现代配位化学研究的领域及配位学的应用

现代配位化学的研究领域及配位化学的应用现代配位化学既有理论又有事实,它把最新的量子力学成就作为自己阐述配合物性质的理论基础, 也力图用热力学、动力学的知识去揭示配位反应的方向

和历程。

已经进入到了现代发展阶段的现代配位化学具有如下三个特点:

●从宏观到微观

现代配位化学进入到物质内部层次的研究阶段，也即进入了微观水平的研

究阶段。现在不只研究配位化合物的宏观性质，而且更重视物质微观结构的研

究即原子、分子内部结构特别是原子、分子中电子的行为和运动规律的研究，

从而建立了以现代化学键理论为基础的化学结构理论体系。

现代配位化学是既有翔实的实验资料又有坚实的理论基础的完全科学。

●从定性描述向定量化方向发展

现代配位化学特别是结构配位化学已普遍应用线性代数、群论、矢量分析、拓扑学、数学物理等现代的数学理论和方法了，并且应用电子计算机进行科学

计算，对许多反映结构信息及物理化学性能的物理量进行数学处理。这种数学

计算又与高灵敏度、高精确度和多功能的定量实验测定方法相结合，使对配位

化合物性质和结构的研究达到了精确定量的水平。

●既分化又综合,出现许多边缘学科

现代配位化学一方面是加速分化，另一方面却又是各分支学科之间的相互

综合、相互渗透，形成了许多新兴的边缘学科。

配位化学的地位

一、现代配位化学的研究领域

现代配位化学主要有七大活跃领域部分,分别为超分子化学、兀酸配休及小分子配体络合物、过渡金属有机络合物、金属原子簇络合物、络合催化、生物配位化学、富勒烯化学－老元素新发现（纳米材料）。

(一)超分子化学

超分子化学是研究两种以上的化学物种通过分子间力相互作用缔结而成为具有特定结构和功能的超分子体系的科学。简而言之，超分子化学是研究多个分子通过非共价键作用，而形成的功能体系的科学。

超分子化学是一门处于化学学科与物理、生命科学相互交叉的前沿学科。它的发展不仅与大环化学（冠醚、穴醚、环糊精、杯芳烃、富勒烯等）的发展密切相关，而且与分子自组装、分子器件和新颖有机材料的研究息息相关。从某种意义上讲，超分子化学将四大基础化学（有机化学、无机化学、分析化学和物理化学）有机地融合成一个整体。

1.分子识别

所谓分子识别是指主体（受体）对客体（底物）选择性结合并产生某种特定功能的过程，是分子组装及超分子功能的基础（锁与钥匙的关系）。

1). 冠醚的离子/分子识别

2). 杯芳烃的分子识别

杯芳烃是由苯酚单元通过亚甲基在酚羟基邻位连接而成的一类环状低聚物。由于其环状四聚体的DPK 分子模型在形状上与称作calix crater 的希腊式酒杯相似，因此将这类化合物称之为“杯芳烃”(calixarene).

O O O O O O O O 15-Crown-5O O O O O O

O

O O O O O O O O O O O O O 12-Crown-4

14-Crown-416-Crown-518-Crown-621-Crown-7

Fe

2. 分子组装

超分子化学的重要目标是研究组装过程以及组装体，并且通过分子组装形成超分子功能体系，以仿效自然，去开发与创造新的、功能可与天然体系媲美甚至优于天然体系的人工体系。研究开发智能分子器件与分子机器、DNA 芯片、靶向药物、程控药物释放、高选择性催化剂等。

分子组装一般是通过模板效应、自组装、自组织来实现。

(二) 兀酸配体及小分子配体络合物

“π酸配体及一些无机小分子配休络合物” , 着重介绍了18 及16 电子规则, 羰基络合物以及金属双氮、双氧等无机小分子配体络合物；

(三) 过渡金属有机络合物

“金属和过渡金属有机络合物”,着重介绍过渡金属有机络合物，含M 一C 多重键的络合物, 烯烃、炔烃和离域π碳环络合物。

其主要发展如下：

1827年就制得了第一个有机金属化合物Zeise 盐:

K 2[PtCl 4] + C 2H 4 K[Pt(C 2H 4)Cl 3] ＋KCl

1952年二茂铁的结构被测定;

近三、四十年本领域的发展十分迅速：

有6人因在本领域内的贡献而获诺贝尔奖金。

Wilkinson和Fisher由于在环戊二烯基金属化合物即所谓的夹心化合物的研究方面作出的杰出贡献而荣获了1973年的诺贝尔化学奖。

夹心化合物是一类结构特殊的化合物其中心金属原子位于两个环之间, 且与两个环上碳原子等距离。被戏称为“三明治”化合物(Sandwich Compound)。研究表明,金属离子与环通过强的大 键进行结合。这类化合物是富电子的,能发生许多亲电子取代反应。现已合成出几乎所有过渡金属的环戊二烯基化合物及与环戊二烯基化合物类似的二苯铬和二环辛四烯基铀等。

(四)金属原子簇络合物

“原子簇络合物”扼要介绍了硼烷、碳硼烷的结构和原子簇的骨架成键电子对理论(韦德规则) , 着重阐述了金属羰基簇合物, M一M多重键和Cotton 的金属一金属键理论。

1946年发现了Mo

6和Ta

6

的簇状结构, 1963年发现ReCl

12

3－含有三角形的

Re

3

簇结构, Re－Re之间存在多重键。

Mo6Cl64＋Ta6Cl122＋

Re3Cl123－

研究金属原子簇化合物有重大的理论意义和实际意义：

1)金属原子簇化合物大都具有优良的催化性能；

2)有的还具有特殊的电学和磁学性质；如PbMo

6S

8

在强磁场中是良好的超

导体；

3)某些含硫有机配体的簇合物有特殊的生物活性,是研究铁硫蛋白和固氮

酶的模型物；

4)金属原子簇化合物中的化学键又有其特殊性;研究表明金属不仅可以同

配位体而且也能同金属原子成键。

(五)络合催化

“络合催化”,着重介绍络合催化基本原理和四个效应。

(六)生物配位化学

“生物配位化学” ,着重讨论了生命化学的特点,血红蛋白和肌红蛋白, 维生素B12 和B12 辅酶,电子传递体,金属酶和铁的生物无机化学。重点是介绍配位化学基本概念在生化过程的应用及金属酶的模拟研究。

生物无机化学是最近十几年才发展起来的一门无机化学与生物化学之间的

边缘学科,是近来自然科学中十分活跃的领域, 其研究范围很广,包括:

1)应用无机化学的理论原理和实验方法研究生物体中无机金属离子的行

为,阐明金属离子和生物大分子形成的配合物的结构与生物功能的关系；

2)研究如何应用这些原理和规律为人类利益服务。

金属离子在生命过程中扮演着重要的角色: