二茂铁（Ferrocene）
姓名：苗波波 2013年12月26日
物理性质 化学性质（分子轨道理论） 制备方法 应用
物理性质简介
二茂铁，(η5-C5H5)2Fe,又称二环戊二烯合铁、环戊二烯基铁 。是最重要的金属茂基配合物，也是最早被发现的夹心配合 物，包含两个环戊二烯环与铁原子成键。
常温下为橙黄色粉末， 100℃以上能升华，有樟脑气味；不 溶于水，易溶于苯、乙醚、汽油、柴油等有机溶剂。
e2u e2g
e﹡ 2g a﹡ 2u
e﹡ 1u
e2u
e﹡ 1g a﹡ 1g a1g e2g
铁原子轨道 Fe: 3d64s2 9个原子轨道
4p e1u 4p a2u 4s a1g 3d a1g 3dz2 3dx2-y2, 3dxy, (e2g) 3dyz, 3dzx, (e1g)
g : 中心对称 gerad u : 非中心对称 ungerad a ：非简并 e: 二重简并
应用
抗震剂
汽油添加剂二茂铁分解出的铁沉积在火花塞表面，增强了 其导热性
医药方面
抗癌活性
材料方面
利用二茂铁容易升华用于成积某种特定的富勒烯或碳纳米 管
配体原料
合成药物及农用化学品
用同样方法可以得到其他八条分子轨道。 最后，由环戊二烯基的配体 群轨道与 Fe 原子的价电子轨道，按对称性匹配原则组合成成二茂铁的 分子轨道，
能级
轨道的 对称性
配体群轨道
Fe原子轨道
3dz2
二茂铁分子 轨道
3dx2-y2 3dxy
3dyz 3dxz
4px 4py
4pz 4s
二茂铁分子轨道
两个Cp配体轨道群 10条原子轨道 (错位 D5d)

制备方法
1. 在四氢呋喃溶液里，通过钠或氢氧化钠和环戊二烯作用生成钠 盐，然后再和金属卤化物或羰基化合物反应，是最常用的方法 。 2C5H6+2Na THF C5H5Na+H2 2C5H5Na+FeCl2 (C5H5)2Fe+2NaCl
2. 利用强有机碱，最好是过量的乙二胺和反应产生的盐酸作用。
3. 直接通过环戊二烯或双环戊二烯和金属或金属羰基化合物反应 ，也可以得到环戊二烯化合物。
化学性质
具有化学稳定性（浓盐酸中煮沸也不容易分解）、高度热 稳定性（500度以内不分解 ） 包含两个环戊二烯环与铁原子成键，每个环含有6个π电子 ，符合休克尔规则中4n+2电子数的要求（n为非负整数）， 具有芳香性。每个环的6个电子*2，再加上二价铁离子的6 个d电子正好等于18，符合18电子规则稳定结构。
五条分子轨道可分为三类: 一类没有节面，第二类是有一个节面的简并 轨道，第三类是有两个节面的简并轨道。
我们将两个环戊二烯基环的一共十条p轨道组合成十条配体群轨道。例 如按照对称性匹配的原则，第一个环中的轨道和第二个环中的轨道可以 线性地组成合二条配体群轨道a1g和a2u(g表示中心对称, u表示中心反对称 )。
e1g e1u a2u a1g
10个π轨道
e1u e1g a2u a1g
18个电子分别进入8个成 键轨道和一个非键轨道
8对 成键轨道 / 反键轨道 3个非键轨道（1个用于成键；2个在反键）
二茂铁的衍生物 二茂铁为对称性较高的分子( D5d 群) , 结构最稳定，在二茂 铁中, 由于环戊二烯的环具有最显著的芳香性。基于这种 原因, 到目前为止据文献报导, 己经制备了数百种二茂铁衍 生物。 二茂铁衍生物, 是以二茂铁中的“ 茂” 作为母体, 通过金 属化, 酞基化、卤化、硝化等不同的方式得到各种不同的 二茂铁衍生物。
。
分子轨道理论解释二茂铁的化学成键
茂环和金属原子之间的键合要通过茂环的分子轨道和金属 的原子轨道组合成茂金属分子轨道。 在五元茂环上,有五个π原子轨道, 经线性组合得出五个π分 子轨道。再由茂环上的π分子轨道与Fe之间形成的离域π键 。
环戊二烯基的非定域p分子轨道的形成图可表示如下：这些轨道的正 负区域及节面数可表示如下: