《配合物的结构》PPT课件

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(a), (b), D4h
沿四重轴拉长或压扁
变形的另一种型式是三方 形畸变, 它包括八面体沿三 重对称轴的缩短或伸长, 形 式三方反棱柱体。
(c) D2h,

沿二重
(d) D3d,沿三重轴
7、七配位化合物
大多数过渡金属都能形成七配位的化合物, 其立体化学比较复 杂, 已发现七配位化合物有下面几种构型, 但最常见的是前三种。
1、配位数为1的配合物
配位数为1,2,3的配合物数量很少。直至最近才得到两 个含一个单齿配体的配合物,2,4,6-triphenylphenylcopper 和2,4,6-triphenylphenylsilver。这事实上是一个有机金属 化合物,中心原子与一个大体积单齿配体键合。
2、配位数为2的配合物
[Co(NH3)6][Co(NO2)6]、 [Co(NO2)(NH3)5][Co(NO2)4(NH3)2]2 、
[Co(NO2)2(NH3)4]3[Co(NO2)6]
是[Co(NH3)3(NO2)3]的二聚、三聚和四聚异构体, 其式量分别为后者的二、三和四倍。
配体异构
这是由于配体本身存在异构体, 导致配合 单元互为异构。如:
中心原子的电子组态:d10 如:Cu(I) Ag(I) Au(I)
Hg(I)
直线形A ,g SD∞hC如:Cu(NH3)2+,
N
HgX2
Ag C
S
NAgCAl2g[,SAg(NAHu3(A)C2gN]S)+,C2N,晶Hg体Cl2–,
3、 三配位配合物
这种配位数的金属配合物是 比较少的。
已经确认的如 KCu(CN)2, 它是一 个聚合的阴离子, 其中每个Cu (I)原子 与两个C原子和一个N原子键合。
配位化合物有两种类型的异构现象:
化学结构异构(constitution isomerism)(构 造异构)
立体异构(stereo-isomerism)
化学结构异构是化学式相同, 原子排列次序不同的异 构体。包括电离异构、键合异构、配位异构、配体异 构、构型异构、溶剂合异构和聚合异构;
立体异构是化学式和原子排列次序都相同, 仅 原子在空间的排列不同的异构体。包括几何异构和光 学异构。
1, 3-二氨基丙烷(H2N-CH2-CH2-CH2-NH2) 1, 2-二氨基丙烷(H2N-CH2-CH(NH2)-CH3) 是异构的配体, 它们形成的化合物 [Co(H2N-CH2-CH2 -CH2-NH2)Cl2]及 [Co(H2N-CH2-CH(NH2)-CH3)Cl2]互为异构体。
结构为双帽六角反 棱柱体。
[Ce(NO3)6]2-, CN=12
2-3 配位化合物的异构现象
异构现象是配合物的重要性质之一。所 谓配合物的异构现象是指分子式(或实验式) 相同,而原子的连接方式或空间排列方式不同 的情况。异构现象是由配位键的刚性和方向性 所决定的,这个领域的内容十分丰富多彩,与 有机物的立体化学相比,从某种意义上说,有 过之而无不及,因此可以说,异构是配位化学 中的“分子建筑学”。
八配位的几何构型有五种基本方式:
四方反棱柱体
十二面体
立方体 双帽三角棱柱体 六角双锥
其中最常的是四方反棱柱体和十二面体。
四方反棱柱 D4d
12面体 D2d
例: Na3Mo(CN)8 ·8H2O中 Mo(CN)83– 为D4d [N(n-C4H9 ]3 Mo(CN)8中 Mo(CN)8 3–为D2d
[Cu(Me3PS)3]Cl 中的Cu也是三 配位的。
在所有三配位的情况下, 金 属原子与三个直接配位的配位原子都 是共平面的, 有平面三角形的结构。
◆并非化学式为MX3都是三配位的。如, CrCl3为层 状结构, 是六配位的;而CuCl3是链状的, 为四配位, 其中含 有氯桥键, AuCl3也是四配位的, 确切的分子式为Au2Cl6。
五角双锥
单帽八面体 单帽三角棱柱体
两种43的形式
(帽在八面体的 (帽在三棱柱的 (正方形-三角形帽结构投影)
可以发现:一个三角面上) 矩形面上)
①在中心离子周围的七个配位原子所构成的几何体远比其它
配位形式所构成的几何体对称性要差得多。
