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20.3: 金属利根债券
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金属利根债券
 
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20.3: 金属利根债券

血液中的血红蛋白、绿色植物中的叶绿素、维生素B-12和用于制造聚乙烯的催化剂都含有协调化合物。金属的离子,特别是过渡金属,可能会形成复合物。

在这些复合物中,过渡金属形成坐标共价键,这是一种刘易斯酸碱相互作用,其中债券中的两个电子都由供体(刘易斯碱基)贡献给电子接受器(刘易斯酸)。协调复合物中的刘易斯酸通常称为中央金属离子(或原子),是过渡金属或内部过渡金属。刘易斯基地的捐赠者,称为配体,可以是各种各样的化学物质——原子、分子或离子。唯一的要求是,他们有一个或多个电子对,可以捐赠给中央金属。最常见的情况是,这涉及到一个供体原子与一对单独的电子,可以形成与金属的坐标键。协调球由中央金属离子或原子及其附着的配体组成。公式中的支架包围了协调范围:括号外的物种不是协调领域的一部分。

当利甘德通过一个原子与中央金属连接时,它们从希腊语中分离出"单齿"。在这里,配体的数量和协调编号是相等的。具有一个供体原子的利甘德,如NH3、Cl+H2O,是单体配体。许多其他配体以更复杂的方式与金属协调。

双体配体是指两个原子与金属中心坐标的配体。例如,乙烯二胺(en, H2 NCH2CH2NH2) 含有两个氮原子,每个原子都有一个单独的对,可以作为刘易斯碱基(图 1a)。这两个原子都可以协调到一个金属中心。在复合物 [Co(en)3= 3+中,有三配体,钴(III)离子的协调编号为 6(图 1b)。最常见的协调数字是 2、4 和 6,但已知从 1 到 15 的所有协调数字示例。

Image1

图1.(a) 乙烯二胺(en)包含两个氮原子,每个原子只有一对,可以与金属离子协调。(b) 三个配体与单个钴离子协调。

任何由多个供体原子与中央金属离子结合的配体都是多晶体配体(或"许多牙齿"),因为它可以咬入具有多个键的金属中心。希腊语中的"爪子"一词也用于描述这种类型的相互作用。许多多晶硅酸盐配体是溷合的配体,由其中一种或多种配体和中央金属组成的复合物是一种溷合体。溷合配体也称为溷合剂。一个溷合的配体拿着金属离子,就像螃蟹的爪子会拿着一个大理石。多支配体有时被识别为前缀,表示配体中的供体原子数量。血红蛋白中的血红蛋白复合物是另一个重要的例子(图2)。它含有一个多晶体配体与四个供体原子,协调到铁。

Image2

图2:单连体血红素含有四个氮原子,与血红蛋白中的铁相协调,形成溷合体。

本文改编自《转化金属协调化学》第19.2章《开放金属化学2e》。

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