Komplexe Verbindungen der inneren und äußeren Sphäre. Komplexe Verbindungen

Allgemeine Chemie: Lehrbuch / A. V. Zholnin; Hrsg. V. A. Popkova, A. V. Zholnina. - 2012. - 400 S.: Abb.

Kapitel 7. KOMPLEXE VERBINDUNGEN

Kapitel 7. KOMPLEXE VERBINDUNGEN

Die komplexierenden Elemente sind die Organisatoren des Lebens.

K. B. Yatsimirsky

Komplexe Verbindungen sind die umfangreichste und vielfältigste Verbindungsklasse. Lebende Organismen enthalten komplexe Verbindungen biogener Metalle mit Proteinen, Aminosäuren, Porphyrinen, Nukleinsäuren, Kohlenhydraten und makrozyklischen Verbindungen. Die wichtigsten lebenswichtigen Prozesse laufen unter Beteiligung komplexer Verbindungen ab. Einige von ihnen (Hämoglobin, Chlorophyll, Hämocyanin, Vitamin B 12 usw.) spielen eine wichtige Rolle in biochemischen Prozessen. Viele Medikamente enthalten Metallkomplexe. Zum Beispiel Insulin (Zinkkomplex), Vitamin B 12 (Kobaltkomplex), Platinol (Platinkomplex) usw.

7.1. KOORDINATIONSTHEORIE VON A. WERNER

Die Struktur komplexer Verbindungen

Bei der Wechselwirkung von Teilchen kommt es zu einer gegenseitigen Koordination der Teilchen, die als Prozess der Komplexbildung definiert werden kann. Beispielsweise endet der Hydratationsprozess von Ionen mit der Bildung von Aquakomplexen. Komplexbildungsreaktionen gehen mit der Übertragung von Elektronenpaaren einher und führen zur Bildung oder Zerstörung von Verbindungen höherer Ordnung, den sogenannten Komplex(koordinations)verbindungen. Ein Merkmal komplexer Verbindungen ist das Vorhandensein einer Koordinationsbindung, die nach dem Donor-Akzeptor-Mechanismus entstanden ist:

Komplexverbindungen sind Verbindungen, die sowohl im kristallinen Zustand als auch in Lösung vorliegen.

Dies ist das Vorhandensein eines Zentralatoms, das von Liganden umgeben ist. Komplexe Verbindungen können als komplexe Verbindungen höherer Ordnung betrachtet werden, die aus einfachen Molekülen bestehen, die zur unabhängigen Existenz in Lösung fähig sind.

Nach Werners Koordinationstheorie gilt in einer komplexen Verbindung: intern Und äußere Sphäre. Das Zentralatom mit seinen umgebenden Liganden bildet die innere Sphäre des Komplexes. Es wird normalerweise in eckige Klammern eingeschlossen. Alles andere in einer komplexen Verbindung ist die äußere Sphäre und wird in eckigen Klammern geschrieben. Um das festgelegte Zentralatom wird eine bestimmte Anzahl von Liganden platziert Koordinationsnummer(kch). Die Anzahl der koordinierten Liganden beträgt am häufigsten 6 oder 4. Der Ligand besetzt eine Koordinationsstelle in der Nähe des Zentralatoms. Durch die Koordination verändern sich die Eigenschaften sowohl der Liganden als auch des Zentralatoms. Koordinierte Liganden können häufig nicht anhand der für sie im freien Zustand charakteristischen chemischen Reaktionen nachgewiesen werden. Fester gebundene Teilchen der inneren Kugel werden genannt komplex (komplexes Ion). Zwischen dem Zentralatom und den Liganden wirken Anziehungskräfte (eine kovalente Bindung wird nach dem Austausch- und (oder) Donor-Akzeptor-Mechanismus gebildet), und zwischen Liganden wirken abstoßende Kräfte. Wenn die Ladung der inneren Kugel 0 ist, gibt es keine äußere Koordinationssphäre.

Zentralatom (Komplexbildner)- ein Atom oder Ion, das in einer komplexen Verbindung eine zentrale Position einnimmt. Die Rolle eines Komplexbildners wird am häufigsten von Teilchen übernommen, die über freie Umlaufbahnen und eine ausreichend große positive Kernladung verfügen und daher Elektronenakzeptoren sein können. Dies sind Kationen von Übergangselementen. Die stärksten Komplexbildner sind Elemente der Gruppen IB und VIIIB. Selten als Komplex

neutrale Atome von D-Elementen und Nichtmetallatome in verschiedenen Oxidationsgraden - . Die Anzahl der vom Komplexbildner bereitgestellten freien Atomorbitale bestimmt seine Koordinationszahl. Der Wert der Koordinationszahl hängt von vielen Faktoren ab, normalerweise entspricht er jedoch der doppelten Ladung des komplexbildenden Ions:

