第八章 功能配合物

第八章络合物（配位化合物）化学基础【竞赛要求】场理论。

Ti(H2O)36的颜色。

路易斯酸碱的概念。

【知识梳理】一、配合物基本知识1、配合物的定义由中心离子（或原子）和几个配体分子（或离子）以配位键相结合而形成的复杂分子或离子，通常称为配位单元。

凡是含有配位单元的化合物都称作配位化合物，简称配合物，也叫络合物。

[Co(NH3)6]3+，[Cr(CN)6]3–，Ni(CO)4都是配位单元，分别称作配阳离子、配阴离子、配分子。

[Co(NH3)6]Cl3、K3[Cr(CN)6]、Ni(CO)4都是配位化合物。

[Co(NH3)6]、[Cr(CN)6]也是配位化合物。

判断的关键在于是否含有配位单元。

思考：下列化合物中哪个是配合物①CuSO4·5H2O②K2PtCl6③KCl·CuCl2④Cu(NH2CH2COO)2⑤KCl·MgCl2·6H2O⑥Cu(CH3COO)2注意：①配合物和配离子的区别②配合物和复盐的区别2、配合物的组成中心离子内界单齿配体配位体多齿配体配合物螯合配体外界（1）配合物的内界和外界以[Cu(NH3)4]SO4为例：[Cu(NH3)4]2+SO24内界外界内界是配位单元，外界是简单离子。

