Question 1

מהו כלל 18 האלקטרונים ומדוע הוא חשוב עבור קומפלקסים של מתכתי מעבר?

Accepted Answer

כלל 18 האלקטרונים קובע כי קומפלקסים של מתכתי מעבר בעלי 18 אלקטרוני ערכיות בקליפתם החיצונית הם תרכובות יציבות מאוד. למתכתי מעבר יש תשעה אורביטלי ערכיות – אורביטל s אחד, שלושה אורביטלי p וחמישה אורביטלי d – שכל אחד מהם יכול להכיל שני אלקטרונים. כלל זה מסייע בניבוי המבנה והיציבות של קומפלקסים אורגנומטאליים כמו פרוסן (ferrocene).

Question 2

במה נבדלים המודל היוני והמודל הקוולנטי בעת ספירת אלקטרונים בקומפלקסים של מתכти מעבר?

Accepted Answer

המודל היוני בוחן את מצב החיסון של המתכת וסופר אלקטרונים מהליגנדים על בסיס סוגם: ליגנדים מסוג X תורמים אלקטרון אחד, ליגנדים מסוג L תורמים שני אלקטרונים וליגנדים מסוג Z אינם תורמים אלקטרונים. המודל הקוולנטי מתעלם ממצב החיסון ומתייחס לקומפלקס כאל מולקולרי ולא כאל יוני, ובכך מניב את אותו ספירה כוללת של אלקטרונים.

Question 3

מדוע מבנה ה"סנדוויץ'" של וילקינסון עבור הפרוצן החליף את ההצעה המקורית של פאוזון?

Accepted Answer

המבנה המקורי שהציע פוסון כלל קשרים יחידים בין הברזל לציקלופנטאדיאן, מה שהניב 10 אלקטרונים בלבד. מבנה ה"סנדוויץ'" של וילקינסון, שבו הברזל נקשר באופן שווה לכל 10 אטומי הפחמן, מניב 18 אלקטרונים ובכך מקיים את כלל 18 האלקטרונים. קריסטלוגרפיית קרני X ו-NMR של פרוטונים אישרו כי המבנה של וילקינסון הוא הנכון.

Question 4

מה חושפות ספקטרוסקופיית NMR ו-IR על מבנהו של הפרוצן?

Accepted Answer

בדיקת NMR של פרוטונים מראה שיא בודד ב-4.17 ppm, המאשר שכל אטומי המימן שקולים מגנטית. ספקטרוסקופיית IR מציגה מתיחה בודדת של C-H מסוג sp2 ב-3096 cm-1, המעידה על מימנים שקולים. שתי התוצאות תומכות במבנה ה"סנדוויץ'" של וילקינסון, שבו כל 10 אטומי הפחמן קשורים באופן שווה לברזל.

Question 5

כיצד מסנתזים ומטהרים פרוצן במעבדה?

Accepted Answer

פרוצן (Ferrocene) מסונתז על ידי תגובת ציקלופנטאדיאן עם FeCl2 ב-DMSO תחת אטמוספירה של חנקן, תוך שימוש בטכניקות של קו שלנק (Schlenk line). המוצר משקיע בקרח חומצי, נאסף באמצעות סינון בוואקום ונשטף במים קרים. הגבישים מטוהרים לאחר מכן באמצעות סובלימציה כדי להשיג פרוצן טהור.

Question 6

מה חושפת וולטמטריה מחזורית על האלקטרוכימיה של פרוצן?

Accepted Answer

וולטמטריית מחזור של פרוצן מראה אירוע חמצון יחיד, המעיד על תהליך רדוקס הפיך אחד. הזוג פרוצן/פרוצניום מופיע בפוטנציאל חצי-גל של 90 mV באצטוניטריל, שחושב באמצעות ממוצע פוטנציאלי השיא הקתודיים והאנודיים. שיא יחיד זה מאשר את המבנה הסימטרי מסוג "סנדוויץ'".

Question 7

כיצד נעשה שימוש בפרוצן ביישומים פרמצבטיים וקטליטיים?

Accepted Answer

נגזרות של פרוצן משמשות כליגנדים קילטיים בתגובות צימוד צולב (cross-coupling) המזורזות על ידי פלדיום, כאשר dppf מדכא למנוע ביטול בטא-הידרידי (beta-hydride elimination) לא רצוי. הקלות שבה מתבצעת תחליף ארומטית אלקטרופילית בפרוצן מאפשרת סינתזה של מועמדים לתרופות אורגנומטאליות, כגון ferroquine לטיפול במלריה ו-ferrocifen לניסויים קליניים לסרטן השד.

מבנה פרוקן - חידון הערכה