第11.配位化合物的合成化学

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3 Ga 3HClO 4 6H 2 O [Ga(H 2 O) 6 ](ClO 4 )3 H 2 2
在非水溶液中也常用氧化金属法来制备配合物。铁和H(fod)在 3 乙醚中,氮气保护下回流即可得到配合物 Fe(fod) 。
3 Fe 3H(fod) Fe(fod) 3 H 2 2
[(CH3CO)2 CH]3 Cr 3C4H4O2 NBr [(CH3CO)2 CBr]3 Cr 3C4 H5O2 N
例如二乙酰丙酮合铬在冰醋酸中能迅速地同溴发生反 应,生成配合物
Ag(Ⅰ)Schiff 碱配合物的合成
席夫碱是氮原子与碳原子用双键连结形成的一类化合物。 席夫碱配体与过渡金属离子进行配位作用时具有更加灵活 的空间配位取向, 易得到新型结构的金属有机配合物。 配体L 的合成 向1,2-二(对氨基苯氧基)乙烷0.24 g(1 mmol)的20 mL 乙醇中缓 慢滴加0.21 g(2 mmol)的2-醛基吡啶,搅拌,加热回流10h,冷 却,旋蒸除去溶剂,用乙醇重结晶,过滤,真空干燥,得产 物0.27 g,
K2[PtCl4] +2en = [Pt(en)2]C12 + 2KCl K2[PdCl4] +2en = [Pd(en)2]C12 + 2KCl K2[Pt(en)2]C12 + 2HCl = K2[Pd(en)Cl2] + H2enCl2
取代反应中的反位效应 在研究和制备Pt(II)配合物的过程中,发现经过取代反应 以后得到的产物的几何构型(顺式和反式)可能与原来的配合
CH3N H2
11.2.3 配体上的反应与新配合物的生成 西佛碱、戊二酮、偶氮化合物配体和其活泼配体,配体上可发 生化学反应,导致新配合物的生成。
例如:制备三(3-溴代-2,4-戊酮)合铬(Ⅲ)时,将N-溴代丁二酰亚 胺加到丙酮合铬(Ⅲ)的氯仿溶液中,搅拌,加热,除去溶剂, 过滤产物在苯-4庚烷中重结晶即可。
低温下金属原子和配体的沉积和反应避免了配合物分子的 热分解。
在 MVS 法中最低共沉积温度是液氮温度 (77K) ,若要合成以克 计的含 N2,CO,NO和C2H4等配体的配合物是不可能的。 因为在 77K 时,这些配体不凝聚,而且金属原子在这类挥发 性配体中的扩散和凝聚过程远超过金属 - 配体间的配位反应, 所以在反应器壁上得到的是胶态金属。当体系温度低于配体 熔点的1/3时,基底上金属 -配体的配位作用超过金属的凝聚 作用。
例如把二酮CF3COCH2COCF3直接加到 ZrCl4 的 CCl 悬浊液中,加热回 流混合物直至无HCl放出,可得到锆的鳌合物:
4
CCl 4 /回流 ZrCl4 4CF COCH COCF [Zr(CF 3 2 3 3COCHCOCF 3 )4 ] 4HCl
有些配体(例如乙醛、吡啶、乙二胺等)本身就是良好的溶剂。 直接在乙氰溶液中进行。
2.3.2 由低氧化态金属氧化制备高氧化态金属配合物
过渡金属的高氧化态配合物多可由相应的低氧化态化合物经 氧化、配位制得。最常见的例子是由二价钴化合物氧化制备 三价钴配合物:
2CoCl2 2NH4Cl 8NH3 H2O2 2[Co(NH 3 )5 Cl]Cl2 2H2O
(4) 在室温下一个反应物是液体而另一个反应物是气体 如制备[BF3· OEt2] ,将液体乙醚和三氟化硼气体分别通入到一个被液氮 冷却的真空烧瓶中,慢慢加热烧瓶,发生反应
11.1.2 组分化合法合成新的配合物
把配合物的各组分按适当的分量和次序混和,在一定反应 条件下直接合成配合物。 二水合醋酸锌的吡啶饱和溶液经分子筛脱水,然后与吡咯、 吡啶醛、分子筛一起装入高压瓶中,脱气后,用油浴加热 到130~150℃,保温48h,冷却,过滤,用无水乙醇洗涤晶 体,风干,得到大环合锌紫色晶体。
(1)溶剂法-溶液中的直接配位作用: CuSO4· 5H2O + 4NH3 [Cu(NH3)4]SO4· H2O + 4H2O
