V chemii , konkrétněji v anorganické chemii , je komplex polyatomovou strukturou tvořenou v interakci jednou nebo více nezávislými entitami ( ionty nebo molekuly ). Studium komplexů nachází několik aplikací v katalýze , organokovové chemii a bioanorganické chemii . Komplex se často skládá z kovového kationtu obklopeného několika aniontovými nebo neutrálními ligandy, které delokalizují část své elektronové hustoty . Tyto komplexy se nazývají „ koordinační sloučeniny “ a koordinační chemie je věda, která je studuje.
Viz také článek o komplexech v biologii .
Komplexy nebo koordinační sloučeniny jsou jedním ze studijních předmětů současné anorganické chemie , mají aplikace od materiálů přes medicinální chemii až po analytickou chemii . Jejich specifické fyzikální ( spektroskopie , magnetismus ) a chemické vlastnosti (výměna ligandů, redox , reakce zahrnující ligandy atd.) Jsou nyní dobře pochopeny díky fyzikální chemii . Koordinační sloučeniny se často používají jako katalyzátory v jemné organické chemii i při syntéze polymerů: viz například katalyzátor Ziegler a Natta, který zavádí koordinační polymeraci .
Názvy aniontových ligandů vždy končí písmenem „o“.
Příklady:
Názvy neutrálních ligandů se nezmění, s výjimkou:
Počet ligandů je určen předponou: mono, di, tri, tetra, penta, hexa atd.
Název vzniklých komplexůPíšeme počet a povahu ligandů, povahu centrálního iontu (nebo atomu) a v závorkách římskou číslici, která udává počet oxidace kovu.
Pokud je náboj komplexu záporný, přidá se koncový „jed“. Jinak je název kovu zaznamenán.
Příklady:
Různé teorie úspěšně předpovídají molekulární strukturu koordinačních sloučenin a jejich reaktivitu s různou mírou přesnosti. Nejlepší teorií pro popis molekulární struktury s lokalizovanými vazbami je teorie Valence Shell Electron Pair Repulsion ( VSEPR) .
Počet koordinaceStruktura koordinačního komplexu závisí na jeho koordinačním čísle (viz teorie lokalizované vazby ). Nejběžnější koordinační čísla pro přechodové prvky jsou 4 a 6 (viz Koordinační mnohostěn ). Počet vazeb kov-ligand závisí na velikosti, náboji a elektronické konfiguraci kovového iontu a ligandů. Většina iontů může přijmout několik koordinačních čísel, a tak přijmout různé geometrie. V dnešní době je koordinační číslo atomu mezi 2 a 12. To ukazuje, že tento pojem je zastaralý, aby bylo možné předpovědět strukturu koordinačního komplexu. Viz také číslo efektivní koordinace .
U přechodných kovů řady 3d, které zahrnují biologicky zajímavé kovy, jako je železo , mangan , zinek , měď atd. koordinační číslo je obvykle mezi 4 a 6. Lanthanoidy , aktinidy a přechodné kovy řady 4d a 5d mohou mít vzhledem ke své velké velikosti velká koordinační čísla. Další teorií přechodnou mezi koordinací a molekulární orbitální teorií je teorie krystalového pole . Tato teorie je vynikající pro vytváření empirických předpovědí, ale postrádá fyzický základ.
Různé běžné geometrie Níže je uveden seznam nejběžnějších struktur podle počtu koordinace (NC) (nebo koordinace ):V mnoha případech se skutečná geometrie odchyluje od teoretické struktury, jako je teorie VSEPR (teorie odpuzování elektronických párů valenčního pláště) a Jahn-Tellerovo zkreslení, které může vysvětlit některé z těchto rozdílů.
Komplexy s nejvyššími koordinačními číslyŠampiónem koordinačních čísel je podle Cottona a Wilkinsona barnatý iont 2+ (Ba 2+ ), který koordinuje s dvanácti atomy kyslíku v perovskitové struktuře . Tento iont tvoří komplexy této geometrie s BaSiF 6 , BaGeF 6 , Ba (NO 3 ) 6 atd.
Pravidlo 18 elektronůS lepším porozuměním kvantové mechaniky a teorie atomových a molekulárních orbitalů se používá další metoda k předpovědi struktury koordinačních komplexů. Viz také Molekulární orbitální teorie .
Podle této teorie dominuje geometrii koordinačních komplexů interakce mezi s a p molekulárními orbitaly ligandů a d (nebo f ) atomovými orbitaly centrálního iontu. Atom je ve svém nejstabilnějším stavu, když dokončí svou poslední valenční skořápku , poté má 18 elektronů ( s (2 elektrony) , p (6 elektronů) a d (10 elektronů ) orbitaly . Závisí na elektronické konfiguraci kovu (viz Periodická tabulka prvků ) a atomový nebo iontový poloměr .
Koordinační číslo komplexu také závisí na velikosti ligandů a kationtu kovu. Malé ligandy kolem velkého kationtu budou mít za následek nízkou sterickou zábranu , což vede k velkým koordinačním číslům.
Příklad: [Mo (CN) 8 ] 4−
Malé kationty obklopené velkými ligandy budou mít nízká koordinační čísla.
Příklad: Pt [P (CMe 3 ) 3 ] 2
Izomerie geometrické vyskytuje v oktaedrických komplexů a čtvercově planární, ale ne v čtyřboký komplexů. Když jsou ligandy v takových komplexech v sousedních polohách, použije se deskriptor cis , a když jsou v opačných polohách, deskriptor trans
Když tři identické ligandy nebo tři koordinační funkce ligandu trojzubce obsadí tvář osmistěnu, mluvíme o obličejovém izomeru ( fac ), pokud zaujímají okraj osmistěn, mluvíme o jižním izomeru ( mer ).
K optickému izomerismu ( enantiomerismu ) dochází, když obraz molekuly v zrcadle nelze superponovat na původní molekulu. Čisté vzorky optických izomerů otáčejí rovinou polarizace polarizovaného světla. V koordinační chemii není chiralita komplexů obecně způsobena stereogenními centry, ale je součástí axiální chirality . Sloučeniny v následující tabulce jsou příklady párů optických izomerů v koordinační chemii.
Obecně se bude psát tvorba komplexu z kovových M a n ligandů L:
M t + + n L u- ⇆ [M (L) n ] t- n u +
S touto reakcí je spojena rovnovážná konstanta K:
Tyto konstanty jsou vyjádřeny přibližným způsobem zobrazením koncentrací namísto aktivit iontů (nebo molekul) přítomných v rovnováze , nikdy neukazujeme pevné látky a rozpouštědlo (nejčastěji vodu ). S K d spojíme a pK d = –log K d .
Čím menší je pK d, tím méně stabilní komplex.
Příklad: Ag + + 2NH 3 ⇆ [Ag (NH 3 ) 2 ] +
Viz Rovnovážná konstanta .
Jednou z hlavních aplikací komplexní chemie je vytváření asociací molekul k provádění funkcí. Viz supramolekulární chemie a příklad v případě přenosu kyslíku (viz hemoglobin ).
Tyto koordinační polymery , koordinační sítě nebo „ metal-organické rámce “ (MOF) určí periodická sestava anorganické nebo organokovové tvořen iterací kovových center propojeny ligandy v jednom, dvou nebo třech rozměrech. Termín koordinační síť se obecně týká jednorozměrných a dvourozměrných struktur, zatímco MOF se používá k označení trojrozměrných struktur.
I když to není nutná podmínka, mnoho koordinačních sítí je založeno na interakčních schopnostech karboxylátů s kovy.
Kovové komplexy mají v chemii zásadní význam a jsou zapojeny do mnoha avantgardních oborů.
Konfigurace ligandů kolem kovového centra, schopnost výměny ligandů, a schopnost některých kovů vložit do kovalentních vazeb (zejména vícenásobné vazby) vratně činí kovových komplexů velmi užitečné při katalýze. . Je to proto, že koordinace ve středu kovu snižuje energii aktivace reakce vytvořením jednoho nebo více mezilehlých komplexů a ovlivňuje selektivitu reakce. V přírodě existují rovněž kovové komplexy, které se podílejí na metaloproteinech ( železo v hemoglobinu , hořčík v chlorofylu , měď v hemocyanin , atd ). Tyto komplexy jsou jedním z předmětů studia bioanorganické chemie .
Komplexy v chemii roztoků mají více použití: