Komplexe Verbindungen sind solche, deren Kristallknoten Komplexe (Komplexionen) enthalten, die zur unabhängigen Existenz fähig sind.

Die Bedeutung komplexer Verbindungen für verschiedene Bereiche der Technik ist sehr groß. Die Fähigkeit von Stoffen, komplexe Verbindungen zu bilden, wird genutzt, um wirksame Methoden zur Gewinnung chemisch reiner Metalle aus Erzen, seltenen Metallen, hochreinen Halbleitermaterialien, Katalysatoren, Farbstoffen, Arzneimitteln, zur Reinigung von Natur- und Abwässern, zum Auflösen von Ablagerungen in Dampferzeugern, usw.

Die ersten komplexen Verbindungen wurden Mitte des 19. Jahrhunderts synthetisiert. Der Begründer der Theorie der komplexen Verbindungen war der Schweizer Wissenschaftler Werner, der sie 1893 entwickelte. Koordinationstheorie . Russische Wissenschaftler L.A. haben einen großen Beitrag zur Chemie komplexer Verbindungen geleistet. Chugaev, I.I. Chernyaev und ihre Schüler.

Struktur komplexer Verbindungen:

1. In jeder komplexen Verbindung gibt es innere und äußere Sphären. Die innere Sphäre wird als Komplex bezeichnet. Beim Schreiben chemischer Formeln komplexer Verbindungen wird die innere Sphäre in eckige Klammern eingeschlossen. Beispielsweise besteht in den komplexen Verbindungen a) K 2 [BeF 4 ], b) Cl 2 die innere Kugel aus Atomgruppen – Komplexe a) [BeF 4 ] 2- und b) 2+, und die äußere Kugel besteht aus a) 2K + -Ionen bzw. b) 2Cl - .

2. Im Molekül einer komplexen Verbindung nimmt eines der meist positiv geladenen Ionen oder ein Atom der inneren Umgebung eine zentrale Position ein und wird aufgerufen Komplexbildner. In der Formel des Komplexes (innere Kugel) wird zuerst der Komplexbildner angegeben. In den angegebenen Beispielen sind dies die Ionen a) Be 2+ und b) Zn 2+.

Die Komplexbildner sind Atome oder häufiger Metallionen, die mit p-, d-, f-Elementen verwandt sind und über eine ausreichende Anzahl freier Orbitale verfügen (Cu 2+, Pt 2+, Pt 4+, Ag +, Zn 2+, Al 3+ usw. ).

3. Um den Komplexbildner herum befinden sich (oder, wie man sagt, koordiniert) eine bestimmte Anzahl entgegengesetzt geladener Ionen oder elektrisch neutraler Moleküle, sogenannte Liganden(oder Nachträge). In diesem Fall handelt es sich um a) F-Ionen und b) NH 3 -Moleküle.

Лигандами в комплексных соединениях могут служить анионы F - , OH - , CN - , CNS - , NO 2 - , CO 3 2- , C 2 O 4 2- и др., нейтральные молекулы Н 2 О, NН 3 , СО, NО usw.

Man nennt die Anzahl der von Liganden besetzten Koordinationsstellen um den Komplexbildner (im einfachsten Fall die Anzahl der Liganden um den Komplexbildner). Koordinationszahl (CN) des Komplexbildners. Die Koordinationszahlen verschiedener Komplexbildner liegen zwischen 2 und 12.

Nachfolgend werden die charakteristischsten Koordinationszahlen in Lösungen und die Ladung des Zentralions (Komplexbildner) verglichen:

Hinweis: Die häufiger vorkommenden Koordinationszahlen sind unterstrichen, wenn zwei verschiedene Koordinationsarten möglich sind.

In den betrachteten Beispielen sind die Koordinationszahlen der Komplexbildner: a) c.n. (Be 2+) = 4, b) c.h. (Zn 2+) = 4.

B. Dann heißen die Nummern und Namen neutraler Liganden:

B. Letzterer ist der Komplexbildner im Genitiv und gibt den Grad seiner Oxidation an (in Klammern in römischen Ziffern hinter dem Namen des Komplexbildners).

Beispielsweise ist Cl Chlortriamminplatin(II)-chlorid.

Wenn ein Metall ein Ion mit einer Oxidationsstufe bildet, darf es nicht im Namen des Komplexes enthalten sein. Cl 2 ist beispielsweise Tetraamminzinkdichlorid.

2. Name des komplexen Anions wird auf ähnliche Weise gebildet, indem das Suffix „at“ an die Wurzel des lateinischen Namens des Komplexbildners angehängt wird (z. B. Ferrat, Nickelat, Chromat, Kobaltat, Cuprat usw.). Zum Beispiel:

K 2 – Kaliumhexachloroplatinat (IV);

Ba 2 – Bariumtetrarodanodiamminchromat (III);

K 3 – Kaliumhexacyanoferrat (III);

K 2 – Kaliumtetrafluorberyllat.

3. Namen neutraler komplexer Teilchen werden wie Kationen gebildet, der Komplexbildner wird jedoch im Nominativ benannt und der Grad seiner Oxidation wird nicht angegeben, weil sie wird durch die elektrische Neutralität des Komplexes bestimmt. Zum Beispiel:

Dichlordiamminplatin;

Tetracarbonylnickel.

Klassifizierung komplexer Verbindungen. Komplexe Verbindungen sind in Struktur und Eigenschaften sehr unterschiedlich. Ihre Klassifizierungssysteme basieren auf unterschiedlichen Prinzipien:

1. Anhand der Art der elektrischen Ladung werden kationische, anionische und neutrale Komplexe unterschieden.

Ein Komplex mit einer positiven Ladung heißt kationisch, zum Beispiel 2+, mit einer negativen Ladung – anionisch, zum Beispiel 2-, mit einer Nullladung – zum Beispiel neutral.

2. Je nach Art der Liganden gibt es:

a) Säuren, zum Beispiel:

H – Wasserstofftetrachloraurat (III);

H 2 – Hydrogenhexachloroplatinat (IV);

b) Gründe, zum Beispiel:

(OH) 2 – Tetraammin-Kupfer(II)-hydroxid;

OH – Diamminsilberhydroxid;

c) Salze, zum Beispiel:

K 3 – Kaliumhexahydroxoaluminat;

Cl 3 – Hexaaquachrom(III)-chlorid;

d) Nichtelektrolyte, zum Beispiel Dichlordiamminplatin.

Bildung chemischer Bindungen in komplexen Verbindungen. Zur Erklärung der Entstehung und Eigenschaften komplexer Verbindungen werden derzeit eine Reihe von Theorien herangezogen:

1) Valenzbindungsmethode (VBC);

2) Kristallfeldtheorie;

3) Molekülorbitalmethode.

Laut MBC Bei der Bildung von Komplexen zwischen dem Komplexbildner und den Liganden entsteht eine kovalente Bindung Donor-Akzeptor-Mechanismus . Komplexbildner haben freie Orbitale, d.h. spielen die Rolle von Akzeptoren. In der Regel sind verschiedene freie Orbitale des Komplexbildners an der Bindungsbildung beteiligt, so dass es zu deren Hybridisierung kommt. Liganden verfügen über einsame Elektronenpaare und spielen die Rolle von Donoren im Donor-Akzeptor-Mechanismus der Bildung kovalenter Bindungen.

Betrachten Sie beispielsweise die Bildung des 2+-Komplexes. Elektronische Formeln der Valenzelektronen:

Zn-Atom - 3d 10 4s 2;

Komplexbildner für Zinkionen

Zn 2+ - 3d 10 4s 0

Wie man sehen kann, verfügt das Zinkion auf der äußeren elektronischen Ebene über vier freie Atomorbitale, die energetisch nahe beieinander liegen (eins 4s und drei 4p), die einer sp 3 -Hybridisierung unterliegen; das Zn 2+-Ion hat als Komplexbildner die Zahl = 4.

Wenn ein Zinkion mit Ammoniakmolekülen wechselwirkt, deren Stickstoffatome freie Elektronenpaare haben (: NH 3), entsteht ein Komplex:

Die räumliche Struktur des Komplexes wird durch die Art der Hybridisierung der Atomorbitale des Komplexbildners (in diesem Fall eines Tetraeders) bestimmt. Die Koordinationszahl hängt von der Anzahl der freien Orbitale des Komplexbildners ab.

Bei der Bildung von Donor-Akzeptor-Bindungen in Komplexen können nicht nur s- und p-Orbitale, sondern auch d-Orbitale verwendet werden. In diesen Fällen erfolgt die Hybridisierung unter Beteiligung von d-Orbitalen. Die folgende Tabelle zeigt einige Arten der Hybridisierung und ihre entsprechenden räumlichen Strukturen:

Somit ermöglicht MBC die Vorhersage der Zusammensetzung und Struktur des Komplexes. Allerdings kann diese Methode solche Eigenschaften der Komplexe wie Stärke, Farbe und magnetische Eigenschaften nicht erklären. Die oben genannten Eigenschaften komplexer Verbindungen werden durch die Kristallfeldtheorie beschrieben.

Dissoziation komplexer Verbindungen in Lösungen. Die innere und äußere Sphäre der Komplexverbindung unterscheiden sich stark in ihrer Stabilität.

In der äußeren Kugel befindliche Partikel sind überwiegend durch elektrostatische Kräfte (Ionenbindung) mit dem Komplexion verbunden und können in wässriger Lösung wie Ionen starker Elektrolyte leicht abgespalten werden.

Als Dissoziation (Zerfall) einer komplexen Verbindung in Ionen der Außensphäre und ein komplexes Ion (Komplex) wird bezeichnet primär. Es verläuft je nach Art der Dissoziation starker Elektrolyte fast vollständig bis zum Ende.

Beispielsweise kann der Prozess der primären Dissoziation während der Auflösung von Kaliumtetrafluorberyllat nach dem Schema geschrieben werden:

K 2 [BeF 4 ] = 2K + + [BeF 4 ] 2- .

Liganden, die sich in der inneren Sphäre der Komplexverbindung befinden, sind durch starke kovalente Bindungen, die nach dem Donor-Akzeptor-Mechanismus gebildet werden, mit dem Komplexbildner verbunden, und die Dissoziation von Komplexionen in Lösung erfolgt in der Regel in unbedeutendem Ausmaß die Art der Dissoziation schwacher Elektrolyte, d.h. reversibel, bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Man nennt die reversible Zersetzung der inneren Sphäre einer komplexen Verbindung sekundäre Dissoziation. Beispielsweise dissoziiert das Tetrafluorberyllat-Ion nur teilweise, was durch die Gleichung ausgedrückt wird

[BeF 4 ] 2- D Be 2+ + 4F - (sekundäre Dissoziationsgleichung).

Die Dissoziation des Komplexes als reversibler Prozess ist durch eine Gleichgewichtskonstante namens gekennzeichnet Instabilitätskonstante des Komplexes Kn.

Für das betreffende Beispiel:

Kn - tabellarischer (Referenz-)Wert. Instabilitätskonstanten, deren Ausdrücke die Konzentrationen von Ionen und Molekülen umfassen, werden Konzentrationskonstanten genannt. Strenger und unabhängig von der Zusammensetzung und Ionenstärke der Lösung sind Kn, die anstelle der Konzentration die Aktivität von Ionen und Molekülen enthalten.

Die Kn-Werte verschiedener Komplexe variieren stark und können als Maß für deren Stabilität dienen. Je stabiler das Komplexion ist, desto niedriger ist seine Instabilitätskonstante.

Daher weisen ähnliche Verbindungen unterschiedliche Werte der Instabilitätskonstanten auf

Der stabilste Komplex ist , der am wenigsten stabile Komplex ist .

Wie jede Gleichgewichtskonstante Instabilitätskonstante hängt nur von der Art des Komplexions, des Komplexbildners und der Liganden, des Lösungsmittels sowie von der Temperatur ab und hängt nicht von der Konzentration (Aktivität) der Substanzen in Lösung ab.

Je größer die Ladungen des Komplexbildners und der Liganden und je kleiner ihre Radien sind, desto höher ist die Stabilität der Komplexe . Die Stärke komplexer Ionen, die von Metallen sekundärer Nebengruppen gebildet werden, ist höher als die Stärke von Ionen, die von Metallen der Hauptnebengruppen gebildet werden.

Der Zersetzungsprozess komplexer Ionen in Lösung erfolgt mehrstufig mit sequenzieller Eliminierung von Liganden. Beispielsweise erfolgt die Dissoziation des Ammoniakions Kupfer(II) 2+ in vier Schritten, entsprechend der Trennung von einem, zwei, drei und vier Ammoniakmolekülen:

Um die Stärke verschiedener Komplexionen vergleichend zu beurteilen, verwenden sie nicht die Dissoziationskonstante einzelner Schritte, sondern die allgemeine Instabilitätskonstante des gesamten Komplexes, die durch Multiplikation der entsprechenden schrittweisen Dissoziationskonstanten bestimmt wird. Beispielsweise ist die Instabilitätskonstante des 2+-Ions gleich:

K H = K D1 · K D2 · K D3 · K D4 = 2,1·10 -13.

Zur Charakterisierung der Stärke (Stabilität) von Komplexen wird auch der Kehrwert der Instabilitätskonstante verwendet; er wird Stabilitätskonstante (K st) oder Komplexbildungskonstante genannt:

Das Dissoziationsgleichgewicht eines Komplexions kann durch einen Überschuss an Liganden in Richtung seiner Bildung verschoben werden, eine Abnahme der Konzentration eines der Dissoziationsprodukte kann dagegen zur vollständigen Zerstörung des Komplexes führen.

Qualitative chemische Reaktionen erfassen typischerweise nur Außensphärenionen oder komplexe Ionen. Allerdings hängt alles vom Löslichkeitsprodukt (SP) des Salzes ab, dessen Bildung bei Zugabe entsprechender Lösungen in qualitativen Reaktionen erfolgen würde. Dies lässt sich anhand der folgenden Reaktionen verifizieren. Wenn eine Lösung, die ein komplexes Ion + enthält, mit einer Lösung von etwas Chlorid behandelt wird, bildet sich kein Niederschlag, obwohl aus Lösungen gewöhnlicher Silbersalze bei Zugabe von Chloriden ein Niederschlag von Silberchlorid freigesetzt wird.

Offensichtlich ist die Konzentration der Silberionen in der Lösung zu niedrig, so dass selbst bei Zugabe eines Überschusses an Chloridionen der Wert des Löslichkeitsprodukts von Silberchlorid (PR AgCl = 1,8·10 -) erreicht werden könnte. 10). Nach Zugabe des Kaliumiodidkomplexes zur Lösung fällt jedoch ein Niederschlag aus Silberiodid aus. Dies beweist, dass noch Silberionen in der Lösung vorhanden sind. Egal wie gering ihre Konzentration ist, sie reicht für die Bildung eines Niederschlags aus, denn PR AgI = 1·10 -16, d.h. deutlich geringer als der von Silberchlorid. Auf die gleiche Weise wird bei Einwirkung einer H 2 S-Lösung ein Niederschlag aus Silbersulfid Ag 2 S erhalten, dessen Löslichkeitsprodukt 10 -51 beträgt.

Die ionenmolekularen Gleichungen der ablaufenden Reaktionen haben die Form:

I - D АgI↓ + 2NН 3

2 + + H 2 S D Ag 2 S↓ + 2NH 3 + 2NH 4 + .

Komplexe Verbindungen mit einer instabilen Innensphäre werden Doppelsalze genannt. Sie werden unterschiedlich bezeichnet, nämlich als Verbindungen von Molekülen. Zum Beispiel: CaCO 3 Na 2 CO 3 ; СuСl 2 ·КCl; KCl·MgCl 2 ; 2NaСl·СoСl 2 . Doppelte Salze können als Verbindungen betrachtet werden, in deren Kristallgitterplätzen sich identische Anionen, aber unterschiedliche Kationen befinden; Die chemischen Bindungen in diesen Verbindungen sind überwiegend ionischer Natur und zerfallen daher in wässrigen Lösungen fast vollständig in einzelne Ionen. Löst man beispielsweise Kalium und Kupfer(II)-chlorid in Wasser, so erfolgt die Dissoziation wie bei einem starken Elektrolyten:

CuCl 2 ·KCl = Cu 2+ + 3Cl - + K + .

Alle in einer Doppelsalzlösung gebildeten Ionen können durch entsprechende qualitative Reaktionen nachgewiesen werden.