Liganden- Ionen oder Moleküle, die direkt mit dem Komplexbildner verbunden sind und Elektronenpaardonoren sind. Diese elektronenreichen Systeme, die über freie und bewegliche Elektronenpaare verfügen, können beispielsweise Elektronendonoren sein:

Verbindungen von p-Elementen weisen komplexierende Eigenschaften auf und fungieren als Liganden in einer Komplexverbindung. Liganden können Atome und Moleküle (Protein, Aminosäuren, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate) sein. Entsprechend der Anzahl der Bindungen, die Liganden mit dem Komplexbildner eingehen, werden Liganden in ein-, zwei- und mehrzähnige Liganden unterteilt. Die oben genannten Liganden (Moleküle und Anionen) sind einzähnig, da sie Donoren eines Elektronenpaars sind. Zweizähnige Liganden umfassen Moleküle oder Ionen mit zwei funktionellen Gruppen, die als Donor für zwei Elektronenpaare fungieren können:

Zu den mehrzähnigen Liganden gehört der 6-zähnige Ligand von Ethylendiamintetraessigsäure:

Man nennt die Anzahl der Plätze, die jeder Ligand in der inneren Sphäre der Komplexverbindung einnimmt Koordinationsfähigkeit (Zähnigkeit) des Liganden. Sie wird durch die Anzahl der Elektronenpaare des Liganden bestimmt, die an der Bildung einer Koordinationsbindung mit dem Zentralatom beteiligt sind.

Neben komplexen Verbindungen umfasst die Koordinationschemie auch Doppelsalze, kristalline Hydrate, die in wässriger Lösung in Bestandteile zerfallen, die im festen Zustand in vielen Fällen ähnlich aufgebaut sind wie komplexe, jedoch instabil sind.

Die stabilsten und vielfältigsten Komplexe hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und der von ihnen erfüllten Funktionen bilden D-Elemente. Von besonderer Bedeutung sind komplexe Verbindungen von Übergangselementen: Eisen, Mangan, Titan, Kobalt, Kupfer, Zink und Molybdän. Biogene S-Elemente (Na, K, Mg, Ca) bilden nur mit Liganden einer bestimmten zyklischen Struktur Komplexverbindungen und wirken auch als Komplexbildner. Hauptteil R-Elemente (N, P, S, O) sind der aktive aktive Teil komplexierender Partikel (Liganden), einschließlich Bioliganden. Das ist ihre biologische Bedeutung.

Daher ist die Fähigkeit zur Komplexbildung eine gemeinsame Eigenschaft der chemischen Elemente des Periodensystems, diese Fähigkeit nimmt in der folgenden Reihenfolge ab: F> D> P> S.

7.2. BESTIMMUNG DER LADUNG DER HAUPTTEILCHEN EINER KOMPLEXEN VERBINDUNG

Die Ladung der inneren Kugel einer komplexen Verbindung ist die algebraische Summe der Ladungen ihrer konstituierenden Teilchen. Beispielsweise werden Größe und Vorzeichen der Ladung eines Komplexes wie folgt bestimmt. Die Ladung des Aluminiumions beträgt +3, die Gesamtladung der sechs Hydroxidionen beträgt -6. Daher beträgt die Ladung des Komplexes (+3) + (-6) = -3 und die Formel des Komplexes lautet 3-. Die Ladung des Komplexions ist numerisch gleich der Gesamtladung der äußeren Kugel und hat dazu ein entgegengesetztes Vorzeichen. Beispielsweise beträgt die Ladung der äußeren Kugel K 3 +3. Daher beträgt die Ladung des Komplexions -3. Die Ladung des Komplexbildners ist betragsmäßig gleich groß und hat ein entgegengesetztes Vorzeichen wie die algebraische Summe der Ladungen aller anderen Teilchen der Komplexverbindung. Daher beträgt in K 3 die Ladung des Eisenions +3, da die Gesamtladung aller anderen Teilchen der Komplexverbindung (+3) + (-6) = -3 beträgt.

7.3. NOMENKLATUR KOMPLEXER VERBINDUNGEN

Die Grundlagen der Nomenklatur werden in den klassischen Werken von Werner entwickelt. Demnach wird in einer komplexen Verbindung zuerst das Kation und dann das Anion genannt. Wenn es sich bei der Verbindung um einen Nicht-Elektrolyt-Typ handelt, wird sie in einem Wort bezeichnet. Der Name des Komplexions wird in einem Wort geschrieben.

