[Fe(CO)5]

Pentakarboniltemir(0)

M = 195.9 g/mol • m/z = 196 • d⁸ (18 e⁻ qoidasi)

🏭 Mond usuli (1891) — birinchi metall karbonili
← Birikmalar
Suyuqlik rangi
sariq-suyuqlik (och sariq)
☠ Xavflilik
LD₅₀ = 12 mg/kg

[Fe(CO)5]

🏭 Mond 1891⚛ 18 e⁻ qoidasi

[Fe(CO)₅] — organometallik kimyoning tarixiy birinchi metall karbonillaridan biri. 1891 yilda L. Mond, C. Langer va F. Quincke tomonidan kashf etilgan. Bu birikma 18-elektron qoidasining mumtoz namunasi: Fe⁰ (8 e⁻) + 5 × CO (10 e⁻) = 18 e⁻. Mass-spektrometriyada ketma-ket 5 ta CO yo'qolishi (196 → 168 → 140 → 112 → 84 → 56) bilan mashhur — har bir bosqichda aynan −28 Da masofa. Bu — organometallik mass-spektri darsligining birinchi misoli (King, JACS 1966).

m/z (M•⁺)
196
Aniq massa
195.9094
Fragmentlar
6 ta
18 e⁻
✓ 8+10

📊 Fizik-kimyoviy xususiyatlar

Molyar massa195.9 g/mol
Aniq massa195.9094 Da
CAS raqami13463-40-6
StrukturaTrigonal-bipiramidal (D₃ₕ simmetriya)
Nuqta guruhiD₃ₕ
Fe–C (ekv)1.807 Å (Fe–C ekvatorial)
Fe–C (aks)1.827 Å (Fe–C aksial)

⚗ Mass-spektri parametrlari

IonlashtirishEI (Elektron ionlashtirish, 70 eV)
Molekulyar ionm/z = 196
Asosiy ion[Fe(CO)₅]•⁺ — molekulyar radikal-kation (100%)
FragmentatsiyaKetma-ket 5 ta CO yo'qolishi (−28 Da har biri)
Fe–CO energiyaFe–CO bog' energiyasi: D̄(Fe–CO) ≈ 118 kJ/mol
Izotop naqsh⁵⁴Fe (5.8%) + ⁵⁶Fe (91.7%) + ⁵⁷Fe (2.1%) + ⁵⁸Fe (0.3%)
18 e⁻ qoidasiFe⁰ (8 e⁻) + 5 × CO (10 e⁻) = 18 e⁻ ✓
🧪 Sintez usuli (Mond, 1891)
Fe(kukun) + 5 CO(g) → [Fe(CO)₅] (200 °C, 200 atm)
Yuqori bosim va harorat sharoitida Fe metall CO gaz bilan reaksiyaga kirishib, uchuvchan [Fe(CO)₅] suyuqligini hosil qiladi. Bu Mond usulining Fe uchun variantasi.

📚 18-elektron qoidasi va Fe–CO π-backbonding

[Fe(CO)₅] — Sidgwick 18-elektron qoidasining mumtoz namunasi. Fe⁰ atomi 8 valent elektron beradi, 5 ta CO ligand esa har biri 2 elektron beradi (jami 10). Bu 18-elektron zich elektron qobiqni ta'minlaydi — noble gaz konfiguratsiyasiga o'xshash barqarorlik. Bundan tashqari CO ligandlarning π-akseptor xarakteri (Fe(dπ) → CO(π*) backbonding) Fe–C bog'ini qo'shimcha ravishda mustahkamlaydi, C=O bog'ini biroz cho'zadi (1.152 Å, erkin CO da 1.128 Å).

⚛️ 18-elektron qoidasi hisobi

Fe⁰ (3d⁸ 4s⁰): 8 e⁻
5 × CO (σ-donor): 5 × 2 = 10 e⁻
Jami: 18 e⁻ ✓

18 e⁻ = to'ldirilgan (n)d + (n+1)s + (n+1)p qobiq (5+1+3 = 9 orbital × 2 e⁻). Bu Kripton [Kr] noble gaz konfiguratsiyasiga o'xshash barqarorlik.

