配位化学 第6章 配合物的应用.ppt

,配合物的应用,Chapter6,配位化学,6,Theapplicationsofthecoordinationcompounds,配合物的应用,本章教学内容,配合物在功能材料领域中的应用,配合物在生物医药领域中的应用,配位化学在湿法冶金中的应用,6.1,6.2,6.3,6.1配合物在功能材料领域中的应用,6.1.1导电性功能配合物6.1.2磁性功能配合物6.1.3发光功能配合物6.1.4功能配合物多孔材料6.1.5功能配合物在其它方面的应用,功能材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术和能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料。功能材料是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，功能材料约占85%。随着信息社会的到来，特种功能材料对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，是二十一世纪信息、生物、能源、环保、空间等高技术领域的关键材料，成为世界各国新材料领域研究发展的重点，也是世界各国高技术发展中战略竞争的热点。,配合物中的中心金属原子d、f轨道参与成键，具有种类繁多的结构类型和成键方式，导致配合物种类繁多、结构可控，兼具无机化合物和有机化合物的特性，因此以配合物作为组装子所组装的功能材料,将具有更为丰富的光、电、热、磁特性，具有广阔的应用前景。,超分子配合物,补充内容1,在配合物化学领域，超分子是一个广泛讨论的概念。超分子概念最早是由Wolf在1937年提出，超分子化学的概念与术语在1978年引入。,通俗地说：超分子是由两个或两个以上的分子通过分子间作用力缔合在一起而形成的具有更高复杂性的有组织实体。,分子间相互作用在一定条件下起加合与协同作用，形成有特定方向性和选择性的较强作用力，成为超分子形成、分子识别和分子组装的主要作用力。,分子间作用力,典型的超分子体系,Biomembrane,Liposomes,Micelles,Monolayers,Multilayers,Liquidcrystals,Surfacefunctionalization,Host/guestsystems,2DProteincrystallization,Enzymefunction,+,Lifescience,Molecularrecognition,Molecularself-organization,Functionviaorganization,Orderandmobility,Materialsscience,-堆积作用,-堆积作用是两个或多个平面型的芳香环平行地堆叠在一起产生的能量效应。最典型的是石墨层型分子间的堆叠就是属于-堆积作用，其中层间相隔距离为3.35。,石墨的晶体构型,在配合物中包含芳香环的配体间出现互相堆叠在一起的现象非常普遍，这种芳香环堆积与芳香分子轨道同相叠加有关，给超分子配合物带来相当大的额外的稳定性，是配合物稳定存在的一种作用力。,氢键导向的配合物,氢键在化学、催化、生物化学过程以及超分子化学和化学工程等领域其重要作用。,氢键的存在，往往使配合物单分子之间相互连结，形成具有一维、二维或三维网络结构的分子聚集体，从而降低分子体系能量，稳定了体系结构，其结果可能赋予这些化合物某些新的性质（如光、电、磁、生物活性等）和功能，开阔了应用前景。,芳香堆积导向的配合物,芳香堆积一般可分为三种形式：,3.33.6,面对面完全叠合,滑斜，平行位移,点到面，边到面，T形,堆积，-相互作用,CH相互作用,1,2,3,芳环堆积作用有利于配合物形成超分子网络，提高配合物的维数和稳定性。,例：Cu(I)与1-氨基芘（apyr）反应形成的单核阳离子Cu(apyr)3+，Cu(I)的配位数为3，有分子内和分子间的-堆积作用，最后形成二维的超分子网络。,3.40,3.46,3.43,3.52,配位聚合物,补充内容2,配位聚合物是指由配体和配位中心体以配位键和其他弱化学键的形式形成无限伸展结构的配合物。,配位聚合物定义,配位聚合物网络结构示意图,1D螺旋型,1D梯子型,1D铁轨型,2D方格型,2D蜂窝型,2D砖墙型,3D金刚石型,3D立方体型,构筑配位聚合物的常见桥连有机配体的结构如右图所示，利用这些配体与特定金属离子进行组装，就能形成各种网络结构。,（a）（b）（c）,纯4,4-联吡啶（a）、纯吡嗪（b）及4,4-联吡啶及吡嗪混合配体（c）与金属离子组装成正方形二维网格的结构单元,金属离子,配位聚合物之所以受到重视与广泛研究，是由于其展现出的性质独特、结构多样化以及不寻常的光、电和磁学效应，在非线性光学材料、传感材料、磁性材料、超导材料以及催化、储气等诸多方面都有极好的应用前景。