现代配位化学研究的领域及配位化学的应用.docx

现代配位化学研究的领域及配位化学的应用一、 现代配位化学研究的领域我国配位化学的研究在中华人民共和国成立前几乎属于空白。年后随着国家经济建设的发展，仅在个别重点高等院校及科研单位开展了这方面的教学和科研工作，年代中期以前。主要工作集中在简单配合物的合成、性质、结构及其应用方面的研究。特别是在溶液配合物的平衡理论、混合和多核配合物的稳定性、取代动力学、过渡金属配位催化以及稀土和、等我国丰产元素的分离提纯以及配位场理论的研究。除了个别方面的研究外，总体来说与国际水平差距还较大。年代后。在改革开放政策指引下，我国的配位化学取得了突飞猛进的发展。我国配位化学研究已步入国际先进行列，研究水平大为提高。特别在下列几个方面取得了重要进展：（）新型配合物、簇合物、有机金属化合物和生物无机配合物。特别是配位超分子化合物的基础无机合成及其结构研究取得丰硕成果，丰富了配合物的内涵。（）开展了热力学、动力学和反应机理方面的研究特别在溶液中离子萃取分离和均向催化等应用方面取得了成果。（）现代溶液结构的谱学研究及其分析方法以及配合物的结构和性质的基础研究水平大为提高。（）随着高新技术的发展，具有光、电、热、磁特性和生物功能配合物的研究正在取得进展。它的很多成果还包含在其他不同学科的研究和化学教学中。我国配位化学的进展具有一系列特点。作为化学的重要分支领域之一的配位化学。在其学科本身发展的同时创造出更为奇妙的新材料揭示出更多生命科学的奥妙。在研究对象上日益重视与材料科学和生命科学相结合。在从分子进到材料合成的研究中更加重视功能体系的分子设计。金属离子在生物体系中的成键。除维生素中的键以外几乎都是以配位键形式结合。其功能体系组装是一个更为复杂的问题。这时要求将正确的物种放在正确的位置（在与动力学有关的问题中，还要按着正确的时间）才能发挥应有的功能。高效、经济和微量的组合化学的应用，将有助于分子合成和设计的实践。从超分子之类的新观点研究分子的合成和组装在我国日益受到重视。化学模板有助于提供组装的物种和创造有序的组装。但是其最大的困难在于克服二、 配位化学的应用1、分析化学中的应用 在分析化学中，常应用许多配合物具有特征的颜色来鉴定某些离子的存在。例如：Fe(NCS)n3-n呈血红色，Cu(NH3)42+为深蓝色，Co(NCS)42-在丙酮中显鲜蓝色，等等。它们形成时产生的特征颜色常被认为是有关金属离子存在的依据。又如螯合物中介绍的丁二肟可与Ni2+形成鲜红色的沉淀，这个反应在氨碱性条件下具有灵敏度高、选择性强的特点，这种配位剂也可称为特效剂。 在分析鉴定中，常会因某种金属离子的存在而发生干扰，影响鉴定工作的正常进行。例如，Fe3+的存在对用NCS-鉴定Co2+就会发生干扰，因为NCS-与Fe3+和Co2+都能配位分别形成血红色和鲜蓝色的配合物，所以鉴定Co2+受到Fe3+的妨碍而无法观察清楚。但只要在溶液中加入NaF，F-与Fe3+可以形成更稳定的无色的FeF63-，使Fe3+不再与NCS-配位，也就是说，把Fe3+“掩蔽”起来，避免了对Co2+鉴定的干扰。 容量分析中的配位滴定法（络合滴定法），是测定金属含量的常用方法之一，依据的原理就是配合物的形成与相互转化，而最常用的分析试剂就是EDTA， 即2、电镀工业中的应用 许多金属制件，常用电镀法镀上一层既耐腐蚀又增加美观的Zn、Cu、Ni、Cr、Ag等金属。在电镀时必须控制电镀液中的上述金属离子以很小的浓度，并使它在作为阴极的金属制件上源源不断地放电沉积，才能得到均匀、致密、光洁的镀层，配合物能较好地达到此要求。