La 1,10-fenantrolina (o orto-fenantrolina, o-fenantrolina, spesso anche solo fenantrolina, per antonomasia) è un composto eterociclico aromatico che può pensarsi derivato dal fenantrene per sostituzione formale del C-4 e del C-5 con due atomi di azoto. Da un altro punto di vista, è una 2,2'-bipiridina con l'aggiunta di un ponte vinilene (−CH=CH−) nelle posizioni 5 e 5' al posto dei due idrogeni, ponte che blocca la rotazione degli anelli attorno al legame semplice che li unisce e di conseguenza costringe i due atomi di azoto ad assumere la minima distanza reciproca. La sua formula molecolare è C12H8N2.

È un composto tossico, pericoloso per l'ambiente.

Proprietà A temperatura ambiente si presenta come una polvere cristallina incolore o bianca, igroscopica, poco solubile in acqua (0,275 g/100 g), ma solubile in alcuni solventi organici, come alcool, acetone e benzene. La molecola è notevolmente polare, il suo momento di dipolo è riportato essere μ = 3,64 D. È commercializzata di solito in forma monoidrata, che è anch'essa un solido cristallino incolore/bianco.

Per la presenza dei due atomi di azoto, la fenantrolina è una base e il suo acido coniugato ha pKac di 4,86; pur risultando molto meno basica di un'ammina alifatica (pKac ~10-11), è una base un po' migliore della bipiridina (abbreviata bipy come ligando) (pKac = 4,30), molecola molto simile e alla quale la fenantrolina viene spesso paragonata, specie come complessante.

La fenantrolina come ligando La collocazione nella molecola dei due atomi N, ciacuno con una coppia solitaria, ne fa una base biprotica ed anche un ligando bidentato e chelante notevole. Come tale, viene abbreviato semplicemente phen, più raramente o-phen.

Per l'aromaticità della molecola e per la presenza inoltre di due atomi di azoto piridinico che disattivano fortemente la molecola verso attacchi elettrofili, il ligando è robusto, chimicamente resistente; è anche un buon donatore come base di Lewis e forma molto facilmente complessi molto stabili con svariati ioni metallici e in particolare con metalli di transizione a basso stato di ossidazione,C.R. Luman, F.N. Castellano, Phenanthroline Ligands, in: Comprehensive Coordination Chemistry II, 2003, Elsevier. . formando in ogni caso anelli a 5 termini con essi.

I più semplici e tipici sono gli ioni complessi omolettici [M(phen)3]2+ e [M(phen)3]3+, che sono trischelati e ottaedrici. Tra questi, uno dei più studiati è quello di ferro: il suo sale, con il solfato come controione tipico, ossia [Fe(phen)3]SO4, viene chiamato ferroina e costituisce un indicatore redox molto usato in chimica analitica:D. C. Harris, Quantitative Chemical Analysis, 4th edition, W. H. Freeman, NY. ISBN 0-7167-2508-8. è di colore rosso intenso, mentre la forma ossidata (con Fe3+ invece che Fe2+) è azzurro intenso; il cambio di colore è rapido e il sistema è reversibile. Il potenziale standard della coppia redox Fe(phen)3]3+ / Fe(phen)3]2+ è di 1,147 V, ben maggiore di quello della coppia Fe3+ / Fe2+, pari a 0,771 V.

Nei confronti di ioni metallici la bipiridina risulta un donatore migliore, ma rispetto ad essa la fenantrolina gode di una conformazione fissata in cis dei due atomi N donatori nei confronti del centro metallico ed ha quindi il vantaggio entropico di avere i due atomi N già posizionati favorevolmente per la chelazione; in accordo a questo, si trova che i suoi complessi hanno costanti di formazione maggiori dei corrispondenti con la bipiridina.

La fenantrolina è un tipo di ligando capace di accettare, sui suoi orbitali di antilegame vuoti, densità elettronica dagli orbitali d pieni degli ioni metallici con cui si lega; per questo, tende a stabilizzare particolarmente i bassi stati di ossidazione del metallo stesso, come fanno ad esempio le fosfine o i cianuri; a questo riguardo, la fenantrolina, che ha a disposizione una più estesa coniugazione di doppi legami della bipiridina, è un ligando migliore e forma complessi più stabili.

Un derivato della fenantrolina è la neocuproina, cioè la 2,9-dimetil-1,10-fenantrolina. Per l'ingombro sterico dovuto ai metili che si affollano verso il metallo centrale, raramente si ottengono complessi trischelati analoghi, sebbene i corrispondenti complessi bischelati siano comunque facilmente accessibili.

La fenantrolina forma complessi intensamente colorati con i reattivi di alchillitio: questi possono poi essere titolati semplicemente con alcol etilico che li converte nei corrispondenti alcossidi incolori, in modo che al punto di equivalenza il colore sparisce. Anche con i reattivi di Grignard si formano complessi analoghi, che possono essere titolati allo stesso modo.

Note

Voci correlate 2,2'-bipiridina Neocuproina Ferroina

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