,例：近几年，一些具有三维孔道结构的金属配位聚合物因具有较大的比表面积和孔体积，其作为新型的储氢材料的性能得到了普遍的关注以及探索。,一些新型配位聚合物晶体结构示意图,6.1.1导电性功能配合物,导电功能低维配位聚合物,具有导电功能的低维配位聚合物是基于分子间近距离相互作用而形成的一维或准二维结构的分子导体等。其导电性的特点是具有很强的各向异性，并且低温时会出现Peierls畸变（和电荷密度波相关的周期性晶格遭受破坏并导致一维导体转变为绝缘体的现象）。,低维配位聚合物包括以下三种类型：,M-M型导电配合物；-型导电配合物；M-型导电配合物。,按照配合物在功能材料领域中的应用分类，可以将配合物分为如下几种类型：导电功能配合物；发光功能配合物；单分子磁性功能配合物；超分子功能配合物。,M-M型导电配合物,-型导电配合物,M-型导电配合物,通过相邻中心金属离子的dz2轨道的相互重叠构筑的类似金属的一维导电通道。如KCP盐(K2Pt(CN)4Br0.32.3H2O)，相邻Pt-Pt间通过d轨道的重叠形成金属-金属键一维导电分子。,配体为具有18电子的共轭平面大环时，配合物通过配体分子间轨道的重叠形成的一维导电通道。如：TCNE、TCNQ等共轭分子，通过分子间的-堆积作用聚合成一维导电通道。,TCNQ自堆积示意图,当金属的dxz和dyz轨道和大环配体的轨道发生重叠时，而表现出导电性的大环金属配位聚合物。,FA科顿在上个世纪六十年代发现Re2Cl82-中的金属-金属多重键，由此有机金属一维含金属-金属键分子导线的研究也变得丰富起来。,Re2Cl82的结构,1996年，Dunbar等人利用金属-金属成键技术成功合成Rh6(CH3CN)249+分子导线，该一维混合价态的分子导线由双核Rh单元通过分子间的金属-金属键作用连接形成金属链状配合物。,Dunbar合成的分子导线,2006年，Chi-MingChe等人合成了Pt(CNtBu)2(CN)2一维MMF纳米线，该化合物具有较强的发光性能，在550nm左右发绿色荧光。特别是混合价态一维链状导电配合物（MetaltoMetalFramework,MMF）有着很好的导电性能，在光、电、磁等方面有着潜在的应用价值。,Pt(CNtBu)2(CN)2一维MMF纳米线,支志明教授获颁国家自然科学奖一等奖证书后摄于人民大会堂前。,支志明：无机化学家，1957年出生，1995年当选为中国科学院院士，2007年当选发展中国家科学院（TWAS，原称第三世界科学院）院士。长期从事无机化学基础研究，在无机和有机金属合成，高价金属配体多重键配合物，发光无机和金属有机化合物，光诱导电子和原子转移反应，不对称烯烃环氧化反应，生物系统中的电子转移以及分子装置和DNA辨认中的发光材料等方面取得一系列成果。,6.1.2磁性功能配合物,物质磁性的类型,当物质由含有未成对电子的分子组成时，由于分子磁矩的存在而导致物质的磁性。可以将每个原子或分子自旋引起的磁矩看成一个小磁铁（常称为磁子）。通常由于这些磁子的无序取向而使物质不呈现宏观的磁性。,根据磁性物质中自旋的不同取向，可以将磁性物质分为以下几大类型：,亚铁磁体(cantedferromagnet),磁性物质,人类对物质磁性的认识,古代磁学,有磁性无磁性,近代磁学,抗磁性顺磁性铁磁性,现代磁学,抗磁性顺磁性铁磁性亚铁磁性反铁磁性,抗磁性:d0，也很小，10-610-3量级。铁磁性:f0，且在10106量级。亚铁磁性:0，100103量级。反铁磁性:在某一温度取得最大值。,磁化率()：表征磁性的强弱的磁学量。,磁性物质的机制,从小磁针的指向理解各种物质的微观结构,弱铁磁性准铁磁性螺旋铁磁性,顺磁性铁磁性反铁磁性亚铁磁性,磁性功能配合物材料,磁性功能配合物以多金属中心的配合物为主。要使分子具有磁性，金属离子必须形成三维空间的网状结构，并通过桥联配体使金属之间的相互作用力得到适当的调节。,目前配合物磁性材料的研究主要集中在如下几个方面：,电荷转移配合物金属骨架一维结构功能配合物磁体自旋交叉配合物也是分子磁体配合物单分子磁体,6.1.3发光功能配合物,无机发光物质大多集中在稀土，外层电排布子为d10和d8等过渡金属化合物及其配合物上，其发光机理大致有两种，其中一类是金属离子本身可以发光的配合物，如稀土，低价d10和d8金属离子及其化合物，它们与电子接受体配体作用形成了发光强度大，寿命长的荧光物质，这些配合物具有大环结构和共轭体系，同时d10和d8高价大体积金属离子(Pb4+，Pt2+，Au+)等可以形成M-M键，电子通过d-d跃迁产生MC电荷转移跃迁而表现出较好的光学性能。