Reaktionen in Lösungen komplexer Verbindungen. Die Gleichgewichtsverschiebung bei Austauschreaktionen in Elektrolytlösungen unter Beteiligung komplexer Ionen wird durch die gleichen Regeln bestimmt wie in Lösungen einfacher (nicht komplexer) Elektrolyte, nämlich: Das Gleichgewicht verschiebt sich in Richtung der vollständigsten Ionenbindung (Komplexbildner, Liganden, Außensphärenionen), was zur Bildung unlöslicher, schwerlöslicher Substanzen oder schwacher Elektrolyte führt.

In diesem Zusammenhang sind in Lösungen komplexer Verbindungen folgende Reaktionen möglich:

1) Austausch von Ionen der äußeren Sphäre, bei dem die Zusammensetzung des Komplexions konstant bleibt;

2) Austausch innerhalb der Sphäre.

Erste Art von Reaktion wird dort eingesetzt, wo es zur Bildung unlöslicher und schwerlöslicher Verbindungen kommt. Ein Beispiel ist die Wechselwirkung von K 4 bzw. K 3 mit Fe 3+- und Fe 2+-Kationen, die einen Niederschlag von Preußischblau Fe 4 3 und Turnbolblau Fe 3 2 ergibt:

3 4- + 4Fe 3+ = Fe 4 3 ↓,

Preußischblau

2 3- + 3Fe 2+ = Fe 3 2 ↓.

Turnbull blau

Reaktionen des zweiten Typs möglich, wenn dies zur Bildung eines stabileren Komplexes führt, d.h. mit einem niedrigeren Wert von Kn, Zum Beispiel:

2S 2 O 3 2- D 3- + 2NH 3.

Kn: 9,3·10 -8 1·10 -13

Bei nahe beieinander liegenden Kn-Werten wird die Möglichkeit eines solchen Prozesses durch den Überschuss des konkurrierenden Liganden bestimmt.

Bei komplexen Verbindungen sind auch Redoxreaktionen möglich, die ohne Änderung der atomaren Zusammensetzung des Komplexions, aber unter Änderung seiner Ladung ablaufen, zum Beispiel:

2K 3 + H 2 O 2 + 2KOH = 2 K 4 + O 2 + 2H 2 O.

Komplexe Zusammenhänge.

Alle anorganischen Verbindungen werden in zwei Gruppen eingeteilt:

1. Verbindungen erster Ordnung, ᴛ.ᴇ. Verbindungen, die der Valenztheorie unterliegen;

2. Verbindungen höherer Ordnung, ᴛ.ᴇ. Verbindungen, die den Konzepten der Valenztheorie nicht gehorchen. Verbindungen höherer Ordnung umfassen Hydrate, Ammoniak usw.

CoCl 3 + 6 NH 3 = Co(NH 3) 6 Cl 3

Werner (Schweiz) führte das Konzept der Verbindungen höherer Ordnung in die Chemie ein und gab ihnen den Namen komplexe Verbindungen. Als CS klassifizierte er alle stabilsten Verbindungen höherer Ordnung, die sich in wässriger Lösung entweder gar nicht oder nur in unbedeutendem Maße in ihre Bestandteile zersetzen. Im Jahr 1893 schlug Werner vor, dass jedes Element nach der Sättigung auch eine zusätzliche Wertigkeit aufweisen kann – Koordinierung. Nach Werners Koordinationstheorie werden in jedem CS unterschieden:

Kl. 3: Komplexbildner (CO = Co), Liganden (NH 3), Koordinationszahl (CN = 6), innere Sphäre, äußere Umgebung (Cl 3), Koordinationskapazität.

Gewöhnlich wird das Zentralatom der inneren Kugel genannt, um das sich Ionen oder Moleküle gruppieren Komplexbildner. Die Rolle von Komplexbildnern übernehmen am häufigsten Metallionen, seltener neutrale Atome oder Anionen. Als Ionen oder Moleküle werden bezeichnet, die sich in der inneren Kugel um ein Zentralatom koordinieren Liganden. Liganden sind Anionen: G -, OH-, CN-, CNS-, NO 2 -, CO 3 2-, C 2 O 4 2-, neutrale Moleküle: H 2 O, CO, G 2, NH 3, N 2 H 4 . Koordinationsnummer ist die Anzahl der Plätze in der inneren Sphäre des Komplexes, die von Liganden besetzt sind. Die CN liegt üblicherweise höher als die Oxidationsstufe. CN = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12. Das häufigste CN = 4, 6, 2. Diese Zahlen entsprechen der symmetrischsten Konfiguration des Komplexes – Oktaeder (6), tetraedrisch (4) und linear (2). CC abhängig von der Art des Komplexbildners und der Liganden sowie von der Größe des CO und der Liganden. Koordinationsfähigkeit von Liganden ist die Anzahl der Plätze in der inneren Sphäre des Komplexes, die von jedem Liganden besetzt werden. Für die meisten Liganden ist die Koordinationsfähigkeit gleich eins ( einzähnige Liganden), seltener zwei ( zweizähnige Liganden), gibt es Liganden mit größerer Kapazität (3, 4,6) – mehrzähnige Liganden. Die Ladung des Komplexes muss numerisch gleich der Gesamtladung der äußeren Kugel sein und ein entgegengesetztes Vorzeichen haben. 3+ Cl 3 - .

Nomenklatur komplexer Verbindungen. Viele komplexe Verbindungen haben ihre historischen Namen beibehalten, die mit der Farbe oder dem Namen des Wissenschaftlers verbunden sind, der sie synthetisiert hat. Heute wird die IUPAC-Nomenklatur verwendet.

Reihenfolge der Auflistung der Ionen. Es ist üblich, zuerst das Anion und dann das Kation zu nennen, während der Name des Anions die Wurzel des lateinischen Namens KO und der Name des Kations seinen russischen Namen im Genitiv verwendet.

Cl – Diamminsilberchlorid; K 2 – Kaliumtrichlorcuprat.

Reihenfolge der Auflistung der Liganden. Die Liganden im Komplex werden in der folgenden Reihenfolge aufgeführt: anionisch, neutral, kationisch – ohne Trennung durch einen Bindestrich. Anionen werden in der Reihenfolge H-, O 2-, OH-, einfache Anionen, komplexe Anionen, mehratomige Anionen und organische Anionen aufgeführt.

SO 4 – Chlornitrod(+4)

Ende der Koordinationsgruppen. Neutrale Gruppen werden genauso bezeichnet wie Moleküle. Ausnahmen sind Aqua (H 2 O), Amin (NH 3). Der Vokal „ʼʼОʼ“ wird an negativ geladene Anionen angehängt

– Hexocyanoferrat (+3) Kobalthexaamin (+3)

Präfixe geben die Anzahl der Liganden an.

1 – Mono, 2 – Di, 3 – Drei, 4 – Tetra, 5 – Penta, 6 – Hexa, 7 – Hepta, 8 – Okta, 9 – Nona, 10 – Deka, 11 – Indeka, 12 – Dodeka, viele – poly.

Die Präfixe bis-, tris- werden vor Liganden mit komplexen Namen verwendet, wo es bereits Präfixe mono-, di- usw. gibt.

Cl 3 – Tris(ethylendiamin)eisenchlorid (+3)

In den Namen komplexer Verbindungen wird zuerst der anionische Teil im Nominativ mit dem Suffix -at und dann der kationische Teil im Genitiv angegeben. In diesem Fall werden vor dem Namen des Zentralatoms sowohl im anionischen als auch im kationischen Teil der Verbindung alle um dieses herum koordinierten Liganden aufgeführt und ihre Nummer in griechischen Ziffern angegeben (1 – mono (normalerweise weggelassen), 2 – di, 3). - drei, 4 - Tetra, 5 - Penta, 6 - Hexa, 7 - Hepta, 8 - Okta). An die Namen der Liganden wird das Suffix -o angehängt, und zuerst werden die Anionen benannt, dann die neutralen Moleküle: Cl- - Chlor, CN- - Cyano, OH- - Hydroxo, C2O42- - Oxalato, S2O32- - Thiosulfato , (CH3)2NH – Dimethylamino usw. Ausnahmen: Die Namen von H2O und NH3 als Liganden lauten wie folgt: „aqua“ und „ammine“. Wenn das Zentralatom Teil des Kations ist, wird der russische Name des Elements verwendet, gefolgt von seiner Oxidationsstufe in Klammern in römischen Ziffern. Für das Zentralatom im Anion wird der lateinische Name des Elements verwendet und vor diesem Namen die Oxidationsstufe angegeben. Bei Elementen mit konstanter Oxidationsstufe kann darauf verzichtet werden. Bei Nichtelektrolyten wird auch die Oxidationsstufe des Zentralatoms nicht angegeben, da diese anhand der elektrischen Neutralität des Komplexes bestimmt wird. Beispiele für Namen:

Cl2 – Dichlortetramminplatin(IV)chlorid,

OH – Diamminsilber(I)hydroxid.

Klassifizierung komplexer Verbindungen. Es werden verschiedene Klassifikationen von CS verwendet.

1. durch die Zugehörigkeit zu einer bestimmten Klasse von Verbindungen:

komplexe Säuren – H 2

komplexe Fundamente –

Komplexsalze – K 2

2. Aufgrund der Natur der Liganden: Aquakomplexe, Ammoniak. Cyanid, Halogenid usw.

Aquakomplexe sind Komplexe, in denen Wassermoleküle als Liganden dienen, beispielsweise Cl 2 – Hexaquacalciumchlorid. Ammoniak und Aminate sind Komplexe, in denen die Liganden Moleküle aus Ammoniak und organischen Aminen sind, zum Beispiel: SO 4 – Tetramminkupfer(II)sulfat. Hydroxo-Komplexe. In ihnen dienen OH-Ionen als Liganden. Besonders charakteristisch für amphotere Metalle. Beispiel: Na 2 - Natriumtetrahydroxocinat(II). Säurekomplexe. In diesen Komplexen sind die Liganden anionische Säurereste, beispielsweise K 4 – Kaliumhexacyanoferrat(II).

3. entsprechend dem Vorzeichen der Ladung des Komplexes: kationisch, anionisch, neutral

4. entsprechend der internen Struktur der CS: durch die Anzahl der Kerne, aus denen der Komplex besteht:

einkernig - H 2, zweikernig - Cl 5 usw.,

5. durch das Fehlen oder Vorhandensein von Zyklen: einfache und zyklische CS.

Zyklische oder chelatförmige (klauenförmige) Komplexe. Οʜᴎ enthalten einen zwei- oder mehrzähnigen Liganden, der das Zentralatom M wie die Klauen eines Krebses zu packen scheint: Beispiele: Na 3 - Natriumtrioxalato-(III)-Ferrat, (NO 3) 4 - Triethylendiamin-Platin(IV)-Nitrat .

Zur Gruppe der Chelatkomplexe gehören auch intrakomplexe Verbindungen, bei denen das Zentralatom Teil des Zyklus ist und auf unterschiedliche Weise Bindungen mit Liganden eingeht: durch Austausch- und Donor-Akzeptor-Mechanismen. Solche Komplexe sind für Aminocarbonsäuren sehr charakteristisch; Glycin bildet beispielsweise Chelate mit Cu 2+- und Pt 2+-Ionen:

Chelatverbindungen sind besonders stark, da bei ihnen das Zentralatom durch einen zyklischen Liganden sozusagen blockiert ist. Am stabilsten sind Chelate mit Fünf- und Sechsringen. Komplexone binden Metallkationen so stark, dass sich bei ihrer Zugabe schwerlösliche Stoffe wie CaSO 4, BaSO 4, CaC 2 O 4, CaCO 3 auflösen. Aus diesem Grund werden sie zum Enthärten von Wasser, zum Binden von Metallionen beim Färben, bei der Verarbeitung fotografischer Materialien und in der analytischen Chemie eingesetzt. Viele Komplexe vom Chelattyp haben eine spezifische Farbe und daher sind die entsprechenden Ligandenverbindungen sehr empfindliche Reagenzien für Übergangsmetallkationen. Beispielsweise dient Dimethylglyoxim [C(CH 3)NOH] 2 als hervorragendes Reagenz für die Kationen Ni2+, Pd2+, Pt2+, Fe2+ usw.

Stabilität komplexer Verbindungen. Instabilitätskonstante. Wenn das CS in Wasser gelöst wird, kommt es zur Zersetzung und die innere Kugel verhält sich wie ein Ganzes.

K = K + + -

Einhergehend mit diesem Prozess kommt es in geringem Maße zu einer Dissoziation der inneren Sphäre des Komplexes:

Ag + + 2CN -

Um die Stabilität des CS zu charakterisieren, führen wir ein Instabilitätskonstante, gleich:

Die Instabilitätskonstante ist ein Maß für die Stärke des CS. Je niedriger das K-Nest, desto stärker das KS.

Isomerie komplexer Verbindungen. Bei komplexen Verbindungen ist Isomerie sehr häufig und wird unterschieden:

1. Solvatisomerie tritt bei Isomeren auf, wenn die Verteilung der Wassermoleküle zwischen der inneren und äußeren Kugel ungleich ist.

Cl 3 Cl 2 H 2 O Cl(H 2 O) 2

Lila hellgrün dunkelgrün

2.Ionisationsisomerie ist mit einer unterschiedlichen Leichtigkeit der Dissoziation von Ionen aus der inneren und äußeren Sphäre des Komplexes verbunden.

4 Cl 2 ]Br 2 4 Br 2 ]Cl 2

SO 4 und Br – Brompentammin-Kobalt(III)-sulfat und Brompentammin-Kobalt(III)-sulfat.

Cl und NO 2 – Chlorid-Nitro-Chlor-Diethylendiamin-Kobalt(III)-Initritdichlor-Diethylendiamin-Kobalt(III).

3. Koordinationsisomerie kommt nur in bikomplexen Verbindungen vor

[Co(NH 3) 6 ] [Co(CN) 6 ]

Koordinationsisomerie tritt in solchen komplexen Verbindungen auf, bei denen sowohl das Kation als auch das Anion komplex sind.

Beispielsweise sind - Tetrachlor-(II)platinat-Tetrammin-Chrom(II) und - Tetrachlor-(II)-chromat-Tetrammin-Platin(II) Koordinationsisomere

4. Kommunikationsisomerie tritt nur auf, wenn einzähnige Liganden über zwei verschiedene Atome koordinieren können.

5. Raumisomerie aufgrund der Tatsache, dass sich identische Liganden um den KO oder in dessen Nähe befinden (cis), oder umgekehrt ( Trance).

Cis-Isomer (orangefarbene Kristalle) trans-Isomer (gelbe Kristalle)

Isomere von Dichlordiamminplatin

Bei einer tetraedrischen Anordnung der Liganden ist eine cis-trans-Isomerie unmöglich.

6. Spiegel-(optische)Isomerie, zum Beispiel im Dichlor-Diethylendiamin-Chrom(III)+-Kation:

Spiegelisomere haben wie organische Stoffe die gleichen physikalischen und chemischen Eigenschaften und unterscheiden sich in der Asymmetrie der Kristalle und der Drehrichtung der Polarisationsebene des Lichts.

7. Ligandenisomerie Beispielsweise sind für (NH 2) 2 (CH 2) 4 folgende Isomere möglich: (NH 2) - (CH 2) 4 -NH 2, CH 3 -NH-CH 2 -CH 2 -NH-CH 3 , NH 2 -CH(CH 3) -CH 2 -CH 2 -NH 2

Das Problem der Kommunikation in komplexen Verbindungen. Die Art des Zusammenhangs im CS ist unterschiedlich und zur Erklärung werden derzeit drei Ansätze verwendet: die BC-Methode, die MO-Methode und die Methode der Kristallfeldtheorie.

BC-Methode Polin stellte vor. Grundprinzipien der Methode:

1. Die Bindung im CS entsteht durch Donor-Akzeptor-Wechselwirkung. Liganden stellen Elektronenpaare bereit und der Komplexbildner stellt freie Orbitale bereit. Ein Maß für die Bindungsstärke ist der Grad der Orbitalüberlappung.

2. KO-Orbitale unterliegen einer Hybridisierung. Die Art der Hybridisierung wird durch die Anzahl, Art und elektronische Struktur der Liganden bestimmt. Die Hybridisierung von CO wird durch die Geometrie des Komplexes bestimmt.

3. Eine zusätzliche Verstärkung des Komplexes erfolgt dadurch, dass neben der s-Bindung auch eine p-Bindung gebildet wird.

