เฟอร์โรซีน

เฟอร์โรซีน () เป็นสารประกอบโลหอินทรีย์ที่มีสูตรเป็น  เป็นต้นแบบของ metallocene (สารประกอบ organometallic ที่ประกอบด้วยวง cyclopentadienyl สองวง ซึ่งประกบอะตอมกลางโลหะไว้ ซึ่งอาจเรียนได้อีกอย่างหนึ่งว่า sandwich compound)

ประวัติ 
เช่นเดียวกับสารสังเคราะห์ตัวอื่น Ferrocene ถูกสังเคราะห์ขึ้นโดยบังเอิญ ในปี 1951 Pauson และ Kealy แห่ง Duquesne University รายงานปฏิกิริยาระหว่าง magnesium bromide และ ferric chloride ซึ่งเดิมมีจุดประสงค์จะทำให้เกิด coupling ของ diene แต่กลับได้สารเป็นผงสีส้มอ่อนที่มีความเสถียรสูงมาก อย่างไรก็ตาม Ferrocene สามารถเตรียมได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าโดยใช้ sodium cyclopentadienyl และ anhydrous ferrous chloride ใน ether

โครงสร้างของ Ferrocene ได้รับการยืนยันโดย NMR และ X-Ray crystallography โดยลักษณะโครงสร้าง sandwich ได้ปลุกความสนใจของนักวิทยาศาสตร์ให้มาศึกษาสารประกอบของโลหะในกลุ่ม d-block และ hydrocarbons และนำมาสู่ความรู้อันก้าวหน้าในสาขา organometallic chemistry ได้มีการใช้โลหะหลายชนิดแทน Fe และ hydrocarbons อื่นๆ แทน cyclopentadienyl

การจัดเรียงอิเล็กตรอนใน Ferrocene ประกอบด้วย 6-π electrons จาก cyclopentadienyl anion ซึ่งจะนำไปใช้ร่วมกับไอออน Fe2+ ตรงกลาง ทำให้กลายเป็นการจัดอิเล็กตรอนแบบแก๊สมีสกุล (ก๊าซเฉื่อย) ซึ่งเป็นสาเหตุของความเสถียรของสาร

สมบัติทางกายภาพ 
Ferrocene เป็นของแข็งสีส้มที่มีความเสถียรในบรรยากาศปกติ และจะระเหิดได้ทันทีในสภาวะสุญญกาศ จากสมมาตรและความไม่มีประจุ Ferrocene ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น benzene แต่ไม่ละลายในน้ำ

สมบัติทางเคมี 
Ferrocene เกิดปฏิกิริยาเคมีหลายอย่างอันเป็นลักษณะเฉพาะของสาร aromatic ทำให้สามารถเตรียมสารอนุพันธ์ได้ (substituted ferrocenes) ซึ่งที่พบได้มากคือ 1-substituted (มีการแทนที่หนึ่งตำแหน่งบนวงหนึ่ง) 1,1'-disubstituted (H ขอวงบนและล่างถูกแทนที่ไปอย่างละหนึ่งตำแหน่ง) 1,2-disubstituted (H ที่อยู่ติดกันในวงเดียวกันสองตัวถูกแทนที่)
ในการทดลอง Friedel-Crafts reaction Ferrocene จะถูกเติมหมู่ acetyl เมื่อทำปฏิกิริยากับ acetic anhydride (หรือ acetyl chloride) เมื่อมี phosphoric acid เป็นตัวเร่งปฏิริยา:

Fe (C5H5) 2  +  (CH3CO) 2O  → Fe (C5H5) (C5H4C (O) CH3)  +  CH3CO2H
Fe (C5H5) (C5H4C (O) CH3)  +  (CH3CO) 2O  → Fe (C5H4C (O) CH3) 2  +  CH3CO2H

Ferrocene สามารถเสียไฮโดรเจนไปได้ง่าย เช่น เมื่อทำปฏิกิริยากบั butyl lithiumจะให้ 1,1'-dilithioferrocene, ซึ่งเป็น nucleophile ที่มีการใช้งานได้กว้างขวาง
Fe (C5H5) 2  +  2 C4H9Li  → Fe (C5H4Li) 2  +  2 C4H10
Fe (C5H4Li) 2  +  2 (C6H5) 2PCl  → Fe (C5H4P (C6H5) 2) 2  +  2 LiCl

