Родоцен — это химическое соединение с формулой [Rh(C 5 H 5 ) 2 ] . Каждая молекула содержит атом родия , связанный между двумя плоскими ароматическими системами из пяти атомов углерода , известными как циклопентадиенильные кольца в сэндвич -расположении. Это металлоорганическое соединение , поскольку оно имеет ( гаптические ) ковалентные связи родий-углерод. [2] Радикал [Rh(C 5 H 5 ) 2 ] обнаруживается при температуре выше 150 °C (302 °F) или при охлаждении до температур жидкого азота (−196 °C [−321 °F]). При комнатной температуре пары этих радикалов соединяются через свои циклопентадиенильные кольца, образуя димер , желтое твердое вещество. [1] [3] [4]
История металлоорганической химии включает открытия в 19 веке соли Цейзе [5] [6] [7] и тетракарбонила никеля . [2] Эти соединения представляли собой проблему для химиков, поскольку не соответствовали существующим моделям химических связей . Еще одна проблема возникла с открытием ферроцена , [8] железного аналога родоцена и первого из класса соединений, ныне известных как металлоцены . [9] Было обнаружено, что ферроцен необычайно химически стабилен , [10] как и аналогичные химические структуры, включая родоцений, униположительный катион родоцена [Примечание 1] и его кобальтовые и иридиевые аналоги. [11] Изучение металлоорганических видов, включая эти, в конечном итоге привело к разработке новых моделей связей, которые объясняли их образование и стабильность. [12] [13] Работа над сэндвичевыми соединениями, включая систему родоцений-родоцен, принесла Джеффри Уилкинсону и Эрнсту Отто Фишеру Нобелевскую премию по химии 1973 года . [14] [15]
Благодаря своей стабильности и относительной простоте приготовления, соли родоцения являются обычным исходным материалом для получения родоцена и замещенных родоценов, все из которых нестабильны. Первоначальный синтез использовал циклопентадиенильный анион и трис(ацетилацетонато)родий(III) ; [11] с тех пор было описано множество других подходов, включая газофазную окислительно-восстановительную трансметаллизацию [16] и использование полусэндвичевых предшественников. [17] Октафенилродоцен (производное с восемью присоединенными фенильными группами ) был первым замещенным родоценом, выделенным при комнатной температуре, хотя он быстро разлагается на воздухе. Рентгеновская кристаллография подтвердила, что октафенилродоцен имеет сэндвичевую структуру с шахматной конформацией . [18] В отличие от кобальтоцена, который стал полезным одноэлектронным восстановителем в исследованиях, [19] ни одно из обнаруженных производных родоцена не является достаточно стабильным для таких применений.
Биомедицинские исследователи изучили применение родиевых соединений и их производных в медицине [20] и сообщили об одном потенциальном применении производного родоцена в качестве радиофармацевтического препарата для лечения небольших раковых заболеваний . [21] [22] Производные родоцена используются для синтеза связанных металлоценов, чтобы можно было изучать взаимодействия металл-металл; [23] потенциальные применения этих производных включают молекулярную электронику и исследования механизмов катализа . [24]
Открытия в области металлоорганической химии привели к важным открытиям в области химических связей . Соль Цейзе , K[PtCl 3 (C 2 H 4 )]·H 2 O , была открыта в 1831 году [5] , а открытие Мондом тетракарбонила никеля ( Ni(CO) 4 ) произошло в 1888 году. [27] Каждый из них содержал связь между металлическим центром и небольшой молекулой, этиленом в случае соли Цейзе и оксидом углерода в случае тетракарбонила никеля. [6] Модель заполнения пространства анионом соли Цейзе (изображение слева) [25] [26] показывает прямую связь между платиновым металлическим центром (показано синим цветом) и атомами углерода (показано черным цветом) этиленового лиганда ; такие связи металл–углерод являются определяющей характеристикой металлоорганических видов . Модели связей не могли объяснить природу таких связей металл-алкен, пока в 1950-х годах не была предложена модель Дьюара-Чатта-Данкансона . [12] [7] [28] Первоначальная формулировка охватывала только связи металл-алкен [27], но со временем модель была расширена, чтобы охватить такие системы, как карбонилы металлов (включая [Ni(CO) 4 ] ), где важна π-обратная связь . [28]
Ферроцен , [Fe(C 5 H 5 ) 2 ] , был впервые синтезирован в 1951 году при попытке получить фульвален ( C
10ЧАС
8) путем окислительной димеризации циклопентадиена ; было обнаружено, что полученный продукт имеет молекулярную формулу C
10ЧАС
10Fe и, как сообщается, демонстрирует «замечательную стабильность». [10] Открытие вызвало значительный интерес в области металлоорганической химии, [8] [9] отчасти потому, что структура, предложенная Посоном и Кили, не соответствовала существовавшим тогда моделям связей и не объясняла ее неожиданную стабильность. Следовательно, первоначальной задачей было окончательно определить структуру ферроцена в надежде, что его связи и свойства будут тогда поняты. Структура сэндвича была выведена и сообщена независимо тремя группами в 1952 году: Роберт Бернс Вудворд и Джеффри Уилкинсон исследовали реакционную способность, чтобы определить структуру [29] и продемонстрировали, что ферроцен подвергается реакциям, аналогичным реакциям с типичной ароматической молекулой (такой как бензол ), [30] Эрнст Отто Фишер вывел структуру сэндвича, а также начал синтезировать другие металлоцены, включая кобальтоцен ; [31] Эйланд и Пепински предоставили рентгеновское кристаллографическое подтверждение сэндвичевой структуры. [32] Применение теории валентных связей к ферроцену с учетом Fe2+
центр и два аниона циклопентадиенида (C 5 H 5 − ), которые, как известно, являются ароматическими согласно правилу Хюккеля и, следовательно, очень стабильными, позволили правильно предсказать геометрию молекулы. После успешного применения теории молекулярных орбиталей причины замечательной стабильности ферроцена стали ясны. [13]
Свойства кобальтоцена, описанные Уилкинсоном и Фишером, продемонстрировали, что униположительный катион кобальтициния [Co(C 5 H 5 ) 2 ] + проявляет стабильность, подобную стабильности самого ферроцена. Это наблюдение не является неожиданным, учитывая, что катион кобальтициния и ферроцен являются изоэлектронными , хотя связь в то время не была понята. Тем не менее, это наблюдение привело Уилкинсона и Ф. Альберта Коттона к попытке синтеза солей родоцения [Примечание 1] и иридоцения . [11] Они сообщили о синтезе многочисленных солей родоцения, включая те, которые содержат анионы трибромида ( [Rh(C 5 H 5 ) 2 ]Br 3 ), перхлората ( [Rh(C 5 H 5 ) 2 ]ClO 4 ) и реинеката ( [Rh(C 5 H 5 ) 2 ] [Cr(NCS) 4 (NH 3 ) 2 ]·H 2 O ), и обнаружили, что добавление дипикриламина приводит к образованию соединения состава [Rh(C 5 H 5 ) 2 ] [N(C 6 H 2 N 3 O 6 ) 2 ] . [11] В каждом случае было обнаружено, что катион родоцения обладает высокой стабильностью. В 1973 году Уилкинсон и Фишер разделили Нобелевскую премию по химии «за новаторскую работу, выполненную независимо друг от друга, по химии металлоорганических, так называемых сэндвичевых соединений ». [14] [15]
Стабильность металлоценов можно напрямую сравнить, посмотрев на восстановительные потенциалы одноэлектронного восстановления униположительного катиона. Следующие данные представлены относительно насыщенного каломельного электрода (SCE) в ацетонитриле :
