配位化学 第4章 配合物的合成方法

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3 Fe 3H ( fod ) Fe( fod )3 H 2 2
乙醚\回流
[Hfod为CF3CF2CF2C(OH)CHCOC(CH3)3] ,是乙酰丙酮的衍生 物。
典型的例子是将K2[Ni(CN)4]在氦气氛中加热,然后用 DMF萃取产物得到K4[Ni2(CN)6]的反应:
He,70℃ 2K2[ Ni(CN )4 ] K4[(CN )3 Ni Ni(CN )3 ] CN2
§6.1.4
氧化还原反应合成法
许多金属配合物的制备常利用氧化还原反应,即将有不同 氧化态的金属化合物,在配体存在下使其适当地氧化或还 原以制得该金属的配合物,一般的方法有以下几种: 1. 金属单质氧化制备配合物 2. 由低价态化合物氧化制备高价态配合物 3. 还原高价态化合物制备中间价态或低价态配合物 4. 其它氧化还原法
2. 中心金属离子取代
中心金属离子的取代反应常用来合成整合物,省 略电荷的反应通式为: M’Ch1+M=MChk+M’+(1-k)ch
要注意对不同的配体,有不同的金属置换顺序, 这与该配体与不同金属形成配合物的稳定性有关。 例如:
2Ln3++3Ba(tfacam)2→2Ln(tfacam)3+3Ba2+ (tfacam为三氟代乙酰胺)
(1)热解法制备新配合物
当受热时,许多配合物以逐步的方式放出电中 性的挥发性配体;也有些在某一温度范围内,内界 配体可被外界阴离子取代,从而生成新配合物。 例如:
[Cr(en)3 ]Cl3 cis [Cr(en)2 Cl2 ]Cl en
210℃
小心控制温度,可使反应在2-3小时内完成。
上述反应就是直接在无水乙醚和乙腈中进行的。
典型的合成反应例如把氟代乙酰丙酮CF3COCH2COCF3直接加到 ZrCl4的CCl4悬浮液中,加热回流直到无HCl放出,可得Zr的 螯合物:
CCl4回流 ZrCl4 4CF3COCH2COCH3 [Zr(CF3COCHCOCF3 )4 ] 4HCl
§6.1. Werner型配合物的合成
§6.1.1 §6.1.2 直接加成法 取代反应合成法
§6.1.3 固相反应合成法 §6.1.4 氧化还原反应合成法
§6.1.5 大环模板合成反应
§6.1. Werner型配合物的合成
经典的Werner型配合物主要是由溶液化学发展 起来,水溶液中以H2O、NH3、OH-、F-、Cl-为配 体的配合物研究得最早,最充分。但非水溶液中配合 物的合成应用很广;配合物的固相合成化学发展也很 迅速。因此,Werner型配合物一般都是在水溶液、 非水溶液或固相反应法合成的,至于选择什么合成体 系,哪一种方法要取决于所研究的体系。通常的做法 是首先确定一条能以高产率获得目标配合物的反应, 下一步就是确定出分离配合物的合适方法。
目前,这一领域是无机化学最活跃的研究 领域之一。每年发表的有关无机化学研究论文 中有半数以上是关于配位化合物的合成及各项 性质研究的,从中我们就可看出配合物的研究 在无机化学中的重要性。但由于配合物的种类 和数目巨大惊人,制备方法也是种类繁多,千 差万别,很难总结出一个模式。本章就最通常 用的方法给予介绍,并以典型配合物的合成为 例进行说明。
PdCl2(s)+2P(C6H5)3(l)=Pd[P(C6H5)3]2C12
2.由已知Leabharlann Baidu合物制备新配合物
其实配合物的固相反应是大家熟知的一 类重要反应,但大多数的研究工作都停留在 简单的表面上,用于合成目的的固相反应研 究很少。这主要是固相反应较为复杂,其反 应装置,反应条件控制和产物跟踪、检测上 存在一些困难,如需固相反应体系与质谱色 谱连用才能对产物进行表征。
1. 配体取代
(1)溶剂的作用