②这些低对称性结构要比其它几何体更易发生畸变, 在溶液中
极易发生分子内重排。
4、四配位化合物
四配位是常见的配位, 包括 平面正方形和四面体 两种
构型。 一般非过渡元素的四配位化合物都是四面体构型。这
是因为采取四面体空间排列, 配体间能尽量远离, 静电排斥作 用最小能量最低。但当除了用于成键的四对电子外, 还多余两 对电子时, 也能形成平面正方形构型, 此时, 两对电子分别位 于平面的上下方, 如XeF4就是这样。
过渡金属的四配位化合物既有四面体形, 也有平面正 方形, 究竟采用哪种构型需考虑下列两种因素的影响。
(1) 配体之间的相互静电排斥作用; (2) 配位场稳定化能的影响(见后)。
一般地,当4个配体与不含有d8电子构型的过渡金属离 子或原子配位时可形成四面体构型配合物。
而d8组态的过渡金属离子或原子一般是形成平面正方 形配合物, 但具有d8组态的金属若因原子太小, 或配体原子太大 , 以致不可能形成平面正方形时, 也可能形成四面体的构型。
③含七个相同单齿配体的配合物数量极少, 含有两个或两个以
上不同配位原子所组成的七配位配合物更趋稳定, 结果又加剧了配
位多面体的畸变。
二、 高配位数配合物
八配位和八配位以上的配合物都是高配位化合物。 一般而言, 形成高配位化合物必须具行以下四个条件。 ①中心金属离子体积较大, 而配体要小, 以便减小空间位阻; ②中心金属离子的d电子数一般较少, 一方面可获得较多的配 位场稳定化能, 另一方面也能减少d电子与配体电子间的相互排 斥作用; ③中心金属离子的氧化数较高; ④配体电负性大, 变形性小。 综合以上条件, 高配位的配位物, 其中心离子通常是有d0-d2电 子构型的第二、三过渡系列的离子及镧系、锕系元素离子, 而 且它们的氧化态一般大于+3; 而常见的配体主要是F-、O2-、CN-、NO3-、NCS-、H2O等。
一种非常罕见的六配位配合 物是具有三棱柱的几何构型, 之所以罕见是因为在三棱柱 构型中配位原子间的排斥力 比在三方反棱柱构型中要大。 如果将一个三角面相对于相 对的三角面旋转60º, 就可将 三棱柱变成三方反棱柱的构 型。
八面体Oh
三棱柱 D3h
八面体变形的一种最普通 的形式是四方形畸变, 包括 八面体沿一个四重轴压缩或 者拉长的两种变体。
配合物很难具有某个理想的配 位多面体。可能为单帽五角棱 柱体或单帽五角反棱柱体, 常见
于大环配体和体积很小的双齿 硝酸根组成的络合物中。
双帽四方反棱柱体 双帽12面体
配位数 为12的配合 物的理想几 何结构为二 十面体。
单帽五角棱柱体 单帽五角反棱柱体
配 位 数 为 14 的
配合物可能是目前 发现的配位数最高 的化合物, 其几何
Td :AlF4- (d0) , SnCl4 (d0) TiBr4 (d0), FeCl4- (d5),
ZnCl42- (d10), VCl4 (d1), FeCl42- (d6) , NiCl42- (d8)
D4h [Ni(CN)4]2- (d8) , [Pt(NH3)4]2+ (d8),
[Cu(NH3)4]2+ (d9)
[CoIII(NH3)6][Cr(CN)6] [Cr(NH3)6][CoIII(CN)6]
Coordination isomers
[Co(NH3)6][Cr(CN)6]和[Cr(NH3)6][Co(CN)6] [Cr(NH3)6][Cr(SCN)6]和[Cr(SCN)2(NH3)4][Co (SCN)4(CN)2]
(2)Hydrate isomers
水合(溶剂)异构
[Cr(H2O)6]Cl3 [CrCl(H2O)5]Cl2·H2O [CrCl2(H2O)4]Cl·2H2O [CrCl3(H2O)3]·3H2O
(3)Linkage isomers 键合异构
NCS-, 异硫氰酸根
亚硝酸根
SCN-, 硫氰酸根
硝基
九配位的理想几何构型是三帽三角棱柱体, 即在三 角棱柱的三个矩形柱面中心的垂线上, 分别加上一个帽 子;另外一种构型是单帽四方反棱柱体, 帽子在矩形的 上面。
三帽三角棱柱体
单帽四方反棱柱体
配位数为10的配位多面体是复杂 的, 通常遇到的有双帽四方反棱柱体 和双帽12面体。
十一配位的化合物极少, 理 论上计算表明, 配位数为十一的
[Pt(II)(NH3)4]Baidu NhomakorabeaPt(IV)Cl6]和[Pt(IV)Cl2(NH3)4][Pt(II)Cl4
聚合异构
实验式相同,但分子量成倍数关系的异构现象。
例:[Pt(NH3)2Cl2] [Pt(NH3)4][PtCl4]
配位异构
[Pt(NH3)3Cl][Pt(NH3)Cl3]
聚合异构是配位异构的一个特例。这里指 的是既聚合又异构。与通常说的把单体结合为重 复单元的较大结构的聚合的意义有一些差别。如 :
5、五配位化合物
五配位有两种基本构型, 三角双锥和四方锥, 当然还存在变 形的三角双锥和变形的四方锥构型 ,。
这两种构型易于互相转化, 热力 学稳定性相近, 例如在Ni(CN)53-的结 晶化合物中, 两种构型共存。这是两 种构型具有相近能量的有力证明。
◆应当指出, 虽然有相当数目的配位数为5的分子已被 确证, 但呈现这种奇配位数的化合物要比配位数为4和6的化合 物要少得多。如PCl5, 在气相中是以三角双锥的形式存在, 但 在固态中则是以四面体的PCl4+离子和八面体的PCl6-离子存在 的。因此, 在根据化学式写出空间构型时, 要了解实验测定的 结果, 以免判断失误。
一般而言5配位配合物属于 D3h和T4v 点群 四方锥 (square pyramid, SP) C4v
三角双锥 (trigonal bipyramid, TBP)
D3h
[Fe(CO)5] D3h
BiF5 C4v
6、 六配位化合物
对于过渡金属, 这是最 普遍且最重要的配位数。其 几何构型通常是相当于6个 配位原子占据八面体或变形 八面体的角顶。
2-1影响中心原子的配位数因素
中心原子对配位数的影响:
a)一般而言,中心离子电荷越高,吸引配位的数目越多 b)中心离子的半径越大,则配位数越高,但若半径太大,则 影响其与配体结合,有时配位数反而降低。CuCl64-,HgCl42-
配体对配位数的影响
配体电荷:配体负电荷增加,一方面增加中心阳离子对配体 的吸引力,但同时也增加了配体间的斥力,总的结果为C.N. 数减小。如:SiF62-,SiO42-;[Zn(NH3)6]2+,[Zn(CN)4]2配体体积:配体体积越大,则中心离子周围可容纳的配体数 越少,C.N.数减小。[AlF6]3-,[AlCl4]-
键合异构体(linkage isomer):连接的原子不同
O
O
N
H 3N
Co NH3
H 3N
NH3
NH3
硝基配合物(黄色) 色)
N
H 3N H 3N
O
O
Co NH3
NH3 NH3
亚硝酸根配合物(红
(4) Coordination isomers 配位异构
在阴阳离子都为配离子的化合物中,阴阳离子间互换配体所产生的异构现象。
一般地说, 只有惰性配位化合物才表现出异 构现象, 因为不安定的配位化合物常常会发生分子内
1、化学结构异构
电离异构 水合异构 键合异构 配位异构
立体异构 几何异构 光学异构
由于内外界 配体互换所 产生的异构 现象。
(1) Ionization isomers
电离异构
[CoBr(NH3)5]SO4 [CoSO4(NH3)5]Br
第二章 配位化合物的立体结构
配合物的立体结构以及由此产生的各种异构现象是研究 和了解配合物性质和反应的重要基础。有机化学的发展 奠基于碳的四面体结构,而配合物立体化学的建立主要 依靠Co(III)和Cr(III)配合物的八面体模型,Werner首 先认识到与中心原子键合的配位数是配合物的特性之一。 实验表明:中心原子的配位数与配合物的立体结构有密 切关系,配位数不同,立体结构也不同;即使配位数相 同,由于中心原子和配体种类以及相互作用不同,配合 物的立体结构也可能不同。
外界条件的影响
a)配体浓度:一般而言,增加配体的浓度,有利 于形成高配位数的配合物。 b)温度:温度越高,配位数降低。 c)空间位阻:位阻越大则配位数小。
综上所述,影响配位数的因素是复杂的,但一般 地讲,在一定范围的条件下,某中心离子有一个 特征的配位数。
2-2 配位数与配合物的结构
一、低配位配合物
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