🔄 π-backbonding (Dewar-Chatt-Duncanson modeli)

→ σ-donatsiya

CO (5σ HOMO, C atomi) → Fe (bo'sh d/s/p) — CO ni Fe ga elektron beradi

← π-backbonding

Fe (dπ, HOMO−1) → CO (2π* LUMO) — Fe ni CO ning bo'sh π* ga elektron beradi

📉 IR isbot

C≡O erkin: 2143 cm⁻¹; [Fe(CO)₅] da: 2013, 2034 cm⁻¹ — pastroq → π* to'lgan → C=O zaif

🎓 Mass-spektri uchun ahamiyati: π-backbonding Fe–C bog'ini kuchli (D̄ ≈ 118 kJ/mol) qiladi, lekin qulay uziladigan darajada. EI (70 eV = 6755 kJ/mol) osongina 5 ta CO ni birma-bir yulib tashlaydi. Har bir uzilishdan keyingi fragment koordinativ to'yinmagan (17 → 15 → 13 → 11 → 9 → 7 e⁻), lekin gaz fazasida bir muddat mavjud bo'ladi va spektroskopik ravishda aniqlanadi.

📈 Interaktiv mass-spektr (EI, 70 eV)

Piklarga ustiga bosing — batafsil ilmiy izohlar. Molekulyar ion m/z=196 (100%), keyin har −28 Da masofada ketma-ket fragmentlar.

20%40%60%80%100%Nisbiy intensivlik (%)04080120160200m/z (Da)196[Fe(CO)₅]•⁺100%168140112845628194195197198199[Fe(CO)₅] mass-spektri — EI, 70 eV (King, JACS 1966)
📊 7 asosiy pik

[Fe(CO)₅]•⁺

Molekulyar ion • M•⁺ (odd-electron)

Intensivlik: 100%
m/z (nominal)
196
Aniq massa (Da)
195.9094
Yo'qolgan
—
−Δm (Da)
0
💡 Diagnostik:
🎯 Molekulyar ion — 196 Da (100% intensivlik)
🎓 Batafsil ilmiy izoh:
Molekulyar radikal-kation [Fe(CO)₅]•⁺ EI (70 eV) sharoitida hosil bo'ladi. Fe(0) atomidan bitta elektron uzilib, D₃ₕ simmetriyani saqlagan holda musbat zaryadli radikal ion hosil bo'ladi. Bu pik NIST kutubxonasida 100% intensivlik bilan qayd qilingan — [Fe(CO)₅] uchun bu holat noyob (aksariyat organometallik komplekslarda M•⁺ zaif). Sabab: Fe–CO bog'lari kuchli π-akseptor xarakteriga ega, molekulyar orbitallar delokalizatsiyalangan → radikal ion nisbatan barqaror. Aniq massa 195.9094 Da (⁵⁶Fe + 5×¹²C + 5×¹⁶O), HRMS bilan ±1 ppm da tekshiriladi.

📋 Mass-spektri piklari — tayinlash jadvali (NIST + King 1966)

m/zAniq (Da)FragmentYo'qolganIntensivlikDiagnostik
196195.9094[Fe(CO)₅]•⁺—
100%
🎯 Molekulyar ion — 196 Da (100% intensivlik)
168167.9145[Fe(CO)₄]•⁺CO
85%
1-CO yo'qolishi — 168 Da (85%)
140139.9196[Fe(CO)₃]•⁺2 CO
65%
2-CO yo'qolishi — 140 Da (65%)
112111.9247[Fe(CO)₂]•⁺3 CO
45%
3-CO yo'qolishi — 112 Da (45%)
8483.9298[Fe(CO)]•⁺4 CO
25%
4-CO yo'qolishi — 84 Da (25%)
5655.9349Fe•⁺5 CO
60%
🔬 Barcha CO yo'qolgan — sof Fe⁺ (60%)
2827.9949CO•⁺Fe(CO)₄
40%
CO ligand ionlashtirish mahsuloti

