配位化学发展简史以及基本概念PPT课件.ppt
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1、关于配位化学发展简史及基本概念第一张,PPT共八十三页,创作于2022年6月 配位化学是研究配位化学是研究配位化合物配位化合物的组成、结构、性质的组成、结构、性质及其反应内在规律的一门化学分支学科。及其反应内在规律的一门化学分支学科。它是在它是在无无机化学机化学的基础上发展起来的一门独立的、同时的基础上发展起来的一门独立的、同时也与化学各分支学科以及物理学、生物学等互也与化学各分支学科以及物理学、生物学等互相渗透的具有综合性的学科。相渗透的具有综合性的学科。第二张,PPT共八十三页,创作于2022年6月配位化学配位化学-原理及应用原理及应用 章慧章慧 现代配位化学是研究金属原子或离子(中现代配
2、位化学是研究金属原子或离子(中心金属)同其它分子或离子(配位体)形成心金属)同其它分子或离子(配位体)形成的配合物(的配合物(包括分子、生物大分子和超分子包括分子、生物大分子和超分子)及其凝聚态)及其凝聚态的组成、结构、性质、化学反的组成、结构、性质、化学反应及其规律和应用的化学应及其规律和应用的化学。第三张,PPT共八十三页,创作于2022年6月徐光宪:徐光宪:“21世纪的配位化学是出于现代化学中心地位的二级学科世纪的配位化学是出于现代化学中心地位的二级学科”,北京大学学报(自然科学版),北京大学学报(自然科学版),2002,38(2),),149-152 到了到了2121世纪,世纪,配位化
3、学配位化学已经远远超过已经远远超过无机化学无机化学的范围,正的范围,正在形成一个新的二级学科,并且正处在现代化学的中心地在形成一个新的二级学科,并且正处在现代化学的中心地位。位。如果把如果把2121世纪的化学比作一个人,那么物理化世纪的化学比作一个人,那么物理化学、理论化学和计算化学是学、理论化学和计算化学是脑袋脑袋,分析化学是,分析化学是耳目耳目,配,配位化学是位化学是心腹心腹,无机化学是,无机化学是左手左手,有机化学和高分子化,有机化学和高分子化学是学是右手右手,材料科学(包括光电磁功能材料结构材料催,材料科学(包括光电磁功能材料结构材料催化剂及转能材料等)是化剂及转能材料等)是左腿左腿,
4、生命科学是,生命科学是右腿右腿,通过这,通过这两条腿使化学学科坚定地站在国家目标的地坪上。两条腿使化学学科坚定地站在国家目标的地坪上。第四张,PPT共八十三页,创作于2022年6月1987年诺贝尔化学奖C.PedersenC.Pedersen发现冠醚化合物发现冠醚化合物J-M.LehnJ-M.Lehn发现穴醚化合物并提出发现穴醚化合物并提出超分子超分子概念概念D.CramD.Cram主客体化学先驱者主客体化学先驱者第五张,PPT共八十三页,创作于2022年6月超分子超分子是指由两种或两种以上分子依靠是指由两种或两种以上分子依靠分子间相互作用分子间相互作用结结合在一起,组成复杂的、有组织的聚集体
5、,保持一定的合在一起,组成复杂的、有组织的聚集体,保持一定的完整性,使它具有明确的微观结构和宏观特性。完整性,使它具有明确的微观结构和宏观特性。由分子到超分子和由分子到超分子和分子间相互作用分子间相互作用的关系,正如由原的关系,正如由原子到分子和子到分子和共价键共价键的关系。的关系。分子间相互作用分子间相互作用 非共价键非共价键第六张,PPT共八十三页,创作于2022年6月超分子和超分子化学通常包括超分子和超分子化学通常包括两个领域两个领域1.1.受体和底物在分子识别原则基础上受体和底物在分子识别原则基础上,分子分子间缔合成分立的低聚分子物种间缔合成分立的低聚分子物种2.2.数量多而不确定的组