,稀土发光材料,功能配合物发光的基本原理,分子吸收了某一特定波长的光而达到激发态，由于激发态是一个不稳定的中间态，受激物必将通过各种途径耗散多余的能量以达到某一个稳定状态，一般都经过下述的光化学和光物理过程：辐射跃迁、无辐射跃迁、能量传递、电子转移和化学反应等。,发光功能配合物的分类,（1）根据发光性质和作用机理的不同，发光材料可分为两类。,荧光是具有自旋多重度相同的状态间发生电子转移传递并通过辐射跃迁产生的光的基质分子，这个过程发生速度很快(10-5-10-8s)，能量高，寿命短。,磷光是自旋多重度不同的状态之间禁阻跃迁并通过辐射跃迁回到基态的分子能量辐射的结果。这个过程是自旋禁阻的，和荧光相比其速度常数要小得多，时间要长通常在10-6s以上。,（2）根据发光材料激发态性质和发光机制不同，发光材料分为光致发光(PL)和电致发光(EL)两种类型。其主要区别是基质分子吸收能量的提供途径不同，前者是通过波长为200-800nm的光量子的形态传递能量给基态分子，而后者是利用电能激发基态分子。,影响配合物发光的主要因素,影响配合物发光的主要因素有内因和外因两个方面。,金属离子本身（离子半径，电荷密度等）。有机配体的荧光活性和共轭体系的大小以及刚柔性。外界阴离子和配位水等构成的影响。,外因包括：,温度：配合物的光学性质与所处环境的温度，低温下分子运动激烈程度降低，跃迁概率增加，发光性能增强。溶剂：溶剂的粘度和极性对配合物的发光性能的影响。pH值。,内因包括：,(1)含Re、Ru和Pt等过渡金属发光配合物；(2)含膦配体与Cu(I)和Ag(I)离子形成的光致发光性能配合物；(3)含有金属-金属成键的发光功能配合物。,含S、P配体的结构,Au组装的螺旋状一维发光分子导线,过渡金属发光功能配合物,含有金属-金属成键的发光功能配合物,自组装全金属骨架超分子金十六手性发光大环,发光金三十六大环,电致发光功能配合物,电致发光(EL)现象是指通过加在两电极的电压产生电场，被电场激发的电子碰击发光中心，而引致电子能级的跃进、变化、复合导致发光的一种物理现象。电致发光功能配合物可以应用于有机发光二极管（OLED），它的基本原理是当元件受到直流电所衍生的顺向偏压时，外加之电压能量将驱动电子与空穴分别由阴极与阳极注入元件，当两者在传导中相遇、结合，即形成所谓的电子-空穴复合。而当化学分子受到外来能量激发后，从单重态回到基态所释放的光为荧光，进而实现了将电能转化成光能的电致发光过程。,6.1.4功能配合物多孔材料,第一代：由客体分子通过包结填充来固定支撑的微孔材料，客体分子通过某种途径从结构中除去，金属-有机框架将不可逆坍塌；第二代：具有稳定牢固的网络框架结构多孔材料，客体分子从结构中除去时，该类网络框架结构仍然保持原有结构不变；第三代：柔性和动态的框架结构，伴随着客体分子的除去和回复存在着可逆的结构变化。,多孔的配位聚合物划分为三代,第二代多孔配位聚合物,多孔配位聚合物的典型代表,Yaghi等利用Zn(-O)(COO)6基元作为网络的结点，通过改变连接棒配体的长度得到孔洞大小不同但都是呈现永久孔道特点的多孔材料。,在最新多孔材料的结构中，配位聚合物通过配位作用和弱作用力结合成具有柔性的多孔特性。动态的多空特性在客体包结储存、气体吸附、有机催化和分子磁体等方面有潜在应用，该类功能配合物材料被认为具有应用前景的新型材料。,多孔配位聚合物的应用,6.1.5功能配合物在其他方面的应用,分子器件的研究背景,由于加工极限和半导体内部某些特有物理效应的限制，以无机半导体晶体材料为基础的大规模集成电路必定会有尺寸的限制。,1985年达到加工极限（0.5mm）2000年达到物理极限（0.2mm）,以硅材料为基础的集成电路：,如果想进一步提高集成度必须另辟新路。,科学家们提出：在有机分子的分子尺寸范围实现对电子运动的控制，从而使分子聚集体构成有特殊功能的器件，即分子器件。,宏观器件,分子器件,收音机的变化,分子器件的定义,具有一定组织和特定功能的化学体系所形成的超分子的结构单元。,分子器件的特点,(1)含有光、电或者离子活性功能基；(2)有特定需要组装成器件，大量的组件有序排列能形成信息处理的超分子体系；(3)输出信号必须容易检测。分子器件主要研究包括分子导线、分子开关、分子整流器、分子储存器、分子电路和分子马达等。,分子器件的元件,化学及材料的研究积累了大量具有特定光、电和磁性质的分子材料，其中有些可成为分子器件构成元件的基础。,分子器件是由分子电子元件组成，这包括分子导线、分子开关、分子整流元件及分子存储元件等。由于它们是在分子层次上起作用，量子力学和结构化学就成为其理论分析和分子设计的共同基础。,分子开关,分子开关是具有双稳态的量子化体系,当外界光、电、热、磁、酸碱度等条件发生变化时，分子的形状、化学键的断裂或者生成、振动以及旋转等性质会随之变化。通过这些几何和化学的变化，能实现信息传输的开关功能。分子开关的触发条件有能量和电子转移、质子转移、构相变化、光致变色和超分子自组装等。