配位化学导论

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,配 位 化 学,导 论,配位化学一般是指金属和金属离子同其他分子或离子相互反应的化学。它是在无机化学的基础上发展起来的一门独立的、同时也与化学各分支学科以及物理学、生物学等互相渗透的具有综合性的学科。,配位化学所涉及的化合物类型及数量之多、应用之广，使之成为许多化学分支的汇合口。现代配位化学几乎渗透到化学及相关学科的各个领域，例如分析化学、有机金属化学、生物无机化学、结构化学、催化化学、物质的分离与提纯、原子能工业、医药、电镀、染料等等。因此，配位化学的学习和研究不但对发展化学基础理论有着重要的意义，同时也具有非常重要的实际意义,。,课程的内容安排：,第一章 配位化学的简史和引言,第二章 配合物的立体结构,第三章 配合物在溶液中的稳定性,第四章 群论基础知识,第五章 配合物的化学键理论,第六章 配合物的电子光谱和磁学性质,第七章 配合物的反应动力学,第八章 几种特殊配合物,第九章 生物配合物,第十章 配合物的应用,主要参考书目,1.配位化学 无机化学丛书第十二卷 戴安邦等 科学出版社,2.新编配位化学 杨素苓等 黑龙江教育出版社,3.配位化学 杨帆、林纪筠等 华东师范大学出版社,4.配位化学的创始与现代化 孟庆金、戴安邦等 高等教育出版社,5.配位化合物的结构和性质 游效曾编著 科学出版社,6.Inorganic Chemistry Purcell and Kotz,SAUNDERS Company,Chapt.10-15,7.无机化学 第三分册 珀塞尔、科茨等著，潘德慧、李景舜译，申泮文校，高等教育出版社,主要参考书目,8.配位化学 宋廷耀编 成都科技大学出版社,9.配合物化学 张祥麟编著 高等教育出版社,10.配位化学 杨昆山编 四川大学出版社,11.现代配位化学 徐志固 化学工业出版社,12.配位化学 张祥麟、康衡编著 中南工业大学出版社,13.Advanced Inorganic Chemistry 6,th,ed A.Cotton and G.Wilkinson Wiley Newyork 1998,14.中级无机化学 唐宗薰主编 高等教育出版社 2003年5月第一版 Chapter 7-8,15.中级无机化学 项斯芬、姚光庆编著 北京大学出版社 2003年11月第一版,课程考试,笔 试,口 试,课程小论文,第一章 配位化学的简史和引言,配位化学旧称络合物化学，络合物,(Complex compounds),现在称为配位化合物,(Coordination compounds),，简称配合物，是由中心原子或离子和围绕在它周围的一组离子或分子所组成的化合物，在溶液中虽然部分离解，但仍趋向于保持其本体(较确切的定义见后)。,例如：配合物,Co(NH,3,),6,Cl,3,Co(NH,3,),6,3-,Co,3+,+6NH,3,1-1 配位化学发展简史,1、国外文献上最早记载的配合物 Fe,4,Fe(CN),6,3,(普鲁士蓝),1704年Diesbach（兽皮或牛血Na,2,CO,3,在铁锅中煮沸）,2、我国的情况,周朝：茜草根粘土或白矾 红色茜素染料。,3、化学文献最早关于配合物的研究,1798年法国分析化学家Tassaert发现Co(NH,3,),6,Cl,3,，发表于最早的化学杂志创刊于1789年的法国Annakes de Chimie,28,106,1799。之后陆续发现了Co(NH,3,),5,Cl,3,、Co(NH,3,),5,H,2,OCl,3,.和Co(NH,3,),2,4H,2,OCl,3,以及其他配合物。,O,O,O,Al,3+,/3,OCa,2+,/2,二(羟基)蒽醌与Al,3+,、Ca,2+,生成的红色配合物,局限：,由于当时科技发展水平有限，无法说明这一类化合物的形成机理与成键方式，因此许多配合物当时都以发现者的名字或配合物的某种特征来命名。,如：Mond镍Ni(CO),4,Cleve盐cis-Pt(NH,3,),2,Cl,4,黄色氯化钴Co(NH,3,),6,Cl,3,紫色氯化钴Co(NH,3,),5,ClCl,2,配合物中金属是如何与中性分子或有机基团结合呢？对此先后有多种的解释，其中包括利用19世纪已经确立的有机化学的“键理论”，但这些理论仅仅能从某一方面对配合物的一些属性与结构的关系作解释，但无法从根本上对配位化合物的结构给予说明。,1-2 现代配位化学理论的建立,1893年，26岁瑞士化学家维尔纳(Alfred Werner)根据大量的实验事实，发表了一系列的论文，提出了现代的配位键、配位数和配位化合物结构的基本概念，并用立体化学观点成功地阐明了配合物的空间构型和异构现象。奠定了配位化学的基础。,Mainpoint:,1、大多数元素表现有两种形式的价主价和副价。主价为中心原子的氧化数，副价为中心原子的配位数。,2、内界和外界,3、空间构型：在内界中的分子或离子围绕着金属离子按一定的方式排布，使得配合物具有一定的空间构型。,之后在Lewis共价键基础上形成配位键,1923年英国化学家Sidgwick提出EAN规则，揭示中心原子电子数与配位数之间的关系。,1910-1940年间现代研究方法如IR、UV、XRD、电子衍射、磁学测量等在配合物中得到应用,1930年Pauling提出了价键理论,四十年代前后：,Van Vleck 分子轨道理论及晶体场概念应用于配合物,H.Hartman，Orgel 分别用晶体场理论解释了配合物的光谱和稳定性。,1-3 配合物的基本概念,一、配合物的定义,狭义：,配合物是由具有接受孤对电子或多个不定域电子的空位原子或离子（中心体）与可以给出孤对电子或多个不定域电子的一定数目的离子或分子（配体）按一定的组成和空间构型所形成的物种称为配位个体，含有配位个体的化合物成为配合物。,广义：,凡是由原子B或原子团C与原子A结合形成的，在某一条件下有确定组成和区别于原来组分（A、B或C）的物理和化学特性的物种均可称为配合物。,二、配合物的组成,1、内界、外界、中心体、配体、配位原子,内界:中心体(原子或离子)与配位体,以配位键成键,外界：与内界电荷平衡的相反离子,Co(NH,3,),6,Cl,3,中心,原子,配体,外界,内界,K,3,Fe(CN),6,配位数,2、配体的分类,A、按配体所含配位原子的数目分：,单齿配体：只含一个配位原子的配体(NH,3,H,2,O等),多齿配体：含有两个或两个以上的配位原子的配体,H,2,N,C,H,2,C,H,2,N,H,2,N,N,N,N,C,C,R,R,O,C,O,R,_,乙二胺(en）联吡啶(bpy),1,10-二氮菲（邻菲咯啉）,双酮,六齿配体 EDTA,-,O,O,C,-,O,O,C,C,O,O,-,N,C,H,2,C,H,2,N,C,O,O,-,N,O,C,o,N,O,L,四齿配体,二水杨醛缩乙二胺合钴Co(Salen),多齿配体,EDTA配合物的结构,单齿配位 螯合作用 大环作用 穴合作用,酞菁,穴醚2,2,2,大环配体 穴状配体,B、根据键合电子的特征分为三种：,-配体：,凡能提供孤对电子对与中心原子形成-配键的配体。如：X,-,，NH,3,，OH,-,-酸配体：,除能提供孤对电子对与中心原子形成-配键外，同时还有与金属离子(或原子）d轨道对称性匹配的空轨道(p,d或*)，能接受中心离子或原子提供的非键d电子对，形成反馈键的配体。如：R,3,P，R,3,As，CO，CN,-,等,-配体：,既能提供电子（定域或离域键中的电子）与中心离子或原子形成配键，又能接受中心原子提供的非键d电子对形成反馈键的不饱和有机配体。可分为链状（烯烃、炔烃、-烯丙基等）和环状（苯、环戊二烯、环庚三烯、环辛四烯）等二类。,注意：,-配体与-酸配体都可形成反馈键，但区别在于二种配体所提供的电子来源不同，前者提供电子，后者提供孤对电子对。,3、中心原子的配位数,单齿配体：配位数等于内界配体的总数。