Эта увлекательная химия

Все шире начинают входить фторорганические соединения в наш быт. В холодильниках работают фреоны — так называются фторуглероды, содержащие в молекуле атома хлора: CF₂CI₂, CHC1F₂ и другие. В отличие от аммиака, применяющегося в холодильной технике, эти газы не имеют запаха и совершенно безвредны для здоровья.

С недавних пор фреоны нашли новое применение. Вы взяли небольшой красиво оформленный баллончик, нажали кнопку и направили на себя струю мелкораздробленного одеколона... В баллончике под давлением находится вместе с одеколоном фреон. Вы открыли ему выход из баллончика, фреон сразу же испаряется и создает струю распыленной жидкости. И не только одеколон можно разбрызгивать таким образом. Аэрозоли используются для распыления красок и лаков, средств борьбы с вредителями растений.

К Сожалению, широкое распространение фреоновых аэрозолей создало в конце концов некоторые экологические проблемы. Дело в том, что фреоны, будучи веществами крайне не реакционно способными, постепенно накапливаются в атмосфере и способствуют разрушению слоя озона, защищающего поверхность нашей планеты от жесткого ультрафиолетового излучения.

Второе дыхание металлоорганической химии

Мы совершили экскурсию по таблице Менделеева и кратко рассмотрели органические производные непереходных металлов (металлоорганические соединения) и некоторых необычных для органической химии элементов (такие соединения называются элементоорганическими). В предыдущих главах мы много говорили о белках, сахарах, нуклеиновых кислотах. Все эти соединения, мало сказать — широко распространены в природе, они составляют основу жизни, Иное дело элементоорганические соединения. Они хотя и оказывают сильнейшее физиологическое действие (вспомните зарин и сальварсан), но в природе, за очень редким исключением, не встречаются, это целиком создание рук человеческих.

А металлоорганические производные переходных металлов? Если бы мы писали нашу книгу в 1950 г., то заявили бы следующее: "переходные металлы за редкими исключениями металлоорганических соединений не образуют" и закончили бы этим главу об элементоорганической химии — области науки, соединившей химию неорганическую и химию органическую. Это в 1950 г. ...

Но вот в 1951 г. одновременно и независимо две группы исследователей получили совершенно необычное соединение, названное ферроценом. В молекуле ферроцена атом железа (типичного переходного металла) зажат между двумя "пятичленными циклопентадиенильными кольцами. Железо связано одновременно с каждым из десяти углеродов ферроцена, формула которого С₅Н₅FеС₅Н₅. Связь осуществляется я-электронами колец, поэтому ферроцен относят к классу так называемых π-комплексов. У железа и других переходных металлов одна из внутренних электронных оболочек заполнена не до конца. π-Электроны переходят на свободные электронные орбитали и тем самым связывают атом железа с циклопентадиенильными кольцами,

Открытие ферроцена незамедлительно привело к бурному росту целой области химии — химии металлоорганических производных переходных элементов. До открытия ферроцена считалось, что связь углерод — металл крайне неустойчива, что она быстро и легко разрывается под действием кислорода и влаги, Ферроцен оказался на редкость устойчивым веществом. Он сохраняется даже при кипячении в воде, сопротивляется действию многих агрессивных агентов. Один из первых способов образования ферроцена тоже свидетельствует о чрезвычайной его устойчивости: ферроцен был получен просто путем пропускания паров циклопентадиена через нагретую до 300 °С трубку с железными опилками. В результате в трубке появляется красный налет, похожий на окись железа — это и есть ферроцен. (Позже вспомнили, что на нефтеперерабатывающих заводах давно замечали образование подобного налета при пропускании через железные трубы нефтяных фракций, содержащих циклопентадиен.)

Загадка необычных свойств ферроцена — в его структуре: в ферроцене, как мы уже сказали, атом железа соединен не с одним или двумя атомами углерода, а со всеми десятью. При этом железо сохраняет многие свои свойства: оно легко окисляется и восстанавливается, и обе формы устойчивы:

Необычными оказались и свойства органической части молекулы: утратилась способность циклопентадиена вступать в реакции присоединения по двойным связям. Вместо этого появилась склонность к характерным для ароматических соединений реакциям замещения водорода, выраженная даже более сильно, чем у бензола. За это ферроцену было присвоено на звание суперароматической системы. Одно из колец циклопентадиенила оказалось возможным заменить на другие циклические структуры, например, на бензол: