配位化学:结构与异构
螯合物
/ KEE-late, from Greek chele 'claw' /
这个词来自希腊语 chele,即螃蟹的钳。想象一只蟹钳从两侧同时夹住一颗石子——这种双重抓握比单点一戳要难甩脱得多。螯合物就是这样一种配合物:一个配体从两侧或多侧同时抓住金属,把它钉在一个环里。
准确地说,当一个多齿配体通过它的两个或更多配位原子结合金属,使得金属与配体连接的骨架一起闭合成一个环时,就形成螯合物。乙二胺有两个氮配位原子,由两个碳的桥连接,把金属夹进一个五元环(M-N-C-C-N)——这是经典的螯合物。草酸根和乙酰丙酮根通过氧配位原子形成类似的环。负责抓握的配体叫螯合配体或螯合剂,它闭合的那个环叫螯合环;五元环和六元环最稳定,而三元或四元环张力太大,不常见。这样的环可以很多:EDTA 一次就把金属裹进五个稠合的螯合环。
螯合物比由分散单齿配体构成的同类配合物稳定得多——这就是螯合效应,它主要是一个熵的故事。这使得螯合剂极为有用:EDTA 软化硬水、锁住有毒金属,螯合疗法把铅或铁从体内排出,而大自然自己的螯合物——血红素、叶绿素和金属酶的活性位点——把它们的金属牢牢固定在位。当这样一个螯合环缺乏任何内部镜面对称时,整个配合物就可能变成手性的,表现出旋光异构。
在 [Co(en)3]3+ 中,三个乙二胺配体各自围绕钴闭合一个五元 M-N-C-C-N 环。钴同时被锁在三只“爪子”里,整个螺旋桨般的排布没有镜面,因此该配合物是手性的,以两个不能重叠的镜像形式存在。
三个螯合环把钴锁成一个螺旋桨形状,存在左旋和右旋两种形式。
螯合需要配位原子的间距使环大小合适——通常是五元或六元。配位原子若挨得太近,会被迫形成张力很大的三元或四元环,一般就不会螯合;它们可能转而桥连两个不同的金属,或只用一个配位原子结合。
又称
另见