4. Die magnetischen Eigenschaften des Komplexes werden durch die Anzahl der ungepaarten Elektronen bestimmt.

5. Bei der Bildung eines Komplexes kann die Verteilung der Elektronen in den Orbitalen bei neutralen Atomen bestehen bleiben oder sich ändern. Dies hängt von der Art der Liganden und ihrem elektrostatischen Feld ab. Eine spektrochemische Reihe von Liganden wurde entwickelt. Wenn die Liganden ein starkes Feld haben, verdrängen sie Elektronen, wodurch diese sich paaren und eine neue Bindung eingehen.

Spektrochemische Ligandenreihe:

CN - >NO 2 - >NH 3 >CNS - >H 2 O>F - >OH - >Cl - >Br -

6. Die BC-Methode ermöglicht die Erklärung der Bindungsbildung auch in Neutral- und Classer-Komplexen

K 3 K 3

1. Im ersten CS erzeugen die Liganden ein starkes Feld, im zweiten ein schwaches

2. Zeichnen Sie die Valenzorbitale des Eisens:

3. Berücksichtigen Sie die Donoreigenschaften von Liganden: CN – haben freie Elektronenorbitale und sind Donoren von Elektronenpaaren.
Gepostet auf ref.rf
CN – hat ein starkes Feld, wirkt auf 3D-Orbitale und verdichtet sie.

Dadurch werden 6 Bindungen gebildet, wobei interne 3-d-Orbitale, ᴛ.ᴇ, an der Bindung beteiligt sind. Es entsteht ein intraorbitaler Komplex. Der Komplex ist paramagnetisch und low-spin, weil es gibt ein ungepaartes Elektron. Der Komplex ist stabil, weil die inneren Orbitale sind besetzt.

F-Ionen haben freie Elektronenorbitale und sind Donoren von Elektronenpaaren; sie haben ein schwaches Feld und können daher keine Elektronen auf der 3D-Ebene kondensieren.

Dadurch entsteht ein paramagnetischer High-Spin-Außenorbitalkomplex. Instabil und reaktiv.

Vorteile der BC-Methode: Informationsgehalt

Nachteile der BC-Methode: Die Methode ist für einen bestimmten Stoffbereich geeignet, die Methode erklärt nicht die optischen Eigenschaften (Farbe), liefert keine Energiebewertung, weil in einigen Fällen entsteht ein quadratischer Komplex anstelle des energetisch günstigeren tetraedrischen Komplexes.

Komplexe Zusammenhänge. - Konzept und Typen. Klassifizierung und Merkmale der Kategorie „Komplexe Verbindungen“. 2017, 2018.

Allgemeine Chemie: Lehrbuch / A. V. Zholnin; bearbeitet von V. A. Popkova, A. V. Zholnina. - 2012. - 400 S.: Abb.

Kapitel 7. KOMPLEXE VERBINDUNGEN

Kapitel 7. KOMPLEXE VERBINDUNGEN

Komplexbildende Elemente sind die Organisatoren des Lebens.

K. B. Yatsimirsky

Komplexe Verbindungen sind die umfangreichste und vielfältigste Verbindungsklasse. Lebende Organismen enthalten komplexe Verbindungen biogener Metalle mit Proteinen, Aminosäuren, Porphyrinen, Nukleinsäuren, Kohlenhydraten und makrozyklischen Verbindungen. Die wichtigsten Lebensprozesse laufen unter Beteiligung komplexer Verbindungen ab. Einige von ihnen (Hämoglobin, Chlorophyll, Hämocyanin, Vitamin B 12 usw.) spielen eine wichtige Rolle in biochemischen Prozessen. Viele Medikamente enthalten Metallkomplexe. Zum Beispiel Insulin (Zinkkomplex), Vitamin B 12 (Kobaltkomplex), Platinol (Platinkomplex) usw.

7.1. KOORDINATIONSTHEORIE VON A. WERNER

Struktur komplexer Verbindungen

Bei der Wechselwirkung von Teilchen kommt es zu einer gegenseitigen Koordination der Teilchen, die als Prozess der Komplexbildung definiert werden kann. Beispielsweise endet der Hydratationsprozess von Ionen mit der Bildung von Aquakomplexen. Komplexierungsreaktionen gehen mit der Übertragung von Elektronenpaaren einher und führen zur Bildung oder Zerstörung von Verbindungen höherer Ordnung, den sogenannten Komplex(koordinations)verbindungen. Eine Besonderheit komplexer Verbindungen ist das Vorhandensein einer Koordinationsbindung, die nach dem Donor-Akzeptor-Mechanismus entsteht:

Komplexverbindungen sind Verbindungen, die sowohl im kristallinen Zustand als auch in Lösung vorliegen

Dies ist das Vorhandensein eines Zentralatoms, das von Liganden umgeben ist. Komplexe Verbindungen können als komplexe Verbindungen höherer Ordnung betrachtet werden, die aus einfachen Molekülen bestehen, die zur unabhängigen Existenz in Lösung fähig sind.

Nach Werners Koordinationstheorie wird eine komplexe Verbindung unterteilt in intern Und äußere Sphäre. Das Zentralatom mit seinen umgebenden Liganden bildet die innere Sphäre des Komplexes. Es wird normalerweise in eckige Klammern eingeschlossen. Alles andere in der komplexen Verbindung stellt die äußere Sphäre dar und wird außerhalb der eckigen Klammern geschrieben. Um das festgelegte Zentralatom wird eine bestimmte Anzahl von Liganden platziert Koordinationsnummer(kch). Die Anzahl der koordinierten Liganden beträgt am häufigsten 6 oder 4. Der Ligand besetzt eine Koordinationsstelle in der Nähe des Zentralatoms. Durch die Koordination verändern sich die Eigenschaften sowohl der Liganden als auch des Zentralatoms. Koordinierte Liganden können häufig nicht anhand der für sie im freien Zustand charakteristischen chemischen Reaktionen nachgewiesen werden. Die fester gebundenen Teilchen der inneren Kugel werden aufgerufen komplex (komplexes Ion). Es gibt anziehende Kräfte zwischen dem Zentralatom und den Liganden (eine kovalente Bindung wird durch einen Austausch- und (oder) Donor-Akzeptor-Mechanismus gebildet) und abstoßende Kräfte zwischen den Liganden. Wenn die Ladung der inneren Kugel 0 ist, gibt es keine äußere Koordinationssphäre.

Zentralatom (Komplexbildner)- ein Atom oder Ion, das in einer komplexen Verbindung eine zentrale Position einnimmt. Die Rolle eines Komplexbildners wird am häufigsten von Teilchen übernommen, die über freie Orbitale und eine ausreichend große positive Kernladung verfügen und daher Elektronenakzeptoren sein können. Dies sind Kationen von Übergangselementen. Die stärksten Komplexbildner sind Elemente der Gruppen IB und VIIIB. Selten als Komplexbildner

Die Hauptwirkstoffe sind neutrale Atome von D-Elementen und Atome von Nichtmetallen in unterschiedlichem Oxidationsgrad. Die Anzahl der vom Komplexbildner bereitgestellten freien Atomorbitale bestimmt seine Koordinationszahl. Der Wert der Koordinationszahl hängt von vielen Faktoren ab, normalerweise entspricht er jedoch der doppelten Ladung des komplexbildenden Ions:

Liganden- Ionen oder Moleküle, die direkt mit dem Komplexbildner verbunden sind und Elektronenpaardonoren sind. Diese elektronenreichen Systeme mit freien und beweglichen Elektronenpaaren können beispielsweise Elektronendonoren sein:

Verbindungen von p-Elementen weisen komplexbildende Eigenschaften auf und wirken als Liganden in der Komplexverbindung. Liganden können Atome und Moleküle (Protein, Aminosäuren, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate) sein. Basierend auf der Anzahl der Bindungen, die die Liganden mit dem Komplexbildner eingehen, werden Liganden in ein-, zwei- und mehrzähnige Liganden unterteilt. Die oben genannten Liganden (Moleküle und Anionen) sind einzähnig, da sie Donoren eines Elektronenpaars sind. Zweizähnige Liganden umfassen Moleküle oder Ionen mit zwei funktionellen Gruppen, die zwei Elektronenpaare abgeben können:

Zu den mehrzähnigen Liganden gehört der sechszähnige Ligand Ethylendiamintetraessigsäure:

Die Anzahl der von jedem Liganden besetzten Plätze in der inneren Sphäre einer Komplexverbindung wird genannt Koordinationsfähigkeit (dentat) des Liganden. Sie wird durch die Anzahl der Elektronenpaare des Liganden bestimmt, die an der Bildung einer Koordinationsbindung mit dem Zentralatom beteiligt sind.

Neben komplexen Verbindungen umfasst die Koordinationschemie auch Doppelsalze, kristalline Hydrate, die in wässriger Lösung in Bestandteile zerfallen, die im festen Zustand oft ähnlich aufgebaut sind wie komplexe, jedoch instabil sind.

Die stabilsten und vielfältigsten Komplexe in Zusammensetzung und Funktion werden von D-Elementen gebildet. Besonders wichtig sind komplexe Verbindungen von Übergangselementen: Eisen, Mangan, Titan, Kobalt, Kupfer, Zink und Molybdän. Biogene S-Elemente (Na, K, Mg, Ca) bilden nur mit Liganden einer bestimmten zyklischen Struktur Komplexverbindungen und wirken auch als Komplexbildner. Hauptteil R-Elemente (N, P, S, O) sind der aktive aktive Teil komplexierender Partikel (Liganden), einschließlich Bioliganden. Das ist ihre biologische Bedeutung.

Folglich ist die Fähigkeit zur Komplexbildung eine allgemeine Eigenschaft der chemischen Elemente des Periodensystems; diese Fähigkeit nimmt in der folgenden Reihenfolge ab: F> D> P> S.

7.2. BESTIMMUNG DER LADUNG DER HAUPTTEILCHEN EINER KOMPLEXEN VERBINDUNG

Die Ladung der inneren Kugel einer komplexen Verbindung ist die algebraische Summe der Ladungen der Teilchen, aus denen sie besteht. Beispielsweise werden Größe und Vorzeichen der Ladung eines Komplexes wie folgt bestimmt. Die Ladung des Aluminiumions beträgt +3, die Gesamtladung der sechs Hydroxidionen beträgt -6. Daher beträgt die Ladung des Komplexes (+3) + (-6) = -3 und die Formel des Komplexes lautet 3-. Die Ladung des Komplexions ist numerisch gleich der Gesamtladung der äußeren Kugel und hat ein entgegengesetztes Vorzeichen. Beispielsweise beträgt die Ladung der äußeren Kugel K 3 +3. Daher beträgt die Ladung des Komplexions -3. Die Ladung des Komplexbildners ist betragsmäßig gleich groß und hat ein entgegengesetztes Vorzeichen wie die algebraische Summe der Ladungen aller anderen Teilchen der Komplexverbindung. Daher beträgt in K 3 die Ladung des Eisenions +3, da die Gesamtladung aller anderen Teilchen der Komplexverbindung (+3) + (-6) = -3 beträgt.

7.3. NOMENKLATUR KOMPLEXER VERBINDUNGEN

Die Grundlagen der Nomenklatur wurden in den klassischen Werken Werners entwickelt. Demnach wird in einer komplexen Verbindung zuerst das Kation und dann das Anion genannt. Wenn es sich bei der Verbindung um einen Nicht-Elektrolyt-Typ handelt, wird sie in einem Wort bezeichnet. Der Name eines Komplexions wird in einem Wort geschrieben.

Der neutrale Ligand trägt den gleichen Namen wie das Molekül und den Anionliganden wird ein „o“ hinzugefügt. Für ein koordiniertes Wassermolekül wird die Bezeichnung „Aqua-“ verwendet. Um die Anzahl identischer Liganden in der inneren Sphäre des Komplexes anzugeben, werden die griechischen Ziffern Di-, Tri-, Tetra-, Penta-, Hexa- usw. als Präfix vor dem Namen der Liganden verwendet. Es wird das Präfix monone verwendet. Die Liganden sind in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt. Der Name des Liganden wird als Ganzes betrachtet. Auf den Namen des Liganden folgt der Name des Zentralatoms mit Angabe der Oxidationsstufe, die durch römische Ziffern in Klammern angegeben wird. Das Wort Ammin (mit zwei „m“) wird in Bezug auf Ammoniak geschrieben. Für alle anderen Amine wird nur ein „m“ verwendet.

C1 3 – Hexaminkobalt(III)chlorid.

C1 3 – Aquapentammin-Kobalt(III)-chlorid.

Cl 2 – Pentamethylaminchlorkobalt(III)-chlorid.

Diammindibromplatin (II).

Handelt es sich bei dem Komplexion um ein Anion, so hat sein lateinischer Name die Endung „am“.

(NH 4) 2 - Ammoniumtetrachlorpalladat (II).

K – Kaliumpentabromaminplatinat (IV).

K 2 – Kaliumtetrarodanocobaltat (II).

Der Name des Komplexliganden wird üblicherweise in Klammern angegeben.

NO 3 – Dichlor-di-(ethylendiamin)-kobalt(III)-nitrat.

Br – Brom-tris-(triphenylphosphin)-platin(II)-bromid.

In Fällen, in denen ein Ligand zwei Zentralionen bindet, wird vor seinem Namen ein griechischer Buchstabe verwendetμ.

Solche Liganden heißen Brücke und werden zuletzt aufgeführt.

7.4. CHEMISCHE VERBINDUNG UND STRUKTUR KOMPLEXER VERBINDUNGEN

Bei der Bildung komplexer Verbindungen spielen Donor-Akzeptor-Wechselwirkungen zwischen Ligand und Zentralatom eine wichtige Rolle. Der Elektronenpaardonor ist normalerweise ein Ligand. Ein Akzeptor ist ein Zentralatom mit freien Orbitalen. Diese Bindung ist stark und bricht nicht, wenn der Komplex aufgelöst wird (nichtionisch), und wird aufgerufen Koordinierung.

Neben o-Bindungen werden auch π-Bindungen nach dem Donor-Akzeptor-Mechanismus gebildet. In diesem Fall ist der Donor ein Metallion, das seine gepaarten d-Elektronen an einen Liganden abgibt, der energetisch günstige freie Orbitale aufweist. Solche Verbindungen nennt man Dativ. Sie werden gebildet:

a) aufgrund der Überlappung freier p-Orbitale des Metalls mit dem d-Orbital des Metalls, das Elektronen enthält, die keine σ-Bindung eingegangen sind;

b) wenn freie d-Orbitale des Liganden mit gefüllten d-Orbitalen des Metalls überlappen.

Ein Maß für seine Stärke ist der Grad der Überlappung der Orbitale des Liganden und des Zentralatoms. Die Richtung der Bindungen des Zentralatoms bestimmt die Geometrie des Komplexes. Zur Erklärung der Bindungsrichtung werden Vorstellungen über die Hybridisierung von Atomorbitalen des Zentralatoms herangezogen. Hybridorbitale des Zentralatoms sind das Ergebnis der Vermischung ungleicher Atomorbitale. Dadurch ändern sich Form und Energie der Orbitale gegenseitig und es entstehen Orbitale mit neuer identischer Form und Energie. Die Anzahl der Hybridorbitale ist immer gleich der Anzahl der ursprünglichen. Hybridwolken befinden sich im Atom im maximalen Abstand voneinander (Tabelle 7.1).

Tabelle 7.1. Arten der Hybridisierung von Atomorbitalen eines Komplexbildners und die Geometrie einiger komplexer Verbindungen

Die räumliche Struktur des Komplexes wird durch die Art der Hybridisierung der Valenzorbitale und die Anzahl der in seinem Valenzenergieniveau enthaltenen freien Elektronenpaare bestimmt.

Die Effizienz der Donor-Akzeptor-Wechselwirkung zwischen Ligand und Komplexbildner und damit die Stärke der Bindung zwischen ihnen (Stabilität des Komplexes) wird durch ihre Polarisierbarkeit bestimmt, d.h. die Fähigkeit, ihre elektronischen Hüllen unter äußerem Einfluss umzuwandeln. Basierend auf diesem Kriterium werden Reagenzien unterteilt in "hart" oder gering polarisierbar, und "weich" - leicht polarisierbar. Die Polarität eines Atoms, Moleküls oder Ions hängt von seiner Größe und der Anzahl der Elektronenschichten ab. Je kleiner der Radius und die Elektronen eines Teilchens sind, desto weniger polarisiert ist es. Je kleiner der Radius und je weniger Elektronen ein Teilchen hat, desto schlechter ist es polarisiert.