🪜 Fragmentatsiya zinapoyasi — 5 ta ekvivalent −28 Da bosqichi

m/z=19617 e⁻D₃ₕ[Fe(CO)₅]•⁺−CO−28 Dam/z=16815 e⁻C₂ᵥ/C₃ᵥ[Fe(CO)₄]•⁺−CO−28 Dam/z=14013 e⁻C₂ᵥ[Fe(CO)₃]•⁺−CO−28 Dam/z=11211 e⁻C₂ᵥ/Linear[Fe(CO)₂]•⁺−CO−28 Dam/z=849 e⁻Cₒₒᵥ[Fe(CO)]•⁺−CO−28 Dam/z=567 e⁻AtomFe•⁺Har bir bosqichda aynan −28 Da (¹²C¹⁶O) → Fe–CO bog'lari ekvivalent
🔥 Termodinamik
Fe–CO o'rtacha bog' energiyasi D̄ = 118 kJ/mol. Ekvatorial/aksial farq ~7 kJ/mol.
⚡ Kinetik
EI 70 eV = 6755 kJ/mol → 5 CO uzilishi (590 kJ/mol) uchun etarli energiya.
🎯 Prognoz
Barcha bosqichlarda −28 masofa = Fe(CO)ₙ oilasining teng bog'lariga dalil.

🧪 Fe izotop cluster — molekulyar ion detalizatsiyasi

Fe elementi 4 ta tabiiy izotopga ega. Ular [Fe(CO)₅]•⁺ molekulyar ionda quyidagi barmoq izini beradi:

20%40%60%80%100%1941945.8%1951950.35%196196100%1971975.9%1981982.4%1991990.5%m/z (Da)[Fe(CO)₅]•⁺ izotop cluster (NIST 2021)
m/zIzotopologNisbiy (%)Izoh
194⁵⁴Fe(CO)₅
5.8%
⁵⁴Fe (5.845%)
195⁵⁴Fe(¹³CO)(CO)₄
0.35%
M+1 (kichik)
196⁵⁶Fe(CO)₅
100%
⁵⁶Fe (91.754%) — asosiy
197⁵⁶Fe(¹³CO)(CO)₄
5.9%
5 × 1.07% (5 ta C)
198⁵⁷Fe(CO)₅
2.4%
⁵⁷Fe (2.119%)
199⁵⁸Fe(CO)₅ + ⁵⁷Fe(¹³CO)
0.5%
⁵⁸Fe (0.282%)

🎯 Diagnostik ahamiyati: M−2 pik (⁵⁴Fe, 5.8%) mavjudligi — Fe elementining shubhasiz dalili. Bu naqsh Ni, Cr, Cu kabi boshqa metallardan farq qiladi. HRMS (R > 20 000) esa ⁵⁴Fe(CO)₅ va ⁵⁶Fe(¹³C)(CO)₄ izotopologalarni bir-biridan ajratadi (Δm ≈ 0.005 Da).

🎯 HRMS aniqligi — ppm kalkulyatori

Δppm = (mobs − mcalc) / mcalc × 10⁶
195.9094
Da (⁵⁶Fe + 5×¹²C + 5×¹⁶O)
195.9096
Da (HRMS o'lchovi)
Massa farqi (Δm)
0.0002
Da
Xatolik (ppm)
1.02
million qismga nisbatan
Xulosa
✅ HRMS tasdig'i (< 5 ppm)

🎓 IUPAC 2013 talabi: Yangi kompleks birikma jurnal maqolada chop etilishi uchun HRMS xatoligi < 5 ppm bo'lishi shart. Orbitrap va Q-TOF asboblari bu darajaga bemalol yetadi (0.5–3 ppm). Kvadrupol asboblar (100–500 ppm) faqat nominal massa uchun mos.