,阴离子诱导的胶囊状分子开关,有机-金属“自组装酶”,一些笼状结构有机分子主体被用作分子容器和分子反应器。由于其具有孤立的内空间，可以包容客体分子，通过限制客体分子运动的自由度从而提高分子间碰撞反应的机会和控制分子间反应的取向，也可以稳定中间体和储存活泼物质。各种尺寸、形状和功能的容器超分子体系通过氢键、静电作用、芳香作用、金属配位、范德华引力等弱相互作用自组装形成，并被应用于分子反应器。,有机-金属手性胶囊状“自组装酶”,由非手性的分子组分通过自组装构筑具有超分子手性的功能材料的研究已经成为当前科学和工程技术的热点之一。利用酰胺邻苯二酚与金属离子组装手性四面体笼状超分子反应器，在此超分子反应器中通过酸碱性的调节实现催化酸解碳酸酯化合物的目的。,6.2配合物在生物医药领域中的应用,6.2.1配合物在生物方面的应用6.2.2配合物在医药方面的应用,金属配合物在生物化学中的应用非常广泛，而且极为重要。许多酶的作用与其结构中含有配位的金属离子有关。许多重要的生命过程，如氮的固定、光合作用、氧的输送及贮存、能量转换等常与金属离子和有机体生成复杂的配合物所起的作用有关。,6.2.1配合物在生物方面的应用,几类重要的金属酶和金属蛋白,（1）含铁蛋白和含铁酶,铁在人体内分布很广，其中大部分铁是以血红蛋白和肌红蛋白的形式存在于血液和肌肉组织中，其余与各种蛋白质和酶结合，分布在肝、骨髓和脾脏内。铁在哺育动物体内约有70%是以卟啉配合物的形式存在。,肌红蛋白,血红素辅基,血红蛋白,肌红蛋白（myoglobin，Mb）是由含152个残基的单一多肽链（珠蛋白）和血红素组成，其分子量为17500。肌红蛋白的生物功能是为肌肉组织贮存氧，以供细胞呼吸的需要。,血红蛋白（hemoglobin,Hb）是由珠蛋白、原卟啉和Fe2+组成的结合蛋白质。血红蛋白中Fe2+能可逆地结合氧分子，它能从氧分压较高的肺泡中摄取氧，并随着血液循环把氧气释放到氧分压较低的组织中去，从而起到输氧作用。,（2）含铜蛋白和含铜酶,铜在生物体中以铜蛋白和铜酶的形式存在并发挥生物作用。铜蛋白和铜酶涉及生物体内的电子传递、氧化还原、氧分子的运输及活化等过程。根据铜蛋白和铜酶的吸收光谱性质的不同，将其分为I型、II型和III型铜蛋白。,牛红细胞的超氧化物歧化酶及其活性中心的结构,超氧化物歧化酶（superoxidedismutase,SOD）是1938年首次从牛红细胞中分离出来的一种蓝色的含铜蛋白。,1969年发现SOD具有催化超氧阴离子（O2-）发生歧化反应的功能。O2-是一种有害的自由基，过量的O2-积累会引起细胞膜、DNA、多糖、蛋白质、脂质体等的破坏，导致各种炎症、溃疡、糖尿病、心血管病等。但O2-在SOD的催化作用下可以转化为H2O2，然后由过氧化氢酶分解为H2O和O2，从而消除O2-对细胞的毒害。,超氧化物歧化酶,根据所含金属辅基的不同，SOD主要可以分为3类：,表6-1三类主要的SOD及其性质,由于天然SOD自身存在的一些缺点，如提取麻烦，价格昂贵；酶分子量大，不易穿过细胞膜；在体内代谢时间短，临床使用时易引起机体排异反应而使其应用受到限制等，因此设计与合成一类既能弥补天然SOD的不足、又具有SOD催化活性的小分子化合物（SOD模拟物）的研究已成为目前的一个热门研究领域。人们期望能够人工合成出具有Cu/Zn-SOD活性的化合物，用于保健、疾病的预防和治疗，同时模型研究将为阐明酶的结构与功能之间的关系、揭示催化作用机理提供基础和依据。,SOD模拟化合物研究,（3）含锌蛋白和含锌酶,锌是人体内许多酶、蛋白质和核酸的组分，它在人体内的作用是通过多种含锌酶来实现的。目前已知有200多种含锌的金属酶，有300多种酶的活性与锌有关。,碳酸酐酶（carbonicanhydrase）是于1940年发现的第一个锌酶，也是最重要的锌酶。碳酸酐酶最重要的生理功能是催化体内代谢产生的CO2水合及HCO3-的脱水解离。碳酸酐酶是迄今为止催化效率最高的酶，其催化CO2水合反应的速率常数比非酶催化反应高4个数量级。,碳酸酐酶,（4）含钼酶,生物体内的微量元素如Fe、Cu、Zn等主要是第一过渡元素，Mo是唯一的第二过渡系元素。钼在生物体内的含量虽然不高，但是涉及含钼酶的催化反应却不少。含钼酶主要分为两类，一类为固氮酶，另一类为钼氧转移酶。目前研究较多的含钼酶为固氮酶（nitrogenase）。,金属配合物与核酸的相互作用,1969年，金属配合物顺铂（cisplatin，cis-Pt(NH3)2Cl2）被发现具有抗癌活性，随后人们又研究发现顺铂在体内的作用靶点为脱氧核糖核酸（DNA），从而掀起了研究金属配合物与核酸相互作用的热潮。,B-DNA,顺铂的结构,顺铂-DNA结合物,（1）金属配合物与核酸的反应,金属配合物与核酸的反应可以分为以下两类：,金属配合物引起的核酸氧化还原反应；金属配合物中心金属与磷酸骨架配位，引起核酸的水解反应。