Эти данные ясно указывают на стабильность нейтрального ферроцена и катионов кобальтоцения и родоцения. Родоцен примерно на 500 мВ более восстанавливающий, чем кобальтоцен, что указывает на то, что он легче окисляется и, следовательно, менее стабилен. [1] Более раннее полярографическое исследование перхлората родоцения при нейтральном pH показало пик катодной волны при -1,53 В (по сравнению с SCE) на ртутном капающем электроде , что соответствует образованию родоцена в растворе, но исследователи не смогли выделить нейтральный продукт из раствора. В том же исследовании попытки обнаружить иридоцен путем воздействия на соли иридоцения окислительных условий оказались безуспешными даже при повышенном pH. Эти данные согласуются с тем, что родоцен крайне нестабилен, и могут указывать на то, что иридоцен еще более нестабилен. [11]
Правило 18 электронов является эквивалентом правила октета в химии основных групп и дает полезное руководство для прогнозирования стабильности металлоорганических соединений . [34] Оно предсказывает, что металлоорганические виды, «в которых сумма валентных электронов металла плюс электроны, отданные лигандными группами, в сумме составляют 18, вероятно, будут стабильными». [34] Это помогает объяснить необычно высокую стабильность, наблюдаемую для ферроцена [10] и для катионов кобальтициния и родоцения [31] — все три вида имеют аналогичную геометрию и являются изоэлектронными структурами с 18 валентными электронами. Нестабильность родоцена и кобальтоцена также понятна с точки зрения правила 18 электронов, поскольку оба являются структурами с 19 валентными электронами; это объясняет ранние трудности при выделении родоцена из растворов родоцения. [11] В химии родоцена доминирует стремление к достижению 18-электронной конфигурации. [34]
Родоцен существует как [Rh(C 5 H 5 ) 2 ] , парамагнитный 19-валентный электронный радикальный мономер только при температуре или ниже −196 °C (−320,8 °F) ( температура жидкого азота ) или выше 150 °C (302 °F) в газовой фазе . [1] [3] [4] Именно эта мономерная форма демонстрирует типичную ступенчатую металлоценовую сэндвич-структуру. При комнатной температуре (25 °C [77 °F]) время жизни мономерной формы в ацетонитриле составляет менее двух секунд; [1] и родоцен образует [Rh(C 5 H 5 ) 2 ] 2 , диамагнитную 18-валентную электронную мостиковую димерную анса -металлоценовую структуру. [35] Измерения электронного спинового резонанса (ЭСР), ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и инфракрасной спектроскопии (ИК) указывают на наличие равновесия, взаимопревращающего мономерные и димерные формы. [4] Данные ЭСР подтверждают, что мономер обладает осью симметрии высокого порядка (C n , n > 2) с зеркальной плоскостью (σ), перпендикулярной ей в качестве элементов симметрии ; это экспериментально демонстрирует, что мономер действительно обладает типичной сэндвичевой структурой металлоцена [3] [Примечание 2], хотя интерпретация данных ЭСР была подвергнута сомнению. [35] Путь разложения мономера также был изучен с помощью масс-спектрометрии . [36] Димеризация является окислительно-восстановительным процессом; димер является видом родия (I), а мономер имеет центр родия (II). [Примечание 3] Родий обычно занимает степени окисления +I или +III в своих стабильных соединениях. [37]
Этот процесс димеризации имеет общий эффект уменьшения количества электронов вокруг родиевого центра с 19 до 18. Это происходит потому, что окислительное соединение двух циклопентадиенильных лигандов производит новый лиганд с более низкой тактильностью , который отдает меньше электронов металлическому центру. Термин «тактичность» используется для обозначения «количества атомов углерода (или других), через которые [лиганд] связывается ( n )» [38] с металлическим центром и обозначается как η n . Например, этиленовый лиганд в соли Цейзе связан с платиновым центром через оба атома углерода, и, следовательно, формально имеет формулу K[PtCl 3 (η 2 -C 2 H 4 )]·H 2 O . [6] Карбонильные лиганды в тетракарбониле никеля связаны только через атом углерода и поэтому описываются как моногаптолиганды, но η 1 -обозначения обычно опускаются в формулах. Циклопентадиенильные лиганды