配位化合物的命名

為什麼配合物需要一個精心的名字

到現在，你能看著一個[[complex-ion|配離子]]讀出它的解剖結構：一個中心金屬、一群用孤對電子伸進來的配體、一個數著有幾個給體原子接觸金屬的配位數，以及一個總電荷。但一個你只能用手指著的結構，還不是你能寫進論文、能照單訂貨、能在電話裡講給同事聽的東西。「那個帶著六個氨的粉色鈷玩意兒」是不行的。我們需要一個名字，它獨一無二、誰都能把它解碼回精確的化學式、而且任何兩位化學家都不會寫出兩種不同的寫法。

這正是[[coordination-nomenclature|配位命名法]]要幹的活——一本由 IUPAC 議定的、小而嚴格的規則手冊。好消息是它真的是一套*體系*，而不是一份要死記的清單：掌握大約七條規則，你就能給從沒見過的化合物命名，還能反過來由名字寫出化學式。整件事都建立在你已經從前幾篇裡擁有的一個想法之上——配合物是一個被配體環繞的金屬，裝在方括號裡，作為單一單元行事。命名不過是把那個單元大聲描述出來的語法。

給配體命名，按字母順序排列

在方括號裡，先給配體命名、金屬放在最後——這與化學式的書寫順序相反，化學式是把金屬放在最前面的。關鍵是，配體要按配體名稱的字母順序排列，而不是按它們有幾個、也不是按電荷。中性配體通常保留與分子本名相近的叫法（結合到金屬上的氨叫 *ammine*，帶兩個 m；水叫 *aqua*；一氧化碳叫 *carbonyl*；一氧化氮叫 *nitrosyl*）。陰離子配體取 -o 結尾：氯化物變成 *chloro*、氰化物變成 *cyano*、氫氧化物變成 *hydroxo*、氧化物變成 *oxido*，依此類推。所以 Cl- 貢獻「chloro」，NH3 貢獻「ammine」。

每種配體有幾個，用希臘數字前綴表示：*di-（二）、tri-（三）、tetra-（四）、penta-（五）、hexa-（六）*。這裡有個人人都會上一次當的陷阱：當這些前綴會和某個配體本身名稱裡已含計數詞的情況相撞（比如 *ethylenediamine（乙二胺）* 裡就含有「di」），或與又長又複雜的配體名相撞時，你就改用倍數前綴 *bis-（二）、tris-（三）、tetrakis-（四）*，並把配體名用括號括起來。所以兩個氯化物給出 *dichloro*，但三個乙二胺（en）給出 *tris(ethylenediamine)*，而不是會引起歧義的「triethylenediamine」。還有一個值得刻進腦子裡的細微之處：這些計數前綴不計入字母排序。你按配體的本名排序——「ammine」歸在 A、「chloro」歸在 C——無論它是 *tetraammine* 還是 *diammine*。

金屬、它的氧化態，以及 -ate 結尾

配體之後是金屬，而緊跟在金屬名稱後面的，是用羅馬數字寫在括號裡、中間不留空格的[[oxidation-state|氧化態]]：cobalt(III)（鈷(III)）、iron(II)（鐵(II)）、platinum(IV)（鉑(IV)）。你用已經會的算術算出它——配體上的電荷加上金屬的氧化態，必須加起來等於配合物的總電荷。在 [Co(NH3)6]3+ 中，六個氨配體是中性的，所以鈷必須是 +3 才能給出 +3 的總電荷：cobalt(III)。在 [Fe(CN)6]4- 中，六個氰化物各帶 -1（共 -6），所以鐵必須是 +2 才能落在 -4：iron(II)。

金屬的名字這裡有一處轉折。如果*整個配合物*帶淨負電荷——即陰離子型配合物——金屬的名字要加上 -ate 後綴。於是鈷變成 *cobaltate*、鋅變成 *zincate*、鋁變成 *aluminate*。有一小撮金屬在這個結尾處會退回它們的拉丁詞根，這個你只能記下來：鐵變成 *ferrate*、銅變成 *cuprate*、鉛變成 *plumbate*、錫變成 *stannate*、銀變成 *argentate*、金變成 *aurate*。因此 [Fe(CN)6]4- 用「ferrate」命名，而不是「ironate」。中性和陽離子型配合物使用樸素的英文金屬名、不加後綴。-ate 結尾，實際上就是一面旗子，宣告「這個配合物是陰離子」。

先陽離子、後陰離子——把一個名字完整讀出來

許多配位化合物是鹽：一個配離子與一個普通的對離子配對。整個鹽的命名順序遵循與 NaCl 相同的約定——先陽離子、後陰離子——中間用一個空格隔開，正如你會說「sodium chloride（氯化鈉）」那樣。配合物本身是陽離子還是陰離子並不要緊；你總是先給帶正電的那部分命名。所以在 [Co(NH3)6]Cl3 中，先命名陽離子型配合物、後命名三個氯對離子，得到「hexaamminecobalt(III) chloride（三氯化六氨合鈷(III)）」。在 K4[Fe(CN)6] 中，先是四個鉀離子、後是陰離子型配合物：「potassium hexacyanoferrate(II)（六氰合鐵(II)酸鉀）」。

讓我們把一個化學式慢慢地一路走到名字，好讓整套機械裝置看得見。取 [Pt(NH3)2Cl2]，一個中性分子——這就是著名的抗癌藥順鉑。金屬是鉑，坐在方括號裡，帶著兩個氨配體和兩個氯配體。按順序走完這些步驟，名字就自己組裝出來了。