Harte Säuren bilden starke (harte) Komplexe mit den elektronegativen O-, N- und F-Atomen von Liganden (harte Basen), und weiche Säuren bilden starke (weiche) Komplexe mit den Donoratomen P, S und I von Liganden mit niedriger und hoher Elektronegativität Polarisierbarkeit. Wir sehen hier eine Manifestation des allgemeinen Prinzips „Gleiches mit Gleichem“.

Natrium- und Kaliumionen bilden aufgrund ihrer Starrheit praktisch keine stabilen Komplexe mit Biosubstraten und kommen in physiologischen Umgebungen in Form von aquatischen Komplexen vor. Ca 2+- und Mg 2+-Ionen bilden ziemlich stabile Komplexe mit Proteinen und kommen daher in physiologischen Umgebungen sowohl im ionischen als auch im gebundenen Zustand vor.

Ionen von D-Elementen bilden starke Komplexe mit Biosubstraten (Proteinen). Und weiche Säuren Cd, Pb, Hg sind hochgiftig. Sie bilden starke Komplexe mit Proteinen, die R-SH-Sulfhydrylgruppen enthalten:

Cyanidionen sind giftig. Der weiche Ligand interagiert aktiv mit D-Metallen in Komplexen mit Biosubstraten und aktiviert diese.

7.5. DISSOZIATION KOMPLEXER VERBINDUNGEN. STABILITÄT VON KOMPLEXEN. LABILE UND INERTE KOMPLEXE

Wenn komplexe Verbindungen in Wasser gelöst werden, zerfallen sie normalerweise wie starke Elektrolyte in Ionen der Außen- und Innensphäre, da diese Ionen ionogen, hauptsächlich durch elektrostatische Kräfte, gebunden werden. Dies wird als primäre Dissoziation komplexer Verbindungen gewertet.

Die sekundäre Dissoziation einer komplexen Verbindung ist der Zerfall der inneren Sphäre in ihre Bestandteile. Dieser Vorgang erfolgt wie bei schwachen Elektrolyten, da die Partikel der inneren Kugel nichtionisch (durch kovalente Bindungen) verbunden sind. Die Dissoziation erfolgt schrittweise:

Um die Stabilität der inneren Sphäre einer komplexen Verbindung qualitativ zu charakterisieren, wird eine Gleichgewichtskonstante verwendet, die ihre vollständige Dissoziation beschreibt, genannt Instabilitätskonstante des Komplexes(Kn). Für ein komplexes Anion hat der Ausdruck der Instabilitätskonstante die Form:

Je niedriger der Wert von Kn ist, desto stabiler ist die innere Kugel der Komplexverbindung, d. h. desto weniger dissoziiert es in einer wässrigen Lösung. Neuerdings wird anstelle von Kn der Wert der Stabilitätskonstante (Ku) verwendet – der Kehrwert von Kn. Je höher der Ku-Wert, desto stabiler ist der Komplex.

Stabilitätskonstanten ermöglichen es, die Richtung von Ligandenaustauschprozessen vorherzusagen.

In einer wässrigen Lösung liegt das Metallion in Form von Aquakomplexen vor: 2 + - hexaquatisches Eisen (II), 2 + - Tetraaquakupfer (II). Wenn wir Formeln für hydratisierte Ionen schreiben, geben wir nicht die koordinierten Wassermoleküle der Hydrathülle an, sondern meinen sie. Die Bildung eines Komplexes zwischen einem Metallion und einem beliebigen Liganden wird als Reaktion des Ersatzes eines Wassermoleküls in der inneren Koordinationssphäre durch diesen Liganden betrachtet.

Ligandenaustauschreaktionen verlaufen nach dem Mechanismus von S N -Typ-Reaktionen. Zum Beispiel:

Die in Tabelle 7.2 angegebenen Werte der Stabilitätskonstanten weisen darauf hin, dass aufgrund des Komplexierungsprozesses eine starke Bindung von Ionen in wässrigen Lösungen auftritt, was auf die Wirksamkeit der Verwendung dieser Art von Reaktion zur Bindung von Ionen, insbesondere bei mehrzähnigen Liganden, hinweist.

Tabelle 7.2. Stabilität von Zirkoniumkomplexen

Im Gegensatz zu Ionenaustauschreaktionen ist die Bildung komplexer Verbindungen oft kein quasi-augenblicklicher Prozess. Wenn beispielsweise Eisen(III) mit Nitrilotrimethylenphosphonsäure reagiert, stellt sich nach 4 Tagen ein Gleichgewicht ein. Für die kinetischen Eigenschaften von Komplexen werden folgende Konzepte verwendet: labil(reaktionsschnell) und untätig(reaktionsträge). Als labile Komplexe gelten nach dem Vorschlag von G. Taube solche, die bei Raumtemperatur und einer Lösungskonzentration von 0,1 M innerhalb von 1 Minute vollständig Liganden austauschen. Dabei ist eine klare Unterscheidung zwischen thermodynamischen Konzepten [stark (stabil)/ fragile (instabile)] und kinetische [inerte und labile] Komplexe.

In labilen Komplexen erfolgt die Ligandensubstitution schnell und es stellt sich schnell ein Gleichgewicht ein. In inerten Komplexen erfolgt die Ligandensubstitution langsam.

Somit ist der inerte Komplex 2+ in einer sauren Umgebung thermodynamisch instabil: Die Instabilitätskonstante beträgt 10 -6, und der labile Komplex 2- ist sehr stabil: Die Stabilitätskonstante beträgt 10 -30. Taube bringt die Labilität von Komplexen mit der elektronischen Struktur des Zentralatoms in Zusammenhang. Die Inertheit der Komplexe ist vor allem für Ionen mit unvollständiger D-Schale charakteristisch. Zu den inerten Komplexen zählen Co- und Cr-Komplexe. Cyanidkomplexe vieler Kationen mit externem s 2 p 6-Niveau sind labil.

7.6. CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN VON KOMPLEXEN

Komplexierungsprozesse beeinflussen praktisch die Eigenschaften aller den Komplex bildenden Teilchen. Je stärker die Bindungen zwischen Ligand und Komplexbildner sind, desto weniger treten die Eigenschaften des Zentralatoms und der Liganden in der Lösung auf und desto deutlicher treten die Merkmale des Komplexes hervor.

Komplexe Verbindungen zeigen chemische und biologische Aktivität aufgrund der koordinativen Ungesättigtheit des Zentralatoms (es gibt freie Orbitale) und der Anwesenheit freier Elektronenpaare der Liganden. In diesem Fall weist der Komplex elektrophile und nukleophile Eigenschaften auf, die sich von den Eigenschaften des Zentralatoms und der Liganden unterscheiden.

Es ist notwendig, den Einfluss der Struktur der Hydratationshülle des Komplexes auf die chemische und biologische Aktivität zu berücksichtigen. Der Bildungsprozess

Die Bildung von Komplexen beeinflusst die Säure-Base-Eigenschaften der Komplexverbindung. Mit der Bildung komplexer Säuren geht eine Erhöhung der Stärke der Säure bzw. Base einher. Wenn also aus einfachen komplexen Säuren gebildet werden, nimmt die Bindungsenergie mit H + -Ionen ab und die Stärke der Säure nimmt entsprechend zu. Befindet sich das OH – -Ion in der äußeren Kugel, dann nimmt die Bindung zwischen dem Komplexkation und dem Hydroxidion der äußeren Kugel ab und die Grundeigenschaften des Komplexes nehmen zu. Beispielsweise ist Kupferhydroxid Cu(OH) 2 eine schwache, schwerlösliche Base. Bei Einwirkung von Ammoniak entsteht Kupferammoniak (OH) 2. Die Ladungsdichte von 2+ im Vergleich zu Cu 2+ nimmt ab, die Bindung mit OH – Ionen wird geschwächt und (OH) 2 verhält sich wie eine starke Base. Die Säure-Base-Eigenschaften von Liganden, die an einen Komplexbildner gebunden sind, sind in der Regel stärker ausgeprägt als ihre Säure-Base-Eigenschaften im freien Zustand. Beispielsweise weisen Hämoglobin (Hb) oder Oxyhämoglobin (HbO 2) saure Eigenschaften aufgrund der freien Carboxylgruppen des Globinproteins auf, das der Ligand HHb ↔ H + + Hb - ist. Gleichzeitig weist das Hämoglobinanion aufgrund der Aminogruppen des Globinproteins basische Eigenschaften auf und bindet daher das saure Oxid CO 2 unter Bildung des Carbaminohämoglobinanions (HbCO 2 -): CO 2 + Hb - ↔ HbCO 2 - .

Die Komplexe weisen aufgrund der Redoxumwandlungen des Komplexbildners Redoxeigenschaften auf, die stabile Oxidationsstufen bilden. Der Komplexierungsprozess hat großen Einfluss auf das Reduktionspotential von d-Elementen. Wenn die reduzierte Form von Kationen mit einem bestimmten Liganden einen stabileren Komplex bildet als seine oxidierte Form, erhöht sich das Potenzial. Eine Verringerung des Potentials tritt auf, wenn die oxidierte Form einen stabileren Komplex bildet. Unter dem Einfluss von Oxidationsmitteln: Nitrite, Nitrate, NO 2, H 2 O 2 wird beispielsweise Hämoglobin durch Oxidation des Zentralatoms in Methämoglobin umgewandelt.

Das sechste Orbital wird bei der Bildung von Oxyhämoglobin verwendet. Das gleiche Orbital ist an der Bindungsbildung mit Kohlenmonoxid beteiligt. Dadurch entsteht ein makrozyklischer Komplex mit Eisen – Carboxyhämoglobin. Dieser Komplex ist 200-mal stabiler als der Eisen-Sauerstoff-Komplex im Häm.

Reis. 7.1. Chemische Umwandlungen von Hämoglobin im menschlichen Körper. Schema aus dem Buch: Slesarev V.I. Grundlagen der lebenden Chemie, 2000

Die Bildung komplexer Ionen beeinflusst die katalytische Aktivität komplexbildender Ionen. In einigen Fällen nimmt die Aktivität zu. Dies ist auf die Bildung großer Struktursysteme in Lösung zurückzuführen, die an der Bildung von Zwischenprodukten beteiligt sein und die Aktivierungsenergie der Reaktion verringern können. Wenn beispielsweise Cu 2+ oder NH 3 zu H 2 O 2 hinzugefügt wird, beschleunigt sich der Zersetzungsprozess nicht. In Gegenwart des 2+-Komplexes, der in alkalischer Umgebung entsteht, wird die Zersetzung von Wasserstoffperoxid um das 40-Millionen-fache beschleunigt.

Beim Hämoglobin können wir also die Eigenschaften komplexer Verbindungen berücksichtigen: Säure-Base, Komplexierung und Redox.

7.7. KLASSIFIZIERUNG KOMPLEXER VERBINDUNGEN

Es gibt verschiedene Systeme zur Klassifizierung komplexer Verbindungen, die auf unterschiedlichen Prinzipien basieren.

1. Entsprechend der Zugehörigkeit der Komplexverbindung zu einer bestimmten Verbindungsklasse:

Komplexe Säuren H 2;

Komplexe Basen OH;

Komplexe Salze K4.

2. Aufgrund der Art des Liganden: Aquakomplexe, Ammoniak, Acidokomplexe (Anionen verschiedener Säuren, K 4 fungieren als Liganden; Hydroxokomplexe (Hydroxylgruppen, K 3 fungieren als Liganden); Komplexe mit makrozyklischen Liganden, innerhalb derer die Zentrale Atom.

3. Nach dem Vorzeichen der Ladung des Komplexes: kationisch - komplexes Kation in der Komplexverbindung Cl 3; anionisch – komplexes Anion in der Komplexverbindung K; neutral – die Ladung des Komplexes ist 0. Die Komplexverbindung hat beispielsweise keine äußere Kugel. Dies ist eine Arzneimittelformel gegen Krebs.

4. Entsprechend der internen Struktur des Komplexes:

a) abhängig von der Anzahl der Atome des Komplexbildners: einkernig– das komplexe Teilchen enthält ein Atom eines Komplexbildners, beispielsweise Cl 3 ; Multi-Core- Das komplexe Teilchen enthält mehrere Atome eines Komplexbildners - eines Eisen-Protein-Komplexes:

b) Abhängig von der Anzahl der Ligandentypen werden Komplexe unterschieden: homogen (Einzelligand), enthält einen Ligandentyp, zum Beispiel 2+, und ist unähnlich (Mehrligand)- zwei Arten von Liganden oder mehr, zum Beispiel Pt(NH 3) 2 Cl 2. Der Komplex umfasst die Liganden NH 3 und Cl - . Komplexe Verbindungen, die unterschiedliche Liganden in der inneren Kugel enthalten, zeichnen sich durch geometrische Isomerie aus, wenn bei gleicher Zusammensetzung der inneren Kugel die darin enthaltenen Liganden relativ zueinander unterschiedlich angeordnet sind.

Geometrische Isomere komplexer Verbindungen unterscheiden sich nicht nur in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften, sondern auch in ihrer biologischen Aktivität. Das cis-Isomer von Pt(NH 3) 2 Cl 2 hat eine ausgeprägte Antitumoraktivität, das trans-Isomer jedoch nicht;

c) Abhängig von der Zähnigkeit der Liganden, die einkernige Komplexe bilden, können Gruppen unterschieden werden:

Einkernige Komplexe mit einzähnigen Liganden, zum Beispiel 3+;

Einkernige Komplexe mit mehrzähnigen Liganden. Als Komplexverbindungen werden mehrzähnige Liganden bezeichnet Chelatverbindungen;

d) zyklische und azyklische Formen komplexer Verbindungen.

7.8. CHELATKOMPLEXE. KOMPLEXONE. KOMPLEXONATEN

Als zyklische Strukturen werden bezeichnet, die durch die Addition eines Metallions an zwei oder mehr Donoratome entstehen, die zu einem Molekül des Chelatbildners gehören Chelatverbindungen. Zum Beispiel Kupferglycinat:

Bei ihnen führt der Komplexbildner sozusagen in den Liganden, ist wie Krallen von Bindungen bedeckt, daher weisen sie unter sonst gleichen Bedingungen eine höhere Stabilität auf als Verbindungen, die keine Ringe enthalten. Am stabilsten sind Zyklen, die aus fünf oder sechs Gliedern bestehen. Diese Regel wurde erstmals von L.A. formuliert. Chugaev. Unterschied

die Stabilität des Chelatkomplexes und die Stabilität seines nichtzyklischen Analogons wird genannt Chelateffekt.

Mehrzähnige Liganden, die zwei Arten von Gruppen enthalten, wirken als Chelatbildner:

1) Gruppen, die aufgrund von Austauschreaktionen kovalente polare Bindungen bilden können (Protonendonoren, Elektronenpaarakzeptoren) -CH 2 COOH, -CH 2 PO(OH) 2, -CH 2 SO 2 OH, - Säuregruppen (Zentren);

2) Elektronenpaardonorgruppen: ≡N, >NH, >C=O, -S-, -OH, - Hauptgruppen (Zentren).

Wenn solche Liganden die innere Koordinationssphäre des Komplexes sättigen und die Ladung des Metallions vollständig neutralisieren, werden die Verbindungen aufgerufen innerhalb des Komplexes. Zum Beispiel Kupferglycinat. In diesem Komplex gibt es keine äußere Sphäre.

Eine große Gruppe organischer Substanzen, die basische und saure Zentren im Molekül enthalten, werden als bezeichnet Komplexe. Das sind mehrbasische Säuren. Als Chelatverbindungen werden Komplexone bezeichnet, die bei der Wechselwirkung mit Metallionen entstehen Komplexonate, zum Beispiel Magnesiumkomplexonat mit Ethylendiamintetraessigsäure:

In wässriger Lösung liegt der Komplex in anionischer Form vor.

Komplexone und Komplexonate sind ein einfaches Modell komplexerer Verbindungen lebender Organismen: Aminosäuren, Polypeptide, Proteine, Nukleinsäuren, Enzyme, Vitamine und viele andere endogene Verbindungen.