CuSO 4 2K2C2O4 K 2 [Cu(C2O4 )2 ] K 2SO 4
CrCl3 + 3acac [Cr(acac)3] + 3HCl
CO(NH2 )2 H2O 2NH3 CO2
11.2.2 配体取代
在一定的条件下,新配体可以置换原配合物中一个、几个或全 部配体,得到新配合物。控制反应条件是提高产率的关键。 例如:
Ni(CO)4 4PCl3 Ni(PCl3 )4 4CO
在 CO2气氛中,无水条件下将三氯化磷加到羰基镍中,迅速搅拌, 待反应完全后过滤、干燥得取代产物。 如果配体被部分取代,就得到混和配体的配合物,例如:
向L (42.2 mg,0.1 mmol) 的三氯甲烷溶液(20mL)中,慢慢滴加 AgNO3(17.0 mg,0.1 mmol)的乙醇溶液,室温静置5 d 后得无色 透明晶体,过滤,真空干燥得47 mg 配合物1
配合物2 按类似于配合物1 的方法合成,得产物41 mg
11.3 氧化还原反应法
11.3.1 由金属单质氧化以制备配合物 金属溶解在酸中制备某些金属离子的水合物是最常见的水溶液 反应的例子。如金属镓和过量的高氯酸(72%)一起加热至沸, 待镓全部溶解并冷却到稍低于混合物沸点温度时(200℃),就有 [Ga(H2O)6 ](ClO4 )3 a 晶体析出。
CrCl3 3C5H8O2 3NH3 [Cr(C5H7O2 )3 ] 3NH4Cl
非水溶液中合成(卤素、砷、磷酸酯、膦、胺、β -二酮等配体) 常用的溶剂有醇、乙醚、苯、甲苯、丙酮、四氯化碳等。
使用非水溶剂的原因: 1.防止某些金属离子(如Fe3+、Al3+、Ti4+等)水解; 2.为了溶解配体; 3.溶剂本身为弱配体,竞争不过水;
11.2 组分交换法
11.2.1 金属交换反应
金属配合物和某种过渡金属的盐(或某种过渡金属化合物)之间 发生金属离子的交换:
MChl M'n M'Ch k Mm (l k)Ch
M ' 是过渡金属。反应结果, M可以是过渡金属,也可以是氢, M 'n 置 换了鳌合物中的M m ,生成更稳定的鳌合物M 'Ch k。
适用: 制备不稳定的配合物 因为在合成的过程中避免了制备、分离配体步骤。
11.1.3 金属蒸气法(MVS) 和基底分离法
金属蒸气法是指在蒸发器中经高温生产活性很高的金属 蒸气,这些活泼的金属原子与配体分子或原子在低温沉 积壁上发生反应而得到配合物。显然,该方法要求高真 空、高温,对反应设备要求很高。这种方法主要用于合 成低价金属配合物、金属有机配合物及原子簇配合物。 例如由钴原子直接合成Co2(PF3)8
第十一章 配位化合物的合成化学
哈尔滨工程大学 材化学院 H.W
第十一章 配位化合物的合成化学
11.1 直接合成法
11.2 组分交换法
11.3 氧化还原反应法
11.4 固相反应法
11.5 包结化合物合成
11.6 大环配体模板配合物合成
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11.1 直接合成法
所谓直接法就是由金属和配体直接反应合成配合物的方法, 主要包括溶液中直接进行配位反应-即溶剂法、无溶剂法、 气相法、金属蒸气法等。 11.1.1直接配位作用
C2H4~NO~CO~CN->R3Sb>R3P>R3As>SC(NH2)2>CH3->SO3H->NO2-
~I-~SCN->Br->Cl->Py>胺类~NH3>OH->H2O
例如:
C2H4~NO~CO~CN->R3Sb>R3P>R3As>SC(NH2)2>CH3->SO3H->NO2-
~I-~SCN->Br->Cl->Py>胺类~NH3>OH->H2O
物一样、也可能不一样
如欲制备cis-[Pt(NH3)2Cl2]必须用[PtCl4]2-为原料
如欲制备trans-[Pt(NH3)2Cl2]必须用[Pt(NH3)4]2-为原料
——Cl反位的配体容易被取代
切尔纳耶夫总结了大量的实验事实,提出了“反位效应”规律
• 反位效应: (热力学描述及动力学描述)
