托尔曼锥角
/ TOHL-muhn /
把一把撑开的伞举到头顶,抬头看它:伞越大,它在你周围占的空间越多,你也越难和别人靠近。托尔曼锥角对膦配体度量的正是这件事。它是从金属画出的一个假想圆锥的顶角——锥尖位于金属处、与磷沿金属-磷轴相距一个固定距离——这个锥恰好张得足以把配体的所有原子都吞进去。角度越大,意味着配体越笨重,在金属周围占的地盘越大。
化学家查德·托尔曼(Chad Tolman)在 1970 年代如此定义它:把金属放在锥尖,沿金属-磷轴距磷 2.28 埃,然后把锥张开,直到它触及三个取代基最外侧的原子(通常是它们的氢)。结果是一个单一数字,刻画配体的空间体积。三甲基膦 PMe3 约为 118 度;三苯基膦 PPh3 约为 145 度;极其笨重的三叔丁基膦达到约 182 度。由于真实的柔性配体能稍微收一收手臂,锥角是一个理想化、略带近似的度量,而非刚性常数,后来也有人提出诸如立体锥角之类的改良,但托尔曼这个数字至今仍是谈论配体大小的日常货币。
为什么一个角度如此要紧?因为空间拥挤控制着金属能容纳几个配体、采取哪种几何构型、以及配体来去的快慢。一个笨重的膦能迫使金属甩掉一个共配体、腾出一个供催化用的空位,或把反应引向位阻较小的产物。托尔曼有个著名的做法:把电子效应放在一根轴、把锥角放在另一根轴上,来描绘配体行为;催化剂设计者至今仍沿用这种二维思路:先选你需要的电子性质,再选大小,而锥角正是你量化大小的方式。
把配合物里的 PPh3 配体(约 145 度)换成更小的 PMe3(约 118 度),往往能让金属再塞进一个配体;而换上巨大的三叔丁基膦(约 182 度)则可能恰恰相反,迫使配位数降低。
一个角度就量化了一个膦在金属周围要占多少地方。
锥角是一种理想化的几何度量;真实的柔性配体会变形,因此引用的数值是有用的比较,而非精确的常数。