во многих металлоценовых и полусэндвичевых соединениях являются пентагаптолигандами, отсюда формула [Rh(η 5 -C 5 H 5 ) 2 ] для мономера родоцена. В димере родоцена связанные циклопентадиенильные лиганды являются 4-электронными тетрагаптодонорами для каждого металлического центра родия(I), в отличие от 6-электронных [Примечание 4] пентагаптоциклопентадиенильных доноров. Повышенная стабильность димера родия(I) с 18 валентными электронами по сравнению с мономером родия(II) с 19 валентными электронами, вероятно, объясняет, почему мономер обнаруживается только в экстремальных условиях. [1] [4]
Коттон и Уилкинсон продемонстрировали [11] , что катион родия(III) с 18 валентными электронами [Rh(η 5 -C 5 H 5 ) 2 ] + может быть восстановлен в водном растворе до мономерной формы; они не смогли выделить нейтральный продукт, поскольку он не только может димеризоваться, но и радикальный мономер родия(II) может также спонтанно образовывать устойчивые виды родия(I) со смешанной тактильностью [(η 5 -C 5 H 5 )Rh(η 4 -C 5 H 6 )] . [3] Различия между родоценом и этим производным обнаруживаются в двух областях:
Эти два изменения делают производное видом с 18 валентными электронами. Фишер и коллеги предположили, что образование этого производного родоцена может происходить в отдельных стадиях протонирования и восстановления, но не опубликовали никаких доказательств в поддержку этого предположения. [3] (η 4 -Циклопентадиен)(η 5 -циклопентадиенил)родий(I), полученное соединение, является необычным металлоорганическим комплексом, поскольку в нем в качестве лигандов присутствуют как циклопентадиенильный анион, так и сам циклопентадиен. Было показано, что это соединение также может быть получено путем восстановления боргидридом натрия раствора родоцения в водном этаноле ; исследователи, сделавшие это открытие, охарактеризовали продукт как гидрид бисциклопентадиенилродия. [39]
Фишер и его коллеги также изучали химию иридоцена, аналога родоцена и кобальтоцена из третьей переходной серии, обнаружив, что химия родоцена и иридоцена в целом схожа. Описан синтез многочисленных солей иридоцения, включая трибромид и гексафторфосфат . [4] Как и в случае с родоценом, иридоцен димеризуется при комнатной температуре, но мономерную форму можно обнаружить при низких температурах и в газовой фазе, а измерения ИК, ЯМР и ЭПР указывают на наличие химического равновесия и подтверждают сэндвич-структуру мономера иридоцена. [3] [4] Комплекс [(η 5 -C 5 H 5 )Ir(η 4 -C 5 H 6 )] , аналог производного родоцена, описанный Фишером, [3] также был изучен и демонстрирует свойства, соответствующие большей степени π-связей в системах иридия(I), чем это обнаружено в аналогичных случаях кобальта(I) или родия(I). [40]
Соли родоцения впервые были описаны [11] в течение двух лет после открытия ферроцена. [10] Эти соли были получены путем реакции карбаниона реактива Гриньяра циклопентадиенилмагнийбромида ( C
5ЧАС
5MgBr ) с трис(ацетилацетонато)родием(III) (Rh(acac) 3 ). Совсем недавно газофазные катионы родоцения были получены с помощью окислительно-восстановительной реакции трансметаллирования ионов родия(I) с ферроценом или никелоценом . [16]
Также сообщалось о современных методах микроволнового синтеза . [41] Родоцений гексафторфосфат образуется после реакции циклопентадиена и гидрата хлорида родия (III) в метаноле после обработки метанольным гексафторфосфатом аммония ; выход реакции превышает 60% всего за 30 секунд воздействия микроволнового излучения . [42]
Затем сам родоцен образуется путем восстановления солей родоцения расплавленным натрием . [3] Если расплав, содержащий родоцений, обработать металлами натрия или калия, а затем сублимировать на охлажденный жидким азотом холодный палец, получается черный поликристаллический материал. [35] Нагревание этого материала до комнатной температуры дает желтое твердое вещество, которое, как было подтверждено, является димером родоцена. Похожий метод можно использовать для приготовления димера иридоцена. [35]