即在一定条件下,新配体可以置 换原配合物中的一个,几个或全部配 体,并得到新配合物。选择溶剂及控 制反应条件是提高合成反应产率,减 少副产物的关键。
例1. Cis-[Cr(en)2Cl2]Cl紫色配合物的合成
显然,合成要以CrCl3为原料,并在非水溶剂中进行。但在 将溶有无水CrCl3的乙醚等溶液与过量乙二胺(en)反应时,得 到的产物只是黄色的[Cr(en)3]Cl3,经过筛选,改用二甲基甲 酰胺(DMF)为溶剂时,可进行下列反应且产率较高:
很多配体都是有机弱酸,只有将其变为酸根,即 lewis碱后方可配位。因此,合成配合物时需加入些 碱使其转型。例如,由CrCl3和乙酰丙酮(acac)水溶 液合成[Cr(C5H7O2) 3]时,可在反应体系中加入尿素, 通过加热使尿素水解成氨来控制溶液的pH,使产物 很快结晶出来: CO(NH2)+H2O=2NH3+CO2 CrCl3+3C5H8O2+3NH3=[Cr(C5H7O2)3]+3NH4C1
3. 配体上的取代反应
当西佛碱、戊二酮和偶氮化合物作为配体时,可发生取代 反应并生成新配合物。例如
M C NH+ R'NH2 M C NH+ RNH2
具体的例子如将N-溴代丁二酰亚胺加到乙酰丙酮合铬 (III)的氯仿溶液中后搅拌,再蒸去溶剂,重结晶可得三(3- 溴代-2,4-戊二酮)合铬(III)配合物:
CrCl3+3DMF=[Cr(DMF)3Cl3]
[Cr(DMF )3 Cl3 ] 2en cis [Cr(en)2 Cl2 ]Cl
DMF ,回流
(2)反应条件的影响
例2. 在CO2气氛和无水条件下,将三氯化磷加到 羰基镍中后,立即可得固态产物Ni(PCl3)4,而该产物 用其它方法却极难制得,反应如下:
1.配体与金属化合物反应 通常配体的熔点较低,在反应条件下配体呈熔 融液态,因此,配体与金属化合物的反应实际上是 熔融配体与固态金属化合物之间的复相反应。该法 的操作十分简单,非常适用于制备Co、Cu,Ni, Pd,Pt等过渡金属离子与膦、胂、锑及其衍生物形成 的配合物,例如,将三苯基膦与二氧化钯加热,即 可制得黄色的Pd配合物。而过量的配体可借萃取除 去:
5060℃,真空 Pt (PEt3 )4 Pt (PEt3 )3 PEt(三乙基膦)
115℃ [Co( NH3 )5 H2O](Re O4 )3 2H2O [Co( NH3 )5 (O Re O3 )](Re O4 )2 3H2O
(2)通过生成M-M键制备新配合物
对金属中心离子来说,只有价态较低的离子,如 Cu2+,Ni2+,CO2+,Zn2+等的绝大多数配合物能从水 溶液中直接合成,而高价态的离子如A13+,Ti4+, Zr4+等在水溶液中与OH-形成羟合配离子的倾向很大。 因此,只有它们的强lewis碱配体如F—等的配合物 才能从水中直接合成。 对配体而言,含氧酸根,乙酰丙酮,氨,氰和胺 类的许多配合物都能从水中合成。 例如: [Cu(H2O)6]2++4NH3=[Cu(NH3)4· (H2O)2]2+ CuSO4+2K2C2O4=K2[Cu(C2O4) 2]+K2SO4
类似的反应还有:
100℃ [ Rh( NH3 )5 ( H2O)]I3 [ Rh( NH3 )5 I ]I 2 H2O
250℃ [Pt ( NH3 )4 ]Cl2 trans [ Pt ( NH3 )2 Cl2 ] 2NH3
130℃, NH4 SCN Cr (en)3 ( NCS )3 trans [Cr (en)2 ( NCS )2 ]NCS en
§6.1.1
直接加成法
这种合成法就是将金属离子和配体直接相互作 用,是合成配合物的最简单方法。按Lewis酸碱理 论,配合物的直接加成反应为: M+:L=M:L 当溶剂也是Lewis碱时(如H2O、C5H5N), 与所加成的L会发生竞争配位,因此在直接加成时 一定要考虑到这一点。
1.
