生物无机化学3-配位化学原理
专题讲座3配位化合物研究方法
配位化合物研究方法配位化合物简称为配合物，有时也叫络合物，是指中心金属与可给出电子对或多个不定域电子的物种以配位键形成的化合物。
配位化合物的存在范围极为广泛，在生产生活中起着重要作用。
对它的研究，形成了无机化学的一个重要分支学科——配位化学，并成为引人瞩目的化学领域之一。
对配合物的研究，现在已经有很多方法，这里介绍常见的几种。
1..热分析技术热分析是研究物质随温度变化所发生的物理化学过程以及相应产生的状态变化的一种方法。
这种分析方法应用甚广，国际热分析学会（成立于1965年，简称IOTA ）于1977年对热分析作了如下定义：热分析是在程序控制温度下测量物质的物理性质与温度关系的一类技术。
化合物包括配合物以及材料相，在受热过程中，会发生许多物理变化，譬如熔化、升华和蒸发以及晶型转变，还会发生化合物分解等化学过程，这些过程会伴有热效应；而物理和化学过程中若产生逸出气体，则会发生质量变化。
相应就形成了热分析技术：(1). 示差扫描量热法(DSC)、(2)差热法(DTA)，(3).热重法(TG) (包括微分热重(DTG))。
因此，借助热分析技术可以获得化合物的热稳定性以及热分解反应的许多信息，包括测定熔点、沸点或升华温度，也可以测定多晶转变温度以及热分解过程的揭示。
近年来随着电子技术的发展使这个方法向微量、快速等方面发展，还形成了多种技术联用仪器，包括TG/DSC 同步仪器以及逸出气体的红外、拉曼光谱以及色谱分离联用仪器，使得应用领域逐渐扩大。
图3.1给出了同步热分析仪获得的CaC 2O 4·2H 2O 的热分析图谱，其中包括TG 、DTG 和DSC 三条曲线。
图3.1 CaC 2O 4·2H 2O 的热分析曲线(1) TG 和DTG 曲线 热重分析是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。
热重法实验得100 200 300 400 500 600 700 .800ΔE /μV3.02.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0-2-4-6-8-10ΔG /m g DSC TG DTG到的曲线称为热重(TG)曲线。
无机化学中的配位化合物
无机化学中的配位化合物无机配位化合物是指由中心金属离子或原子与周围配体形成的稳定化合物，其中配体可以是有机分子、无机物以及某些复杂的大分子。
这些化合物在化学、材料和生物领域具有广泛的应用。
本文将对无机化学中的配位化合物进行详细介绍。
一、配位键的形成在配位化合物中，中心金属离子通过与配体的配位键结合在一起。
配位键可以是共价键，也可以是离子键。
在共价配位键中，金属离子与配体共享电子对，形成共有的化学键。
而离子配位键中，金属离子通过吸引配体上的电子形成离子键。
二、常见的配体在配位化合物中，各种不同的配体可以与中心金属离子形成配位键。
常见的配体包括一价的阴离子（如Cl-、Br-、I-）、二价的阴离子（如O2-、OH-）以及有机分子（如NH3、CO、CN-等）。
这些配体的不同基团和电性决定了它们与金属离子之间的相互作用方式和配位键的强度。
三、配位化合物的结构配位化合物的结构可以是简单的一对一结构，也可以是复杂的多中心配位结构。
在一对一结构中，一个中心金属离子配位于一个配体上。
而在多中心配位结构中，一个或多个中心金属离子与多个配体形成配合物。
四、配位化合物的性质配位化合物的性质受到配体和中心金属离子的影响。
配合物的颜色、溶解度、稳定性以及一些化学反应都与配体和金属离子的性质密切相关。
例如，某些过渡金属离子与氮、氧等电负性较高的配体形成的配合物具有较强的酸性；而某些具有大的络合度的配合物则具有较好的溶解性和稳定性。
五、应用无机配位化合物在化学、材料和生物领域具有广泛的应用。
在催化剂中，配合物的金属离子可以提供活性位点，从而促进化学反应的进行。
在生物医学中，金属配合物可以用作药物，通过与特定的生物分子相互作用来治疗疾病。
此外，配位化合物也广泛应用于材料科学领域，用于制备光电材料、磁性材料、液晶材料等。
六、进展与展望近年来，随着科学技术的不断发展，无机化学中的配位化合物在结构设计、属性调控以及应用领域方面取得了许多重要的进展。
无机化学中的配位化学
无机化学中的配位化学无机化学是化学的一个分支，研究的是无机物质的性质、合成、结构和反应。
而无机化学中的配位化学则是其中一个重要的领域，研究的是配合物的性质和反应机理。
一、什么是配位化学？配位化学是指研究配合物的化学性质、结构和反应机理的一门学科。
配合物是由一个或多个叫配体的化学物质和一个中心离子或原子团通过配位键结合而成的。
二、配合物的基本结构在无机配位化学中，有一些基本的配合物结构，以下是其中几种常见的：1. 八面体型配合物八面体型配合物的一种常见形式是指一个中心金属离子被六个配体包围而成。