Были разработаны новые подходы к синтезу замещенных циклопентадиенильных комплексов с использованием замещенных винилциклопропенов в качестве исходных материалов. [43] [44] [45] Реакции перегруппировки винилциклопропана с расширением кольца для получения циклопентенов хорошо известны [46] и служат прецедентом для перегруппировки винилциклопропенов в циклопентадиены. Катион [(η 5 -C 5 t Bu 3 H 2 )Rh(η 5 -C 5 H 5 )] + был получен в результате последовательности реакций, начинающейся с добавления димера хлорбисэтиленродия(I), [(η 2 -C 2 H 4 ) 2 Rh(μ-Cl)] 2 , к 1,2,3-три- трет- бутил-3-винил-1-циклопропену с последующей реакцией с циклопентадиенидом таллия : [43] [44]
18-валентные электронные виды родия(III) пентадиендиила, полученные в результате этой реакции, снова демонстрируют нестабильность родоценовой части, поскольку ее можно кипятить в толуоле в течение месяцев без образования 1,2,3-три- трет -бутилродоцена, но в окислительных условиях катион 1,2,3-три -трет -бутилродоцения образуется быстро. [43] Циклическая вольтамперометрия использовалась для детального исследования этого и подобных процессов. [43] [44] Было показано, что механизм реакции включает потерю одного электрона из пентадиендиильного лиганда с последующей быстрой перегруппировкой (с потерей атома водорода) для образования катиона 1,2,3-три- трет -бутилродоцения. [44] Как тетрафторборатная , так и гексафторфосфатная соли этого катиона были структурно охарактеризованы с помощью рентгеновской кристаллографии. [44]
[(η 5 -C 5 t Bu 3 H 2 )Rh(η 5 -C 5 H 5 )]BF 4 образует бесцветный центросимметричный моноклинный кристалл, принадлежащий пространственной группе P 2 1 /c , и имеющий плотность 1,486 г см −3 . [44] Рассматривая диаграмму ORTEP структуры катиона (справа), становится очевидным, что он обладает типичной геометрией, ожидаемой от катиона родоцена или родоцения. Два циклопентадиенильных кольца близки к параллельным ( угол центроид –Rh–центроид составляет 177,2°), а родиевый центр немного ближе к замещенному циклопентадиенильному кольцу (расстояния Rh–центроид составляют 1,819 Å и 1,795 Å), наблюдение, приписываемое большему индуктивному эффекту трет -бутильных групп на замещенный лиганд. [44] Диаграмма ORTEP показывает, что катион принимает заслоненную конформацию в твердом состоянии. Кристаллическая структура гексафторфосфатной соли показывает три кристаллографически независимых катиона, один заслоненный, один смещенный и один, который вращательно разупорядочен. [44] Это говорит о том, что принятая конформация зависит от присутствующего аниона, а также о том, что энергетический барьер вращения низок – в ферроцене, как известно, вращательный энергетический барьер составляет ~5 кДж моль −1 как в растворе, так и в газовой фазе. [13]
На диаграмме выше показаны расстояния связей родий–углерод ( красным цветом, внутри пятиугольников слева) и углерод–углерод ( синим цветом, снаружи пятиугольников слева) для обоих лигандов, а также углы связей ( зеленым цветом, внутри пятиугольников справа) внутри каждого циклопентадиенильного кольца. Используемые обозначения атомов такие же, как и в кристаллической структуре выше. В незамещенном циклопентадиенильном лиганде длины связей углерод–углерод варьируются от 1,35 Å до 1,40 Å, а внутренние углы связей варьируются от 107° до 109°. Для сравнения, внутренний угол в каждой вершине правильного пятиугольника составляет 108°. Длины связей родий–углерод варьируются от 2,16 Å до 2,18 Å. [44] Эти результаты согласуются с η 5 -координацией лиганда с металлическим центром. В случае замещенного циклопентадиенильного лиганда наблюдается несколько большее изменение: длины связей углерод-углерод варьируются от 1,39 Å до 1,48 Å, внутренние углы связей варьируются от 106° до 111°, а длины связей родий-углерод варьируются от 2,14 Å до 2,20 Å. Большее изменение в замещенном лиганде объясняется искажениями, необходимыми для снятия стерического напряжения, налагаемого соседними трет -бутильными заместителями; несмотря на эти изменения, данные показывают, что замещенный циклопентадиенил также η 5 -координирован. [44]