Derzeit wird eine große Auswahl an synthetischen Komplexonen mit verschiedenen funktionellen Gruppen hergestellt. Die Formeln der wichtigsten Komplexone sind nachstehend aufgeführt:

Komplexone können unter bestimmten Bedingungen freie Elektronenpaare (mehrere) bereitstellen, um eine Koordinationsbindung mit einem Metallion (s-, p- oder d-Element) zu bilden. Dadurch entstehen stabile chelatartige Verbindungen mit 4-, 5-, 6- oder 8-gliedrigen Ringen. Die Reaktion findet über einen weiten pH-Bereich statt. Abhängig vom pH-Wert, der Art des Komplexbildners und seinem Verhältnis zum Liganden entstehen Komplexonate unterschiedlicher Stärke und Löslichkeit. Die Chemie der Bildung von Komplexonaten lässt sich durch Gleichungen am Beispiel des Natriumsalzes EDTA (Na 2 H 2 Y) darstellen, das in wässriger Lösung dissoziiert: Na 2 H 2 Y → 2Na + + H 2 Y 2-, und Das H 2 Y 2--Ion interagiert mit den Metallionen, unabhängig vom Oxidationsgrad des Metallkations, am häufigsten interagiert ein Metallion mit einem Komplexonmolekül (1:1). Die Reaktion verläuft quantitativ (Kp >10 9).

Komplexone und Komplexonate zeigen über einen weiten pH-Bereich amphotere Eigenschaften, die Fähigkeit, an Oxidations-Reduktions-Reaktionen teilzunehmen, Komplexe zu bilden, Verbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften je nach Oxidationsgrad des Metalls und seiner Koordinationssättigung zu bilden und elektrophile und nukleophile Eigenschaften zu haben . All dies bestimmt die Fähigkeit, eine große Anzahl von Partikeln zu binden, wodurch eine kleine Menge an Reagenz große und vielfältige Probleme lösen kann.

Ein weiterer unbestreitbarer Vorteil von Komplexonen und Komplexonaten ist ihre geringe Toxizität und die Fähigkeit, toxische Partikel umzuwandeln

in gering toxische oder sogar biologisch aktive. Die Abbauprodukte von Komplexonaten reichern sich nicht im Körper an und sind harmlos. Das dritte Merkmal von Komplexonaten ist die Möglichkeit, sie als Quelle für Mikroelemente zu verwenden.

Die erhöhte Verdaulichkeit ist darauf zurückzuführen, dass das Mikroelement in biologisch aktiver Form eingebracht wird und eine hohe Membranpermeabilität aufweist.

7.9. Phosphorhaltige Metallkomplexe – eine wirksame Form der Umwandlung von Mikro- und Makroelementen in einen biologisch aktiven Zustand und ein Modell zur Untersuchung der biologischen Wirkung chemischer Elemente

Konzept biologische Aktivität deckt ein breites Spektrum an Phänomenen ab. Aus Sicht der chemischen Wirkung werden unter biologisch aktiven Substanzen (BAS) im Allgemeinen Stoffe verstanden, die auf biologische Systeme einwirken und deren lebenswichtige Funktionen regulieren können.

Die Fähigkeit, eine solche Wirkung zu erzielen, wird als die Fähigkeit interpretiert, biologische Aktivität zu zeigen. Die Regulierung kann sich in den Wirkungen der Stimulation, Hemmung und Entwicklung bestimmter Wirkungen äußern. Die extreme Manifestation biologischer Aktivität ist biozide Wirkung, wenn infolge der Einwirkung einer bioziden Substanz auf den Körper dieser stirbt. In geringeren Konzentrationen haben Biozide in den meisten Fällen eher eine stimulierende als eine tödliche Wirkung auf lebende Organismen.

Derzeit ist eine große Anzahl solcher Substanzen bekannt. Allerdings wird der Einsatz bekannter biologisch aktiver Substanzen in vielen Fällen nur unzureichend genutzt, oft mit weit entfernter Wirksamkeit, und die Verwendung führt häufig zu Nebenwirkungen, die durch die Einführung von Modifikatoren in die biologisch aktiven Substanzen beseitigt werden können.

Phosphorhaltige Komplexonate bilden je nach Art, Oxidationsgrad des Metalls, Koordinationssättigung, Zusammensetzung und Struktur der Hydratationshülle Verbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften. All dies bestimmt die Polyfunktionalität von Komplexonaten, ihre einzigartige Fähigkeit zur unterstöchiometrischen Wirkung,

der gemeinsame Ioneneffekt und bietet breite Anwendung in der Medizin, Biologie, Ökologie und in verschiedenen Bereichen der Volkswirtschaft.

Wenn ein Komplexon durch ein Metallion koordiniert wird, kommt es zu einer Umverteilung der Elektronendichte. Aufgrund der Beteiligung eines einzelnen Elektronenpaares an der Donor-Akzeptor-Wechselwirkung verschiebt sich die Elektronendichte des Liganden (Komplexons) zum Zentralatom. Eine Verringerung der relativen negativen Ladung des Liganden trägt dazu bei, die Coulomb-Abstoßung der Reaktanten zu verringern. Daher wird der koordinierte Ligand für den Angriff durch ein nukleophiles Reagens mit einer überschüssigen Elektronendichte am Reaktionszentrum leichter zugänglich. Die Verschiebung der Elektronendichte vom Komplexon zum Metallion führt zu einer relativen Erhöhung der positiven Ladung des Kohlenstoffatoms und damit zu einem leichteren Angriff durch das nukleophile Reagens, das Hydroxylion. Der hydroxylierte Komplex nimmt unter den Enzymen, die Stoffwechselprozesse in biologischen Systemen katalysieren, eine der zentralen Stellen im Mechanismus der enzymatischen Wirkung und Entgiftung des Körpers ein. Durch die Mehrpunktwechselwirkung des Enzyms mit dem Substrat kommt es zu einer Orientierung, die die Konvergenz der aktiven Gruppen im aktiven Zentrum und den Übergang der Reaktion in den intramolekularen Modus gewährleistet, bevor die Reaktion beginnt und der Übergangszustand gebildet wird , das die enzymatische Funktion des FCM sicherstellt. In Enzymmolekülen können Konformationsänderungen auftreten. Durch die Koordination werden zusätzliche Bedingungen für die Redoxwechselwirkung zwischen dem Zentralion und dem Liganden geschaffen, da eine direkte Verbindung zwischen dem Oxidationsmittel und dem Reduktionsmittel hergestellt wird, die den Elektronentransfer gewährleistet. FCM-Übergangsmetallkomplexe können durch Elektronenübergänge vom Typ L-M, M-L, M-L-M gekennzeichnet sein, an denen die Orbitale sowohl des Metalls (M) als auch der Liganden (L) beteiligt sind, die im Komplex jeweils durch Donor-Akzeptor-Bindungen verbunden sind. Komplexone können als Brücke dienen, entlang derer die Elektronen mehrkerniger Komplexe zwischen den Zentralatomen desselben oder verschiedener Elemente in unterschiedlichen Oxidationsstufen oszillieren (Elektronen- und Protonentransferkomplexe). Komplexone bestimmen die reduzierenden Eigenschaften von Metallkomplexonaten, wodurch sie hohe antioxidative, adaptogene Eigenschaften und homöostatische Funktionen aufweisen können.

Komplexone wandeln also Mikroelemente in eine biologisch aktive Form um, die für den Körper zugänglich ist. Sie formen sich stabil

koordinierter gesättigte Partikel, die Biokomplexe nicht zerstören können und daher wenig toxische Formen haben. Komplexonate haben eine positive Wirkung bei Störungen der Mikroelementhomöostase im Körper. Ionen von Übergangselementen in Komplexonatform wirken im Körper als Faktor, der die hohe Empfindlichkeit von Zellen gegenüber Spurenelementen bestimmt, indem sie an der Schaffung eines hohen Konzentrationsgradienten und Membranpotentials beteiligt sind. Übergangsmetallkomplexonate FCM haben bioregulatorische Eigenschaften.

Das Vorhandensein saurer und basischer Zentren in der Zusammensetzung von FCM gewährleistet amphotere Eigenschaften und ihre Beteiligung an der Aufrechterhaltung des Säure-Base-Gleichgewichts (isohydrischer Zustand).

Mit zunehmender Anzahl an Phosphongruppen im Komplexon ändern sich die Zusammensetzung und die Bedingungen für die Bildung löslicher und schwerlöslicher Komplexe. Eine Erhöhung der Zahl der Phosphongruppen begünstigt die Bildung schwerlöslicher Komplexe in einem größeren pH-Bereich und verschiebt den Bereich ihrer Existenz in den sauren Bereich. Die Zersetzung von Komplexen erfolgt bei einem pH-Wert über 9.

Die Untersuchung komplexer Bildungsprozesse mit Komplexonen ermöglichte die Entwicklung von Methoden zur Synthese von Bioregulatoren:

Langwirksame Wachstumsstimulanzien in kolloidaler chemischer Form sind mehrkernige Homo- und Heterokomplexverbindungen aus Titan und Eisen;

Wachstumsstimulanzien in wasserlöslicher Form. Hierbei handelt es sich um Multiliganden-Titankomplexonate auf Basis von Komplexonen und einem anorganischen Liganden;

Wachstumshemmer sind phosphorhaltige Komplexonate von S-Elementen.

Die biologische Wirkung der synthetisierten Medikamente auf Wachstum und Entwicklung wurde in chronischen Experimenten an Pflanzen, Tieren und Menschen untersucht.

Bioregulation- Dies ist eine neue wissenschaftliche Richtung, die es ermöglicht, die Richtung und Intensität biochemischer Prozesse zu regulieren, die in der Medizin, Tierhaltung und Pflanzenproduktion weit verbreitet sein kann. Es ist mit der Entwicklung von Methoden zur Wiederherstellung der physiologischen Funktion des Körpers verbunden, um Krankheiten und altersbedingten Pathologien vorzubeugen und zu behandeln. Komplexone und darauf basierende Komplexverbindungen können als vielversprechende biologisch aktive Verbindungen eingestuft werden. Die Untersuchung ihrer biologischen Wirkung in einem chronischen Experiment zeigte, dass die Chemie in die Hände von Ärzten überging,

Viehzüchter, Agronomen und Biologen verfügen über ein neues vielversprechendes Werkzeug, das es ihnen ermöglicht, eine lebende Zelle aktiv zu beeinflussen, Ernährungsbedingungen, Wachstum und Entwicklung lebender Organismen zu regulieren.

Eine Untersuchung der Toxizität der verwendeten Komplexone und Komplexonate zeigte, dass die Arzneimittel keinerlei Einfluss auf die hämatopoetischen Organe, den Blutdruck, die Erregbarkeit und die Atemfrequenz haben: Es wurden keine Veränderungen der Leberfunktion festgestellt, keine toxikologischen Auswirkungen auf die Morphologie von Geweben usw Organe wurden nachgewiesen. Das Kaliumsalz von HEDP ist bei einer 5- bis 10-fach höheren Dosis als der therapeutischen Dosis (10 bis 20 mg/kg) bei einer Untersuchung über 181 Tage nicht toxisch. Folglich handelt es sich bei Komplexonen um Verbindungen mit geringer Toxizität. Sie werden als Arzneimittel zur Bekämpfung von Viruserkrankungen, Vergiftungen mit Schwermetallen und radioaktiven Elementen, Störungen des Kalziumstoffwechsels, endemischen Krankheiten und einem Ungleichgewicht der Mikroelemente im Körper eingesetzt. Phosphorhaltige Komplexone und Komplexonate unterliegen keiner Photolyse.

Die fortschreitende Belastung der Umwelt mit Schwermetallen – Produkten menschlicher Wirtschaftstätigkeit – ist ein ständig wirkender Umweltfaktor. Sie können sich im Körper ansammeln. Überschuss und Mangel an ihnen führen zu einer Vergiftung des Körpers.

Metallkomplexonate behalten eine chelatbildende Wirkung auf den Liganden (Komplexon) im Körper und sind für die Aufrechterhaltung der Metallligandenhomöostase unverzichtbar. Eingebaute Schwermetalle werden im Körper bis zu einem gewissen Grad neutralisiert, und eine geringe Resorptionskapazität verhindert die Übertragung von Metallen entlang trophischer Ketten, was zu einer gewissen „Biominimierung“ ihrer toxischen Wirkung führt, was besonders für den Ural wichtig ist Region. Beispielsweise sind freie Bleiionen ein Thiolgift, und starkes Bleikomplexonat mit Ethylendiamintetraessigsäure ist wenig toxisch. Daher erfordert die Entgiftung von Pflanzen und Tieren den Einsatz von Metallkomplexonaten. Es basiert auf zwei thermodynamischen Prinzipien: ihrer Fähigkeit, starke Bindungen mit toxischen Partikeln einzugehen und diese in Verbindungen umzuwandeln, die in einer wässrigen Lösung schwer löslich oder stabil sind; ihre Unfähigkeit, endogene Biokomplexe zu zerstören. In diesem Zusammenhang betrachten wir die komplexe Therapie von Pflanzen und Tieren als eine wichtige Richtung im Kampf gegen Umweltvergiftungen und bei der Gewinnung umweltfreundlicher Produkte.

Es wurde eine Studie über die Wirkung der Behandlung von Pflanzen mit Komplexonaten verschiedener Metalle unter intensiver Anbautechnik durchgeführt

Kartoffeln über die Mikroelementzusammensetzung von Kartoffelknollen. Knollenproben enthielten 105–116 mg/kg Eisen, 16–20 mg/kg Mangan, 13–18 mg/kg Kupfer und 11–15 mg/kg Zink. Das Verhältnis und der Gehalt an Mikroelementen sind typisch für Pflanzengewebe. Knollen, die mit und ohne Verwendung von Metallkomplexonaten angebaut wurden, haben nahezu die gleiche Elementzusammensetzung. Die Verwendung von Chelaten schafft keine Bedingungen für die Anreicherung von Schwermetallen in Knollen. Komplexonate werden in geringerem Maße als Metallionen vom Boden sorbiert und sind resistent gegen dessen mikrobiologische Wirkung, wodurch sie lange Zeit in der Bodenlösung verbleiben können. Die Nachwirkung beträgt 3-4 Jahre. Sie lassen sich gut mit verschiedenen Pestiziden kombinieren. Das Metall im Komplex weist eine geringere Toxizität auf. Phosphorhaltige Metallkomplexonate reizen die Augenschleimhaut nicht und schädigen die Haut nicht. Sensibilisierende Eigenschaften wurden nicht identifiziert, die kumulativen Eigenschaften von Titankomplexonaten werden nicht zum Ausdruck gebracht und sind in einigen Fällen sehr schwach ausgeprägt. Der Kumulationskoeffizient liegt bei 0,9–3,0, was auf ein geringes Gefahrenpotenzial einer chronischen Arzneimittelvergiftung hinweist.

Phosphorhaltige Komplexe basieren auf der Phosphor-Kohlenstoff-Bindung (C-P), die auch in biologischen Systemen vorkommt. Es ist Bestandteil von Phosphonolipiden, Phosphonoglykanen und Phosphoproteinen der Zellmembranen. Lipide, die Aminophosphonsäureverbindungen enthalten, sind resistent gegen enzymatische Hydrolyse und gewährleisten die Stabilität und damit die normale Funktion der äußeren Zellmembranen. Synthetische Analoga von Pyrophosphaten – Diphosphonate (P-S-P) oder (P-C-S-P) stören in großen Dosen den Kalziumstoffwechsel und in kleinen Dosen normalisieren sie ihn. Diphosphonate wirken gegen Hyperlipämie und sind aus pharmakologischer Sicht vielversprechend.

Diphosphonate mit P-C-P-Bindungen sind Strukturelemente von Biosystemen. Sie sind biologisch wirksam und Analoga von Pyrophosphaten. Bisphosphonate haben sich als wirksame Behandlung verschiedener Krankheiten erwiesen. Bisphosphonate sind aktive Inhibitoren der Knochenmineralisierung und -resorption. Komplexone wandeln Mikroelemente in eine biologisch aktive Form um, die für den Körper zugänglich ist, bilden stabile, stärker koordinationsgesättigte Partikel, die nicht in der Lage sind, Biokomplexe zu zerstören, und daher Formen mit geringer Toxizität. Sie bestimmen die hohe Empfindlichkeit von Zellen gegenüber Spurenelementen und sind an der Bildung eines hohen Konzentrationsgradienten beteiligt. Kann an der Bildung mehrkerniger Titan-Heteronuklei-Verbindungen teilnehmen.

eines neuen Typs - Elektronen- und Protonentransferkomplexe - sind an der Bioregulation von Stoffwechselprozessen, der Körperresistenz und der Fähigkeit beteiligt, Bindungen mit toxischen Partikeln einzugehen und diese in leicht lösliche oder lösliche, stabile, zerstörungsfreie endogene Komplexe umzuwandeln. Daher ist ihr Einsatz zur Entgiftung, Ausscheidung aus dem Körper, zur Gewinnung umweltfreundlicher Produkte (Komplextherapie) sowie in der Industrie zur Regeneration und Entsorgung von Industrieabfällen anorganischer Säuren und Übergangsmetallsalze sehr vielversprechend.