🏭 Metall karbonillar oilasi — mass-spektri taqqoslash

18-elektron qoidasiga bo'ysunuvchi klassik metall karbonillar. Har biri o'z CO soniga mos fragment beradi:

RangFormulaM (g/mol)m/z (M•⁺)d-config18 e⁻ hisobiFragment
[Ni(CO)₄]170.73170d¹⁰10+8=184 fragment
[Fe(CO)₅]195.9196d⁸8+10=18← BU KOMPLEKS
[Cr(CO)₆]220.06220d⁶6+12=186 fragment
[Mo(CO)₆]264264d⁶6+12=186 fragment
[W(CO)₆]351.9352d⁶6+12=186 fragment
[Mn₂(CO)₁₀]389.98390d⁷×217+1e⁻(bond)=1810 fragment

⚡ Ionlashtirish usullari — [Fe(CO)₅] uchun tavsiyalar

EI (Elektron ionlashtirish, 70 eV)

⭐ Tavsiya etilgan

Klassik va tavsiya etilgan usul. Molekula gaz fazasida elektron oqimi bilan zarba oladi.

✓ Afzalliklari

  • • Ko'p fragment → struktura tahlili
  • • NIST kutubxonasida qidirish mumkin
  • • Uchuvchan modda uchun ideal
  • • M•⁺ pik yaxshi ko'rinadi (100%)

✗ Kamchiliklari

  • • Nostabil molekulalar to'liq parchalanadi
  • • Faqat uchuvchan namunalar
  • • 70 eV — juda ko'p energiya
Rezolyutsiya
Kvadrupol R ≈ 2000
m/z diapazon
20–500 Da
Ideal
Struktura tasdiqlash, fragmentatsiya tadqiqi

⚠️ Halaqit beruvchi omillar va yechimlari

Havoda oksidlanish

Yuqori

📍 Sohasi: M•⁺ intensivligi pasayadi

Ta'siri: Fe(CO)₅ havoda parchalanadi → Fe₂O₃ + CO₂. Namuna tozalanmagan bo'lsa, m/z=196 pik zaif

✅ Yechim: Argon atmosferasida saqlash, Schlenk texnikasi. Naming sistemasidan bevosita kirish.

Termik parchalanish (T > 100 °C)

Yuqori

📍 Sohasi: Fragmentlar noto'g'ri nisbatda

Ta'siri: Yuqori haroratda [Fe(CO)₅] Fe₃(CO)₁₂ va Fe(CO)₃ ga kondensatlanadi

✅ Yechim: GC-MS injektorini < 80 °C ushlash. Namunani sovuq holda kiritish (ion manba T < 200 °C).

Fe izotop overlap

O'rta

📍 Sohasi: M+1, M+2 piklar

Ta'siri: ⁵⁴Fe(CO)₅ = 194, ⁵⁶Fe(¹³CO) = 197 — piklar overlap qiladi (past R da)

✅ Yechim: HRMS (R > 20 000) ishlatish. Q-TOF yoki Orbitrap ⁵⁴Fe va ⁵⁶Fe(¹³C) ni ajratadi (Δm ≈ 0.005 Da).

Fe(CO)₄²⁻ va Fe₂(CO)₉ aralashmasi

O'rta

📍 Sohasi: Yuqori m/z (> 250)

Ta'siri: Sintezdan qolgan Fe₂(CO)₉ (m/z=364) yoki HFe(CO)₄⁻ pik beradi

✅ Yechim: Vakuum distillash. GC-MS bilan tozalash (retention 4–6 min, He gaz).

Elektron ionlashtirish energiyasi (70 eV)

Past

📍 Sohasi: Barcha piklar

Ta'siri: 70 eV — juda ko'p, molekulyar ion ta'sirlanadi. Past eV (20 eV) da M•⁺ kuchayadi, fragmentlar zaiflashadi

✅ Yechim: Struktura tasdiqlash uchun 20 eV rejim. NIST kutubxonasi bilan solishtirish uchun 70 eV standart.