溶液中的直接加成
在配合物合成中,提供中心原子的化合物一般是无机盐(如 含氧酸盐,卤化物等),氧化物或氢氧化物。对溶剂的要求 是反应物在其中能较好的溶解,但碱性要小于目标化合物中 配体的碱性,这样才能保证产物在其中不发生分解(水解、 醇解等),同时还要有利于产物分离。
(1)水溶液中的直接加成 水是最常用,最主要的溶剂之一。水中的直 接加成实际上是用适当的配体去取代水合配离子 中的水分子。合成时溶液的酸度对反应产率和产 物分离有很大影响,控制PH是某些配合物合成的 关键。
第四章
配位化合物的合成化学
请自学有关配合物的合成方法
广义地讲,配位化合物除经典的中心离 子与其它分子或离子(配体)通过授受电子 对形成配键结合而成werner型之外,还应包 括许多新型的化合物,如金属π配合物、夹 心配合物、笼状配合物、分子氮配合物,大 环配合物,金属有机化合物和簇合物。但习 惯上一般把含有金属-碳键的配合物称为金 属有机化合物;而把含有两上以上的金属原 子且分子内存在有金属-金属键的配合物称 为金属簇化合物(Cluster compounds或 Cluster complex)。
Ni(CO)4 + 4Cl3=Ni(PCl3)4+4CO↑
在进行平面正方形配合物的配体取代合成时,要考 虑到反位效应(trans effect)的影响,即取代反应发生 在反位效应较大的配体之对面。例如:
[PtCl4]2-+NH3→[Pt(NH3)Cl3]-+ Cl[Pt(NH3)Cl3]-+NO2-→trans-[Pt(NH3)(NO2)Cl2]-+Cl-
而当加入顺序颠倒时,却得到对位产物:
[PtCl4]2-+ NO2-→[Pt(NO2)Cl3]2-+ Cl[Pt(NO2)Cl3]2-+ NH3→trans-[Pt(NH3)(NO2)Cl2]-+Cl这是因为反位效应的次序为:NO2->Cl->NH3之故。
当将四氯合铂(Ⅱ)酸钾的水溶液和二乙基硫一起混 合后,经过蒸干、苯萃取、冰冷却最后可得黄色的顺 式取代产物: M’Ch1+M=MChk+M’+(1-k)ch
有时在直接加成合成时也用混合溶液,例如
H2OC2 H5OH [Fe(H2O)6 ]2 3bipy [ Fe(bipy)3 ]2(深红色) 6H2O
§6.1.2
取代反应合成法
取代合成也叫组份交换合成,即通过对配合物 中的某一组分进行交换,替代,并生成新的配合 物.一般可分为下列三种方法: 1. 配体取代 2. 中心金属离子取代 3. 配体上的取代反应
对Werner型配合物来说,最常用的方法是结晶,其 中包括:
(a)浓缩、蒸发除去溶剂,用冰盐浴等冷却,使产物析出。
(b)缓慢地加入与溶剂有互相混溶,但又不能溶解目标配合物 的溶剂使产物析出。 (c)若目标配合物是配阳离子,可加入能与它生成难溶盐的合 适阴离子将它分离出来,而要制备配阳离子时,可以加入一 种合适的阳离子使其分离出来。当一次结晶不能制得纯目标 化合物时,还需多次结晶,使其纯化。
1.
金属单质氧化制备配合物
金属溶解在酸中制备其离子的水合物是最常见的例子。如金 属Ga在高氯酸中加热溶解,并冷至该混合液的沸点以下时, 就有[Ga(H2O)6](ClO4)3的晶体析出。 Ga+3HClO4+H2O=[Ga(H2O)6](ClO4)3+3/2H2 在非水溶液中也常用这种方法制备配合物,例如在N2保护下 的反应:
(2)非水溶液的直接加成
对于金属中心离子与卤素、胂、磷酸酯,膦, 胺,β-二酮,席夫碱,冠醚等配体的配合物一般都 要在非水溶剂中合成。常用的溶剂有醇,乙醚,甲 苯,丙酮,氯仿,四氢呋喃,吡啶等。有时溶剂就 是目标化合物中的配体, 例如: BF3(g)+Et2O=[BF3· OEt2]
Cu2O(s)+2HPF6+8CH3CN=2[Cu(CNCH3) 4]PF6+H2O
[(CH3CO)2CH]3Cr+3C4H4O2NBr→[(CH3CO)2CBr]3Cr+3C4H5O2N
§6.1.3 固相反应合成法
配合物的固相反应合成是近年来发展很 快的一个课题,国内以南京大学化学系的研 究最为突出。这种方法中既可用配体和相应 的金属化合物来反应,也可用已知固态配合 物来制备新物种。
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