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20.3:

금속-리간드 결합

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Metal-Ligand Bonds

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복합 이온에서 금속 이온은 리간드로 알려진 음이온 또는 중성 분자와 결합됩니다. 리간드는 하나 이상의 고독한 전자 쌍을 가지며 전자쌍 공여체 또는 루이스 염기로 작용합니다. 이는 전자쌍을 전자쌍 수용체 또는 루이스 산으로 작용하는 금속 이온에 기증합니다.따라서 금속 이온과 리간드 사이의 배위 공유 결합은 루이스 산-염기 부가물을 형성합니다. 전자 쌍을 기부하는 리간드 원자는 공여체 원자로 알려져 있습니다. 금속 이온을 둘러싼 공여체 원자의 수는 금속 이온의 배위 수와 상관 관계가 있습니다.존재하는 공여체 원자의 수에 따라 리간드는 한자리, 두자리 또는 여러 자리 리간드로 추가로 분류되며 이는 전하를 가지거나 중성일 수 있습니다. 한자리 리간드에는 하나의 공여체 원자가 있습니다. 산소는 중성 물 분자의 공여체 원자이고 질소는 하전된 시안화물 이온의 공여 원자입니다.두자리 리간드는 금속 이온과 동시에 결합하기에 충분히 멀리 떨어져 있는 두 개의 공여 원자를 가지고 있습니다. 세 개의 비피리딘 분자의 질소 원자는 배위 번호가 6인 루테늄 이온에 결합합니다. 여러 자리 리간드의 구조는 두 개 이상의 공여 원자를 가지고 있습니다.여기서 디에틸렌트리아민 두 분자의 여섯 개의 질소가 코발트 이온과 결합합니다. 복수의 공여 원자가 중심 금속 이온을 집게발처럼 고정시키는 것처럼 보이기 때문에 두자리 및 여러 자리 리간드는 킬레이트제라고도 불립니다. 킬레이트제는 한자리 리간드보다 중심 금속 이온에 더 많은 친화력을 가지고있어 보다 안정적인 배위 화합물을 형성합니다.이것은 킬레이트 효과로 알려져 있습니다. 킬레이트제는 여러가지 기능을 가집니다. 이는 분해 반응을 촉매하는 데 관여하는 미량 금속 이온을 복합화하거나 에틸렌디아민테트라세테이트 또는 EDTA를 사용하여 납 중독을 치료함으로써 식품의 유통 수명을 증가시키는 데 사용됩니다.복합 이온 형성은 산화, 환원 전위 또는 색상의 변화와 같은 금속 이온과 리간드의 물리적 화학적 특성에 영향을 미칩니다. 더욱이 리간드는 수화된 금속 이온의 탈양성자화 또는 다른 강하게 끌린 리간드에 의한 치환과 같은 반응을 겪을 수 있습니다. 여기서 물 분자는 금속 이온과 더 강하게 결합하는 암모니아로 치환됩니다.

20.3:

금속-리간드 결합

혈액내 헤모글로빈, 녹색 식물의 엽록소, 비타민 B-12 및 폴리에틸렌 제조에 사용되는 촉매는 모두 조정 화합물을 함유하고 있다. 금속의 이온, 특히 전이 금속은 복합체를 형성할 가능성이 높습니다.

이러한 복합체에서, 전이 금속은 결합내전자(Lewis base)가 전자 수용체(Lewis acid)에 기증자(Lewis base)에 의해 기여하는 일종의 루이스 산-염기 상호작용인 좌표 공유 결합을 형성한다. 종종 중앙 금속 이온 (또는 원자)이라고 하는 조정 복합체의 루이스 산은 전이 금속 또는 내부 전이 금속입니다. 리간드라고 불리는 루이스 기본 기증자는 원자, 분자 또는 이온과 같은 다양한 화학 물질이 될 수 있습니다. 유일한 요구 사항은 중앙 금속에 기증 될 수있는 하나 이상의 전자 쌍을 가지고 있다는 것입니다. 대부분의 경우, 이것은 금속에 좌표 결합을 형성할 수 있는 전자의 외로운 쌍을 가진 기증자 원자를 관련시킵니다. 조정 구는 중앙 금속 이온 또는 원자와 부착 된 리간드로 구성됩니다. 수식의 괄호는 협응구를 둘러싸고 있습니다. 브래킷 외부의 종은 조정 구의 일부가 아닙니다.

리간드는 단 하나의 원자를 통해 중앙 금속과 연결할 때 “원 톱니”에 대한 그리스어에서 단조롭습니다. 여기서 리간드의 수와 조정 번호는 동일합니다. NH3,Cl및 H2O와 같은 기증자 원자 가있는 리간드는 모노덴테이트 리간드입니다. 다른 많은 리간드들은 더 복잡한 방식으로 금속과 조화를 이시합니다.

비덴테이트 리간드는 두 개의 원자가 금속 중심과 조화를 이루는 것입니다. 예를 들어, 에틸렌디아민(en, H2NCH2CH 2 NH2)은2개의 질소 원자를 함유하고 있으며, 각각은 고독한 쌍을 가지고 있으며 루이스 베이스로 작용할 수 있다(도 1a). 두 원자 모두 단일 금속 중심으로 조정할 수 있습니다. 복합체 [Co(co))3] 3+에서,3개의 비덴테이트 엔 리간드가 있고, 코발트(III) 이온의 조정 수는 6(도 1b)이다. 가장 일반적인 조정 번호는 2개, 4개, 6개이지만 1에서 15까지의 모든 조정 번호의 예가 알려져 있습니다.

Image1

그림 1. (a) 에틸렌디아민(en)에는 각각 고독한 쌍으로 두 개의 질소 원자가 들어 있으며, 이는 금속 이온과 조화를 이수합니다. (b) 3개의 비덴테이트 en 리간드가 단일 코발트 이온과 조화를 이시합니다.

하나 이상의 기증자 원자에 의해 중앙 금속 이온에 결합하는 모든 리간드는 하나 이상의 결합으로 금속 센터에 물릴 수 있기 때문에 폴리덴테이트 리간드 (또는 “많은 치아”)입니다. 용어 “발톱”에 대 한 그리스에서 chelate 또한 상호 작용의이 유형을 설명 하는 데 사용 됩니다. 많은 폴리덴테이트 리간드는 리간드를 첼링하고 있으며, 이들 리간드 중 하나 이상과 중앙 금속으로 구성된 복합체는 킬레이트입니다. 킬라팅 리간드(chelating) 에이전트라고도 합니다. 킬라팅 리간드가 게의 발톱처럼 금속 이온을 들고 대리석을 쥐고 있다. 폴리덴테이트 리간드는 때때로 리간드의 기증자 원자 수를 나타내는 접두사로 식별됩니다. 헤모글로빈의 헴 복합체는 또 다른 중요한 예입니다(그림 2). 그것은 철에 조정 하는 4 개의 기증자 원자와 폴리 덴 테이트 리간드를 포함.

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그림 2: 단일 리간드 헴에는 헤모글로빈에서 철을 조정하여 체레이트를 형성하는 4개의 질소 원자가 포함되어 있습니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 제 19.2 전환 금속의 조정 화학에서 적응된다.