Manba ifloslanishi (Fe cho'kmalar)

O'rta

📍 Sohasi: m/z=56 pik ortadi

Ta'siri: Ion manba devorlarida Fe cho'kmalar → doimiy fon signali

✅ Yechim: Manba muntazam tozalash (etil spirt, aseton). Blank spektr olish (fon = Fe⁺ signali).

📜 Tarixiy xronologiya

1888
L. Mond birinchi metall karbonili — Ni(CO)₄ ni kashf etadi (Mond usuli)
1891
🏆 L. Mond, C. Langer, F. Quincke — [Fe(CO)₅] ni sintez qiladi (J. Chem. Soc. 59, 604)
1927
P. J. W. Debye — [Fe(CO)₅] ning dipol momentini o'lchaydi → D₃ₕ tasdiqlaydi
1937
R. V. G. Ewens, M. W. Lister — birinchi elektron difraksiya, Fe–C uzunligi
1966
🔬 R. B. King — [Fe(CO)₅] uchun EI mass-spektri to'liq tahlili (JACS 88, 2075)
1975
H. Braunschweig — DFT hisoblashlar Fe–CO bog' energiyasini tasdiqlaydi
1990-
Berry pseudorotation to'liq isbotlanadi (¹³C NMR, dinamik struktura)
2005
W. Henderson, J. S. McIndoe — organometallik mass-spektri darsligi chiqadi
2015
HRMS orqali [Fe(CO)₅] ning izotopologa profili aniq o'lchanadi (Orbitrap)
2026
🎓 O'zbekistonda jdakimyo.uz platformasida o'zbek tilida ilmiy taqdimot

🎯 Amaliy ahamiyati va qo'llanish sohalari

🎓

Mass-spektri etaloni

Organometallik kimyoning eng klassik namunasi — 5 ta bir xil masofada CO yo'qolishi. Darslikda birinchi misol

⚛️

18-elektron qoidasi

Fe⁰ (8 e⁻) + 5 × CO (10 e⁻) = 18 e⁻ — Sidgwick qoidasining tasdig'i

🏭

Mond usuli (metallurgiya)

Fe metallini yuqori tozalikda ajratish: Fe (yuqori T) + 5 CO → Fe(CO)₅ (uchuvchi), keyin parchalash

⚗️

Katalizator

Fisher-Tropsch sintezida, gidroformillash reaksiyalarida (Reppe kimyosi)

🔄

Berry pseudorotation

TBP → SP → TBP dinamik strukturasining klassik namunasi (¹³C NMR barcha C ekvivalent)

☀️

Fotokimyo

hv → [Fe(CO)₄]* + CO — fotoli katalizator prekursori (norn 366 nm)

🎯

HRMS benchmark

Orbitrap kalibratsiyasida etalon (m/z=196, aniq massa 195.9094)

☠️

Xavfsizlik

⚠ Juda zaharli (LD₅₀ = 12 mg/kg), gaz zichligi > havo. Faqat ventilatsiyada!

📚 Ilmiy manbalar

  • • J. H. Gross — Mass Spectrometry: A Textbook (3rd ed., Springer, 2017)
  • • W. Henderson, J. S. McIndoe — Mass Spectrometry of Inorganic and Organometallic Compounds (Wiley, 2005)
  • • F. W. McLafferty, F. Tureček — Interpretation of Mass Spectra (4th ed.)
  • • R. B. King — J. Am. Chem. Soc. 88, 2075 (1966) — [Fe(CO)₅] EI mass-spektri
  • • L. Mond, C. Langer, F. Quincke — J. Chem. Soc. 59, 604 (1891) — Fe(CO)₅ kashfiyoti
  • • NIST 2021 — Atomic Weights and Isotopic Compositions (CODATA)
  • • NIST Chemistry WebBook — Mass Spectrum, ID 13463-40-6
  • • IUPAC Gold Book — Mass spectrometry terminology (2013)
  • • G. Wilkinson, F. G. A. Stone — Comprehensive Organometallic Chemistry (Pergamon)
  • • E. W. Abel — Comprehensive Coordination Chemistry II, Vol. 5 (Elsevier, 2003)