配位化學:結構與異構
螯合物
/ KEE-late, from Greek chele 'claw' /
這個詞來自希臘語 chele,即螃蟹的鉗。想像一隻蟹鉗從兩側同時夾住一顆石子——這種雙重抓握比單點一戳要難甩脫得多。螯合物就是這樣一種配合物:一個配體從兩側或多側同時抓住金屬,把它釘在一個環裡。
準確地說,當一個多齒配體通過它的兩個或更多配位原子結合金屬,使得金屬與配體連接的骨架一起閉合成一個環時,就形成螯合物。乙二胺有兩個氮配位原子,由兩個碳的橋連接,把金屬夾進一個五元環(M-N-C-C-N)——這是經典的螯合物。草酸根和乙醯丙酮根通過氧配位原子形成類似的環。負責抓握的配體叫螯合配體或螯合劑,它閉合的那個環叫螯合環;五元環和六元環最穩定,而三元或四元環張力太大,不常見。這樣的環可以很多:EDTA 一次就把金屬裹進五個稠合的螯合環。
螯合物比由分散單齒配體構成的同類配合物穩定得多——這就是螯合效應,它主要是一個熵的故事。這使得螯合劑極為有用:EDTA 軟化硬水、鎖住有毒金屬,螯合療法把鉛或鐵從體內排出,而大自然自己的螯合物——血紅素、葉綠素和金屬酶的活性位點——把它們的金屬牢牢固定在位。當這樣一個螯合環缺乏任何內部鏡面對稱時,整個配合物就可能變成手性的,表現出旋光異構。
在 [Co(en)3]3+ 中,三個乙二胺配體各自圍繞鈷閉合一個五元 M-N-C-C-N 環。鈷同時被鎖在三隻「爪子」裡,整個螺旋槳般的排佈沒有鏡面,因此該配合物是手性的,以兩個不能重疊的鏡像形式存在。
三個螯合環把鈷鎖成一個螺旋槳形狀,存在左旋和右旋兩種形式。
螯合需要配位原子的間距使環大小合適——通常是五元或六元。配位原子若挨得太近,會被迫形成張力很大的三元或四元環,一般就不會螯合;它們可能轉而橋連兩個不同的金屬,或只用一個配位原子結合。
又稱
另見