6、分缔合成超分子聚集数量多而不确定的组分缔合成超分子聚集体体a.a.组成和结合形式不断变动的薄膜、囊泡、胶束、组成和结合形式不断变动的薄膜、囊泡、胶束、介晶相等介晶相等b.b.组成确定,具有点阵结构晶体研究这种超分子:组成确定,具有点阵结构晶体研究这种超分子:晶体工程晶体工程第七张,PPT共八十三页,创作于2022年6月Zn-NZn-N配位键形成的分子盒配位键形成的分子盒第八张,PPT共八十三页,创作于2022年6月Fe-NFe-N配位键组装成的超分子配位键组装成的超分子第九张,PPT共八十三页,创作于2022年6月配位化学所涉及的化合物类型及数量之多、配位化学所涉及的化合物类型及数量之多、应用
7、之广,使之成为许多化学分支的汇合口。应用之广,使之成为许多化学分支的汇合口。现代配位化学几乎渗透到化学及相关学科的现代配位化学几乎渗透到化学及相关学科的各个领域,例如各个领域,例如分析化学、有机金属化学、分析化学、有机金属化学、生物无机化学、结构化学、催化化学、物质生物无机化学、结构化学、催化化学、物质的分离与提纯、原子能工业、医药、电镀、的分离与提纯、原子能工业、医药、电镀、染料染料等等。因此,配位化学的学习和研究不但对等等。因此,配位化学的学习和研究不但对发展化学基础理论有着重要的意义,同时也具有发展化学基础理论有着重要的意义,同时也具有非常重要的实际意义非常重要的实际意义。第十张,PPT
8、共八十三页,创作于2022年6月配合物在定性分析上的应用配合物在定性分析上的应用 Fe2+K3Fe(CN)6 Fe3Fe(CN)62(s,蓝蓝)(赤血盐赤血盐)(滕氏蓝滕氏蓝)邻菲罗啉邻菲罗啉 螯合物螯合物(s,桔红桔红)Fe3+KNCS Fe(NCS)3 K4Fe(CN)6 Fe4Fe(CN)63(s,蓝蓝)(黄血盐黄血盐)(普鲁氏蓝普鲁氏蓝)Al3+铝试剂铝试剂 螯合物螯合物(s,红红)Ni2+镍试剂镍试剂 螯合物螯合物(s,红红)Co2+KNCS K2Co(NCS)4(丙酮丙酮,蓝蓝)Cu2+K4Fe(CN)6 Cu2Fe(CN)6(s,红褐红褐)Zn2+(NH4)2Hg(SCN)4 Z
9、nHg(SCN)4(s,白白)K+Na3Co(NO2)6 K2NaCo(NO2)6(s,黄黄)Na+KSb(OH)6 NaSb(OH)6(s,白白)第十一张,PPT共八十三页,创作于2022年6月配位化学的研究内容配位化学的研究内容研究各类配合物的研究各类配合物的合成、结构、性质和应用合成、结构、性质和应用。配合物的合成是重点,结构与性质研究是难点,研究方配合物的合成是重点,结构与性质研究是难点,研究方法是关键。应用是落脚点。法是关键。应用是落脚点。1.1.新型配合物的合成和合成方法研究新型配合物的合成和合成方法研究2.2.配合物在溶液中的平衡和反应性能研究配合物在溶液中的平衡和反应性能研究3
10、.3.生物无机化学生物无机化学4 4 功能配合物及其材料的研究功能配合物及其材料的研究5 5 配合物的结构和成键理论研究配合物的结构和成键理论研究第十二张,PPT共八十三页,创作于2022年6月 1 1、合成方法:有机和无机化学的合成技术,特别是现今发展起来、合成方法:有机和无机化学的合成技术,特别是现今发展起来的水热技术、微波技术、微乳技术、超临界技术等。的水热技术、微波技术、微乳技术、超临界技术等。2 2、结构研究:元素分析、紫外光谱、红外光谱、质谱、核磁共、结构研究:元素分析、紫外光谱、红外光谱、质谱、核磁共振、荧光光谱、振、荧光光谱、X-X-衍射等。衍射等。3 3、性质研究:电位滴定、
11、循环伏安、磁天平、变温磁化率、交流、性质研究:电位滴定、循环伏安、磁天平、变温磁化率、交流磁化率、电子顺磁共振、光电子能谱、磁化率、电子顺磁共振、光电子能谱、E-E-扫描、催化性质、凝胶电扫描、催化性质、凝胶电泳、园二色谱、核磁共振研究与细胞及泳、园二色谱、核磁共振研究与细胞及DNADNA的作用。的作用。4 4、应用:催化反应用于有机合成、金属酶的模拟、分子识别、金属药物、应用:催化反应用于有机合成、金属酶的模拟、分子识别、金属药物、非线性光学材料、分子磁体、介孔材料、分子机器等。非线性光学材料、分子磁体、介孔材料、分子机器等。第十三张,PPT共八十三页,创作于2022年6月 微量元素与人体健
12、康的问题是世界各国普遍关心的微量元素与人体健康的问题是世界各国普遍关心的问题,也是问题,也是生物无机化学生物无机化学研究的重点课题。新近发研究的重点课题。新近发现,许多无机元素在人体中具有极其重要的作用。现,许多无机元素在人体中具有极其重要的作用。如:如:缺硒与缺硒与“克山病克山病”的联系;的联系;铜的超氧化物岐化酶铜的超氧化物岐化酶(SOD)(SOD)可清除超氧离子;可清除超氧离子;钒与人体中胰岛素的作用有密切关系;钒与人体中胰岛素的作用有密切关系;“顺铂顺铂”配合物可作治癌药物;配合物可作治癌药物;铝与老年痴呆症的联系等铝与老年痴呆症的联系等第十四张,PPT共八十三页,创作于2022年6月
13、 金属离子在生命体中的生理生化行为,是目前十分重金属离子在生命体中的生理生化行为,是目前十分重要的研究领域。如:血红素,细胞色素,叶绿素,维要的研究领域。如:血红素,细胞色素,叶绿素,维生素,铁蛋白,钼铁蛋白,锌蛋白,硒蛋白,钙调蛋生素,铁蛋白,钼铁蛋白,锌蛋白,硒蛋白,钙调蛋白及几十种重要的金属酶的结构与存在形式,生理生白及几十种重要的金属酶的结构与存在形式,生理生化功能,毒副作用及化学模拟生物固氮等。化功能,毒副作用及化学模拟生物固氮等。高自旋亚铁脱氧高自旋亚铁脱氧 低自旋正铁氧合低自旋正铁氧合 Fe-N 218pm Fe-N 201pm第十五张,PPT共八十三页,创作于2022年6月应用
14、研究方面:抗癌药物(顺铂),稀土应用研究方面:抗癌药物(顺铂),稀土放疗,艾兹病(杂多酸),营养滋补品放疗,艾兹病(杂多酸),营养滋补品(各类补钙、铁、锌、锗、硒制剂)。生(各类补钙、铁、锌、锗、硒制剂)。生物无机化学是配位化学、生物化学、医学、物无机化学是配位化学、生物化学、医学、营养化学、环境科学等学科相互渗透互相营养化学、环境科学等学科相互渗透互相融合的产物。融合的产物。血红蛋白 肌红蛋白第十六张,PPT共八十三页,创作于2022年6月第十七张,PPT共八十三页,创作于2022年6月第十八张,PPT共八十三页,创作于2022年6月第十九张,PPT共八十三页,创作于2022年6月第二十张,
15、PPT共八十三页,创作于2022年6月 配位化学的讲授内容(配位化学的讲授内容(3636课时)课时)第一章第一章 配位化学发展简史及基本概念配位化学发展简史及基本概念第二章第二章 配合物的立体结构和异构现象配合物的立体结构和异构现象第三章第三章 配合物的化学键理论配合物的化学键理论第四章第四章 配合物在溶液中的稳定性配合物在溶液中的稳定性第五章第五章 配合物的电子光谱和磁学性质配合物的电子光谱和磁学性质第六章第六章 配合物的反应动力学配合物的反应动力学第七章第七章 配合物的合成与表征配合物的合成与表征第八章第八章 配合物与新材料配合物与新材料第二十一张,PPT共八十三页,创作于2022年6月主