สมบัติเฉพาะที่ต่างจาก organo-aromatic compounds ทั่วไปคือความสามารถในการเกิด one-electron oxidation ที่ศักย์ไฟฟ้าต่ำประมาณ 0.4 V เมื่อเทียบกับ saturated calomel electrode (SCE)  ปฏิกิริยา Oxidation นี้มักจะใช้ FeCl3 เพื่อทำให้เกิด ferrocenium ion สีน้ำเงิน และ [Fe (C5H5) 2]+ ซึ่งมักจะสามารถแยกออกมาได้ในรูปเกลือ [PF6]− เกลือ Ferrocenium เป็น oxidising agent ที่นิยทใช้กันส่วนหนึ่งเพราะงว่าผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยารีดอกซ์เฉื่อยต่อการเกิดปฏิกิริยาและสามารถแยกออกได้ง่าย

ประโยชน์ใช้งานของ Ferrocene และสารอนุพันธ์ 
ตัว Ferrocene เองมีประโยชน์ใช้งานน้อย  อย่างไรก็ตามวิธีการสังเคราะห์อนุพันธืจำนวนนำไม่ถ้วน เช่น mono- และ disubstituted ferrocenes ซึ่งขยายขอบเขตการใช้งานให้กว้างขวางออกไป

สารเติมแต่งในน้ำมันเชื้อเพลิง 
Ferrocene และสารอนุพันธ์มีสมบัติเป็น anti-knock agents สามารถใช้ในเครื่องยนต์ที่ใช้น้ำมัน ซึ่งปลอดภับกว่าการใช้ tetraalkyl lead additives. ซึ่งสามารถหาซื้อได้ที่ Halfords (ร้านค้าย่อยในสหราชอาณาจักร) ,  สารเติมแต่งในน้ำมันมีส่วนประกอบของ ferrocene สามารถเติมลงในน้ำมันไร้สารตะกั่วเพื่อการใช้งานในรถเก่าที่ออกแบบมาใช้กับน้ำมันมีสารตะกั่ว รายละเอียดการใช้เป็น antiknocking agent สามารถดูเพิ่มเติมได้จากสิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาเลขที่ 4104036 อย่างไรก็ตามการจับตัวของเหล็กซึ่งมาจาก Ferrocene จะทำให้เกิดผิวนำไฟฟ้าเคลือยอยู่บนหัวเทียบทำให้เกิดความผิดพลาดในการจุดระเบิดของเครื่องยนต์

ในเครื่องยนต์ดีเซลล์ Ferrocene ช่วยลดควันดำได้

การแพทย์ 

เกลือ ferrocenium บางชนิดแสดงสมบัติต้านมะเร็ง (anticancer activity) และมีการรายงานถึงยาที่อยู่ระหว่างการทดลองซึ่งเป็น ferrocenyl version of tamoxifen แนวคิดสำคัญคือ tamoxifen จะจับตัวกับ estrogen binding sites ทำให้เกิดความเป็นพิษต่อเซลล์ (cytotoxicity effect)

วัสดุศาสตร์ 
Ferrocene สามารถระเหิดได้ง่าย จึงสามารถใช้ deposit fullerene บางชนิดได้

ใช้เป็น ligand scaffold 
Chiral ferrocenyl phosphines สามารถใช้เป็น ligand ใน transition-metal catalyzed reactions บางชนิดมีประโยชน์ใช้งานในเชิงอุตสาหกรรมการสังเคราะห์ยาและเคมีเกษตร

1,1'-bis-diphenylphosphinoferrocene เป็น ligand ที่มีความสำคัญใน palladium coupling reactions.

สารอนุพันธ์ 
เนื่องจากปฏิกิริยาการแทนที่เกิดได้ง่าย โครงสร้างอนุพันธ์ Ferrocene ที่แปลกๆ จึงถูกเตรียมขึ้นจำนวนมาก อาทิเช่น penta (ferrocenyl) cyclopentadienyl ligand ,  ซึ่งเป็น cyclopentadiene ที่ประกอบไปด้วยหมู่แทนที่ 5 หมู่ (5 ferrocene substituents)

อ้างอิง

แหล่งข้อมูลอื่น

Ferrocene at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards (Centers for Disease Control and Prevention)

สารเชิงซ้อนไซโคลเพนทาไดอีนิล
สารประกอบโลหอินทรีย์ของเหล็ก
สารประกอบโคออร์ดิเนชันของเหล็ก
เมทัลโลซีน