第六章 大环化合物配位化学
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第六章配位化学配位化学是一门在无机化学基础上发展起来的交叉学科,现代配位化学不仅和化学学科中的物理化学、有机化学、分析化学和高分子化学密切融合,而且通过材料科学及生命科学,进而与物理学和生物学等一级学科相互渗透和交叉。
经过几代人的共同努力,我国配位化学研究水平大为提高,一些方向逐渐步入国际先进行列。
本章将对我国化学工作者近年在配位化学领域研究前沿上具有一定国际影响力的代表性成果进行论述。
6.1配位化学中的新反应及方法学研究配位化学中的新反应和合成方法研究是进行配位化学研究的重要前提和基础研究课题之一。
配合物最传统的合成方法是溶液法将反应物在溶剂中搅拌,或者缓慢扩散(包括分层扩散,蒸汽扩散,U型管缓慢扩散)通过直接、交换、氧化还原反应等方法,一般适用于反应物(金属盐和配体)溶解性比较好的,在温度不太高就可以反应的配位化合物的合成。
而对于金属盐以及有机配体都难于溶解的体系,传统的溶液法往往无能为力。
无机化学家除了继续发展传统的配位化合物合成方法外,对发现新合成反应或建立新合成方法的研究都从来没有间断过,特别是在利用这些新反应、新方法来制备、合成具有新颖结构或特殊功能的配位化合物方面,近年来取得了长足的进展,其中利用水热和溶剂热合成的方法已经取得了很多值得关注的成果,包括一些新颖的原位金属/配体反应,被誉为“连接配位化学和有机合成化学的桥梁”[1];而模板合成技术也被成功得用于配合物以及其聚集体的可控组装中;一些特殊的合成技术和方法如离子热、微波辅助、固相反应等也将在本节介绍。
6.1.1溶剂(水)热条件下原位金属/配体反应作为配位化学和有机化学的重要研究内容之一,原位金属/配体反应已被广泛地用于新型有机反应的发现,反应机理的阐述以及新型配位化合物的合成,尤其是用于合成那些利用有机配体直接反应难以得到的配合物。
传统的合成反应一般是在敞开体系而且比较温和的条件下发生的,而在溶剂热或水热反应条件下,利用原位金属/配体反应法制备配位化合物是十几年兴起的一种新合成方法,这一源于无机材料,特别是多孔分子筛材料的合成方法,已被广泛地应用于配位化合物,尤其是难溶的配位聚合物的合成[1, 2]。
配位化学知识点总结一、配位化学的基本概念配位化学是研究金属离子(或原子)与配体之间形成的配位化合物的结构、性质和反应的化学分支。
首先,我们来了解一下什么是配体。
配体是能够提供孤对电子与中心金属离子(或原子)形成配位键的分子或离子。
常见的配体有水分子、氨分子、氯离子等。
而中心金属离子(或原子)则具有空的价电子轨道,可以接受配体提供的孤对电子。
配位键是一种特殊的共价键,由配体提供孤对电子进入中心金属离子(或原子)的空轨道而形成。
配位化合物则是由中心金属离子(或原子)与配体通过配位键结合形成的具有一定空间结构和化学性质的化合物。
二、配位化合物的组成配位化合物通常由内界和外界两部分组成。
内界是配位化合物的核心部分,由中心金属离子(或原子)与配体紧密结合而成。
例如,在Cu(NH₃)₄SO₄中,Cu(NH₃)₄²⁺就是内界。
外界则是与内界通过离子键结合的其他离子。
在上述例子中,SO₄²⁻就是外界。
中心金属离子(或原子)的化合价与配体的化合价之和等于配位化合物的总化合价。
配位数指的是直接与中心金属离子(或原子)结合的配体的数目。
常见的配位数有 2、4、6 等。
三、配位化合物的结构配位化合物具有特定的空间结构。
常见的配位几何构型有直线型、平面三角形、四面体、八面体等。
例如,配位数为 2 时,通常形成直线型结构;配位数为 4 时,可能是平面正方形或四面体结构;配位数为 6 时,多为八面体结构。
这些结构的形成取决于中心金属离子(或原子)的电子构型和配体的大小、形状等因素。
四、配位化合物的命名配位化合物的命名有一套严格的规则。
先命名外界离子,然后是内界。
内界的命名顺序为:配体名称在前,中心金属离子(或原子)名称在后。
配体的命名顺序遵循先无机配体,后有机配体;先阴离子配体,后中性分子配体。
对于同类配体,按配体中原子个数由少到多的顺序命名。
如果配体中含有多种原子,先列出阴离子配体,再列出中性分子配体。
配位化学分类配位化学是无机化学的一个重要分支,研究的是金属离子或中心原子与周围配体之间的相互作用和配位化合物的性质。
根据配位物中配体的种类和数量,配位化学可以分为多种类型。
一、单一配体配位化合物单一配体配位化合物是指配位物中只含有一种配体的化合物。
根据配体的性质,可以将单一配体配位化合物分为阴离子配位化合物、中性配位化合物和阳离子配位化合物。
1. 阴离子配位化合物阴离子配位化合物是指配位物中的配体为阴离子的化合物。
常见的阴离子配体有氰离子(CN-)、氨基(NH2-)、氯离子(Cl-)等。
阴离子配体可以通过给予金属离子一个或多个电子对来形成配位键。
2. 中性配位化合物中性配位化合物是指配位物中的配体为中性分子的化合物。
常见的中性配体有水(H2O)、一氧化碳(CO)、氨(NH3)等。
中性配体可以通过与金属离子之间的协同作用来形成配位键。
3. 阳离子配位化合物阳离子配位化合物是指配位物中的金属离子为阳离子的化合物。
常见的阳离子配体有氯离子(Cl-)、溴离子(Br-)、碘离子(I-)等。
阳离子配体可以通过给予金属离子一个或多个电子对来形成配位键。
二、多配体配位化合物多配体配位化合物是指配位物中含有多种配体的化合物。
根据配体的数量和结构,多配体配位化合物可以进一步分为双核配位化合物、多核配位化合物和大环配位化合物。
1. 双核配位化合物双核配位化合物是指配位物中含有两个金属离子的化合物。
双核配位化合物可以通过两个金属离子之间的配位键连接起来,形成一个稳定的配位体系。
2. 多核配位化合物多核配位化合物是指配位物中含有多个金属离子的化合物。
多核配位化合物可以通过多个金属离子之间的配位键连接起来,形成一个复杂的配位体系。
3. 大环配位化合物大环配位化合物是指配位物中含有大环结构的化合物。
大环配位化合物可以通过大环结构中的配体与金属离子之间的配位键形成。
三、配位聚合物配位聚合物是指配位物中含有多个相同或不同金属离子的化合物。