16、要参考书目主要参考书目1.1.配位化学配位化学 杨帆、林纪筠等杨帆、林纪筠等 华东师范大学出版社华东师范大学出版社2.2.配位化学配位化学-原理与应用原理与应用 章慧等章慧等 化学工业出版社化学工业出版社 ,200820083.3.配位化学,孙为银,化学工业出版社,配位化学,孙为银,化学工业出版社,2003.2003.4.4.配位化合物的结构和性质配位化合物的结构和性质 游效曾编著游效曾编著 科学出版社科学出版社5.5.配位化学,罗勤慧,科学出版社,配位化学,罗勤慧,科学出版社,2012 2012 6.6.配位化学的创始与现代化配位化学的创始与现代化 孟庆金、戴安邦等孟庆金、戴安邦等 高等教育
17、出版社高等教育出版社7.7.中级无机化学中级无机化学 唐宗薰主编唐宗薰主编 高等教育出版社高等教育出版社 20032003年年5 5月月8.8.中级无机化学中级无机化学 项斯芬、姚光庆编著项斯芬、姚光庆编著 北京大学出版社北京大学出版社 20032003年年第二十二张,PPT共八十三页,创作于2022年6月第一章第一章 配位化学发展简史及基本概念配位化学发展简史及基本概念配位化学旧称络合物化学,络合物配位化学旧称络合物化学,络合物(Complex(Complex compounds)compounds)现在称为配位化合物现在称为配位化合物(Coordination(Coordination c
18、ompounds)compounds),简称配合物,是由中心原子或离子和围绕,简称配合物,是由中心原子或离子和围绕在它周围的一组离子或分子所组成的化合物,在溶液中虽在它周围的一组离子或分子所组成的化合物,在溶液中虽然部分离解,但仍趋向于保持其本体。然部分离解,但仍趋向于保持其本体。例如:配合物例如:配合物Co(NHCo(NH3 3)6 6ClCl3 3Co(NH3)63+Co3+6NH3第二十三张,PPT共八十三页,创作于2022年6月 配位化合物(简称配合物)配位化合物(简称配合物)是由可以给出弧对电是由可以给出弧对电子或多个不定域电子的一定数目的离子或分子子或多个不定域电子的一定数目的离子
19、或分子(称为配位体)和具有接受弧对电子或多个不定(称为配位体)和具有接受弧对电子或多个不定域电子的空位的原子或离子(统称中心原子)按域电子的空位的原子或离子(统称中心原子)按一定的组成和空间构型所形成的化合物一定的组成和空间构型所形成的化合物。第二十四张,PPT共八十三页,创作于2022年6月1-1 1-1 配位化学发展简史配位化学发展简史1 1、国外文献上最早记载的配合物、国外文献上最早记载的配合物 FeFe4 4Fe(CN)Fe(CN)6 6 3 3(普鲁士蓝普鲁士蓝)17041704年年DiesbachDiesbach(兽皮或牛血(兽皮或牛血NaNa2 2COCO3 3在铁锅中煮沸)在铁
20、锅中煮沸)2 2、我国的情况、我国的情况周朝:茜草根粘土或白矾周朝:茜草根粘土或白矾 红色茜素染料。红色茜素染料。3 3、化学文献最早关于配合物的研究、化学文献最早关于配合物的研究17981798年法国分析化学家年法国分析化学家TassaertTassaert发现发现Co(NHCo(NH3 3)6 6ClCl3 3,发表于最早的化学杂志创,发表于最早的化学杂志创刊于刊于17891789年的法国年的法国Annakes de Chimie,28,106,1799Annakes de Chimie,28,106,1799。之后陆续发现了。之后陆续发现了Co(NHCo(NH3 3)5 5ClCl3 3