又如K3[Cr(CN)6]之中，内界是[Cr(CN)6]3–，外界是-1-K可以无外界，如Ni(CO)4但不能没有内界，内外界之间是完全电离的。

（2）中心离子和配位体中心离子:又称配合物的形成体，多为金属（过渡金属）离子，也可以是原子。

如Fe3+、Fe、Co、Ni、Cu、Co等，只要能提供接纳孤对电子的空轨道即可。

配位体:含有孤对电子的阴离子或分子。

如NH3、H2O、Cl－、Br－、I－、CN－、CNS－等。

（3）配位原子和配位数配体中给出孤对电子与中心离子直接形成配位键的原子，叫配位原子。

配位单元中，中心离子周围与中心离子直接成键的配位原子的个数，叫配位数。

配位化合物[Cu(NH3)4]SO4的内界为[Cu(NH3)4]2+，中心Cu2+的周围有4个配体NH3，每个NH3中有1个N原子与Cu2+配位。

功能配合物的制备和应用功能配合物是应用广泛的一类化合物，它们由中心金属离子和一或多个配体组成，能通过调控配体的性质实现不同的功能。

在生物学、医药学、材料科学等领域中，功能配合物被广泛地运用于催化、药物设计、传感、化学分析等方面。

本文将从功能配合物的制备和应用两个方面进行探讨。

一、功能配合物的制备功能配合物制备的主要方法包括溶液法、沉淀法、还原法、卤化物法、蒸气扩散法、微波辅助合成法等，其中溶液法是最常用的方法。

1. 溶液法：将金属盐和配体在适宜的溶剂中进行反应，加热或搅拌，直到出现沉淀。

溶液法具有反应温度和时间短，产物纯度高等优点。

2. 沉淀法：将金属盐的溶液加入到反应容器中，并加入适量的碱性物质，沉淀后进行离心分离、洗涤和干燥。

沉淀法具有简单易行、适用范围广等优点，但产物纯度较低，需要进行后续的提纯步骤。

3. 还原法：利用还原剂还原金属盐，形成金属离子或原子，并利用配体将其稳定下来。

还原法具有反应速度快、产物纯度高等优点，但由于过量的还原剂可能会影响产物的结构和性质，需要控制反应条件。

4. 卤化物法：利用卤族元素掺入金属盐中，形成卤化物。

卤化物法具有结晶速度快、易于控制反应等优点，但金属离子容易被卤化物离子取代，需要选择合适的反应条件和适宜的卤化剂。

5. 蒸气扩散法：将金属和配体在加热过程中不断加入反应容器中，并在一定的温度下达到定量反应。

该方法通常用于制备微量量的功能配合物。

二、功能配合物的应用1. 催化：功能配合物可以作为催化剂用于化学反应过程中，在环境保护和能源资源利用方面具有重要意义。

如罕见金属催化剂被广泛运用于医药化学、精细化工和有机合成等领域。

2. 药物设计：功能配合物在药物研究和开发中具有重要作用。

不同的金属离子和配体结构可以对药物的生物活性、选择性和药效产生影响。

例如，铂和含氮杂环配体是许多癌症化疗药物的组成部分。

3. 传感：功能配合物可以通过调控配体的性质实现特定物种的识别和检测。

功能配合物的制备与性能研究功能配合物是由金属离子与有机配体相互作用而形成的化合物。

这些化合物在许多领域中都具有重要的应用，如催化剂、药物和材料科学等。

本文将探讨功能配合物的制备方法以及其性能研究。

一、功能配合物的制备方法功能配合物的制备方法多种多样，其中最常见的方法是配体置换法。

该方法通过将金属离子与配体反应，使金属离子与原有配体发生配体置换反应，从而形成新的功能配合物。

这种方法的优点是反应条件温和，反应时间短，适用于大部分金属离子。

除了配体置换法外，还有一些其他的制备方法，如配体加成法和配体还原法。

配体加成法是将金属离子与多个配体同时反应，形成多核配合物。

这种方法可以控制金属离子的配位数，从而调控功能配合物的性能。

配体还原法是将金属离子与还原剂反应，使金属离子还原为金属原子，然后与配体形成功能配合物。

这种方法可以制备具有特殊电子结构的功能配合物。

二、功能配合物的性能研究功能配合物的性能研究是功能配合物研究的重要一环。

通过对功能配合物的性能进行研究，可以了解其在不同领域中的应用潜力。

1. 催化性能研究功能配合物在催化领域中具有重要的应用。

研究功能配合物的催化性能可以了解其在催化反应中的活性和选择性。

常用的研究方法包括催化反应的动力学研究、催化剂的表征以及反应机理的研究等。

通过这些研究可以优化功能配合物的结构，提高其催化活性和选择性。

2. 药物活性研究功能配合物在药物领域中也有广泛的应用。

研究功能配合物的药物活性可以了解其在治疗疾病中的效果。

常用的研究方法包括细胞毒性实验、药物代谢研究以及药物靶点的研究等。

通过这些研究可以优化功能配合物的结构，提高其药物活性和选择性。

3. 材料性能研究功能配合物在材料科学领域中也有广泛的应用。

研究功能配合物的材料性能可以了解其在材料制备中的应用潜力。

常用的研究方法包括材料的表征、材料的物理性能研究以及材料的应用性能研究等。

通过这些研究可以优化功能配合物的结构，提高其材料性能和应用潜力。

无机化学：第八章配位化合物第八章配位化合物一、配合物的基本概念1、配位化合物的定义及其组成定义：把由一定数目的阴离子或中性分子与阳离子或原子以配位键形成的复杂分子或离子称配合单元。

含有配合单元(配位键)的化合物即配合物。

配合物可看成是一类由简单化合物反应生成的复杂化合物。

配合单元相对稳定，存在于晶体及溶液中，在溶液中不能完全离解为简单组成的部分。

配位键——由配体单方面提供电子对给中心原子（离子）而形成的共价键。

中心离子（或中心原子）——又称“配合物形成体”。

特征：带有空轨道。

组成中心离子的元素种类:◆能充当中心离子的元素几乎遍及元素周期表的各个区域，但常见的是金属离子，尤其是一些过渡金属离子，如[Co(NH3)6]3+、[Fe(CN)6]4—、[HgI4]2—。

◆高氧化态非金属元素原子：如B、Si、P等形成[ BF4]—、[SiF6]2—、PF6—。

◆金属元素电中性原子：如[ Ni(CO)4]、[ Fe(CO)5]、[Cr(CO)6]配合物的组成：配合物由内界和外界组成。

内界为配合物的特征部分（即配位个体），是一个在溶液中相当稳定的整体，在配合物的化学式中以方括号表明。

方括号以外的离子构成配合物的外界。

内外界之间以离子键结合，故在水溶液中易解离出外界离子，而内界即配合单元很难发生离解。

如[Cu (NH3)4] SO4↓↓↓中心原子，配位体，外界在配合物中同中心原子/离子配位的分子如NH3、H2O或阴离子如Cl—、CN—、SCN—称为配位体，简称配体。