,金属配合物作为化学核酸酶通过以上两种方式与DNA发生反应，导致DNA链发生断裂。配合物引起的DNA断裂能影响DNA的复制和转录，因此可以通过对癌细胞DNA链的断裂作用达到杀死癌细胞或阻止癌细胞复制，利用该机理可以设计高效、低毒和耐药性好的抗癌药物。,（2）金属配合物与核酸的作用方式,金属配合物与核酸可以多种方式相互作用，按其作用强弱可以分为：,共价作用（强）：又称配位结合，主要是指软金属离子及其配合物如Pt(II)、Pd(II)、Ru(II)与Rh(III)等与碱基中的氮原子之间以配位方式形成共价键，结合力较强。例如，抗癌药物顺铂以及后来发展的一系列类似的铂配合物，通过中心铂原子与DNA链上鸟嘌呤的N7原子相配位结合形成各种交联加合物。,非共价作用（较弱）：主要是氢键、离子键、范德华力与疏水作用等，属于弱相互作用。在分子水平的生命现象中，非共价作用是一种决定性的因素，形成了核酸生物功能所需要的空间结构。,（3）金属配合物与核酸作用的应用,金属配合物与核酸作用的应用,金属抗癌药物,DNA结构探针,DNA分子光开关,化学核酸酶,6.2.2配合物在医药方面的应用,金属配合物做抗癌药物,顺铂（cisplatin,cis-Pt(NH3)2Cl2）,是第一个用于治疗癌症的金属配合物，现已成为临床应用最为广泛的抗癌药物之一，但顺铂较强的毒副作用和易产生耐药性等缺陷严重制约了其疗效和长期使用。,顺铂,顺铂价格：50mg瓶/250元,Resistance,DNAadduct,Apoptosiscelldeath,excisionrepair,shieldfromrepair(HMG),notrepaired,Pt,Resistance,Pt,ActivePtcomplex,Ptdrug,MT,GSH,cellularthiols,(e.g.hydrolysis)Cl-=4mM,ReducePtuptake,Pt-SG,Resistance,Platinumincells,Resistance,Activation,Cl-100mM,detoxification,x,(GuoCoste,etal,NucAcidsRes,27,1837(1999).,mono-functionalcross-link,1,2-intrastrandcross-link(90%),1,2-interstrandcross-link(5%),protein-DNAcross-link,InteractionbetweenCisplatinandDNA,卡铂,carboplatin,奥沙利铂,oxaliplatin,奈达铂,nedaplatin,其它几种临床使用的铂类抗癌药物,这些新型的铂类药物一般称为第二代铂类抗癌药物，虽然它们的毒性小于顺铂，但是它们基本上都存在与顺铂交叉耐药的缺点，在总的治疗水平上仍然没有超过顺铂。,MultinuclearPlatinumComplexes,Apotentialtrinuclearplatinumantitumoragent,Non-classicalPlatinumAntitumorComplexes,KlosterMBG,FarrellN,etal,Biochemistry,1999,38:14731FarrellN,MetIonsBiolSyst,2004,42:251;,1,4-interstrandcross-link,1,5-interstrandcross-link,1,6-interstrandcross-link,BBR3464DNACross-linkAdducts,Trans-platinumComplexes,Mono-functionalPlatinum,Complexes,Platinum(IV)Complexes,OtherPlatinumComplexes,CopperComplexes,GoldComplexes,RutheniumComplexes,TitaniumcompoundsRhodiumcomplexesVanadiumcomplexesBismuthcomplexes,OtherCompounds,Non-platinumAntitumorComplexes,过去30年癌症死亡率明显上升；最近10年癌症发病率和死亡率均增长22%；2000年，全世界620万人死于癌症；2020年，全世界将有1000万人死于癌症；我国用于癌症病人的医疗费约800亿，占卫生总费用的20%，人均约2万元。2001年，美国用于癌症治疗的费用达1570亿元，治疗癌症的费用比其它疾病的费用高50%。