7.10. Ligandenaustausch und Metallaustausch

GLEICHGEWICHT. CHELATOTHERAPIE

Wenn das System mehrere Liganden mit einem Metallion oder mehrere Metallionen mit einem Liganden aufweist, die zur Bildung komplexer Verbindungen fähig sind, werden konkurrierende Prozesse beobachtet: Im ersten Fall ist das Ligandenaustauschgleichgewicht eine Konkurrenz zwischen Liganden um das Metallion, im zweiten Fall , Metallaustauschgleichgewicht ist Konkurrenz zwischen Metallionen pro Ligand. Der Prozess der Bildung des haltbarsten Komplexes wird sich durchsetzen. Die Lösung enthält beispielsweise Ionen: Magnesium, Zink, Eisen (III), Kupfer, Chrom (II), Eisen (II) und Mangan (II). Wenn eine kleine Menge Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) in diese Lösung eingebracht wird, kommt es zu einer Konkurrenz zwischen Metallionen und der Bindung von Eisen(III) zu einem Komplex, da es mit EDTA den haltbarsten Komplex bildet.

Im Körper kommt es ständig zur Wechselwirkung von Biometallen (Mb) und Bioliganden (Lb), zur Bildung und Zerstörung lebenswichtiger Biokomplexe (MbLb):

Im menschlichen Körper, bei Tieren und Pflanzen gibt es verschiedene Mechanismen, um dieses Gleichgewicht vor verschiedenen Xenobiotika (Fremdstoffen), darunter auch Schwermetallionen, zu schützen und aufrechtzuerhalten. Nicht komplexierte Schwermetallionen und deren Hydroxokomplexe sind toxische Partikel (Mt). In diesen Fällen kann neben dem natürlichen Metall-Ligand-Gleichgewicht ein neues Gleichgewicht entstehen, mit der Bildung haltbarerer Fremdkomplexe, die toxische Metalle (MtLb) oder toxische Liganden (MbLt) enthalten, die keine Leistung erbringen

notwendige biologische Funktionen. Wenn exogene toxische Partikel in den Körper gelangen, entstehen kombinierte Gleichgewichte und in der Folge kommt es zu einer Konkurrenz der Prozesse. Der vorherrschende Prozess wird derjenige sein, der zur Bildung der haltbarsten komplexen Verbindung führt:

Störungen der Metallliganden-Homöostase verursachen Stoffwechselstörungen, hemmen die Enzymaktivität, zerstören wichtige Metaboliten wie ATP und Zellmembranen und stören den Ionenkonzentrationsgradienten in Zellen. Daher werden künstliche Abwehrsysteme geschaffen. Bei dieser Methode nimmt die Chelat-Therapie (Komplextherapie) ihren gebührenden Platz ein.

Bei der Chelat-Therapie handelt es sich um die Entfernung toxischer Partikel aus dem Körper, die auf deren Chelatisierung mit S-Element-Komplexonaten basiert. Medikamente, die zur Entfernung giftiger Partikel im Körper eingesetzt werden, werden Entgiftungsmittel genannt.(Lg). Die Chelatisierung toxischer Partikel mit Metallkomplexonaten (Lg) wandelt toxische Metallionen (Mt) in ungiftige (MtLg) gebundene Formen um, die für die Sequestrierung und Membranpenetration, den Transport und die Ausscheidung aus dem Körper geeignet sind. Sie behalten im Körper eine chelatbildende Wirkung sowohl für den Liganden (Komplexon) als auch für das Metallion bei. Dadurch wird die Metallliganden-Homöostase des Körpers sichergestellt. Daher sorgt der Einsatz von Komplexonaten in der Medizin, Tierhaltung und Pflanzenproduktion für eine Entgiftung des Körpers.

Die grundlegenden thermodynamischen Prinzipien der Chelat-Therapie können in zwei Positionen formuliert werden.

I. Das Entgiftungsmittel (Lg) muss giftige Ionen (Mt, Lt) wirksam binden, die neu gebildeten Verbindungen (MtLg) müssen stärker sein als diejenigen, die im Körper vorhanden waren:

II. Der Entgifter sollte keine lebenswichtigen Komplexverbindungen (MbLb) zerstören; Verbindungen, die bei der Wechselwirkung eines Entgiftungsmittels und Biometallionen (MbLg) entstehen können, müssen weniger haltbar sein als die im Körper vorhandenen:

7.11. ANWENDUNG VON KOMPLEXONEN UND KOMPLEXONATEN IN DER MEDIZIN

Complexon-Moleküle unterliegen praktisch keiner Spaltung oder Veränderungen in der biologischen Umgebung, was ihr wichtiges pharmakologisches Merkmal ist. Komplexone sind in Lipiden unlöslich und in Wasser gut löslich, sodass sie Zellmembranen nicht oder nur schlecht durchdringen und daher: 1) nicht über den Darm ausgeschieden werden; 2) Die Absorption von Komplexbildnern erfolgt nur, wenn sie injiziert werden (nur Penicillamin wird oral eingenommen); 3) im Körper zirkulieren Komplexone hauptsächlich im extrazellulären Raum; 4) Die Ausscheidung aus dem Körper erfolgt hauptsächlich über die Nieren. Dieser Vorgang geschieht schnell.

Als Stoffe werden Stoffe bezeichnet, die die Wirkung von Giften auf biologische Strukturen beseitigen und Gifte durch chemische Reaktionen inaktivieren Gegenmittel.

Eines der ersten Gegenmittel, das in der Chelat-Therapie eingesetzt wurde, war British Anti-Lewisit (BAL). Unithiol wird derzeit verwendet:

Dieses Medikament entfernt effektiv Arsen, Quecksilber, Chrom und Wismut aus dem Körper. Bei Vergiftungen mit Zink, Cadmium, Blei und Quecksilber werden am häufigsten Komplexone und Komplexonate eingesetzt. Ihre Verwendung basiert auf der Bildung stärkerer Komplexe mit Metallionen als Komplexe derselben Ionen mit schwefelhaltigen Gruppen von Proteinen, Aminosäuren und Kohlenhydraten. Zur Entfernung von Blei werden Präparate auf EDTA-Basis verwendet. Die Einführung von Arzneimitteln in großen Dosen in den Körper ist gefährlich, da sie Kalziumionen binden, was zu einer Störung vieler Funktionen führt. Deshalb verwenden sie Tetacin(CaNa 2 EDTA), das zur Entfernung von Blei, Cadmium, Quecksilber, Yttrium, Cer und anderen Seltenerdmetallen sowie Kobalt verwendet wird.

Seit der ersten therapeutischen Anwendung von Thetacin im Jahr 1952 hat dieses Medikament in der Klinik für Berufskrankheiten breite Anwendung gefunden und ist nach wie vor ein unverzichtbares Gegenmittel. Der Wirkungsmechanismus von Thetacin ist sehr interessant. Toxische Ionen verdrängen das koordinierte Calciumion von Thetacin aufgrund der Bildung stärkerer Bindungen mit Sauerstoff und EDTA. Das Calciumion wiederum verdrängt die beiden verbleibenden Natriumionen:

Thetacin wird dem Körper in Form einer 5-10%igen Lösung verabreicht, deren Basis eine Kochsalzlösung ist. So verbleiben bereits 1,5 Stunden nach der intraperitonealen Injektion 15 % der verabreichten Thetacindosis im Körper, nach 6 Stunden 3 % und nach 2 Tagen nur noch 0,5 %. Das Medikament wirkt effektiv und schnell, wenn Tetacin inhalativ verabreicht wird. Es zieht schnell ein und zirkuliert lange im Blut. Darüber hinaus wird Thetacin zum Schutz vor Gasbrand eingesetzt. Es hemmt die Wirkung von Zink- und Kobaltionen, die Aktivatoren des Enzyms Lecithinase sind, einem Gasbrand-Toxin.

Die Bindung von Giftstoffen durch Thetacin zu einem wenig toxischen und haltbareren Chelatkomplex, der nicht zerstört wird und leicht über die Nieren aus dem Körper ausgeschieden wird, sorgt für eine Entgiftung und eine ausgewogene Mineralstoffernährung. In Struktur und Zusammensetzung dem Vor-

paratam EDTA ist das Natriumcalciumsalz der Diethylentriaminpentaessigsäure (CaNa 3 DTPA) - Pentacin und Natriumsalz der Diethylentriaminpentaphosphonsäure (Na 6 DTPP) - trimefa-cin. Pentacin wird vor allem bei Vergiftungen mit Eisen-, Cadmium- und Bleiverbindungen sowie zur Entfernung von Radionukliden (Technetium, Plutonium, Uran) eingesetzt.

Natriumsalz der Ethylendiamindiisopropylphosphonsäure (CaNa 2 EDTP) Phosphizin Wird erfolgreich zur Entfernung von Quecksilber, Blei, Beryllium, Mangan, Aktiniden und anderen Metallen aus dem Körper eingesetzt. Komplexonate sind sehr wirksam bei der Entfernung einiger toxischer Anionen. Als Gegenmittel bei Cyanidvergiftungen kann beispielsweise Kobalt(II)ethylendiamintetraacetat empfohlen werden, das mit CN einen gemischten Ligandenkomplex bildet. Ein ähnliches Prinzip liegt Methoden zur Entfernung toxischer organischer Substanzen zugrunde, einschließlich Pestiziden, die funktionelle Gruppen mit Donoratomen enthalten, die mit dem Komplexonatmetall interagieren können.

Ein wirksames Medikament ist succimer(Dimercaptobernsteinsäure, Dimercaptobernsteinsäure, Chemet). Es bindet fast alle Giftstoffe (Hg, As, Pb, Cd) fest, entfernt aber Ionen biogener Elemente (Cu, Fe, Zn, Co) aus dem Körper und wird daher fast nie verwendet.

Phosphorhaltige Komplexonate sind starke Inhibitoren der Kristallbildung von Phosphaten und Calciumoxalaten. Xidifon, ein Kalium-Natriumsalz von HEDP, wurde als Antikalkmittel bei der Behandlung von Urolithiasis vorgeschlagen. Darüber hinaus erhöhen Diphosphonate in minimalen Dosen den Einbau von Kalzium in das Knochengewebe und verhindern dessen pathologische Freisetzung aus den Knochen. HEDP und andere Diphosphonate verhindern verschiedene Arten von Osteoporose, einschließlich renaler Osteodystrophie und parodontaler Osteoporose

Zerstörung sowie Zerstörung von transplantiertem Knochen bei Tieren. Auch die antiatherosklerotische Wirkung von HEDP wurde beschrieben.

In den USA wurden eine Reihe von Diphosphonaten, insbesondere HEDP, als Arzneimittel zur Behandlung von Menschen und Tieren vorgeschlagen, die an metastasiertem Knochenkrebs leiden. Durch die Regulierung der Membranpermeabilität fördern Bisphosphonate den Transport von Antitumormitteln in die Zelle und damit die wirksame Behandlung verschiedener onkologischer Erkrankungen.

Eines der drängenden Probleme der modernen Medizin ist die schnelle Diagnose verschiedener Krankheiten. In dieser Hinsicht ist zweifellos eine neue Klasse von Arzneimitteln von Interesse, die Kationen enthalten, die die Funktionen einer Sonde erfüllen können – radioaktive Magnetorelaxation und fluoreszierende Markierungen. Radioisotope bestimmter Metalle werden als Hauptbestandteile von Radiopharmazeutika verwendet. Die Chelatisierung der Kationen dieser Isotope mit Komplexonen ermöglicht es, ihre toxikologische Verträglichkeit für den Körper zu erhöhen, ihren Transport zu erleichtern und innerhalb bestimmter Grenzen eine Selektivität der Konzentration in bestimmten Organen sicherzustellen.

Die aufgeführten Beispiele erschöpfen bei weitem nicht die Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten von Komplexonaten in der Medizin. Daher wird das Dikaliumsalz von Mzur Regulierung des Flüssigkeitsgehalts im Gewebe während der Pathologie verwendet. EDTA wird in der Zusammensetzung von gerinnungshemmenden Suspensionen zur Trennung von Blutplasma, als Stabilisator von Adenosintriphosphat bei der Bestimmung des Blutzuckers sowie beim Bleichen und Aufbewahren von Kontaktlinsen verwendet. Bisphosphonate werden häufig zur Behandlung rheumatoider Erkrankungen eingesetzt. Besonders wirksam sind sie als Anti-Arthritis-Mittel in Kombination mit entzündungshemmenden Medikamenten.

7.12. KOMPLEXE MIT MAKROZYKLISCHEN VERBINDUNGEN

Unter den natürlichen Komplexverbindungen nehmen Makrokomplexe auf der Basis zyklischer Polypeptide mit inneren Hohlräumen bestimmter Größen einen besonderen Platz ein, in denen mehrere sauerstoffhaltige Gruppen vorhanden sind, die in der Lage sind, Kationen dieser Metalle, einschließlich Natrium und Kalium, zu binden, deren Abmessungen übereinstimmen auf die Abmessungen des Hohlraums. Solche Substanzen sind biologisch

Reis. 7.2. Valinomycin-Komplex mit K+-Ion

ische Materialien sorgen für den Transport von Ionen durch Membranen und werden deshalb Ionophore. Beispielsweise transportiert Valinomycin Kaliumionen durch die Membran (Abbildung 7.2).

Verwendung eines anderen Polypeptids - Gramicidin A Natriumkationen werden über einen Relaismechanismus transportiert. Dieses Polypeptid ist zu einer „Röhre“ gefaltet, deren Innenfläche mit sauerstoffhaltigen Gruppen ausgekleidet ist. Das Ergebnis ist

ein ausreichend langer hydrophiler Kanal mit einem bestimmten Querschnitt, der der Größe des Natriumions entspricht. Das Natriumion, das von einer Seite in den hydrophilen Kanal gelangt, wird wie bei einem Staffellauf durch einen ionenleitenden Kanal von einer Sauerstoffgruppe auf eine andere übertragen.

Ein zyklisches Polypeptidmolekül verfügt also über einen intramolekularen Hohlraum, in den ein Substrat einer bestimmten Größe und Geometrie eindringen kann, ähnlich dem Prinzip von Schlüssel und Schloss. Der Hohlraum solcher inneren Rezeptoren wird von aktiven Zentren (Endorezeptoren) begrenzt. Abhängig von der Art des Metallions kann es zu nichtkovalenten Wechselwirkungen (elektrostatisch, Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals-Kräften) mit Alkalimetallen und kovalenten Wechselwirkungen mit Erdalkalimetallen kommen. Und folglich, Supramoleküle- komplexe Verbindungen, die aus zwei oder mehr Teilchen bestehen, die durch intermolekulare Kräfte zusammengehalten werden.

Die häufigsten vierzähnigen Makrozyklen in der Natur sind Porphine und Corrinoide mit ähnlicher Struktur. Schematisch kann der Tetradent-Zyklus in der folgenden Form dargestellt werden (Abb. 7.3), wobei die Bögen Kohlenstoffketten des gleichen Typs darstellen, die Donor-Stickstoffatome zu einem geschlossenen Zyklus verbinden; R 1, R 2, R 3, P 4 sind Kohlenwasserstoffreste; Mn+ ist ein Metallion: In Chlorophyll gibt es ein Mg 2+-Ion, in Hämoglobin gibt es ein Fe 2+-Ion, in Hämocyanin gibt es ein Cu 2+-Ion, in Vitamin B 12 (Cobalamin) gibt es ein Co 3+-Ion .

Donor-Stickstoffatome befinden sich an den Ecken des Quadrats (angezeigt durch gestrichelte Linien). Sie sind im Raum streng koordiniert. Deshalb

Porphyrine und Corrinoide bilden stabile Komplexe mit Kationen verschiedener Elemente und sogar Erdalkalimetallen. Es ist notwendig, dass Unabhängig von der Zähnigkeit des Liganden werden die chemische Bindung und die Struktur des Komplexes durch die Donoratome bestimmt. Beispielsweise haben Kupferkomplexe mit NH 3, Ethylendiamin und Porphyrin die gleiche quadratische Struktur und eine ähnliche elektronische Konfiguration. Allerdings binden mehrzähnige Liganden viel stärker an Metallionen als einzähnige Liganden

Reis. 7.3. Vierzähniger Makrozyklus

mit den gleichen Donoratomen. Die Stärke von Ethylendiamin-Komplexen ist 8–10 Größenordnungen größer als die Stärke derselben Metalle mit Ammoniak.

