配位化学中科院有机金属配合物

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(1)经典配合物违背18e规则的较多.
电子填充的轨道: 场强时:a1g
t1u 12e eg t2g 18e
场弱时:eg* 22e
(2)金属有机配合物大多遵从18e规则.
*
电子填充的成键轨道:
t2g
t2g 有键
a1g
t1u eg
18e
t2g
(3) EAN=16的均为d8组态 Rh(I), Ir(I), Pd(II), Pt(II)的配合物 平面正方形结构
M的轨道: s px py pz dx2-y2 dz2 dxy dxz dyz
非键轨道 8个轨道成键,可填16e。
(4)由于立体效应不符合EAN规则。
例:V(CO)6 5 + 6 2 = 17e 预料其二聚体稳定 但实际上 V2(CO)12 不如V(CO)6稳定
原因:当形成V2(CO)12时,V的配位数变为7,配体 过于拥挤,配体之间的排斥作用超过二聚体 中V-V的成键作用。 所以,最终稳定的是V(CO)6而不是二聚体。
(3)化学性质
环上可进行各种反应,不破坏金属与环的化学键. 如:Friedel-Crafts 酰化反应和金属化反应等。
Fe
H3PO4
(CH3CO)2O
COCH3 Fe
LiBu + Fe(C5H5)2
Li
Fe
+ C4H10
2. 二苯铬
(1)结构:夹心结构,成键方式类似于二茂铁。
二苯铬的结构
(2)性质:
(3) 要有适宜的配体 π配体易形成金属原子簇化合物, 如: CO、NO、Pph3等。
2. M-M键存在的判据
(1) 对于双核而无桥基配体连接的原子簇,若实 验证明确实无桥基连接就可断定一定存在金属键。
(2)若多核配合物的磁性 < 单核配合物,可认为 可能形成了M-M键。
(3)若M-M键能 > 80 kJ/mol,可认为形成了MM键。
(2)对于配阴离子或配阳离子,应加上或减 去电荷数。
例: [Co(CO)4]-: 9 + 8 + 1 =18e
[Mn(CO)6]+ : 7 + 6 2 - 1 =18e
(3)对于含M-M或桥联基团M-CO-M的配合物
如: Fe2(CO)9
OC
O C
O C
CO
Fe
OC
C
OC
O
Fe CO
CO
每个Fe周围的电子数: 8 + 2 3 + 4 =18e
3. EAN规则的应用 (1)预计羰基化合物的稳定性 稳定的结构是18e或16e结构
例:[Mn(CO)5] 电子总数 = 7 + 5 2 =17 所以该配合物不稳定。
可通过3种方式得到稳定:
a. 从还原剂夺得一个电子成为阴离子
+e [Mn(CO)5]
[Mn(CO)5]
b. 与其它含有1个电子的原子或基团以共价键结合
CO CO CO CO
例2: Ir4(CO)12 每个Ir周围的电子数= (9× 4 + 2×12)4 = 15
按EAN规则, 每个Ir还缺三个电子 每个Ir必须形成3条M-M键方能达到 18e 的要求
OC CO CO
Ir
OC
CO
OC Ir
Ir CO
OC
Ir
CO
OC
CO
CO
四面体原子簇的结构
4. 对EAN规则需注意的几点:
+ Cl·
[Mn(CO)5]
[Mn(CO)5Cl]
c. 彼此结பைடு நூலகம்生成二聚体
2 [Mn(CO)5]
Mn2(CO)10 存在M-M键
(2)预测反应的产物
例1: Cr(CO)6 + C6H6 → ?
6e给体 可取代 3 个CO 预期产物为: [Cr(C6H6)(CO)3] + 3CO 例2:Mn2(CO)10 + Na → ?