CN-可以与上述金属离子形成稳定性适度的配离子，所以，电镀工业中曾长期采用氰配合物电镀液，但是，由于含氰废电镀液有剧毒、容易污染环境，造成公害，近年来已逐步找到可代替氰化物作配位剂的焦磷酸盐、柠檬酸、氨三乙酸等，并已逐步建立无毒电镀新工艺。 3、湿法冶金中的应用 配合物的形成，对于一些贵金属的提取起着重要作用。我们知道，贵金属很难氧化，但有配位剂存在时，可形成配合物而溶解。Au、Ag等贵金属的提取就是应用这个原理。用稀的NaCN溶液在空气中处理已粉碎的含Au、Ag的矿石，Au、Ag便可形成配合物而转入溶液： 4Au8NaCN2H2OO2-4NaAu(CN)24NaOH 4Ag8NaCN2H2OO2-4NaAg(CN)24NaOH 2Ag(CN)2-Zn-Zn(CN)42-2Ag 然后用活泼金属（如Zn）还原，可得单质Au或Ag： 2Au(CN)2-Zn-Zn(CN)42-2Au 贵金属Pt的提取是利用王水溶解含Pt矿粉，Pt便转化为H2PtCl6，再将H2PtCl6转化为氯铂酸铵沉淀，将沉淀分离出来在高温下分解便可制得海绵状Pt： 3Pt+18HCl+4HNO3-3H2PtCl6+4NO+8H2O H2PtCl6+2NH4Cl-(NH4)2PtCl6+2HCl 3(NH4)2PtCl6-800-3Pt16HCl2NH4Cl2N2上述提取贵金属的过程，不同于高温火法冶炼金属，这是在溶液中进行的，因而称为湿法冶金。除Au、Ag、Pt以外，一些稀有金属的提取，也有采用湿法进行的。 4、配位催化 利用配合物的形成，对反应所起的催化作用称为配位催化（络合催化），有些已应用于工业生产。例如，以PdCl2作催化剂，在常温常压下可催化乙烯氧化为乙醛： C2H4+PdCl2+H2O-PdCl2H2O(C2H4)-CH3CHO+Pd+2HCl 2CuCl2+Pd-2CuCl+PdCl2 2CuCl(1/2)O22HCl-2CuCl2H2O 三式相加得总反应：C2H4(1/2)O2-CH3CHO。 配位催化反应具有活性高、反应条件温和（常不需要高温高压）等优点，在有机合成、高分子合成中已有重要的工业化应用。 5、生物化学中的作用 金属配合物在生物化学中具有广泛而重要的应用。生物体中对各种生化反应起特殊作用的各种各样的酶，许多都含有复杂的金属配合物。由于酶的催化作用，使得许多目前在实验室中尚无法实现的化学反应，在生物体内实现了。生命体内的各种代谢作用、能量的转换以及O2的输送，也与金属配合物有密切关系。以Mg2+为中心的复杂配合物叶绿素，在进行光合作用时，将CO2、H2O合成为复杂的糖类，使太阳能转化为化学能加以贮存供生命之需。使血液呈红色的血红素结构是以Fe2+为中心的复杂配合物，它与有机大分子球蛋白结合成一种蛋白质称为血红蛋白。氧合血红蛋白具有鲜红的颜色，而血红蛋白本身是蓝色的。这就解释了为什么动脉血呈鲜红色（含氧量高），而静脉血则带蓝色（含氧量低）。 血红蛋白 H2O（蓝色）O2 血红蛋白 O 2（鲜红色）H2O 上述平衡对O2的浓度很敏感。在肺部因有大量的O2，平衡右移。O2以血红蛋白配合物的形式为红血球所吸收，并输送给各种细胞组织，以供应新陈代谢所需要的O2。某些分子或负离子，如CO或CN-，可以与血红蛋白形成比血红蛋白O2更稳定的配合物，从而使血红蛋白中断输O2，造成组织缺O2而中毒，这就是煤气（含CO）及氰化物（含CN-）中毒的基本原理。 另外，人体生长和代谢必需的维生素B12是Co的配合物，起免疫等作用的血清蛋白是Cu和Zn的配合物；植物固氮菌中的的固氮酶含Fe、Mo的配合物等。目前，世界各国的科学界都在致力于这些配合物的组成、结构、性能和有关反应机理的研究，探索某些仿生新工艺，这显然是一个十分重要和倍受关注的科学