,多齿配体：各配体的配位原子数与配体个数乘积之和。,Co(NO,2,)(NH,3,),5,Cl,2,CrCl(H,2,O),5,Cl,2,H,2,O,Co(NH,3,),4,C,2,O,4,+,Pt(en)C,2,O,4,一般中心原子的配位数为2，4，6，8。最常见的4，6。而5，7或更高配位数则较少见。为什么？,影响中心原子的配位数因素,中心原子对配位数的影响：,a)一般而言，中心离子电荷越高，吸引配位的数目越多,b)中心离子的半径越大，则配位数越高，但若半径太大，则影响其与配体结合，有时配位数反而降低。CuCl,6,4-,HgCl,4,2-,配体对配位数的影响,配体电荷：配体负电荷增加，一方面增加中心阳离子对配体的吸引力，但同时也增加了配体间的斥力，总的结果为C.N.数减小。如：SiF,6,2-,SiO,4,2-,；Zn(NH,3,),6,2+,Zn(CN),4,2-,配体体积：配体体积越大，则中心离子周围可容纳的配体数越少，C.N.数减小。AlF,6,3-,AlCl,4,-,外界条件的影响,a)配体浓度：一般而言，增加配体的浓度，有利于形成高配位数的配合物。,b)温度：温度越高，配位数降低。,c)空间位阻：位阻越大则配位数小。,综上所述，影响配位数的因素是复杂的，但一般地讲，在一定范围的条件下，某中心离子有一个特征的配位数。,三、配合物的分类,1、按中心原子数目分为：,单核配合物和多核配合物,2、按配合物所含配体种类分为：,单一配体配合物和混合配体配合物。,3、按配体的齿数分类：,简单配合物和螯合物,4、按配合物地价键特点分类：,经典配合物和非经典配合物,1-4 配合物的命名,根据“中国化学会无机化学命名原则”（1980年），将配合物命名方法作简单介绍。,原则是,先阴离子后阳离子,，,先简单后复杂,。,一、简单配合物的命名：,（1）,先无机,配体，,后有机,配体,cis,-PtCl,2,(Ph,3,P),2,顺-二氯 二(三苯基磷)合铂(II),(2)先列出,阴离子,，后列出,阳离子,，,中性分,子,（的名称）,KPtCl,3,NH,3,三氯氨合铂(II)酸钾,(3),同类配体,（无机或有机类）按配位原子元 素符号的,英文字母顺序,排列。,Co(NH,3,),5,H,2,OCl,3,三氯化五氨一水合钴(III),(4),同类配体,同一配位原子时，将含,较少原,子数,的配体排在前面。,Pt(NO,2,)(NH,3,)(NH,2,OH)(Py)Cl,氯化硝基氨羟氨吡啶合铂(II),(5),配位原子相同,，配体中所含的,原子数目,也,相同时，按结构式中与配原子相连的原子的元素符号的,英文顺序,排列。,Pt(NH,2,)(NO,2,)(NH,3,),2,氨基硝基二氨合铂(II),(6),配体化学式相同但配位原子不同，(,-SCN,-NCS)时，则按配位原子元素符号的,字母顺序排列,。,(7),配位原子的标记：若一个配体上有几种可能的配位原子，为了标明哪个原子配位，必须,把配位原子的元素符号放在配体名称之后,。,O-C=S,O-C=S,Ni,S-C=O,S-C=O,K,2,如：二硫代草酸根的氧和硫均可能是配位原子，若S为配位原子，则用(-S、S)表示。,二(二硫代草酸根 S、S)合镍(II)酸钾,二、几何异构体的命名,1、用结构词头：顺(cis)、反(trans)、面(fac)、经(mer)对下列构型的几何异构体进行命名。,a,a,b,b,b,b,a,a,a,a,b,b,b,b,b,b,b,b,a,a,顺-(cis)反-(trans)顺-(cis)反-(trans),a,a,a,b,b,b,a,a,b,a,b,b,面-(fac),经-(mer),NH,3,NH,3,Cl,Cl,Pt,NH,3,NH,3,Cl,Cl,Pt,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,Cl,NH,3,NH,3,NH,3,NH,3,NH,3,NH,3,NH,3,