如:
(OC)4M
H2C CH
H2C
H2C CH
H2C Ni CH2
HC CH2
第五节 金属环多烯配合物
这类配合物都有夹心型结构,即过渡金属 原子夹在两个环烯配体之间,因而被戏称为 Sandwich compound(三明治化合物,夹心面 包)。
Ni
Cr
Fe
Mn
Ni
其中最典型的是二茂铁和二苯铬。
1. 二茂铁 (1)结构:重叠型和交错型两种构型。
EAN法则的另一种说法: 18电子和16电子法则
M外层和次外层电子数 + L电子数
2. EAN的计算
(1)每个L提供的电子数(电子计数法):
CO, R3P R3As Cl- Br- H- R- Ar- 2e NO 3e NO+ 2e
游离基: ·CH3 ·CH2R ·Cl ·Br 1e
η2-乙烯:
同族:生成配合物的倾向逐渐增强。
2. 蔡斯盐(Zeise盐)
K [PtCl3(C2H4)]·H2O
K[Pt(C2H4)C13]的结构
结构特点:
(1)配位的乙烯分子垂直于分子平面; (2)配位的乙烯分子中C-C键 (1.37Å)比自由乙烯分子中C-C键 (1.337Å)明显增长;
(3)乙烯中2个C与Pt的距离相等; (4)配位的乙烯分子为非平面构型,4个氢原子有 向外移动的趋势。
2Mn(CO)5Cl
Fe(CO)5 + Br2
Fe(CO)4Br2 + CO
*取代反应
Fe(CO)5 + PPh3 Mo(CO)6 + BrFe(CO)5 + 2NO
(Ph3P)Fe(CO)4 + CO Mo(CO)5Br- + CO Fe(CO)2(NO)2 + 3CO
注意: NH3, NCl3, PCl5 和 AsCl5不取代CO.
*易形成金属羰基阴离子
Fe(CO)5 + 3NaOH
Na+[HFe(CO)4]- + Na2CO3+ H2O
Fe2(CO)9 + 4OH-
[Fe2(CO)8]2- + CO32- + 2H2O
Cr(CO)6
Na/Hg Boiling THF
Na2[Cr(CO)5] + CO
* 氧化加成
Mn2(CO)10 + Cl2
状态:棕黑色固体 m.p. 284-285℃. 溶解性:与二茂铁相似. 稳定性:热稳定比二茂铁差,
易被氧化成 Cr(C6H6)2+阳离子。
化学性质:与二茂铁相似.
第六节 金属原子簇化合物
3个金属原子直接键合而成的化合物 简称原子簇(Cluster),或簇合物。 金属-金属键是簇合物的重要标志
1. 形成M-M键的条件
2e; η4-丁二烯:
4e
η5-环戊二烯: 5e; η6- 苯:
6e
例1:Fe(CO)4H2
Fe2+
6e
4CO 4×2=8e
+) 2H- 2×2=4e
18e
例2:Mn(CO)4(NO)
EAN = 7 + 2 4 + 3 =18e
例3:Fe(CO)2(5-C5H5)(1-C5H5)
EAN = 8 + 2 2+5+1=18e
第三节 羰基配合物
1 . 概述 中心原子: VIB VIIB VIII族 种类:单核和多核 应用:催化剂, 制备纯金属……
2. 羰基配合物中的化学键
(1) 端基配位 多数情况
配键
反馈键
协同成键作用,生成的键称为-配键。
(2) 侧基配位
C M
O
CO中的电子填入 金属离子的空轨道
(3) 边桥基配位
(2)簇的结构中心是空的。
4. 金属簇合物的构型
根据所含金属原子及金属键的多少而采取不 同的结构。
知识延伸:
类羰基配体的有机金属配合物简介:
类羰基配体: N2, NO+, CN配位模式: 与CO相同 稳定性: < 羰基配合物
研究意义:生物固氮、合成氨的机理、 化学模拟生物固氮、 寻找合成氨的新型催化剂……
第四节 烯烃和炔烃配合物
1. 概述
中心原子:低价态,d电子多。 VIII族元素(为主) VIB VIIB IB的Cu IIB的Hg
Fe
重叠型 多存在于气相中
Fe
交错型 多存在于固相中
(2)物理性质:
状态:橙黄色晶体 m.p. 172.5-173℃, b.p. 249℃,100℃以上升华. 溶解性:不溶于水、10%NaOH 和 浓HCl;
溶于 HNO3、 浓 H2SO4、苯、乙醚、 乙腈和四氢呋喃中. 稳定性:对空气、湿气稳定, 470℃以下稳定, 但易被氧化成 Fe(C5H5)2+阳离子。
(1) 金属要有低的氧化态,一般为0或接近0。
价层轨道得以扩张,利于金属间价层轨道的充 分重叠,易形成M-M键。 (2) 第二、三系列过渡元素比第一系列更易形成M-M键。
由于3d轨道在空间的伸展范围小于4d 和5d。
如: M6X12, M = Nb, Ta;
M5簇,M = Mo, W; M2X82-, M = Tc, Re;
Fe
OC
CO
CO
C2H5 C2H5 Pb C2H5
CH2 Cl
Pt CH2
C2H5
Cl
Cl
定义之外的特例有:
K4[Fe(CN)6] 被认为不是金属有机化合物; RhCl(PPh3)3 被认为是金属有机化合物.
