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Ferroceno em póé um composto químico com o nome científico ciclopentadieneto de ferro (II). Também é comumente referido como ferro bis (ciclopentadienil). Consiste em um átomo de ferro (II) imprensado entre dois anéis ciclopentadienil paralelos. Esta estrutura única em "sanduíche" é uma marca registrada da química organometálica. É um material diamagnético extremamente estável ao ar, umidade e luz. Sua estabilidade o torna um composto versátil em diversas aplicações. A sua ampla gama de aplicações, desde aditivos de combustível a catalisadores e ferramentas de investigação, sublinha a sua importância em diversas indústrias e disciplinas científicas. Com manuseio e armazenamento adequados, ele pode ser utilizado com segurança em todo o seu potencial.
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Fórmula Química |
C10H10Fe |
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Massa Exata |
186.01 |
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Peso molecular |
186.04 |
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m/z |
186.01 (100.0%), 187.02 (10.8%), 184.02 (6.4%), 187.01 (2.3%) |
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Análise Elementar |
C, 64,56; H, 5,42; Fé, 30.02 |
Outras propriedades
- Estabilidade: Estável à temperatura ambiente. No entanto, é sensível a agentes oxidantes fortes.
- Incompatibilidade: Incompatível com agentes oxidantes fortes.
- Estabilidade Térmica: Altamente estável até 400 graus sem decomposição. Acima de 400 graus, decompõe-se com a liberação de vapores pungentes e irritantes.
- Reações de substituição eletrofílica: Ferroceno em póexibe propriedades aromáticas e pode sofrer reações de substituição eletrofílica, como sulfonação, acilação e alquilação.
- Complexos de transferência de carga: Pode formar complexos de transferência de carga com compostos como tetracianoetileno (TCNE) e nitrobenzeno.
- Oxidação: Em solução, o Ferroceno pode ser oxidado pelo ar para formar íons Ferrocênio.
- Não-reatividade: não é adequado para hidrogenação catalítica ou como dieno em reações de Diels-Alder.
- Espectroscopia UV-Vis: Em etanol e etano, o Ferroceno exibe fortes bandas de absorção em 325 nm e 440 nm em seu espectro UV.
- Aromaticidade: O ferroceno possui caráter aromático, tornando-o um composto aromático não-benzenóide.
- Propriedades Magnéticas: Certos derivados do Ferroceno, como o Ferroceno totalmente-substituído com metila, exibem propriedades magnéticas incomuns.
- Classe Perigosa: Sólido inflamável
- Frases de Risco: R11 (Altamente inflamável), R22 (Nocivo por ingestão), R51/53 (Tóxico para organismos aquáticos, podendo causar efeitos adversos-de longo prazo no ambiente aquático)
- Frases de segurança: S61 (Evitar a libertação para o ambiente. Consulte as instruções especiais/fichas de dados de segurança.), S22 (Não respirar as poeiras.), S24/25 (Evitar o contacto com a pele e os olhos.)
Ferroceno (fórmula química: Fe (C5H5)2) é um composto orgânico de metal de transição com estrutura em sanduíche. Com suas propriedades físicas e químicas únicas, como alta estabilidade térmica, estabilidade química, resistência à radiação e aromatização, tem demonstrado amplo valor de aplicação em vários campos, como energia, aeroespacial, medicina, materiais e proteção ambiental.
1. Economia de energia-de combustível e agente redutor de fumaça
Como agente redutor de fumaça e auxiliar na combustão de combustíveis como diesel, gasolina e óleo pesado, melhora a eficiência da utilização do combustível e reduz as emissões de poluentes por meio de reações de combustão catalítica.
Suporte de dados: Adicionar 0,1% de ferroceno ao diesel automotivo pode economizar combustível em 10% -14%, aumentar a utilização de combustível em 10% -13% e reduzir a fumaça do escapamento em 30% -80%; A adição de 0,3% ao petróleo pesado e 0,2% ao carvão reduz o consumo de combustível e a intensidade da fumaça em 30%.
Mecanismo de ação: Os átomos de ferro nas moléculas de ferroceno atuam como centros ativos, promovendo o craqueamento das moléculas de combustível, acelerando a oxidação das partículas de carbono e reduzindo a formação de depósitos de carbono.
Caso de aplicação: Os produtos ferroceno da Shijiazhuang Fantawild Chemical Co., Ltd. resolveram os problemas de combustão insuficiente e emissões excessivas de gases de escape para refinarias, empresas de mistura de combustível e fornecedores de combustível civil através do controle preciso da estrutura molecular e pureza. Os produtos cumprem as normas ambientais da UE.