Als bioanorganische Komplexe werden Metallionen mit Proteinen bezeichnet Biocluster - Komplexe von Metallionen mit makrozyklischen Verbindungen (Abb. 7.4).

Reis. 7.4. Schematische Darstellung der Struktur von Bioclustern bestimmter Größen von Proteinkomplexen mit Ionen von D-Elementen. Arten von Protein-Molekül-Wechselwirkungen. M n+ – Metallion im aktiven Zentrum

Im Inneren des Bioclusters befindet sich ein Hohlraum. Es enthält ein Metall, das mit Donoratomen verbindender Gruppen interagiert: OH-, SH-, COO-, -NH 2, Proteine, Aminosäuren. Die bekanntesten Metallhändler sind

Enzyme (Carboanhydrase, Xanthinoxidase, Cytochrome) sind Biocluster, deren Hohlräume Enzymzentren bilden, die jeweils Zn, Mo, Fe enthalten.

7.13. MULTICORE-KOMPLEXE

Heterovalente und heteronukleare Komplexe

Als Komplexe werden Komplexe bezeichnet, die mehrere Zentralatome eines oder verschiedener Elemente enthalten Multi-Core. Die Möglichkeit der Bildung mehrkerniger Komplexe wird durch die Fähigkeit einiger Liganden bestimmt, an zwei oder drei Metallionen zu binden. Solche Liganden heißen Brücke Jeweils Brücke werden auch Komplexe genannt. Prinzipiell sind auch einatomige Brücken möglich, zum Beispiel:

Sie nutzen einzelne Elektronenpaare, die zum selben Atom gehören. Die Rolle von Brücken kann gespielt werden mehratomige Liganden. Solche Brücken nutzen einzelne Elektronenpaare, die zu verschiedenen Atomen gehören mehratomiger Ligand.

A.A. Greenberg und F.M. Filinov untersuchte Brückenverbindungen der Zusammensetzung, bei denen der Ligand komplexe Verbindungen desselben Metalls, jedoch in unterschiedlichen Oxidationsstufen, bindet. G. Taube rief sie an Elektronentransferkomplexe. Er untersuchte Elektronentransferreaktionen zwischen den Zentralatomen verschiedener Metalle. Systematische Untersuchungen der Kinetik und des Mechanismus von Redoxreaktionen führten zu dem Schluss, dass ein Elektronentransfer zwischen zwei Komplexen vorliegt

erfolgt über die resultierende Ligandenbrücke. Der Elektronenaustausch zwischen 2+ und 2+ erfolgt über die Bildung eines intermediären Brückenkomplexes (Abb. 7.5). Der Elektronentransfer erfolgt über den Chlorid-Brückenliganden und endet in der Bildung von 2+-Komplexen; 2+.

Reis. 7.5. Elektronentransfer in einem intermediären mehrkernigen Komplex

Durch die Verwendung organischer Liganden mit mehreren Donorgruppen wurde eine Vielzahl mehrkerniger Komplexe erhalten. Voraussetzung für ihre Bildung ist die Anordnung der Donorgruppen im Liganden, die ein Schließen der Chelatzyklen verhindert. Es gibt häufig Fälle, in denen ein Ligand die Fähigkeit besitzt, den Chelatzyklus zu schließen und gleichzeitig als Brücke zu fungieren.

Das Wirkprinzip des Elektronentransfers sind Übergangsmetalle, die mehrere stabile Oxidationsstufen aufweisen. Dadurch erhalten Titan-, Eisen- und Kupferionen ideale Elektronentransporteigenschaften. Eine Reihe von Optionen für die Bildung heterovalenter (HVC) und heteronuklearer Komplexe (HNC) auf Basis von Ti und Fe ist in Abb. dargestellt. 7.6.

Reaktion

Reaktion (1) wird aufgerufen Kreuzreaktion. Bei Austauschreaktionen sind heterovalente Komplexe Zwischenprodukte. Alle theoretisch möglichen Komplexe bilden sich unter bestimmten Bedingungen tatsächlich in Lösung, was durch verschiedene physikalisch-chemische Studien nachgewiesen wurde.

Reis. 7.6. Bildung heterovalenter Komplexe und heteronuklearer Komplexe mit Ti und Fe

Methoden. Damit ein Elektronentransfer stattfinden kann, müssen sich die Reaktanten in Zuständen befinden, die energetisch nahe beieinander liegen. Diese Anforderung wird Franck-Condon-Prinzip genannt. Ein Elektronentransfer kann zwischen Atomen desselben Übergangselements stattfinden, die sich in unterschiedlichen Oxidationsstufen von HVA befinden, oder zwischen verschiedenen Elementen von HCA, deren Metallzentren unterschiedlich beschaffen sind. Diese Verbindungen können als Elektronentransferkomplexe definiert werden. Sie sind praktische Träger von Elektronen und Protonen in biologischen Systemen. Die Zugabe und Abgabe eines Elektrons führt lediglich zu Veränderungen in der elektronischen Konfiguration des Metalls, ohne die Struktur der organischen Komponente des Komplexes zu verändern. Alle diese Elemente haben mehrere stabile Oxidationsstufen (Ti +3 und +4; Fe +2 und +3; Cu +1 und +2). Unserer Meinung nach kommt diesen Systemen von Natur aus die einzigartige Aufgabe zu, die Reversibilität biochemischer Prozesse bei minimalen Energiekosten sicherzustellen. Reversible Reaktionen umfassen Reaktionen mit thermodynamischen und thermochemischen Konstanten von 10 -3 bis 10 3 und mit einem kleinen Wert von ΔG o und Eo Prozesse. Unter diesen Bedingungen können die Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte in vergleichbaren Konzentrationen vorliegen. Wenn sie in einem bestimmten Bereich geändert werden, ist es leicht, eine Reversibilität des Prozesses zu erreichen, daher sind in biologischen Systemen viele Prozesse oszillatorischer (Wellen-) Natur. Redoxsysteme, die die oben genannten Paare enthalten, decken ein breites Spektrum an Potentialen ab, was es ihnen ermöglicht, Wechselwirkungen einzugehen, die mit moderaten Änderungen von Δ einhergehen Gehen Und E°, mit vielen Untergründen.

Die Wahrscheinlichkeit der Bildung von HVA und GAC erhöht sich erheblich, wenn die Lösung potenziell verbrückende Liganden enthält, d. h. Moleküle oder Ionen (Aminosäuren, Hydroxysäuren, Komplexone usw.), die zwei Metallzentren gleichzeitig binden können. Die Möglichkeit einer Elektronendelokalisierung im GVK trägt zu einer Verringerung der Gesamtenergie des Komplexes bei.

Realistischer ist der Satz möglicher Varianten der Bildung von HVC und HNC, bei denen die Natur der Metallzentren unterschiedlich ist, in Abb. 7.6. Eine detaillierte Beschreibung der Bildung von GVK und GYAK und ihrer Rolle in biochemischen Systemen finden sich in den Arbeiten von A.N. Glebova (1997). Damit ein Transfer möglich wird, müssen Redoxpaare strukturell aneinander angepasst werden. Durch die Auswahl der Komponenten der Lösung kann man die Distanz, über die ein Elektron vom Reduktionsmittel auf das Oxidationsmittel übertragen wird, „verlängern“. Bei koordinierter Bewegung von Teilchen kann der Elektronentransfer über große Entfernungen über einen Wellenmechanismus erfolgen. Der „Korridor“ kann eine hydratisierte Proteinkette usw. sein. Es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit eines Elektronentransfers über eine Distanz von bis zu 100 A. Die Länge des „Korridors“ kann durch Zugabe von Zusatzstoffen (Alkalimetallionen, Hintergrundelektrolyte) verlängert werden. Dies eröffnet große Möglichkeiten im Bereich der Steuerung der Zusammensetzung und Eigenschaften von HVA und HYA. In Lösungen spielen sie die Rolle einer Art „Black Box“, gefüllt mit Elektronen und Protonen. Abhängig von den Umständen kann er sie an andere Komponenten abgeben oder seine „Reserven“ auffüllen. Die Reversibilität der an ihnen beteiligten Reaktionen ermöglicht es ihnen, wiederholt an zyklischen Prozessen teilzunehmen. Elektronen bewegen sich von einem Metallzentrum zum anderen und oszillieren zwischen ihnen. Das komplexe Molekül bleibt asymmetrisch und kann an Redoxprozessen teilnehmen. GVA und GNA nehmen aktiv an oszillierenden Prozessen in biologischen Medien teil. Diese Art von Reaktion wird Oszillationsreaktion genannt. Sie finden sich in der enzymatischen Katalyse, der Proteinsynthese und anderen biochemischen Prozessen, die biologische Phänomene begleiten. Dazu gehören periodische Prozesse des Zellstoffwechsels, Aktivitätswellen im Herzgewebe, im Gehirngewebe und Prozesse auf der Ebene ökologischer Systeme. Ein wichtiger Schritt im Stoffwechsel ist die Extraktion von Wasserstoff aus Nährstoffen. Gleichzeitig gehen Wasserstoffatome in einen ionischen Zustand über, und die von ihnen abgetrennten Elektronen gelangen in die Atmungskette und geben ihre Energie zur Bildung von ATP ab. Wie wir festgestellt haben, sind Titankomplexonate nicht nur aktive Träger von Elektronen, sondern auch von Protonen. Die Fähigkeit von Titanionen, ihre Rolle im aktiven Zentrum von Enzymen wie Katalasen, Peroxidasen und Cytochromen zu erfüllen, wird durch ihre hohe Fähigkeit bestimmt, Komplexe zu bilden, die Geometrie eines koordinierten Ions zu bilden und mehrkernige HVA und HNA unterschiedlicher Zusammensetzung und Eigenschaften zu bilden in Abhängigkeit vom pH-Wert, der Konzentration des Übergangselements Ti und der organischen Komponente des Komplexes, ihrem Molverhältnis. Diese Fähigkeit äußert sich in einer erhöhten Selektivität des Komplexes

in Bezug auf Substrate, Produkte von Stoffwechselprozessen, Aktivierung von Bindungen im Komplex (Enzym) und Substrat durch Koordination und Formänderung des Substrats entsprechend den sterischen Anforderungen des aktiven Zentrums.

Elektrochemische Umwandlungen im Körper, die mit der Übertragung von Elektronen verbunden sind, gehen mit einer Änderung des Oxidationsgrads der Partikel und dem Auftreten eines Redoxpotentials in der Lösung einher. Eine wichtige Rolle bei diesen Transformationen spielen die mehrkernigen Komplexe GVK und GYAK. Sie sind aktive Regulatoren freier Radikalprozesse, ein System zur Wiederverwertung reaktiver Sauerstoffspezies, Wasserstoffperoxid, Oxidationsmittel und Radikale und sind an der Oxidation von Substraten sowie an der Aufrechterhaltung der antioxidativen Homöostase und dem Schutz des Körpers vor oxidativem Stress beteiligt. Ihre enzymatische Wirkung auf Biosysteme ähnelt der von Enzymen (Cytochrome, Superoxiddismutase, Katalase, Peroxidase, Glutathionreduktase, Dehydrogenasen). All dies weist auf die hohen antioxidativen Eigenschaften von Übergangselementkomplexonaten hin.

7.14. FRAGEN UND AUFGABEN ZUR SELBSTÜBERPRÜFUNG DER VORBEREITUNG AUF UNTERRICHTS- UND PRÜFUNGSBEREICHE

1. Geben Sie den Begriff der komplexen Verbindungen an. Wie unterscheiden sie sich von Doppelsalzen und was haben sie gemeinsam?

2. Bilden Sie Formeln für komplexe Verbindungen mit ihren Namen: Amm(IV), Triammintrinitrocobalt (III), geben Sie ihre Eigenschaften an; geben Sie interne und externe Koordinationsbereiche an; Zentralion und seine Oxidationsstufe: Liganden, ihre Anzahl und Dichte; Art der Verbindungen. Schreiben Sie die Dissoziationsgleichung in wässriger Lösung und den Ausdruck für die Stabilitätskonstante.

3. Allgemeine Eigenschaften komplexer Verbindungen, Dissoziation, Stabilität von Komplexen, chemische Eigenschaften von Komplexen.

4.Wie wird die Reaktivität von Komplexen anhand thermodynamischer und kinetischer Positionen charakterisiert?

5.Welche Aminokomplexe sind haltbarer als Tetraaminokupfer(II) und welche weniger haltbar?

6. Nennen Sie Beispiele für makrozyklische Komplexe, die durch Alkalimetallionen gebildet werden. Ionen von d-Elementen.

7. Auf welcher Grundlage werden Komplexe als Chelatkomplexe klassifiziert? Nennen Sie Beispiele für chelatisierte und nicht chelatisierte Komplexverbindungen.

8. Geben Sie am Beispiel von Kupferglycinat das Konzept der intrakomplexen Verbindungen an. Schreiben Sie die Strukturformel von Magnesiumkomplexonat mit Ethylendiamintetraessigsäure in Natriumform.

9. Geben Sie ein schematisches Strukturfragment eines mehrkernigen Komplexes an.

10. Definieren Sie mehrkernige, heteronukleare und heterovalente Komplexe. Die Rolle von Übergangsmetallen bei ihrer Entstehung. Biologische Rolle dieser Komponenten.

11.Welche Arten chemischer Bindungen finden sich in komplexen Verbindungen?

12. Listen Sie die wichtigsten Arten der Hybridisierung von Atomorbitalen auf, die am Zentralatom im Komplex auftreten können. Wie ist die Geometrie des Komplexes abhängig von der Art der Hybridisierung?

13. Vergleichen Sie anhand der elektronischen Struktur der Atome der Elemente der S-, P- und D-Blöcke die Fähigkeit zur Komplexbildung und ihren Platz in der Chemie der Komplexe.

14. Definieren Sie Komplexone und Komplexonate. Nennen Sie Beispiele für diejenigen, die in der Biologie und Medizin am häufigsten verwendet werden. Geben Sie die thermodynamischen Prinzipien an, auf denen die Chelat-Therapie basiert. Die Verwendung von Komplexonaten zur Neutralisierung und Eliminierung von Xenobiotika aus dem Körper.

15. Betrachten Sie die häufigsten Fälle von Störungen der Metallliganden-Homöostase im menschlichen Körper.

16. Nennen Sie Beispiele für Biokomplexverbindungen, die Eisen, Kobalt und Zink enthalten.

17. Beispiele konkurrierender Prozesse mit Hämoglobin.

18. Die Rolle von Metallionen in Enzymen.

19. Erklären Sie, warum für Kobalt in Komplexen mit komplexen Liganden (mehrzähnig) die Oxidationsstufe +3 beträgt und für gewöhnliche Salze wie Halogenide, Sulfate, Nitrate die Oxidationsstufe +2 beträgt?

20.Kupfer zeichnet sich durch die Oxidationsstufen +1 und +2 aus. Kann Kupfer Elektronentransferreaktionen katalysieren?

21.Kann Zink Redoxreaktionen katalysieren?

22.Was ist der Wirkungsmechanismus von Quecksilber als Gift?

23. Geben Sie die Säure und Base in der Reaktion an:

AgNO 3 + 2NH 3 = NO 3.

24. Erklären Sie, warum das Kalium-Natriumsalz der Hydroxyethylidendiphosphonsäure als Arzneimittel verwendet wird und nicht HEDP.

25.Wie erfolgt der Elektronentransport im Körper mit Hilfe von Metallionen, die Teil biokomplexer Verbindungen sind?

7.15. TESTAUFGABEN

1. Die Oxidationsstufe des Zentralatoms in einem Komplexion ist 2- ist gleich:

a) -4;

b)+2;

um 2;

d)+4.

2. Stabilstes Komplexion:

a) 2-, Kn = 8,5x10 -15;

b) 2-, Kn = 1,5x10 -30;

c) 2-, Kn = 4x10 -42;

d) 2-, Kn = 1x10 -21.