这种配合物包括了一些过渡金属物质，比如八面体的铁离子（Fe2+），铬离子（Cr3+）和钴离子（Co3+）等等。
2. 四面体型配合物四面体型配合物的中心离子被四个或更少的配体包围而成。
例如一个中心钴离子（Co2+）被四个氨分子包围而成的结构。
类似的四面体型配合物还包括了许多其他的过渡金属离子。
3. 矩形双桥型分子矩形双桥型分子是指由一个或多个金属中心和一个或多个桥联的配体组成的化合物。
这种化合物经常被用作催化剂。
4. 端基配位端基配位是指配体的一个原子与金属离子形成了一个配位键，而其它的配体分子则不与之配位。
这种结构的一个例子是钴离子与四个水分子和一个氯离子形成的结构。
以上这些结构只是无机配位化学中的几个例子，实际上在无机化学中还有许多其他的配合物结构。
了解这些结构的特点，可以帮助我们更好地了解配合物的性质和反应机理。
三、配位化学的应用无机配位化学有着广泛的应用，例如在工业、农业和医学等领域。
以下是其中的一些例子：1. 工业应用无机配位化学在工业生产中有着广泛的应用。
例如，许多催化剂都是配合物，它们被广泛地应用在成本高昂和复杂的化学反应中。
此外，许多电池和太阳能电池中也使用了配合物。
2. 农业应用农业领域中，配位化学也扮演着重要的角色。
例如，许多农药和肥料都是由稳定的配合物构成的。
3. 医学应用医学领域中，配位化学也有着广泛的应用。
大学无机化学经典课件第三、四章配位化学
CH2NH2
H2CNH2
NH2CH2
CH2NH2
H2CNH2
NH2CH2
Cu
Cu2+的配位数等于4。
例如：
2+
螯合物
乙二胺四乙酸根 EDTA（Y4－）
乙二酸根（草酸根）
2–
O O C C O O
• •
• •
4–
• •
• •
• •
3. 浓度：一般[配体]增大，配位数增加
4. 温度：温度增加，配位数增大
[AlCl4]- [AlF6]3-
、配位化合物的命名 1 外界是负离子，简单酸根离子（Cl-）， “某化某” 2 外界负离子是复杂酸根（SO42-）“某酸某” 3 外界为正离子（H+，Na+）， “某酸某” （某酸/钠）
[Ag(NH3)2]+ [Cu(NH3)2]+ [Cu(CN)4]3- [Cu(NH3)4]2+ [Zn(NH3)4]2+ [Cd(CN)4]2- [Fe(CO)5] [FeF6]3- [Fe(CN)6]3- [Fe(CN)6]4- [Fe(H2O)6]2+ [MnCl4]2- [Mn(CN)6]4- [Cr(NH3)6]3+
烯羟配合物：配体为不饱和烃类的配合物。
一、几何异构现象
二、旋光异构现象---对应异构现象
三、其他异构
2.2 配合物异构现象
2.2 配合物异构现象
异构现象： 配合物的化学组成相同而原子间的联结方式或空间排列方式不同而引起性质不同的现象。
配合物的空间构型虽五花八门，但基本规律是:
(1) 形成体在中间，配位体围绕中心离子排布 (2) 配位体倾向于尽可能远离，能量低，配合物稳定
配位化学与配合物的性质
配位化学与配合物的性质在化学领域中，配位化学是一个重要的研究方向，与之相关的配合物又是一个关键概念。
配位化学研究着重于探究金属离子与其周围配体之间的相互作用，从而形成稳定的配合物。
本文将介绍配位化学的基本原理以及配合物的性质。
一、配位化学的基本原理配位化学的核心概念是配位键的形成，即金属离子与配体之间形成的化学键。
在配位化学中，金属离子作为电子受体，配体则是电子给体。
配体通常是具有多个配位原子的有机或无机化合物，能够通过配位键与金属离子相连。
配位键的形成取决于多种因素，其中最主要的是配体的硬度和软度。
硬配体通常是电子密度较小的配体，如氨和水等，能够形成较强的配位键。
而软配体则具有较高的电子密度，如氯离子和硫化物离子等。
硬度和软度的概念由国际学术界的生物无机化学家Pearson提出，对于理解配位化学的基本原理至关重要。
二、配合物的性质配合物具有多种特殊的性质，这使得它们在诸多领域中具有广泛的应用。
以下将介绍配合物的稳定性、结构和磁性等方面的性质。
1.稳定性：配合物的稳定性取决于金属离子的电荷、大小以及配体的硬度和软度等因素。
一般来说，大部分配合物都是稳定的，但在特定条件下，一些配合物可能会发生配位键的解开和形成。
这种配位键变化的过程称为配位动力学，对于了解配合物的反应机制至关重要。
2.结构：配合物的结构通常由配位数和配位几何排列确定。
配位数指的是配体与金属离子形成的配位键数目，常见的有四配位、六配位等。
而配位几何排列则是指配体围绕金属离子形成的空间排布，如四方形平面、八面体等。
3.磁性：配合物的磁性是由其中的金属离子所决定的。
根据金属离子的未配对电子数目，配合物可分为高自旋和低自旋两种类型。
高自旋配合物具有较多的未配对电子，磁性较强；低自旋配合物则相反。
这些磁性特征使得配合物在磁共振成像等方面具有重要的应用。