2. Substitua aditivos tóxicos
Pode substituir os aditivos tóxicos tradicionais (como chumbo tetraetila) como agentes anti-detonantes da gasolina para aumentar a octanagem.
Parâmetros técnicos: Adicionar 0,0166-0,0332g/L de ferroceno e 0,05-0,1g/L de acetato de terc-butila à gasolina aumenta o número de octanas em 4,5-6 unidades.
Valor Ambiental: Eliminar a poluição e a toxicidade das emissões de combustíveis para o meio ambiente e para a saúde humana e promover a popularização da gasolina sem chumbo.
3. Aditivos de combustível sintético
Desempenha um papel fundamental na gasolina sintética e no gás liquefeito artificial:
Gasolina sintética: Ao adicionar 0,01% -0,5% de ferroceno e aditivos relacionados, a gasolina sintética 80#, 85# e 90# pode ser formulada.
Gás liquefeito artificial: 0,03% de ferroceno é adicionado ao metanol, com valor de combustão de 3372-38656kJ/kg; Adicionar 0,005% -0,008% de ferroceno a uma solução mista de metanol e etanol pode produzir um combustível civil novo e eficiente.
Aplicação de mercado: a Shijiazhuang Fantawild Chemical produz gás liquefeito artificial de alto-desempenho por meio da dosagem científica de ferroceno e metóxido de sódio, atendendo às necessidades de energia limpa dos usuários domésticos.
1. Catalisador de taxa de queima de propelente de foguete
Como regulador da taxa de combustão de foguetes sólidos, melhorando o desempenho do propulsor regulando a taxa de combustão:
Vantagens técnicas: atingem uma taxa de combustão ultra-alta, melhoram as propriedades mecânicas dos propelentes sólidos e evitam danos estruturais causados pela combustão irregular.
Cenário de aplicação: Adicionandopó de ferrocenoaos propelentes compostos à base de perclorato de amônio podem controlar com precisão a taxa de oxidação e o valor calorífico, atendendo aos requisitos de alto desempenho de propelentes para mísseis, foguetes e outras naves espaciais.
Suporte de dados: De acordo com dados de 2023, o consumo de ferroceno em propelentes de mísseis é responsável por mais de 73%, tornando-o um material funcional essencial.
2. Síntese de Materiais Aeroespaciais
A aplicação no campo de materiais aeroespaciais estende-se à modificação de materiais poliméricos:
Agente de cura de resina de silicone e borracha: os derivados de ferroceno são usados como agentes de cura para melhorar a densidade de{0}reticulação e a resistência ao calor da resina de silicone e da borracha, atendendo aos requisitos dos materiais de vedação de naves espaciais.
Estojo: A resina de silicone catalisada por ferroceno mantém a elasticidade em temperaturas extremas e é usada em anéis de vedação em motores de foguetes.
1. Catalisador de síntese de drogas
Ferroceno e seus derivados como catalisadores para acelerar reações de síntese de moléculas de medicamentos:
Síntese assimétrica: ligantes quirais baseados em ferroceno formam catalisadores compostos com metais de transição como ródio e paládio, catalisando reações assimétricas de Diels Alder, reações de alilação, etc., com rendimentos e enantiosseletividade significativamente melhorados.
Exemplo: Reação de acoplamento cruzado catalisada por ferroceno de hidrocarbonetos halogenados para síntese eficiente de intermediários de medicamentos anticâncer, com tempo de reação reduzido de várias horas para minutos.
2. Transportadores de medicamentos e entrega direcionada
Ao melhorar a solubilidade do medicamento e controlar a taxa de libertação, o efeito terapêutico pode ser aumentado
Transportador de nanopartículas: nanopartículas de ferroceno PEG carregadas com medicamentos quimioterápicos para atingir a entrega direcionada ao tumor e reduzir a toxicidade sistêmica.
Terapia fotodinâmica: Os derivados do ferroceno atuam como fotossensibilizadores para gerar oxigênio singlete sob a luz, matando seletivamente as células cancerígenas.
Progresso da pesquisa: Os fotossensibilizadores à base de ferroceno matam mais de 90% das células do câncer de mama e apresentam baixa toxicidade para as células normais.
3. Matérias-primas medicamentosas fisiologicamente ativas
O ferroceno e seus derivados têm atividades fisiológicas, como efeitos antianêmicos e anti{0}tumorais
Suplemento sanguíneo: Os derivados do ferroceno (como a penicilina ferroceno) promovem a síntese de hemoglobina e são usados para tratar a anemia por deficiência de ferro.
Medicamentos antitumorais: Os compostos de ferroceno inibem a proliferação de células tumorais ligando-se ao DNA e foram estudados para o tratamento de leucemia e câncer de pulmão.
1. Modificação de materiais poliméricos
Os derivados de ferroceno prolongam a vida útil dos materiais, evitando a fotodegradação do polietileno, melhorando a estabilidade térmica:
Filme agrícola: O filme de polietileno com adição de derivados de ferroceno pode degradar-se naturalmente e quebrar dentro de um determinado período de tempo sem afetar o cultivo e a fertilização.
Aplicação industrial: Como agente protetor para fibras de polipropileno e poliéster, melhora a resistência ao calor e às intempéries de plásticos, borracha e fibras.
2. Materiais poliméricos condutores
Polímeros à base de ferroceno formam polímeros contendo metal por meio de ligação covalente, que são usados para preparar materiais de eletrodo para diodos emissores de luz-orgânicos (OLEDs)
Avanço tecnológico: O seleneto de ferrocenila é sintetizado por meio da reação de polimerização por abertura de anel, que possui alta condutividade e estabilidade térmica e pode ser utilizado em dispositivos eletrônicos flexíveis.
3. Síntese de materiais de carbono
Como catalisador, promovendo o crescimento da fibra de carbono na deposição química de vapor (CVD):
Fibra de carbono de alta qualidade: Usando ferroceno como catalisador, produtos de fibra de carbono com diâmetro uniforme e alta resistência podem ser obtidos para materiais compósitos aeroespaciais.
1. Tratamento de gases residuais
Decomposição catalisada por ferroceno de óxidos de nitrogênio (NOx) e compostos orgânicos voláteis (VOCs) para reduzir a poluição por gases residuais industriais:
Parâmetros técnicos: O catalisador à base de ferroceno aumentou a taxa de conversão de NOx para 95% no tratamento de gases de escape de automóveis, atendendo aos padrões de emissão da UE.
Cenário de aplicação: O catalisador Ferroceno é amplamente utilizado em equipamentos de tratamento de gases de escape de refinarias e fábricas de produtos químicos.
2. Tratamento de águas residuais
Degradação de poluentes orgânicos através de reações redox para melhorar a qualidade da água:
Exemplo: O Ferroceno catalisa a decomposição do peróxido de hidrogênio, gerando radicais hidroxila e degradando eficientemente compostos orgânicos difíceis de degradar, como corantes e pesticidas.
Setor agrícola: Melhoria da eficiência e desenvolvimento sustentável
1. Catalisador sintético de amônia
Ferroceno e potássio são adsorvidos em carvão ativado como catalisadores para a síntese de amônia, melhorando o rendimento em condições amenas
Suporte de dados: À medida que o conteúdo aumenta, a atividade catalítica também aumenta, resultando num aumento de 20% no rendimento da síntese de amônia e numa redução de 15% no consumo de energia.
2. Agente de cura de borracha
Os derivados de ferroceno servem como agentes de cura da borracha, promovendo a-reticulação das moléculas de borracha e aumentando a resistência e a durabilidade dos produtos de borracha
Cenário de aplicação: Na produção de produtos de borracha, como pneus e vedações, os agentes de cura podem reduzir o tempo de vulcanização e melhorar a eficiência da produção.
Método de Síntese
É obtido aquecendo pó de ferro e ciclopentadieno em atmosfera de nitrogênio de 300 graus, ou pela reação de cloreto ferroso anidro e ciclopentadieno sódico em tetrahidrofurano. O método de síntese eletrolítica também pode ser usado.Ferroceno em pópode ser sintetizado a partir de ciclopentadieno, cloreto ferroso e dietilamina pelo seguinte método. Sob agitação, cloreto férrico anidro (FeCl3) é adicionado ao tetrahidrofurano várias vezes, depois é adicionado pó de ferro, aquecido e refluxado por 4,5H sob a proteção de nitrogênio para obter solução de cloreto ferroso. O solvente tetra-hidrofurano é evaporado sob pressão reduzida para obter um resíduo quase seco. Sob resfriamento em banho de gelo, adicionar a mistura de ciclopentadieno e dietilamina, agitar vigorosamente à temperatura ambiente por 6-8h, evaporar o excesso de amina sob pressão reduzida e extrair o resíduo em refluxo com éter de petróleo. Após o líquido de extração ser filtrado a quente e o solvente evaporado, obtém-se o ferroceno bruto. A recristalização com pentano ou ciclohexano, ou purificação por sublimação, é o produto refinado com rendimento de 73-84%.
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