第5章 配合物的反应动力学及反应机理
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第五章配合物反应动⼒学第五章配合物反应动⼒学研究范围:取代、氧化还原、异构化、加成与消除、配体上进⾏的反应本章只讲述:取代反应和氧化还原反应第⼀节:取代反应动⼒学例:L5M-X+Y L5M-Y+X⼀、取代的反应机理1、离解机理(SN1机理,D)慢a.L5M-X = L5M+ X(配位数下降6 5)b.L5M+Y=L5M-Y速率⽅程:d[L5M-Y]/dt = k[L5M-X]速率与Y的浓度⽆关,是对[L5M-X]的⼀级反应2、缔合机理(SN2机理,A)慢a、L5M-X+Y = L5MXY(配位数升⾼6 7)b、L5MXY = L5M-Y + X反应速率:d[L5M-Y]/dt = k[L5M-X][Y]动⼒学上属于⼆级反应。
* SN1和SN2是两种极限情況,⼤多数反应都是按照这两种极限情况的中间机理进⾏的。
3、交换机理(I)离解机理是旧键断裂,缔合机理是新键形成,前者是先破后⽴,后者是先⽴后破,在实际的取代反应中旧键的断裂与新键的形成是同时发⽣的。
取代反应最可能进⾏的⽅式是:取代的配体接近的同时,被取代的配体逐渐离去,即配合物发⽣取代反应时配位数没有变化,新键的⽣成和旧键断裂同时进⾏,彼此相互影响,这种机理称交换机理或称I机理。
I机理⼜可进⼀步分为I a和I d机理:I d机理是取代反应中离去配体的影响⼤于进⼊配体的影响。
I a机理是取代反应中进⼊配体的影响⼤于离去配体的影响。
DML n X + Y ML n + X +Y ML n Y + X (1) (3) X (7) I ML n ML n X ...... Y (4) Y ML n Y (X)(2) A X (6) MLn (5) YD 机理:途径(1)→(3)→(7) A 机理:途径(1)→(2)→(5)→(6)→(7) I 机理:途径(1)→(2)→(4)→(6)→(7) ⼆、活性与惰性配合物及取代机理的理论解释配离⼦发⽣配位体交换反应的能⼒, 是⽤动⼒学稳定性的概念来描述的, 配体交换反应进⾏得很快的配合物称为活性的配合物,⽽那些交换反应进⾏得很慢或实际上观察不到交换的配合物则称为惰性配合物。
第五章配合物的反应动力学化学反应动力学研究的内容包括反应速率和反应机理。
研究配合反应动力学主要有两个目的:一是为了把具有实用意义的化学反应最大效率地投入生产,必须研究这一反应所遵循的动力学方程和反应机理,从而获得必要的认识,以利于设计工艺设备和流程。
二是希望通过化学反应动力学的研究,寻找化学变化时从作用物到产物过程中所发生的各步反应模式,在广泛实验基础上概括化学微观变化时所服从的客观规律性。
化学反应可能以各种不同的速率发生,有些反应慢得无法测定其变化,而另有一些反应则又太快,是人们难以测量其速率。
根据不同的反应速率,可选用不同的实验技术来研究。
适合于一般反应的实验方法有:直接化学分析法,分光光度法,点化学方法或同位素示踪法。
五十年代以来,应用快速放映动力学的测定方法来研究配合物,大大扩充了配合物动力学的研究领域,目前已发展了二十多种快速实验技术,如横流法、淬火法、核磁共振和弛豫法等等。
其中有些方法可以测量半衰期达到10-10秒的速度,接近于分子的扩散速度。
在化学反应中,通常发生旧的化学键的断裂核心的化学键的形成,因而从反应物到生成物的过程中,通常要发生反应物分子的靠近,分子间碰撞,原子改变位置,电子转移直到生成新的化合物,这种历程的完整说明叫做反应机理。
反应机理是在广泛的实验基础上概括出的化学反应微观变化时所服从的客观规律性。
它不是一成不变的,当新的信息被揭露或当新的概念在新科学领域得到发展的时候,反应机理也会随之变化。
研究反应机理可以采用许多手段,如反应速率方程、活化热力学参数、同位素示踪法等。
有关配合物反应的类型很多,有配合物中金属离子的氧化还原反应、取代反应,配合物中配体得宠排(消旋化作用和异构化作用)以及配体所进行的各种反应、配位催化等。
本章主要介绍配合物取代反应和盐化还原反应的动力学特性。
第一节配合物的取代反应取代反应是配合物中金属-配体键的断裂和代之以新的金属-配体键的生成的一种反应。