配体属于Lewis碱，都含有孤对电子，是电子对的给予体。

中配体无机化学配位化学CO 一氧化碳羰基OH—氢氧根离子羟基NO2—亚硝酸根硝基ONO—亚硝酸根亚硝酸根SCN—硫氰酸根硫氰酸根NCS—硫氰酸根异硫氰酸根Cl—氯离子氯配位体中与中心离子（或原子）直接成键的离子称为配位原子。

配位体所提供的孤对电子即是配位原子所具有的孤对电子。

常见的配位原子有：F、Cl、Br、配位体分类——单齿配体和多齿配体单齿配体：一个配位体只提供1个孤对电子与1个中心离子结合形成1个配位键。

功能配合物的制备与应用现代化学已经发展到了一个令人瞩目的程度，我们可以通过对某一种元素的性质和行为进行深入的研究来推测它在自然界中的作用，同时也可以通过人工合成一些元素的各种化合物来改进或创造出新的性质和用途。

其中，功能配合物作为化学领域中的一种重要化合物，在生命科学、材料科学、电子工业等许多领域都有广泛的应用。

一、功能配合物的概述功能配合物可以被定义为含有两个或更多个异构体的化合物，其中至少一个配体具有生物学活性或特定的功能性相关活性。

功能配合物通常与功能分子一样，其分子结构比较复杂，有多个官能团或具有相同或不同的异构体，其在生物体系和材料科学中有广泛的应用。

功能配合物的制备方法非常复杂，需要运用许多化学技术。

其中一种非常常见的制备方法就是通过合成可逆加成聚合物得到功能微粒子。

在这个过程中，化学物质经过化学反应合成成单分子，分子团和高分子等化合物，最终形成定型的功能材料。

二、功能配合物的应用1.生命科学领域在生命科学领域，功能配合物被广泛应用于制备新型的生物传感器、生物反应物等。

通过合成功能配合物，可以有效地检测生物样品中的某种特定分子，从而实现对生物样品的快速鉴别和定量。

同时，功能配合物还可以用于制备新型的控制药物释放的材料和控制组织工程等。

2. 材料科学领域在材料科学领域，功能配合物可以被用作各种新型材料的基础。

由于功能配合物结构复杂，具有多种性质和功能，因此可以通过将其应用于纳米材料、表面改性、某些功能体的纳米装配等领域，提高材料的耐热性、耐腐蚀性、机械性能和光学性能等。