Стабильность металлоценов изменяется с замещением кольца. Сравнение восстановительных потенциалов катионов кобальтоцения и декаметилкобальтоцения показывает, что декаметильные виды примерно на 600 мВ более восстанавливающие, чем их исходные металлоцены, [19] ситуация, также наблюдаемая в системах ферроцена [47] и родоцена. [48] Представлены следующие данные относительно окислительно-восстановительной пары ферроцений/ферроцен : [49]
Различия в восстановительных потенциалах приписываются в системе кобальтоцения индуктивному эффекту алкильных групп, [19] дополнительно стабилизирующих виды с 18 валентными электронами. Похожий эффект наблюдается в данных по родоцению, показанных выше, что снова согласуется с индуктивными эффектами. [44] В замещенной системе иридоцения исследования циклической вольтамперометрии показывают необратимые восстановления при температурах до -60 °C; [50] для сравнения, восстановление соответствующих родоценов является квазиобратимым при комнатной температуре и полностью обратимым при -35 °C. [48] Необратимость восстановлений замещенного иридоцения приписывается чрезвычайно быстрой димеризации полученных видов с 19 валентными электронами, что дополнительно иллюстрирует, что иридоцены менее стабильны, чем соответствующие им родоцены. [50]
Объем знаний о соединениях с пентазамещенными циклопентадиенильными лигандами обширен, при этом хорошо известны металлоорганические комплексы пентаметилциклопентадиенильных и пентафенилциклопентадиенильных лигандов. [51] Замещения в циклопентадиенильных кольцах родоценов и солей родоцения приводят к получению соединений с более высокой стабильностью, поскольку они обеспечивают повышенную делокализацию положительного заряда или электронной плотности , а также создают стерические препятствия для других видов, приближающихся к металлическому центру. [36] Известны различные моно- и дизамещенные виды родоцения, но существенная стабилизация не достигается без более значительных замещений. [36] Известные высокозамещенные соли родоцения включают гексафторфосфат декаметилродоцения [(η 5 -C 5 Me 5 ) 2 Rh]PF 6 , [52] гексафторфосфат декаизопропилродоцения [(η 5 -C 5 i Pr 5 ) 2 Rh]PF 6 , [53] и гексафторфосфат октафенилродоцения [(η 5 -C 5 Ph 4 H) 2 Rh]PF 6 . [18] [Примечание 5] Тетрафторборат декаметилродоцения можно синтезировать из комплекса трис(ацетона) [(η 5 -C 5 Me 5 )Rh(Me 2 CO) 3 ](BF 4 ) 2 реакцией с пентаметилциклопентадиеном , также известен аналогичный синтез иридия. [54] Гексафторфосфат декаизопропилродиния был синтезирован в 1,2-диметоксиэтане ( растворитель ) в необычном однореакторном синтезе , который включает образование 20 углерод-углеродных связей : [53]
В аналогичной реакции пентаизопропилродоцений гексафторфосфат [(η 5 -C 5 i Pr 5 )Rh(η 5 -C 5 H 5 )]PF 6 может быть синтезирован из пентаметилродоцений гексафторфосфата [(η 5 -C 5 Me 5 )Rh(η 5 -C 5 H 5 )]PF 6 с выходом 80%. [53] Эти реакции показывают, что кислотность метильных водородов в пентаметилциклопентадиенильном комплексе может быть значительно увеличена за счет присутствия металлического центра. Механистически реакция протекает с гидроксидом калия, депротонирующим метильную группу, и полученный карбанион подвергается нуклеофильному замещению метилиодидом с образованием новой связи углерод-углерод. [53]
Также сообщалось о соединениях тетрафторборат пентафенилродоцения [(η 5 -C 5 Ph 5 )Rh(η 5 -C 5 H 5 )]BF 4 и тетрафторборат пентаметилпентафенилродоцения [(η 5 -C 5 Ph 5 )Rh(η 5 -C 5 Me 5 )]BF 4 . Они демонстрируют, что сэндвичевые соединения родия могут быть получены из полусэндвичевых предшественников. Например, в подходе, в целом похожем на синтез трис(ацетона) тетрафторбората декаметилродоцения [54] , тетрафторборат пентафенилродоцения был синтезирован из соли трис( ацетонитрила ) [(η 5 -C 5 Ph 5 )Rh(CH 3 CN) 3 ](BF 4 ) 2 путем реакции с циклопентадиенидом натрия : [17]
Октафенилродоцен, [(η 5 -C 5 Ph 4 H) 2 Rh], является первым производным родоцена, выделенным при комнатной температуре. Его оливково-зеленые кристаллы быстро разлагаются в растворе и в течение нескольких минут на воздухе, демонстрируя значительно большую чувствительность к воздуху, чем аналогичный комплекс кобальта , хотя он значительно более стабилен, чем сам родоцен. Это различие объясняется относительно меньшей стабильностью состояния родия(II) по сравнению с состоянием кобальта(II). [18] [37] Потенциал восстановления для катиона [(η 5 -C 5 Ph 4 H) 2 Rh] + (измеренный в диметилформамиде относительно пары ферроцений/ферроцен) составляет −1,44 В, что согласуется с большей термодинамической стабилизацией родоцена лигандом C 5 HPh 4 по сравнению с лигандами C 5 H 5 или C 5 Me 5. [18] Кобальтоцен является полезным одноэлектронным восстановителем в исследовательской лаборатории, поскольку он растворим в неполярных органических растворителях, [19] и его окислительно-восстановительная пара достаточно хорошо себя ведет, чтобы ее можно было использовать в качестве внутреннего стандарта в циклической вольтамперометрии . [55] Ни один из полученных замещенных родоценов не продемонстрировал достаточной стабильности для использования аналогичным образом.
Синтез октафенилродоцена протекает в три этапа: с кипячением диглима , за которым следует обработка гексафторфосфорной кислотой , а затем восстановлением амальгамой натрия в тетрагидрофуране : [18]
Кристаллическая структура октафенилродоцена демонстрирует ступенчатую конформацию [18] (похожую на ферроцен и в отличие от заслоненной конформации рутеноцена ). [13] Расстояние родий-центроид составляет 1,904 Å, а средняя длина связи родий-углерод составляет 2,26 Å; средняя длина связи углерод-углерод составляет 1,44 Å. [18] Все эти расстояния аналогичны тем, которые обнаружены в катионе 1,2,3-три- трет - бутилродоцения, описанном выше, с одним отличием, что эффективный размер родиевого центра кажется больше, наблюдение согласуется с расширенным ионным радиусом родия(II) по сравнению с родием(III). [44]
Было проведено обширное исследование металлофармацевтических препаратов , [56] [57], включая обсуждение соединений родия в медицине. [20] Значительная часть исследований была посвящена изучению использования металлоценовых производных рутения [58] и железа [59] в качестве металлофармацевтических препаратов. Одной из областей таких исследований было использование металлоценов вместо фторфенильной группы в галоперидоле , [21] который является фармацевтическим препаратом, классифицируемым как типичный антипсихотик . Исследуемое соединение ферроценил-галоперидол имеет структуру (C 5 H 5 )Fe(C 5 H 4 )–C(=O)–(CH 2 ) 3 –N(CH 2 CH 2 ) 2 C(OH)–C 6 H 4 Cl и может быть преобразовано в аналог рутения посредством реакции трансметаллирования. Использование радиоактивного изотопа 103 Ru производит радиофармацевтический препарат рутеноценил-галоперидол с высоким сродством к легочной , но не мозговой ткани у мышей и крыс . [21] Бета-распад 103 Ru производит метастабильный изотоп 103 m Rh в соединении родоценил-галоперидол. Это соединение, как и другие производные родоцена, имеет нестабильную 19-валентную электронную конфигурацию и быстро окисляется до ожидаемых катионных видов родоцений-галоперидол. [21] Было изучено разделение видов рутеноценил-галоперидол и родоцений-галоперидол и распределение каждого из них среди органов тела. [22] 103 m Rh имеет период полураспада 56 мин и испускает гамма-лучи с энергией 39,8 кэВ , поэтому гамма-распад изотопа родия должен следовать вскоре после бета-распада изотопа рутения. Бета- и гамма-излучающие радионуклиды, используемые в медицине, включают 131 I , 59 Fe и 47 Ca , а 103 m Rh был предложен для использования в радиотерапии небольших опухолей. [20]