,WHO警告：今后20年将出现癌症的世界性流行,靶向纳米抗癌药物研究,死于癌症的名人们,乔布斯（胰腺癌）,赵丽蓉（肝癌）,迈克杰克逊（皮肤癌）,黄霑（肺癌）,罗京（淋巴癌）,傅彪（肝癌）,陈晓旭（乳腺癌）,梅艳芳（子宫颈癌）,沈殿霞（肝癌）,帕瓦罗蒂（胰腺癌）,目前临床常用的一些抗癌药物及其毒副作用,传统的抗癌药物治疗,传统抗癌药物治疗是指通过各种途经给药后，达到一定的血药浓度分布于全身而产生治疗作用。这种治疗方法最大的缺陷是缺乏选择性。由于大多数常用抗癌药物分子量较低，在体内容易扩散，导致相对平均的组织分布，因而往往在治疗的同时产生毒副作用，严重影响药物的疗效。,靶向抗癌药物研究概况,使抗癌药物瞄准肿瘤部位，在局部保存相对高的浓度，延长药物的作用时间，提高对肿瘤的杀伤力，而对正常组织细胞作用较小。靶向给药是未来癌症治疗中最具前景的研究方向。,靶向抗癌药物治疗的优越性,与传统的癌症治疗相比，靶向抗癌药物治疗技术能够更有效地运送抗癌药物来杀死癌细胞，却不会妨碍正常细胞产生，从而避免骨髓抑制、心脏损害、胃肠道紊乱以及疲劳、脱发、身体虚弱等毒副作用。,靶向抗癌药物研究的意义,将纳米技术与生物技术相结合的靶向纳米抗癌药物研究技术将为癌症的研究和治疗带来了前所未有的机遇，将从根本上改变目前癌症诊断、治疗和预防的状况。,国内外对靶向抗癌药物研究的重视,第248次香山科学会议主题：癌症的靶向治疗,国外,美国：2004年美国国立卫生研究院(NIH)癌症研究所(NCI)提出了一项癌症纳米技术计划，旨在将纳米技术、癌症研究与分子生物医学相互结合，通过对肿瘤的准确性靶向治疗，实现其在2015年消除癌症死亡和痛苦的目标。日本：日本国立癌症中心与东京大学、日本化药公司的研究小组联合开发利用纳米技术提高现有抗癌效果并减轻副作用的技术,其技术关键即为研制具有靶向治疗功效的纳米抗癌药物。,国内,靶向抗癌药物输送系统可以分为两个层次,（1）物理化学导向,利用药物载体的pH敏、热敏、磁性等特点在外部环境的作用下（如外加磁场）对肿瘤组织实行靶向给药。缺乏准确性！,（2）生物导向,利用抗体、细胞膜表面受体或特定基因片段的专一性作用，将配位子结合在载体上，与目标细胞表面的抗原性识别器发生特异性结合，使药物能够准确送到肿瘤细胞中。更高层次！,实例：叶酸介导靶向抗癌药物输送的原理,张寿春，李惠敏，王柯敏，叶酸-聚合物靶向载药系统研究进展，中国医药工业杂志，2007，38，676,体系一,亲水性聚合物载体,叶酸,抗癌药物,该体系在溶剂中将自组装成载药纳米颗粒,抗癌药物通过化学键合与聚合物载体结合,体系二,金属配合物做诊断药物,磁共振成像（MRI）是当今用于临床诊断的一种非常有效的方法。它是利用生物体不同组织在磁共振过程中产生不同的共振信号来成像，信号的强弱取决于组织内水的含量和水分子中质子的弛豫时间。目前作为磁共振成像技术的造影剂大多为含有较多未成对电子的Gd(III)、Mn(II)和Fe(III)离子，这些离子通常具有较长的电子自旋弛豫时间，因此容易检测到疾病。,金属配合物做其它类药物,顺铂类抗癌药物的成功极大地推动和促进了金属药物的研究和发展。在过去几十年里，大量具有各种药物活性的金属配合物被筛选出来，其中有些已经在临床上用于治疗疾病，有些则正处于研究或者试验阶段。,Aurothiomalate,治疗风湿性关节炎,Flamazine,抗菌药物,6.3.1配位化学在过渡金属湿法冶金中的应用6.3.2配位化学在稀土金属提取中的应用6.3.3配位化学在碱土金属冶炼中的应用,6.3配位化学在湿法冶金中的应用,补充材料,冶金,火法冶金,火法冶金是在高温条件下（700oC以上）进行的冶金过程。矿石或精矿中的部分或全部矿物在高温下经过一系列物理化学变化，生成另一种形态的化合物或单质，分别富集在气体、液体或固体产物中，达到所要捉取的金属与脉石及其它杂质分离的目的。,实现火法冶金过程所需热能，通常是依靠燃料燃烧来供给，也有依靠过程中的化学反应来供给的，比如，硫化矿的氧化焙烧和熔炼就无需由燃料供热；冶金炉火法冶金包括：干燥、焙解、焙烧、熔炼，精炼，蒸馏等过程。,湿法冶金,湿法冶金是利用浸出剂将矿石、精矿、焙砂及其他物料中有价金属组分溶解在溶液中或以新的固相析出，进行金属分离、富集和提取的科学技术。由于这种冶金过程大都是在水溶液中进行，故称湿法冶金。湿法冶金温度不高，一般低于100。现代湿法冶金中的高温高压过程，温度也不过200，极个别情况温度可达300。,湿法冶金作为一项独立的技术是在第二次世界大战时期迅速发展起来的，在提取铀等一些矿物质的时候不能采用传统的火法冶金，而只能用化学溶剂把他们分离出来，这种提炼金属的方法就是湿法冶金。,湿法冶金包括浸出、净化、制备金属等过程。,电解冶金,电解冶金是利用电能提取金属的方法。根据利用电能效应的不同，电解冶金又分为电热冶金和电化冶金。,电热冶金是利用电能转变为热能进行冶炼的方法。