e na fabricação de ingredientes ativos de alguns materiais absorventes de radar. (por exemplo, tinta de bola de ferro). É famoso como precursor químico para a síntese de diversas 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 estequiométrica de metano-ar em quase 50%. No entanto, devido à sua natureza tóxica, não tem sido amplamente utilizado como retardador de chama.

## 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 pentacarbonil de ferro 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 que o tetracarbonil de níquel.
O Instituto Nacional de Segurança e Saúde Ocupacional dos Estados Unidos estabeleceu um limite de exposição recomendado para pentacarbonil de ferro em 0,1 ppm (0,23 mg/m $^3$ ) durante uma média ponderada de oito horas, e um limite de exposição de curto prazo em 0,2 ppm (0,45mg/m$^3$).