除了上述性质外，配合物还具有颜色变化、化学活性以及生物活性等特点，使得它们在材料科学、生命科学以及环境科学等领域中得到广泛应用。
无机化学实验报告
无机化学实验报告（二）引言概述：在本次实验中，我们将探究一些基础的无机化学实验，包括盐类反应、氧化还原反应、酸碱滴定等内容。
通过实验的进行，我们将深入理解和掌握无机化学实验的基本原理和实验技巧。
正文内容：一、盐类反应1. 盐的定义及特性- 盐的定义：盐是由阳离子和阴离子组成的化合物。
- 盐的特性：盐具有晶体结构、熔点高、易溶于水等特性。
2. 盐的化学反应- 酸碱反应：当酸与碱反应时，产生盐和水。
- 氧化还原反应：某些金属与非金属元素发生化学反应，生成盐。
- 沉淀反应：通过两种溶液反应生成难溶沉淀物。
二、氧化还原反应1. 氧化还原反应的基本概念- 氧化：物质失去电子。
- 还原：物质获得电子。
2. 氧化还原反应的判别方法- 电子转移：观察反应中是否有电子转移。
- 氧化数变化：观察氧化物和还原物的氧化数变化。
3. 氧化还原反应的应用- 电池：利用氧化还原反应产生电能。
- 腐蚀：金属在环境中发生氧化还原反应，造成金属腐蚀。
- 防腐剂：利用氧化还原反应防止物质的腐蚀。
三、酸碱滴定1. 酸碱滴定的原理- 酸碱滴定根据酸碱中和反应进行。
- 滴定指示剂的选择是酸碱滴定的关键。
2. 酸碱滴定的操作步骤- 准备滴定溶液及标准溶液。
- 滴定操作过程中的注意事项。
3. 酸碱滴定的应用- 测定酸和碱的浓度。
- 酸碱滴定在药物分析中的应用。
- 酸碱滴定在食品加工中的应用。
四、离子溶液的性质1. 强电解质和弱电解质- 强电解质在水中完全离解，产生多少溶液中就有多少离子。
- 弱电解质在水中只部分离解。
2. 离子溶液的电导性- 观察离子溶液的电导性，可以判断其含有的离子种类和浓度。
3. 离子在溶液中的活度- 离子的活度是指其在溶液中实际的化学活性。
- 离子的活度系数可以根据离子间相互作用力来估算。
五、配位化学1. 配位化学的基本概念- 配位化学研究复杂离子或分子中的中心金属离子与周围配体之间的配位键。
- 配位化合物具有独特的性质和结构。
无机化学中的配位化学和络合反应
无机化学中的配位化学和络合反应配位化学和络合反应是无机化学中的重要概念，也是无机化学研究和应用的基础。
本文将从配位化学与络合反应的定义和基本理论出发，结合实际应用，探讨它们的重要性和相关进展。
一、配位化学配位化学是无机化学的一个重要分支，研究的是形成配合物的原理和配位体的性质、结构、反应等基本问题。
在无机化学中，配合物是指以中心原子（通常是金属离子）为核心，围绕着它的配位体构成的一种复合物。
配位体是指与中心原子通过配位键相连的原子、离子、分子或键合基团。
1. 配位键配位键，也叫配位作用，是指配位体与中心原子的相互作用。
配位键形成的能力在化学上通常用配合物的稳定性来衡量。
形成配位键的主要力有电等效作用（即配体中的每个原子都具有局部电荷），配位作用（共用原子轨道），范德华力等。
2. 配位数配位数指一个中心原子周围形成配合物的配位体个数。
一般来说，金属离子的配位数通常是6、4或5。
其中，6配位体分别位于八面体的八个顶点，4配位体分别位于四面体的四个顶点，5配位体分别位于三棱锥的五个棱角位置。
3. 配合物的结构配合物的结构决定了它们的性质和功能。
常见的配合物结构有正方体、八面体、四面体和三棱锥等。
其中，正方体和八面体是最常见的配合物结构类型，分别对应着6和8配位的情况。
4. 配合物的性质配合物有许多独特的性质，如：（1）配合物的共价键通常是极性的。
（2）配合物可以通过对称性分析进行分类，如在八面体结构中，依据对称中心的多少可以分为两类：正八面体和扭曲八面体。
（3）配合物的色彩多种多样，如黄色、绿色、蓝色、紫色等，其中色彩变化与金属离子的氧化态、配位体、配位数和配位环境等有关。
二、络合反应络合反应是指配位体与中心离子或原子通过配位键相互作用，形成配合物的反应。
络合反应通常可分为配位反应和溶解度反应两类。
1. 配位反应配位反应是通过配位体形成配位键和配合物的化学反应。
配位反应中的反应物有两类，分别是金属离子和配位体。
无机化学中的配位化学
无机化学中的配位化学一、引言无机化学是化学的一个重要分支，研究的是不包含碳氢键的化合物。
在无机化学中，配位化学是一个重要的研究领域，主要关注于配位化合物的合成、结构及性质等方面。
本文将介绍无机化学中的配位化学的概念、基本原理以及应用。
二、概述配位化学是研究配位化合物的合成、结构以及配位离子与配体之间的相互作用的学科。
配位化合物是由一个或多个配位离子与一个或多个配体通过配位键结合而成的化合物。
配位离子通常是过渡金属离子，而配体则是能够提供一个或多个孤对电子的分子或离子。
三、配位键的形成配位键是配位离子与配体之间形成的一种特殊化学键，其中孤对电子从配体转移到配位离子上。