金属有机配合物的定义被扩展为:
包括硼、硅、磷和砷的金属化合物.
2. 金属有机配合物与经典配合物的比较
结构奇特; 化学键新颖; 重要的工业应用。
第二节 有效原子序数(EAN)法则
1. 有效原子序数(EAN)法则 effective atomic number
EAN = 中心原子的电子数 + 配体给予中心原子的电子数
有效原子序数(EAN)法则: 中心原子形成稳 仅跟在它后面的惰 定配合物的EAN = 性气体原子的序数
Mn:17e 可从Na夺得1个电子达到18电子结构 预期其产物为: Na+[Mn(CO)5]-
(3)预测分子中是否存在M-M键,推测结构。 例1:Mn2(CO)10 每个Mn周围的电子总数 = 7 + 5 2 = 17
所以Mn2(CO)10分子中存在M-M键
CO CO CO CO OC Mn Mn CO
成键情况:
K[Pt(C2H4)C13]的结构
Pt(Ⅱ): d 8 构型 4个空 dsp2 杂化
3个Cl-的孤对电子 1个乙烯分子的成键 电子
平面正方形结构
乙烯与金属离子间的化学键:
配键
三中心反馈配键
- 配键
3. 二烯和多烯配合物
CH—CH
CH2
Fe OC
CO
CH2
CO
OC
CO CO
Ru
Ru
OC
经典配合物
中心原子 氧化态
+2 或 > +2
配体
氨、卤素、 含氧酸根等
金属有机配合物
较低氧化态 -2 ,0,+1
不饱和有机分子 (烯烃、环戊二烯、 苯)、CO…
键型
配键
- 配键
3. 金C属O有机配合H2物C 中C的H2有机配体CR3
CO
H2C CH2
CR3
4. 金属有机化学发展历史
5. 金属有机化合物的重要性
第6章 金属有机配合物
主要内容: 1. 金属有机配合物简介 2. 有效原子序数(EAN)法则 3. 羰基配合物 4. 烯烃和炔烃配合物 5. 金属环多烯配合物 6. 金属簇配合物
第一节 金属有机配合物简介
1. 金属有机配合物(有机金属化合物)定义 含有至少1个M-C键的配合物。
例:
CO
OC
CO
Cr
(4) 若金属原子间的距离≤金属晶体中的距离, 可认为可能形成了M-M键。
3. 金属簇合物的结构特点
(1)以M骨架(多角形或多面体)为核心,周围 通过多种形式的化学键和 L 结合,骨架成键电子 以离域的多中心键形式存在。 M:同种金属、异种金属、非金属C、B、P…… L与M的结合方式:端基、线桥基、面桥基。
3. 金属羰基化合物的性质
(1) 物理性质
状态:Ni(CO)4, Fe(CO)5, Ru(CO)5, Os(CO)5 : 液体, 其余: 固体。
熔点低,易挥发,易溶于有机溶剂。
颜色:单体, 无色或浅颜色;聚体, 颜色较深。
稳定性:受热时容易分解为金属和 CO, 对空气和湿气敏感。
(2) 化学性质
cis-(C5H5)2Fe2(μ2-CO)2(CO)2
Cp
Co
OC
CO
CO
Co Cp
Co Cp
(Cp)3Co(CO)3
配位模式可由红外光谱数据(νc-o)确定 :
自由的CO: 2143 cm-1 端基配位M-CO: 1850~2120 cm-1 桥基配位μ2-CO: 1700~1860 cm-1 面桥基配位μ3-CO: 1600~1700 cm-1
CO
CO
和 Ru
OC CO CO
4. 炔烃配合物
tBu MC
C
tBu
Ph
Ph
CC
tBu C
Ni Ni
C
tBu Co
CO Co
OC CO CO
CO CO
Ni2(C5H5)2(PhC≡-CPh)
Co2(CO)6(tBuC≡CtBu)
5. 烯丙基配合物 ·CH2-CH=CH2
(1) 配键 如: (CO)5MnCH2-CH=CH2 (2) - 配键
配键
反馈键
用符号“2-CO”表示。
(4)面桥基配位
配键
反馈键
用“3 - CO”表示。
金属羰基化合物结构示例
OC
CO CO
CO OC
CO
CO
OC Fe
Fe CO OC Co
Co CO
OC
CO
CO OC
CO
CO
Fe2(μ2-CO)3(CO)6
Co2(μ2-CO)2(CO)6
CO
Fe
Fe
OC
CO CO
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