配位化合物|化学

配位錯体は、通常金属であり、配位中心と呼ばれるコア原子またはイオンと、配位子または錯化剤と呼ばれる一連の結合分子またはイオンで構成されます。配位錯体は、多くの金属含有化合物、特に遷移金属を組み込んだ化合物に見られます。 [Cu(NH3)4] は 2 つの例です。 Ni(CO)4; SO4.

配位化合物には、ビタミン B12、ヘモグロビン、クロロフィルのほか、有機分子の合成に使用される染料、色素、触媒が含まれます。

生物は、天然に存在する配位分子を必要とします。生物系において、金属錯体はさまざまな重要な役割を果たしています。金属錯体 (金属酵素) は、生物学的プロセスを調節する天然の触媒である多くの酵素に見られます。たとえば、消化不良に重要な加水分解酵素であるカルボキシペプチダーゼは、タンパク質の複数のアミノ酸残基に配位した亜鉛イオンを持っています。鉄ポルフィリン複合体を組み込む別の酵素は、過酸化水素の分解のための優れた触媒であるカタラーゼです。ヘモグロビンには鉄-ポルフィリン複合体も含まれており、酸素輸送体としてのその機能は、酸素分子を可逆的に調整する鉄原子の能力に依存しています。

光吸収によって引き起こされる電子遷移は、遷移金属錯体の美しい色合いを提供します。その結果、それらは顔料として頻繁に使用されます。 d -d 遷移または電荷移動バンドは、有色金属錯体に関連する最も一般的な遷移です。 d – d 遷移は、部分的に満たされた d 軌道錯体 (d1 – 9) でのみ発生します。これは、金属上の d 軌道の電子が光子によって刺激されて、より高いエネルギーの別の d 軌道になるためです。それにもかかわらず、電荷移動は、d–d遷移がそうでない場合でも、d0またはd10構成の複合体で考えられます。電子は、電荷移動バンド (金属から配位子への電荷移動または MLCT) で、金属ベースの軌道から空の配位子ベースの軌道に昇格します。配位子ベースの軌道内の電子が空の金属ベースの軌道に励起されることも発生します (配位子から金属への電荷移動または LMCT)。

配位複合体の性質

このサブセクションでは、配位化合物の一般的な特性について説明します。

遷移元素によって生成された配位化合物に不対電子が存在すると、配位化合物が電子遷移中に光を吸収した結果として着色されます。鉄 (II) 錯体などの鉄 (III) を含む配位化合物の例は、緑色または薄緑色ですが、鉄 (II) を含む配位化合物は茶色または黄褐色です。

配位中心が金属の場合、配位中心に不対電子が存在するため、関連する配位錯体は磁性を示します。

複雑な分子は、配位子が存在する結合に応じて、分子の変換において触媒として、または触媒および化学量論的触媒として機能する可能性があります。

複合体はさまざまな可能な反応性を示します:

電子移動

内球と外球の電子移動は、金属イオン間の電子移動の 2 つの異なるプロセスです。架橋配位子は、内圏反応で ET のチャネルとして機能します。

(縮退) リガンド交換

縮重リガンド交換の速度は、反応性の重要な尺度です。不安定な複合体は、リガンドが放出されてすぐに回復する複合体です。熱力学的に、このような不安定な化合物は非常に安定しています。不安定な金属錯体は通常、低電荷 (Na+)、配位子に関して d 軌道に反結合電子 (Zn2+) を含むか、共有原子価 (Ln3+、Ln は任意のランタニド) を欠いています。高スピン構成と低スピン構成が利用できる場合、金属錯体の不安定性も同様に影響を受けます。その結果、高スピンの Fe(II) と Co(III) は不安定な錯体を形成しますが、低スピンの等価物は不活性です。その高い形式酸化状態、M-L 反結合性軌道に電子が存在しないこと、および d3 配置に関連するいくつかの「配位子場の安定化」のために、Cr(III) は低スピン状態 (カルテット) でのみ存在できます。

配位化合物の応用

冶金学では

(a) ジシアノ銀酸塩やジシアノ金酸塩などのシアン化物錯体の生成により、銀や金などの貴金属を鉱石から回収できます。

(b) 金属配位錯体の形成とその後の分解は、金属の精製に使用できます。

ニッケルは、一酸化炭素と反応してテトラカルボニルニッケル (0) を生成することによって精製できます。この揮発性化合物は、熱分解して純粋なニッケルを生成することができます。

生物系

(a) 酸素運搬体として機能する血中の赤い色素であるヘモグロビンは、鉄配位複合体です。

(b) 金属錯体は、生物学的プロセスを支配する多数の酵素に見られます。

カルボキシペプチダーゼは、タンパク質を加水分解するプロテアーゼ酵素であり、多くのアミノ酸残基に共有結合している亜鉛イオンを含んでいます.

産業プロセスで

(a) 四塩化チタンとトリエチルアルミニウムの混合物であるチーグラーナッタ触媒は、エテンの重合に利用されます。

(b) アルケンの水素化には錯体金属触媒が使用されます。

分析化学分野

(a) 複合体の形成は、定性的調査方法を使用したほとんどの無機イオンの同定と分離において重要です。

(硫酸銅溶液をアンモニア水と組み合わせると、水に溶ける濃い青色の錯体が生成されます。)このプロセスを使用して、塩中の銅イオンが検出されます。

(b) EDTA のナトリウム塩による滴定は、水の硬度を決定するために使用されます。硬水中のカルシウムおよびマグネシウムイオンは、マグネシウム EDTA およびカルシウム EDTA と呼ばれる安定した複合体を形成します。マグネシウムとカルシウムの EDTA 複合体の安定定数は異なるため、これらのイオンを選択的に計算できます。

結論

FeCl4- イオンと CrCl3 6NH3 は、遷移金属に結合または配位したイオンまたは分子を含むため、配位化合物と呼ばれます。それらはルイス酸塩基錯体であるため、錯イオンまたは配位錯体としても知られています。リガンドは、遷移金属イオンに結合してこれらの錯体を生成するイオンまたは分子です (ラテン語で「結合または結合する」から)。配位数は、遷移金属イオンに結合した配位子の数を指します。配位錯体は、コア金属原子が非金属原子または配位子と呼ばれる原子団に囲まれ、化学的に結合している化学構造です。配位化合物には、ビタミンB12、ヘモグロビン、クロロフィル、染料、顔料、有機物合成の触媒などがあります。配位化合物は、冶金、医療用キレート剤、化学分析、触媒、洗剤など、今日さまざまな分野で使用されています。配位共有結合を介して金属イオンコアと配位子が結合した錯イオンは、配位化合物として知られています。

配位化合物