配位键的形成是通过配位离子的空轨道与配体的配对电子的协同作用而实现的。
配位键的形成使得配位化合物具有特殊的结构和性质。
四、配位化合物的合成配位化合物可以通过多种方法合成，其中最常用的方法包括配位反应和配体置换反应。
配位反应是指在一个配位离子周围形成化学键的过程，通常涉及金属离子的配位数的变化。
配体置换反应是指将一个配体与一个配位离子置换的反应，通过这种反应可以得到具有不同配位离子的配位化合物。
五、配位化合物的结构配位化合物的结构非常多样，其中最常见的是配位数为6的八面体和配位数为4的平面四方体。
配位化合物的结构对其性质起着重要的影响，例如，八面体配位化合物通常具有高度的对称性和抗溶剂化能力。
六、配位化合物的性质配位化合物具有许多特殊的性质，例如，具有不寻常的磁性、发光性和催化性能等。
这些性质的出现往往与配位化合物的结构和配合物之间的相互作用密切相关。
七、应用领域配位化学在许多领域都有着广泛的应用。
在医学上，配位化合物可以用于制备药物或作为医疗影像剂。
在材料科学中，配位化合物可以用于制备光电材料、催化剂和磁性材料等。
此外，配位化学还在环境保护、能源储存和转化以及生物学等领域发挥着重要的作用。
八、结论配位化学作为无机化学的重要分支，研究了配位化合物的合成、结构和性质等方面。
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Ni(NH3)6
2+
+ 3 en
K = 109.7 ΔG= -13.6 Kcal/mol
Ni(en)3
2+
+ 6 NH3
β6 =
2+ Ni(NH3)6 [Ni2+][NH3]6
= 108.6
β3 =
2+ Ni(en)3 [Ni2+][en]3
= 1018.3
例：螯合解毒剂 氨羧螯合剂
Soft Acids
heavy metal ions insoluble chlorides chemically inert fairly electronegative (1.9 - 2.54) large size (> 90 pm) low charge (+1 or +2)
Hard Acids
Hard Bases
O, F donor atoms very high electronegativity r ~ 120 pm typical examples are sulfate, carbonate, silicate, acetate, alcohols, ketones
软硬酸碱规则的应用举例: 200页 BAL(巯基配体)解除As、 Hg、Sb、Au中毒
第三章 生物无机化学体系中的 配位化学原理
金属离子, 尤其是过渡金属离子与生物分子的 相互作用一般都具有配位化学特征, 可用配位 化学方法进行理论和实验研究 探针 模拟
ActivBiotics 2008年3月宣布，其用于预防由于化疗或放疗导致的口腔黏膜炎（OM）药物M40403已 被FDA指定为罕见病用药，它主要通过靶向作用于预示产生OM的早期炎症通路而发挥疗效，具有极 大的开发潜力。 口腔黏膜炎是患者在接受化疗或放疗过程中最常见的副作用，也是导致患者早期治疗中断的主要原因。 近一半的癌症患者在治疗过程中会出现口腔粘膜炎，其中90%为实体肿瘤病人。尽管口腔粘膜炎药品 市场价值仅为10-20亿美元，但目前可选的治疗药极少，尚有很大的发展空间。 M40403为小分子药物，可模拟细胞成分（超氧化物歧化酶）的作用。氧化物歧化酶在炎症早期可发 挥双重药理作用：第一种是减轻炎症症状；第二种是减少程序性死亡的细胞数量。动物实验结果显 示，M40403对急性辐射导致的口腔粘膜炎有较好的疗效。该药进行了一系列的I-II期临床实验，共进 行了700项研究，实验证明它安全性和耐受性都比较好。 A nonpeptidyl mimic of superoxide dismutase, M40403, inhibits dose-limiting hypotension associated with interleukin-2 and increases its antitumor effects. Nature Medicine 9, 750-755 (2003) Synzyme: potent non-peptidic agents against superoxide-driven tissue ingury. Science 286, 304-306 (1999)
most metals electronegativity between 0.7 and 1.6 small (<90 pm) often highly charged (3+ or higher)
Soft Bases
C, P, As, S, Se, Te, Br, I donor atoms electronegativity between 2.1 and 2.96 radius > 170 pm