在电热冶金的过程中，按其物理化学变化的实质来说，与火法冶金过程差别不大，两者主要区别只是冶炼时热能来源不同。,电化冶金（电解和电积）是利用电化学反应，使金属从含金属盐类的溶液或熔体中析出。前者称为溶液电解，如锕的电解精炼和锌的电积，可列入湿法冶金一类；后者称为熔盐电解，不仅利用电能的化学效应，而且也利用电能转变为热能，借以加热金属盐类使之成为熔体，故也可列入火法冶金一类。,金属冶炼过程,一般有色金属提取冶金过程中，需要根据原料性质和对产品的要求采用两类或三类冶金方法相互配合组成提取流程。,如铜、铅、锌、镍、钴多采用火法冶金制取粗金属，以电化学方法制取纯金属。,轻金属多采用湿法冶金制取纯金属化合物，以电冶金制取粗金属或纯金属。,大多数稀有金属是以湿法冶金方法制取纯金属化合物，以火法冶金或电冶金制取纯金属。,火法冶金与湿法冶金比较,6.3.1配位化学在过渡金属湿法冶金中的应用,采用火法冶金方法从矿石冶炼出金属需要在高温条件下进行，能源消耗较大，污染也比较严重。利用金属离子易于形成配合物的性质，选择合适的配位剂，可以实现在温和条件下金属的提炼。由于金属无机盐溶于水时大部分电离为金属阳离子，具有很强的水化作用而不能被萃取。为了达到萃取的目的，必须要破坏这种水化作用。湿法冶金就是利用金属离子与某些螯合萃取剂HA（如HTTA、HDz等）选择性生成螯合物MeAn（如Th(TTA)4、Cu(Dz)2、Al(OX)3等），再通过萃取的办法实现分离的目的。,背景：高品位铜矿越来越少，使得低品位的铜矿成为了重要的提铜资源，而合成新型高效萃取剂是关键。,铜的湿法冶炼,金属配位剂的分类：,1）助萃配位剂：如TBP或DAMP（甲基膦酸二异戊酯）。2）抑萃配位剂：如TBP萃取稀土硝酸盐，在水相中加入乙二胺四乙酸或氮三乙酸作为抑萃剂。有时称为掩蔽剂。,为了提高或降低萃取能力而使用金属配位剂。,20世纪60年代用于萃取铜的有机萃取剂有吡啶、丁酸、2,9-二甲基-1,10-二氮菲等。这些萃取剂从水相中萃取铜是通过形成螯合物或有机酸盐在水相及有机相中的溶解度不同而进行分离。,传统铜萃取剂,肟类有机化合物也可作为铜萃取剂。由于具有不能自由旋转的碳氮双键，故肟类有机化合物有顺式和反式异构体。但只有反式异构体才能萃取金属离子。,顺式反式,酚肟类希夫碱萃取剂对Cu2+有极高的选择性，肟萃取Cu2+离子反应式如下：,用有机溶剂可将水相中生成的中性的肟-Cu(II)配合物萃取分离出来，有机相再经硫酸溶液反萃取而将CuSO4返回水相，经电解得到精炼铜。酚肟萃取剂再生恢复到“酸”结构，又可循环到有机相中用于萃取下一批酸浸取液中的Cu2+离子。,与硫酸盐相比，氯化物在水溶液中的溶解度更大，许多金属离子能与氯离子形成配合物。氯化湿法冶金的优势体现在许多方面。例如，在盐酸和氯化物溶液中，铂族金属和金银均能形成稳定的氯配合物。这些氯配合物的稳定性、氧化还原电位、水合和羟合等性质可随酸度、温度、氯离子浓度的变化而改变。,氯化萃取剂,钴和镍的湿法冶炼,镍和钴是重要的有色金属，因其性质相近而共生，提取和分离镍、钴较多用萃取法。如将精选的NiS矿在加压下同液氨反应，可将Ni2+从矿石中溶解分离，然后在加压下以氢气还原得到粉状金属镍。使用硫代二苯甲烷和N-酚基-巯基肉桂酰胺在吡啶碱中可以萃取镍(II)和钴(II)。当混合使用时对镍(II)、钴(II)具有协同萃取作用。,在银的湿法冶金特别是在铜、铅阳极泥的湿法提银过程中，大部分银已转化为氯化银，因此凡是能溶解氯化银的试剂都可以作为浸出剂（常用的浸出剂为氨和亚硫酸钠）。,其他金属的湿法冶炼,银的湿法冶炼,6.3.2配位化学在稀土金属提取中的应用,稀土：元素周期表中的镧系元素，以及与镧系的15个元素密切相关的钪和钇共17种元素，统称为稀土元素(RareEarth)，简称稀土。,镧系元素,稀土的用途,在军事方面,稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性,能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。而且，稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。稀土科技一旦用于军事，必然带来军事科技的跃升。从一定意义上说,美军在冷战后几次局部战争中压倒性控制，以及能够对敌人肆无忌惮地公开杀戮，正缘于稀土科技领域的超人一等。,在冶金方面,稀土金属或氟化物、硅化物加入钢中，能起到精炼、脱硫、中和低熔点有害杂质的作用，并可以改善钢的加工性能；稀土硅铁合金、稀土硅镁合金作为球化剂生产稀土球墨铸铁，由于这种,球墨铸铁特别适用于生产有特殊要求的复杂球铁件，被广泛用于汽车、拖拉机、柴油机等机械制造业；稀土金属添加至镁、铝、铜、锌、镍等有色合金中，可以改善合金的物理化学性能，并提高合金室温及高温机械性能。,在玻璃陶瓷方面,稀土氧化物或经过加工处理的稀土精矿，可作为抛光粉广泛用于光学玻璃、眼镜片、显象管、示波管、平板玻璃、塑料及金属餐具的抛光；在熔制玻璃过程中，可利用二氧化铈对铁有很强的,氧化作用，降低玻璃中的铁含量，以达到脱除玻璃中绿色的目的；添加稀土氧化物可以制得不同用途的光学玻璃和特种玻璃，其中包括能通过红外线、吸收紫外线的玻璃、耐酸及耐热的玻璃、防X-射线的玻璃等；在陶釉和瓷釉中添加稀土，可以减轻釉的碎裂性，并能使制品呈现不同的颜色和光泽，被广泛用于陶瓷工业。,稀土是磁、光、电等功能材料的最佳载体。所以小平同志曾指出：“中东有石油，中国有稀土”。我们希望能用自己的能力完成两次飞跃：第一次飞跃从稀土资源大国生产大国飞跃；第二次飞跃，从生产大国科技大国飞跃。稀土是21世纪的“战略元素”；美国定出25种，其中15种镧系元素，日本40种，其中稀土17种。,2009年世界主要国家稀土产量,我国稀土现状,仅能维持20年,中国稀土储量在1996至2009年间大跌37%，只剩2700万吨。按现有生产速度，中国的中、重类稀土储备仅能维持15至20年，,中国并非世界上唯一拥有稀土的国家，却在过去几十年承担了世界稀土供应的角色，结果付出了破坏自身天然环境与消耗自身资源的代价。,在2040-2050年前后必须从国外进口才能满足国内需求。,中国稀土产业在世界上拥有多个第一：资源储量第一，占70%左右；产量第一，占世界稀土商品量的80%至90%；销售量第一，60%至70%的稀土产品出口到国外。但为什么我们却没有价格话语权呢？,专家指出，中国稀土产品价格长期以来一直受国外商家控制。国外一些有实力的贸易商和企业在低价时大量购进中国稀土产品，价格上涨时则停止采购、使用库存，待再次降价时再行购进。这就逼着国内企业竞相降价出售。国外都是大买家，而我们是100多家企业对外销售。中国出口企业之间的恶性竞争，使宝贵的稀土短线产品钕、铽、镝、铕等低价外销，而铈、镧、钇等大量积压，企业在微利线上挣扎。,2/3稀土已外流,中国是在敞开了门不计成本地向世界供应稀土。意大利稀土问题研究专家德古拉伯爵在其文章中称：中国稀土在世界的比例，不久前说的是,85%以上，但是目前中国的实际稀土量已经不足世界的30%。美、俄以及一些是有稀土资源的欧洲国家均为从中国进口稀土。日本已经囤积中国稀土足够其国内使用100-300年，从而掌握稀土的国际定价权。对比这些年国际铁矿石、石油价格不停的翻倍增长，中国稀土的浪费让人困惑。,出口须立即禁止,既然过去几十年中，政府领导不可谓不关注，主管部门不可谓不尽心，专家学者们也提出了大量的建议，但中国的稀土开发依然还停留在,低水平，那么从长远计，最有效而且最容易实行的方式，莫过于立刻禁止稀土出口，只维持国内生产以及研发所需的产出规模，或者干脆从国际市场购买。,此好处有二：第一，能最大限度地保护不可再生的稀土资源，从根子上杜绝地方对稀土的无序开发以及偷盗行为，因为这些年，稀土的大量流失，正是因为一些政府和个人被国际市场的蝇头小利所惑；第二，解决产业整合，淘汰生产。,西方渲染稀土之战,日本是渲染稀土荒诞论调声音最大的，日本没有稀土矿，却身为世界稀土消费和生产、出口大国。虽然它已廉价从中国购买、储备了能用100-300年的稀土，但仍然大张旗鼓地迈开了全球寻找稀土廉价供应商的脚步。近期，日本外交官的身影频繁穿梭于印度、越南、蒙古、哈萨克斯坦，这些国家有个共同点：拥有或可能拥有稀土。日本迅速同欧美组成“抗议阵营”，日媒指责中国的稀土战略，同俄罗斯玩弄天然气管道的手法如出一辙，是彻头彻尾的“资源武器化”。并搬出WTO规则来大肆制造国际舆论，目的恐怕不仅是想迫使中国在稀土出口上对日实质让步，而是要借此在国际舆论中将中国孤立化。,日本,美国稀土生产商近期表示，计划在2012年年底前，将集团在美国的稀土年产量大幅提升至2万吨，并以中国的一半价钱，抢占1/6市场。美国稀土生产商指出，从中国装运出口的稀土数量肯定减少。为打破中国控制稀土供应的局面，美国在加州的矿场计划于明年1月1日动工增产，项目将耗资5.11亿美元。美国能源部助理部长9月30日表示，重要资源供应源的多元化势在必行。,美国,印度总理辛格在日本访问向媒体透露，在中国减少对日稀土出口、中日关系面临考验时，印度将利用“大好机会”，促进与日本在稀土贸易及其它方面的合作。印度前外交官员则称，印日合作，可把中国“将死”。,印日合作,一位中国专家称，不要把稀土和其他的一些金属资源以及石油，放在一起类比，他们并不一样。全球一年只需要12万吨，这是非常小的用量，其中还有很多是被有战略远见的国家储备起来的，稀土根本就不是像铁、铜、铝、石油这样大量消耗的资源，而是像味精一样稍用一点就能发挥巨大作用的战略元素。这位专家说，真正需要的那些,应用强国，早就以低价大量储备了