2Ln(NO3)3 + 3Ba(tfacam) = 2Ln(tfacam)3 + 3Ba2+ + 6NO3- 式中tfacam = d- trifluoroacetylcamphanone, 即d-三氟乙酰樟脑。
金属的置换有一定的规律性。对于不同的配体有不同的金属置 换序。
金属离子的置换有一定的规律,由于不同的配体与金属离子的 配位能力不同,因此对于不同的配体有着不同的金属置换顺序。 利用这种方法,可以从一种螯合物出发合成一系列不同的过渡 金属配合物。 另一类金属交换反应发生在金属与有机金属化合物之间,一 般活泼的金属能从有机金属化合物中置换出活性较低的金属, 形成新的有机金属化合物。例如: Mg + Bu2Hg Bu2Mg + Hg Zn + Et2Hg Et2Zn + Hg 2Ga + 3Ar2Hg 2Ar2Ga + 3Hg 2In + 3Ar2Hg 2Ar2In + 3Hg
Cu 2O 2HPF 6 8CH3CN 2[Cu(CH3CN)4 ]PF 6 H2O
(2) 无溶剂法:
O NaI + O O O O
加热熔融
O
O I
Na O O O
(3)在室温下两个反应物都是气体 如合 成[BF3.NH3] ,以NH3气体和BF3气体分别控制流量,通入一个大 的真空烧瓶中得到的白色粉末状产物
4.溶剂本身就是配体(如NH3)。
[Cr(en)3]Cl3的合成 用CrCl3· 6H2O为原料在水溶液中加en,得不到欲得产物。 因为: CrCl3· 6H2O H2O en(过量) → Cr(OH)3↓ 紫色 绿色 如果用无水Cr2(SO4)3为原料: Cr2(SO4)3 en 乙醚 加热 →(溶液 KI )→[Cr(en)3]I3
fod CF3CF2CF2C(OH) CHCOC(CH3 )3
Au+4HCl+HNO3 H[AuCl4] + 2H2O + NO
Pt+6HCl+2HNO3 H2[PtCl6] + 4H2O + 2NO 2[Co(H2O)6]Cl2 + 10NH3 + 2NH4Cl + H2O2 2[Co (NH3)6]C13 + 14H2O
实现配合物的合成必须在很低的温度下进行。要针对反应体 系选择适当的温度、沉积速率以及配体和金属原子的浓度。
基底分离法 Ozin G A的基底分离法合成装置中包括由电子枪产 生金属(V,Cr,Mn,Fe和Ru等)原子蒸气,大容量闭 合循环氦制冷器作为反应室和用来沉积配合物的反 应屏。例如,用此法合成过渡金属的羰基配合物时, 把10~100mg金属蒸气和10~100g一氧化碳,沉积 到Pa,30K的铜质反应屏上,反应完成后,将深冷屏 加热除去未反应的一氧化碳,然后把产物溶于适当 的溶剂中将产物分离出来。
“有对称中心的金属配合物内界,一个配体有促进其反位配体 容易被取代的效应。” ——动力学的观点考虑的动态反位效 应 “有对称中心的金属配合物内界,配体和中心原子之间的键 往往受到处于其反位配体的影响而减弱。”——热力学观点考 虑的静态反位效应 通过大量实验事实,得出Pt(II)取代反应中,定性的反位效 应的强弱顺序: C2H4~NO~CO~CN->R3Sb>R3P>R3As>SC(NH2)2>CH3->SO3H->NO2-~I~SCN->Br->Cl->Py>胺类~NH3>OH->H2O 利用这种效应,可以设计一些异构体的合成路线
K2PtCl4 2(C2H5 )2 S cis {Pt[(C 2 H5 ) 2 S] 2 Cl 2 } 2KCl
制备方法很简单,将四氯合铂(Ⅱ)酸钾的水溶液和二乙基硫在带 玻璃塞的锥形瓶中混和,放置,蒸干,苯萃取,冰浴冷却后得 黄色产物。
[NiCl4]2- + 4CN- = [Ni(CN)4]2- + 4C1- [CoCl(NH3)5]C12 +3en = [Co(en)3]C13 + 5NH3 K2[PtCl4] + en = [Pt(en)C12]+ 2KCl
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