晶体场稳定化能
Crystal Field Stabilization Energies (CFSE) as a Function of Electron Count and Spin State
不同金属的稳定性大小比较
[Fe(H2O)6]2+ 顺磁性
[Fe(CN)6]4反磁性
血红蛋白是一种Fe2+－卟啉－蛋白质混合配体配合物, 八面体构型：
晶体场理论
Crystal Field Theory (CFT) 静 电 作 用
Octahedral complex: point charge ligands and the 3d orbitals
Orbitals pointed directly at ligands, higher in energy
脱氧血红蛋白 氧合血红蛋白
顺磁性 反磁性
高自旋 低自旋
软硬酸碱规则判断稳定性 Hard-Soft Acid-Base Concepts
Hard Lewis acids tend to combine with hard Lewis bases, and soft Lewis acids tend to combine with soft Lewis bases The important properties to consider in the classification of Lewis acids and bases are electronegativity, size and charge. 硬亲硬，软亲软，软硬交界就不管 软亲软，硬亲硬，软硬结合不稳定
影响的因素
中心离子的电荷——同系列者电荷增大，Δ增大 中心离子的周期——同族同电荷者，周期数增大，则 Δ明显增大 重金属 配体性质——光谱化学序列 Spectrochemical Series I- < Br- < S2- < SCN- ~Cl- < F- < OH- ~ห้องสมุดไป่ตู้ONO- ~ HCOO- < C2O42- < H2O < NCS- < edta4- < NH3 ~ py ~ en < bpy < phen < NO2- << CN- ~ CO
Stability of transition metal coordination complexes
Chelate Effect: Metal complexes of Chelate Effect: Metal complexes of polydentate ligands are in general more polydentate ligands are in general more stable than those containing an equivalent stable than those containing an equivalent number of monodentate ligands. number of monodentate ligands. Macrocyclic Effect: For a particular metal ion Macrocyclic Effect: For a particular metal ion complexes with macrocyclic ligands are more complexes with macrocyclic ligands are more stable than those with polydentate open stable than those with polydentate open ligand chains containing an equal number of ligand chains containing an equal number of equivalent donor atoms. equivalent donor atoms.
光谱化学序列解释？ 反馈π键
CN-、CO中毒
Crystal Field Stabilization Energy (CFSE)
Δo
Δo
Weak field Δo < P (pairing energy) High spin
Strong field Δo > P (pairing energy) Low spin
Metal in center
Ligands at corners
Orbitals not pointed directly at ligands, lower in energy
Splitting of the 3d orbitals
Δo = E(eg) – E(t2g) = 10 Dq
2 E(eg) + 3 E(t2g) = 0 E(t2g) = -4Dq = -0.4 Δo E(eg) = 6Dq = 0.6 Δo