3. 电子工业领域在电子工业领域，功能配合物主要被应用于制造半导体元件和物理识别标记。

由于功能配合物具有高效、高灵敏度和定量检测等高性能特点，因此可以用于制造高性能传感器，这些传感器可以被广泛地应用在能源、化工、石油、医学和军事等领域。

三、潜在的问题和挑战尽管功能配合物在生命科学、材料科学和电子工业等领域中具有广泛的应用前景，但是其研究和应用过程中也存在着一些挑战和潜在问题。

功能配合物的制备与应用
1.水热法：该方法是利用水热条件下金属离子与配体的反应生成配合物。

一般情况下，将金属盐与配体溶于水溶液中，在高温高压的条件下反
应一段时间，最后产物通过过滤或沉淀得到。

2.真空热分解法：该方法是通过在真空条件下将金属盐和配体加热至
高温进行分解反应，生成配合物。

这种方法通常用于制备高温稳定、热稳
定的金属配合物。

3.化学沉淀法：该方法是通过添加化学沉淀剂使金属离子与配体发生
反应并沉淀出来。

通常采用过量的沉淀剂，通过调节pH和温度来控制反
应条件，最后通过过滤或离心分离沉淀。

1.催化剂应用：功能配合物常用作催化剂，用于加速化学反应的进行。

例如，以过渡金属离子为中心的配合物可以用作氧化还原反应的催化剂，
将废水中的有害物质转化为无害的物质。

2.传感器应用：功能配合物可以用于制备传感器，用于检测环境中的
化学物质。

例如，一些金属离子与特定配体结合后形成的配合物可以用于
检测重金属离子的浓度。

通过测量配合物的荧光强度或吸收光谱变化来确
定环境中的重金属离子浓度。

3.光电子材料应用：功能配合物具有良好的光电性能，可以用于制备
光电子材料。

例如，一些含有金属离子的配合物可以用于制备发光二极管（LED），通过激发配体分子的激发态产生发光现象。

总之，功能配合物是一种具有特定功能的多核配合物，其制备方法多样，应用也广泛。

它们在催化剂、传感器、光电子材料等领域发挥重要作
用。

随着对功能配合物理解的深入和新的合成方法的发展，相信它们的应用前景将更加广阔。

功能配合物化学研究内容：配位化学的发展大大促进了无机化学的发展，配位化学的主要研究对象就是内容十分丰富的配位化合物。

特别是随着自组装化学在配位化学中的应用，配合物已成为化学研究中课题最为广泛、应用前景极为广阔，且与材料、生命等学科联系极为紧密的领域之一。

配位化合物的种类非常之多，从中心金属出发，可以有主族金属配合物、过渡金属配合物以及稀土金属配合物；从配位体出发，可以划分为无机配体配合物、有机配体配合物以及无机和有机混配配合物；依配合物的性能，则有光功能配合物、电功能配合物、磁功能配合物以及生物功能配合物等。

我国的科研工作者目前主要从事各种不同的功能配合物的合成，结构和性质表征工作。

基于该领域研究内容的广泛性和丰富性，我们研究小组以功能化合物的合成，结构和性质表征为研究方向，紧跟国内一些重点大学和中科院研究所的无机化学课题研究小组的大体方向和研究趋势。

通过设计和合成一定的配体体系，研究基于该类配体的过渡金属配合物在催化，磁性以及材料等众多方面的应用。

该研究方向的创新点主要体现在配体的设计，配体的种类千差万别，如何正确的根据自身的研究目标和合成的配合物应该具有的相应属性进行适当的选取和设计配体是整个研究的基点所在，也是体现研究方向的创新的地方。

具体研究方向：我们研究小组的成员的具体研究方向又有所差异，胡老师主要从事配位催化的相关研究工作，通过设计特定的有机配体，合成一些过渡金属的配合物，筛选具有催化性能的配合物进行更深入的性质和功能的研究工作。

王老师主要从事与金属有机骨架材料或者配位聚合物相关的研究工作，意在合成和表征一系列具有较大孔洞和比表面积的配合物，研究其对某些小分子气体化合物的吸附情况。

徐老师主要研究含氮的多环配体的设计和合成工作，然后以此类配体为基础，研究过渡金属配合物的一系列性质研究和表征工作。

国内外研究情况和应用前景：配位化学的研究有悠久的历史，随着功能配合物的研究工作的开展，是配位化学的发展进入了一个新的时期。

功能配合物化学
物化学是一门研究解决实际问题，以物理和化学的多相解决方案的技术和科学。

物化学的主要技术是应用计算机来模拟物理和化学过程，以便更好地理解它们的影响和改善它们的性能。

物理和化学的合成可以分为几个步骤：物理处理、反应设计、流体力学、动力学与热力学等等。

计算机技术可以模拟这些步骤中的细节，从而让化学家在进行合成时更容易受到影响，而这又是物化学的原因所在。

物化学已经使得有效合成反应更容易识别。

它们可以绘制和动画地可视化各种合成反应，从而提高化学家的智能水平。

它们可以计算反应合成中各不同成分的相互作用，从而把事先很难预测到的改变变成可预测的变化。

因此，物化学技术可以更有效地帮助化学家发现有效的合成反应，让很多反应变得更容易可控，从而提供给药物的有效合成和性能。

物化学还可以改良和改进化学反应，使它们更有效。

它们可以计算量化分析，从而研究各种化学反应的化学问题。

它们可以分析能量变化和分子对接等各种物理和化学细节，从而有效地改进反应速度和质量。

物化学技术也可以通过流体动力及应力分析，进一步改善化学反应的反应性能、机械性能和生物功能。

这能有效地确定大型有机膜反应器的结构参数，同时可以细化其运行的流动和泵性能。

最后，物化学技术也可以用来解决环境问题。

它可以预测和评估各类污染物在不同介质中的传输转化行为，从而使政府有效地开展环境保护活动。

总而言之，物化学技术在优化合成反应和改善它们的性能，同时解决环境问题方面都发挥着重要作用。

它们的应用越来越普遍，助力了当今科技的发展。