Первоначальной мотивацией для исследовательских работ по изучению родоценовой системы было понимание природы и связей внутри металлоценового класса соединений. В последнее время интерес был возрожден желанием исследовать и применять взаимодействия металл-металл, которые происходят при связывании металлоценовых систем. [23] Потенциальные приложения для таких систем включают молекулярную электронику , [24] полупроводниковые (и, возможно, ферромагнитные ) металлоценовые полимеры (пример молекулярной проволоки ), [23] и исследование порога между гетерогенным и гомогенным катализом . [24] Примеры известных биметаллоценов и терметаллоценов, которые обладают родоценильным фрагментом, включают гексафторфосфатные соли родоценилферроцена, 1,1'-диродоценилферроцена и 1-кобальтоценил-1'-родоценилферроцена, [60] каждый из которых показан справа. Связанные металлоцены также могут быть образованы путем введения нескольких металлоценильных заместителей в один циклопентадиенильный лиганд. [24]
Структурные исследования терметаллоценовых систем показали, что они обычно принимают геометрию «затменного двойного трансоида» «коленчатого вала». [61] Если взять в качестве примера катион 1-кобальтоценил-1'-родоценилферроцена, показанный выше, это означает, что кобальтоценильные и родоценильные фрагменты затмеваются, и, таким образом, атомы углерода 1 и 1' в центральном ферроценовом ядре максимально приближены к вертикальному расположению, учитывая ступенчатую конформацию циклопентадиенильных колец в каждом металлоценовом звене. При взгляде сбоку это означает, что терметаллоцены напоминают рисунок коленчатого вала «вниз-вверх-вниз» . [ 61] Синтез этого терметаллоцена включает объединение растворов родоцения и кобальтоцения с 1,1'-дилитиоферроценом . Это дает незаряженный промежуточный продукт со связанными циклопентадиенил-циклопентадиеновыми лигандами, связь которых напоминает связь, обнаруженную в димере родоцена. Затем эти лиганды реагируют с трифенилметильным карбокатионом , образуя соль терметаллоцена, [(η 5 -C 5 H 5 )Rh(μ-η 5 :η 5 -C 5 H 4 –C 5 H 4 )Fe(μ-η 5 :η 5 -C 5 H 4 –C 5 H 4 )Co(η 5 -C 5 H 5 )](PF 6 ) 2 . Этот синтетический путь проиллюстрирован ниже: [60] [61]
Первые полимеры с боковой цепью, содержащие родоцений, были получены с помощью контролируемых методов полимеризации, таких как обратимая полимеризация с передачей цепи путем присоединения-фрагментации (RAFT) и метатезисная полимеризация с раскрытием кольца (ROMP). [62]
началось еще в 1880-х годах, когда Людвиг Монд показал, что никель можно очистить, используя CO для извлечения никеля в виде газообразного Ni(CO) 4 , который можно легко отделить от твердых примесей и затем термически разложить, получив чистый никель.... Недавние исследования показали существование растущего класса металлоферментов, имеющих органометаллические лигандные среды, рассматриваемые как химия ионов металлов, имеющих лиганды-доноры С, такие как СО или метильная группа.
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )Оба металла демонстрируют обширную химию, в основном в степени окисления +3, причем +1 также важна, и существует значительная химия иридия +4. Мало соединений известно в состоянии +2, в отличие от ситуации с кобальтом, его более легким гомологом (ответственные факторы включают повышенную стабильность состояния +3, являющуюся следствием большей стабилизации низкого спина d 6 по мере увеличения 10 Dq)" (стр. 78)