3. Die Lösung enthält 0,1 Mol der Verbindung PtCl 4 · 4NH 3. Bei der Reaktion mit AgNO 3 bildet es 0,2 mol AgCl-Niederschlag. Geben Sie der Ausgangssubstanz eine Koordinationsformel:

a)Cl;

b)Cl 3;

c)Cl 2;

d)Cl 4.

4. Welche Form haben die dadurch gebildeten Komplexe? sp 3 d 2-gi- Hybridisierung?

1) Tetraeder;

2) quadratisch;

4) trigonale Bipyramide;

5) linear.

5. Wählen Sie die Formel für die Verbindung Pentaamminchlorcobalt(III)sulfat:

a) Na 3 ;

6)[CoCl 2 (NH 3) 4 ]Cl;

c) K 2 [Co(SCN) 4 ];

d)SO 4;

e)[Co(H 2 O) 6 ] C1 3 .

6. Welche Liganden sind mehrzähnig?

a) C1 - ;

b)H 2 O;

c) Ethylendiamin;

d)NH 3;

e)SCN - .

7. Komplexbildner sind:

a) Elektronenpaardonoratome;

c) Atome und Ionen, die Elektronenpaare aufnehmen;

d) Atome und Ionen, die Elektronenpaardonoren sind.

8. Die Elemente mit der geringsten Fähigkeit zur Komplexbildung sind:

als; CD;

B) P ; d) f

9. Liganden sind:

a) Elektronenpaardonormoleküle;

b) Elektronenpaarakzeptorionen;

c) Moleküle und Ionendonoren von Elektronenpaaren;

d) Moleküle und Ionen, die Elektronenpaare aufnehmen.

10. Kommunikation im internen Koordinationsbereich des Komplexes:

a) kovalenter Austausch;

b) kovalenter Donor-Akzeptor;

c) ionisch;

d) Wasserstoff.

11. Der beste Komplexbildner wäre:

Wie Sie wissen, neigen Metalle dazu, Elektronen zu verlieren und sich dadurch zu bilden. Positiv geladene Metallionen können von Anionen oder neutralen Molekülen umgeben sein und sogenannte Partikel bilden umfassend und zur unabhängigen Existenz in einem Kristall oder einer Lösung fähig. Und Verbindungen, die komplexe Teilchen an den Knoten ihrer Kristalle enthalten, werden genannt komplexe Verbindungen.

Struktur komplexer Verbindungen

1. Die meisten komplexen Verbindungen haben innere und äußere Sphären . Beim Schreiben der chemischen Formeln komplexer Verbindungen wird die innere Sphäre in eckige Klammern eingeschlossen. Beispielsweise besteht in den Komplexverbindungen K und Cl 2 die innere Kugel aus Gruppen von Atomen (Komplexen) - - und 2+, und die äußere Kugel besteht aus den K + - bzw. Cl - -Ionen.
2. Zentralatom oder Ion die innere Sphäre heißt Komplexbildner. Als Komplexbildner wirken in der Regel Metallionen mit ausreichend freien Ionen – das sind p-, d-, f-Elemente: Cu 2+, Pt 2+, Pt 4+, Ag +, Zn 2+, Al 3+ usw. Es können aber auch Atome von Elementen sein, die Nichtmetalle bilden. Die Ladung des Komplexbildners ist in der Regel positiv, kann aber auch negativ oder null sein und der Summe der Ladungen aller anderen Ionen entsprechen. In den obigen Beispielen sind die Komplexbildner Al 3+- und Ca 2+-Ionen.

1. Der Komplexbildner ist umgeben und ist mit Ionen des entgegengesetzten Vorzeichens oder neutralen Molekülen, den sogenannten, verbunden Liganden. Anionen wie F–, OH–, CN–, CNS–, NO 2–, CO 3 2–, C 2 O 4 2– usw. oder neutrale Moleküle H 2 O können in komplexen Verbindungen als Liganden fungieren. NH 3, CO, NO usw. In unseren Beispielen sind dies OH-Ionen und NH 3 -Moleküle. Die Anzahl der Liganden in verschiedenen Komplexverbindungen liegt zwischen 2 und 12. Und die Anzahl der Liganden selbst (die Anzahl der Sigma-Bindungen) wird aufgerufen Koordinationszahl (CN) des Komplexbildners. In den betrachteten Beispielen ist c.ch. gleich 4 und 8.

1. Verantwortlich für den Komplex(innere Sphäre) ist definiert als die Summe der Ladungen des Komplexbildners und der Liganden.
2. Äußere Sphäre bilden Ionen, die durch ionische oder intermolekulare Bindungen mit dem Komplex verbunden sind und eine Ladung haben, deren Vorzeichen dem Vorzeichen der Ladung des Komplexbildners entgegengesetzt ist. Der Zahlenwert der Ladung der Außenkugel stimmt mit dem Zahlenwert der Ladung der Innenkugel überein. In der Formel einer komplexen Verbindung werden sie in eckige Klammern geschrieben. Die äußere Kugel kann völlig fehlen, wenn die innere Kugel neutral ist. In den obigen Beispielen wird die äußere Kugel aus 1 K+-Ion bzw. 2 Cl--Ionen gebildet.

Klassifizierung komplexer Verbindungen

Basierend auf unterschiedlichen Prinzipien können komplexe Verbindungen auf verschiedene Arten klassifiziert werden:

1. Je nach elektrischer Ladung: kationische, anionische und neutrale Komplexe.

• Kationische Komplexe haben eine positive Ladung und entstehen, wenn neutrale Moleküle um ein positives Ion koordiniert werden. Zum Beispiel Cl 3, Cl 2
• Anionischer Komplex S haben eine negative Ladung und entstehen, wenn Atome mit einem negativen Ion um ein positives Ion koordiniert werden. Zum Beispiel K, K 2
• Neutrale Komplexe haben eine Ladung gleich Null und keine äußere Kugel. Sie können durch die Koordination von Molekülen um ein Atom sowie durch die gleichzeitige Koordination von negativen Ionen und Molekülen um ein zentrales positiv geladenes Ion entstehen.

1. Durch die Anzahl der Komplexbildner

• Einzelprozessor – Der Komplex enthält ein Zentralatom, zum Beispiel K 2
• Mehrkernig e- ein Komplex enthält beispielsweise zwei oder mehr Zentralatome,

1. Nach Ligandentyp

• Spendet Feuchtigkeit – enthalten Aquakomplexe, d.h. Wassermoleküle fungieren als Liganden. Zum Beispiel Br 3, Br 2
• Ammoniak – enthalten Amminkomplexe, in denen Ammoniakmoleküle (NH 3) als Liganden fungieren. Zum Beispiel Cl 2, Cl
• Carbonyle – In solch komplexen Verbindungen fungieren Kohlenmonoxidmoleküle als Liganden. Zum Beispiel, , .
• Säurekomplexe – komplexe Verbindungen, die saure Reste sowohl sauerstoffhaltiger als auch sauerstofffreier Säuren als Liganden enthalten (F – , Cl – , Br – , I – , CN – , NO 2 – , SO 4 2– , PO 4 3– usw. , und auch OH –). Zum Beispiel K 4, Na 2
• Hydroxo-Komplexe - komplexe Verbindungen, in denen Hydroxidionen als Liganden wirken: K 2 , Cs 2

Komplexe Verbindungen können Liganden enthalten, die zu verschiedenen Klassen der oben genannten Klassifizierung gehören. Zum Beispiel: K, Br

1. Nach chemischen Eigenschaften: Säuren, Basen, Salze, Nichtelektrolyte:

• Säuren - H, H 2
• Gründe - (OH)2,OH
• Salze — Cs3, Cl2
• Nicht-Elektrolyte —

1. Entsprechend der Anzahl der vom Liganden besetzten Plätze in der Koordinationssphäre

Im Koordinationsbereich können Liganden eine oder mehrere Stellen besetzen, d.h. bilden eine oder mehrere Bindungen mit dem Zentralatom. Auf dieser Grundlage unterscheiden sie:

• Einzähnige Liganden – Dies sind Liganden wie Moleküle H 2 O, NH 3, CO, NO usw. und Nononen CN -, F -, Cl -, OH -, SCN - usw.
• Zweizähnige Liganden . Diese Art von Liganden umfasst Ionen H 2 N-CH 2 -COO − , CO 3 2− , SO 4 2− , S 2 O 3 2− , Ethylendiaminmolekül H 2 N-CH 2 -CH 2 -H 2 N (abgekürzt de).
• Mehrzähnige Liganden . Dies sind beispielsweise organische Liganden, die mehrere Gruppen enthalten – CN oder -COOH (EDTA). Einige mehrzähnige Liganden sind in der Lage, zyklische Komplexe, sogenannte Chelate, zu bilden (z. B. Hämoglobin, Chlorophyll usw.).

Nomenklatur komplexer Verbindungen

Aufnehmen komplexe zusammengesetzte Formel, Man muss bedenken, dass wie bei jeder ionischen Verbindung zuerst die Formel des Kations und dann die Formel des Anions geschrieben wird. In diesem Fall wird die Formel des Komplexes eingeschrieben eckige Klammern, wobei zuerst der Komplexbildner geschrieben wird, dann die Liganden.

Hier sind ein paar Regeln, nach denen es nicht schwierig sein wird, den Namen einer komplexen Verbindung zu formulieren:

1. In den Namen komplexer Verbindungen sowie ionischer Salze Das Anion wird zuerst aufgeführt, gefolgt vom Kation.
2. Im Namen des Komplexes Zuerst werden die Liganden und dann der Komplexbildner angegeben. Die Liganden sind in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt.
3. Neutrale Liganden werden auch Moleküle genannt, die Endung wird an anionische Liganden angehängt -Ö. In der folgenden Tabelle sind die Namen der häufigsten Liganden aufgeführt

Ligand	Ligandenname	Ligand	Ligandenname
de	Ethylendiamin	O2-	Oxo
H2O	Aqua	H-	Hydrido
NH 3	Ammin	H+	Wasserkraft
CO	Carbonyl	OH-	Hydroxo
NEIN	Nitrosyl	SO 4 2-	Sulfato
NEIN -	Nitroso	CO 3 2-	Carbonato
NEIN 2—	Nitro	CN—	Cyano
N 3 -	Azido	NCS	Tiocyanato
Cl—	Chlor	C2O42-	Oxalato
Br—	Brom

1. Wenn die Anzahl der Liganden größer als eins ist, wird ihre Anzahl durch griechische Präfixe angegeben:

2-Di-, 3-Tri-, 4-Tetra-, 5-Penta-, 6-Hexa-, 7-Hepta-, 8-Octa-, 9-Nona-, 10-Deca-.

Wenn der Name des Liganden selbst bereits ein griechisches Präfix enthält, wird der Name des Liganden in Klammern und einem Präfix wie folgt geschrieben:

2-Bis-, 3-Tris-, 4-Tetrakis-, 5-Pentakis-, 6-Hexakis-.

Die Cl 3 -Verbindung wird beispielsweise Tris(ethylendiamin)cobalt(III) genannt.

1. Die Namen komplexer Anionen enden mit Suffix - bei
2. Nach dem Namen des Metalls in Klammern angeben in römischen Ziffern seinen Oxidationszustand.

Nennen wir zum Beispiel folgende Verbindungen:

• Cl

Lass uns anfangen aus Liganden: 4 Wassermoleküle werden als Tetraaqua und 2 Chloridionen als Dichlor bezeichnet.

Endlich, Anion in diesem Zusammenhang ist Chlorid-Ion.

Tetraaquadichlorchromchlorid(III)

• K 4

Beginnen wir mit den Liganden: Das komplexe Anion enthält 4 CN-Liganden, die als Tetracyano bezeichnet werden.

Da das Metall Teil eines komplexen Anions ist, wird es Nickelat(0) genannt.

Der vollständige Name lautet also - Kaliumtetracyanonnickelat(0)

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Komplexe Zusammenhänge Hierbei handelt es sich um molekulare oder ionische Verbindungen, die durch Addition eines Metalls oder Nichtmetalls, neutraler Moleküle oder anderer Ionen an ein Atom oder Ion entstehen. Sie können sowohl im Kristall als auch in Lösung existieren.

Grundbestimmungen und Konzepte der Koordinationstheorie.

Um die Struktur und Eigenschaften komplexer Verbindungen zu erklären, schlug der Schweizer Chemiker A. Werner 1893 eine Koordinationstheorie vor, in die er zwei Konzepte einführte: Koordination und sekundäre Valenz.

Laut Werner Hauptvalenz wird als Valenz bezeichnet, durch die Atome zu einfachen Verbindungen verbunden werden, die der Theorie gehorchen

Wertigkeit. Aber nachdem die Hauptwertigkeit erschöpft ist, ist das Atom in der Regel aufgrund dessen zu einer weiteren Addition fähig sekundäre Wertigkeit, als Ergebnis der Manifestation entsteht eine komplexe Verbindung.

Unter dem Einfluss der Kräfte der primären und sekundären Valenz neigen Atome dazu, sich gleichmäßig mit Ionen oder Molekülen zu umgeben und so als Anziehungspunkt zu fungieren. Solche Atome nennt man Zentral- oder Komplexbildner. Als direkt an den Komplexbildner gebundene Ionen oder Moleküle werden bezeichnet Liganden.

Liganden und Ionen werden über die Hauptvalenz gebunden, und Ionen und Moleküle werden über die Sekundärvalenz hinzugefügt.

Die Anziehung eines Liganden an einen Komplexbildner wird als Koordination bezeichnet, und die Anzahl der Liganden wird als Koordinationszahl des Komplexbildners bezeichnet.

Wir können sagen, dass komplexe Verbindungen Verbindungen sind, deren Moleküle aus einem Zentralatom (oder Ion) bestehen, das direkt mit einer bestimmten Anzahl anderer Moleküle oder Ionen, sogenannten Liganden, verbunden ist.

Metallkationen (Co +3, Pt +4, Cr +3, Cu +2 Au +3 usw.) wirken am häufigsten als Komplexbildner.

Als Liganden können Cl-, CN-, NCS-, NO 2-, OH-, SO 4 2-Ionen und neutrale Moleküle NH 3, H 2 O, Amine, Aminosäuren, Alkohole, Thioalkohole, pH 3, Ether wirken.

Die Anzahl der Koordinationsstellen, die ein Ligand in der Nähe eines Komplexbildners besetzt, wird als seine bezeichnet Koordinationsfähigkeit oder Zahnfähigkeit.

Liganden, die über eine Bindung an den Komplexbildner gebunden sind, besetzen eine Koordinationsstelle und werden als einzähnig (Cl -, CN -, NCS -) bezeichnet. Ist der Ligand über mehrere Bindungen an den Komplexbildner gebunden, handelt es sich um mehrzähnige Liganden. Zum Beispiel: SO 4 2-, CO 3 2- sind zweizähnig.

Der Komplexbildner und die Liganden bestehen aus innere Sphäre Verbindungen oder Komplex (in Formeln wird der Komplex in eckige Klammern eingeschlossen). Ionen, die nicht direkt mit dem Komplexbildner verbunden sind, bilden ihn externe Koordinationssphäre.

Die Außenkugelionen sind weniger fest gebunden als die Liganden und räumlich vom Komplexbildner entfernt. Sie können in wässrigen Lösungen leicht durch andere Ionen ersetzt werden.

Beispielsweise ist in Verbindung K 3 der Komplexbildner Fe +2, die Liganden sind CN -. Zwei Liganden sind aufgrund der Hauptvalenz und 4 Liganden aufgrund der sekundären Valenz gebunden, daher beträgt die Koordinationszahl 6.

Das Fe +2-Ion mit Liganden CN – bilden innere Sphäre oder Komplex, und K-Ionen + äußere Koordinationssphäre:

In der Regel entspricht die Koordinationszahl dem Doppelten der Ladung des Metallkations, zum Beispiel: Einfach geladene Kationen haben eine Koordinationszahl von 2, 2-geladen - 4 und 3-geladen - 6. Wenn ein Element a aufweist variabler Oxidationszustand, dann nimmt mit zunehmender Koordinationszahl zu. Für einige Komplexbildner ist die Koordinationszahl konstant, zum Beispiel: Co +3, Pt +4, Cr +3 haben eine Koordinationszahl von 6, für B +3, Be +2, Cu +2, Au +3 Ionen beträgt die Koordinationszahl 4. Für die meisten Ionen ist die Koordinationszahl variabel und hängt von der Art der Ionen in der äußeren Kugel und von den Bedingungen für die Bildung von Komplexen ab.