21、、Co(NHCo(NH3 3)5 5 H H2 2OClOCl3 3.和和Co(NHCo(NH3 3)2 24H4H2 2OClOCl3 3以及其他配合物。以及其他配合物。OOOAl3+/3OCa2+/2二二(羟基羟基)蒽醌与蒽醌与AlAl3+3+、CaCa2+2+生成的红色配合物生成的红色配合物第二十五张,PPT共八十三页,创作于2022年6月配合物沉淀出Cl-数目现在用的化学式配合物沉淀出Cl-数目现在用的化学式CoCl36NH33Co(NH3)6Cl3CoCl34NH31CoCl2(NH3)4ClCoCl35NH32CoCl(NH3)5Cl2IrCl33NH30IrCl3(NH3)3氯氨
22、合钴氯氨合钴(III)(III)配合物沉淀为配合物沉淀为AgClAgCl的氯离子数的氯离子数 当时,广泛应用的另一种实验技术是测量配合物溶液的电当时,广泛应用的另一种实验技术是测量配合物溶液的电导。电导法对测定配合物组成能提供许多有用的数据。导。电导法对测定配合物组成能提供许多有用的数据。第二十六张,PPT共八十三页,创作于2022年6月局限:局限:由于当时科技发展水平有限,无法说明这一类化由于当时科技发展水平有限,无法说明这一类化合物的形成机理与成键方式,因此许多配合物当时都以合物的形成机理与成键方式,因此许多配合物当时都以发现者的名字或配合物的某种特征来命名。发现者的名字或配合物的某种特征
23、来命名。如:如:MondMond镍镍 Ni(CO)Ni(CO)4 4 CleveCleve盐盐 cis-Pt(NHcis-Pt(NH3 3)2 2ClCl4 4 黄色氯化钴黄色氯化钴Co(NHCo(NH3 3)6 6ClCl3 3 紫色氯化钴紫色氯化钴Co(NHCo(NH3 3)5 5ClClClCl2 2配合物中金属是如何与中性分子或有机基团结合呢?对此先后有多种配合物中金属是如何与中性分子或有机基团结合呢?对此先后有多种的解释,其中包括利用的解释,其中包括利用1919世纪已经确立的有机化学的世纪已经确立的有机化学的“键理论键理论”,但这些理论仅仅能从某一方面对配合物的一些属性与结构的,但这
24、些理论仅仅能从某一方面对配合物的一些属性与结构的关系作解释,但无法从根本上对配位化合物的结构给予说明。关系作解释,但无法从根本上对配位化合物的结构给予说明。第二十七张,PPT共八十三页,创作于2022年6月乔根森乔根森(S.M.J rgensen)制备的化合物制备的化合物4,不能沉淀出,不能沉淀出AgCl。除化合物除化合物4以外,还有以外,还有IrCl3 3NH3也不能沉淀出也不能沉淀出AgCl 布洛姆斯特兰布洛姆斯特兰(Blomstrand)(Blomstrand)于于18691869年提出了年提出了链式理论链式理论来解释配合物的结来解释配合物的结构构(认为与认为与CoCo直接相连的氯离子在
25、溶液中不解离,而与氨链相连的氯离子直接相连的氯离子在溶液中不解离,而与氨链相连的氯离子可被可被AgNOAgNO3 3沉淀)沉淀)第二十八张,PPT共八十三页,创作于2022年6月 当时还发现:某些配合物的组成相同,却有两种不同的外当时还发现:某些配合物的组成相同,却有两种不同的外观形式,例如观形式,例如CoClCoCl3 3 4NH4NH3 3,就,就有绿色型、紫色型两种有绿色型、紫色型两种;现;现今我们知道为同分异构体。有些同分异构体的颜色虽然没有悬今我们知道为同分异构体。有些同分异构体的颜色虽然没有悬殊的差别,但其它物理性质和化学性质却是不同的,例如殊的差别,但其它物理性质和化学性质却是不
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