列出並命名配體。兩個 NH3 給出「ammine（氨）」，兩個 Cl- 給出「chloro（氯）」。方括號外沒有對離子，所以整個分子就是這一個中性單元。
按配體本名排字母序。「ammine」（A）排在「chloro」（C）之前，所以無論你接下來要加什麼計數前綴，氨都寫在前面。
加上計數前綴。各兩個：「diammine（二氨）」和「dichloro（二氯）」。兩個配體名裡都不含隱藏的數字，所以樸素的 di- 就夠了——不需要用 bis-。
求出氧化態。配合物總體中性；兩個氯共 -2、兩個氨為中性，所以鉑必須是 +2 才能配平：platinum(II)（鉑(II)）。
組裝：配體（字母序、帶前綴）＋金屬＋（氧化態）。配合物不是陰離子，所以不加 -ate。完整名字是 diamminedichloroplatinum(II)（二氨二氯合鉑(II)）——對中性分子寫成一個詞。

把名字倒著讀回化學式

一套好的命名系統是可以倒著跑的，而能把名字解碼成化學式，才是你真正理解它的檢驗。取「potassium hexacyanoferrate(II)（六氰合鐵(II)酸鉀）」。把它當一句話來讀。「Potassium（鉀）」是陽離子、被首先命名，所以 K+ 離子坐在方括號外。「Ferrate」告訴你金屬是鐵，*而且*這個配合物是陰離子。「(II)」把鐵定在 +2。「Hexacyano」意思是六個氰配體，每個 CN- 帶 -1。所以配離子是鐵的 +2 加上六倍的 -1，總電荷 2 - 6 = -4：陰離子是 [Fe(CN)6]4-。要做成中性鹽，你需要四個 K+ 來配平 -4，給出化學式 K4[Fe(CN)6]。

NAME  ->  FORMULA   (worked from the name 'potassium hexacyanoferrate(II)')

  potassium  ........  K+        (cation, named first -> outside brackets)
  hexa-cyano  .......  6 x CN-   (6 ligands, each -1, total -6)
  -ferr-(II)  .......  Fe        as iron, oxidation state +2
  -ate  .............  the complex is an ANION

  charge of ion = (+2) + 6(-1) = -4   ->   [Fe(CN)6]4-
  balance with K+:  4 x (+1) = +4     ->   K4[Fe(CN)6]

FORMULA -> NAME order:  cation | [ligands alphabetical + metal(ox.state) ] anion

把名字解碼成化學式：名字的每一塊都對應化學式的一個部分，而整個鹽的電荷必須加和為零。

當你從頭寫一個化學式時，要注意書寫約定，它與口頭順序略有不同。方括號內金屬在前、配體在後；配體當中，陰離子配體習慣上寫在中性配體之前，而在這兩組各自內部，則按配體化學式首個符號的字母順序排列。整個配合物單元，無論是離子還是分子，都用方括號括起來，總電荷寫成右括號外的上標。這些是排版習慣、而非化學本身——但遵守它們，正是讓每個人的化學式都一眼可讀的原因。

誠實的邊角，以及幾個驗算

幾條誠實的提醒能讓你別過分信任規則。第一，命名法在數十年間幾經修訂，所以你在實際文獻裡會同時遇到新舊兩種寫法：「chloro」對「chlorido」、「cyano」對「cyanido」。兩者解碼出的是同一個配體；這本規則手冊是一份活的文件，舊論文凍結的是較舊的版本。第二，多齒配體、橋連配體的名字，以及含多個金屬的配合物，需要額外的機械裝置（用 kappa 標給體原子、用 eta 標有機配體的多少個碳接觸金屬、用 mu 標橋連），我們把它們留給後面的指南——這裡的規則已覆蓋你日常要命名的絕大多數簡單配合物。把這一點接回齒數：像乙二胺這樣的螯合配體通過兩個給體原子抓住金屬，所以它算作一個佔據兩個配位位點的配體。

現在做兩個快速驗算，讓規則扎下根來。深藍色的配合物 [Cu(NH3)4]2+：四個氨（中性），所以銅是 +2，配合物是陽離子（不加 -ate）。命名：tetraamminecopper(II)（四氨合銅(II)），也寫作 copper(2+)。鮮紫色的 [Cr(H2O)4Cl2]+：字母序上「aqua」（A）在「chloro」（C）之前，四個水和兩個氯；兩個氯為 -2、總電荷為 +1，所以鉻是 +3，是陽離子（不加 -ate）。命名：tetraaquadichlorochromium(III)（四水二氯合鉻(III)）。注意在這兩個例子裡你都按配體本名排了字母序、在排序時忽略了計數前綴、由電荷配平算出了氧化態、並把 -ate 只留給陰離子。

最後再提醒一句這一切的認真為何值得。完全相同的那些原子，[Co(NH3)5(NO2)]2+，可以用兩種方式組裝起來——nitro（N 結合，黃色）或 nitrito（O 結合，紅色）——而一個配位化合物還可以在哪個配體待在方括號內、哪個待在方括號外上有所不同，或在相同配體的幾何排佈上有所不同。這些差異中的每一個，都是一種真實的、可分離的物質，有它自己的顏色和反應，而名字是紙面上唯一能把它們區分開的東西。這正是你將在下一篇裡踏入的異構現象的世界——而你現在已經擁有了命名你將在那裡遇到的每一個異構體的詞彙。