Der neutrale Ligand trägt den gleichen Namen wie das Molekül und den Anionliganden wird ein „o“ hinzugefügt. Für ein koordiniertes Wassermolekül wird die Bezeichnung „Aqua-“ verwendet. Um die Anzahl identischer Liganden in der inneren Sphäre des Komplexes anzugeben, werden vor dem Namen der Liganden die griechischen Ziffern Di-, Tri-, Tetra-, Penta-, Hexa- usw. als Präfix verwendet. Es wird das Präfix monone verwendet. Die Liganden sind in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt. Der Name des Liganden wird als eine Einheit betrachtet. Nach dem Namen des Liganden folgt der Name des Zentralatoms mit Angabe des Oxidationsgrades, der durch römische Ziffern in Klammern angegeben wird. Das Wort Ammin (mit zwei „m“) wird in Bezug auf Ammoniak geschrieben. Für alle anderen Amine wird nur ein „m“ verwendet.

C1 3 – Hexamincobalt(III)-chlorid.

C1 3 – Aquapentamminecobalt(III)-chlorid.

Cl 2 – Pentamethylaminchlorkobalt(III)-chlorid.

Diammindibromplatin (II).

Handelt es sich bei dem Komplexion um ein Anion, so hat sein lateinischer Name die Endung „am“.

(NH 4) 2 - Ammoniumtetrachlorpalladat (II).

K – Kaliumpentabromaminplatinat (IV).

K 2 – Kaliumtetrarodanocobaltat (II).

Der Name eines komplexen Liganden wird normalerweise in Klammern angegeben.

NO 3 – Dichlor-di-(ethylendiamin)-kobalt(III)-nitrat.

Br – Brom-tris-(triphenylphosphin)-platin(II)-bromid.

In Fällen, in denen der Ligand zwei Zentralionen bindet, wird der griechische Buchstabe vor seinem Namen verwendetμ.

Solche Liganden heißen Brücke und zuletzt aufgeführt.

7.4. CHEMISCHE VERBINDUNG UND STRUKTUR KOMPLEXER VERBINDUNGEN

Die Donor-Akzeptor-Wechselwirkungen zwischen dem Liganden und dem Zentralatom spielen eine wichtige Rolle bei der Bildung komplexer Verbindungen. Der Elektronenpaardonor ist normalerweise ein Ligand. Ein Akzeptor ist ein Zentralatom mit freien Orbitalen. Diese Bindung ist stark und bricht nicht, wenn der Komplex aufgelöst wird (nichtionogen), und sie wird aufgerufen Koordinierung.

Neben o-Bindungen werden auch π-Bindungen durch den Donor-Akzeptor-Mechanismus gebildet. In diesem Fall dient das Metallion als Donor und spendet seine gepaarten d-Elektronen an den Liganden, der über energetisch günstige freie Orbitale verfügt. Solche Beziehungen werden Dativ genannt. Sie werden gebildet:

a) aufgrund der Überlappung der freien p-Orbitale des Metalls mit dem d-Orbital des Metalls, auf dem sich Elektronen befinden, die keine σ-Bindung eingegangen sind;

b) wenn die freien d-Orbitale des Liganden mit den gefüllten d-Orbitalen des Metalls überlappen.

Ein Maß für seine Stärke ist der Grad der Überlappung zwischen den Orbitalen des Liganden und des Zentralatoms. Die Orientierung der Bindungen des Zentralatoms bestimmt die Geometrie des Komplexes. Um die Richtung von Bindungen zu erklären, wird das Konzept der Hybridisierung von Atomorbitalen des Zentralatoms verwendet. Hybridorbitale des Zentralatoms sind das Ergebnis der Vermischung ungleicher Atomorbitale. Dadurch ändern sich Form und Energie der Orbitale gegenseitig und es entstehen Orbitale mit neuer identischer Form und Energie. Die Anzahl der Hybridorbitale ist immer gleich der Anzahl der ursprünglichen. Hybridwolken befinden sich im Atom im maximalen Abstand voneinander (Tabelle 7.1).

Tabelle 7.1. Arten der Hybridisierung von Atomorbitalen eines Komplexbildners und die Geometrie einiger komplexer Verbindungen

Die räumliche Struktur des Komplexes wird durch die Art der Hybridisierung der Valenzorbitale und die Anzahl der in seinem Valenzenergieniveau enthaltenen ungeteilten Elektronenpaare bestimmt.

Die Effizienz der Donor-Akzeptor-Wechselwirkung zwischen Ligand und Komplexbildner und damit die Stärke der Bindung zwischen ihnen (die Stabilität des Komplexes) wird durch ihre Polarisierbarkeit bestimmt, d.h. die Fähigkeit, ihre Elektronenhüllen unter äußerem Einfluss umzuwandeln. Auf dieser Grundlage werden die Reagenzien unterteilt in "hart" oder gering polarisierbar, und "weich" - leicht polarisierbar. Die Polarität eines Atoms, Moleküls oder Ions hängt von seiner Größe und der Anzahl der Elektronenschichten ab. Je kleiner der Radius und die Elektronen eines Teilchens sind, desto weniger polarisiert ist es. Je kleiner der Radius und je weniger Elektronen ein Teilchen hat, desto schlechter polarisiert es.

Harte Säuren bilden starke (harte) Komplexe mit elektronegativen O-, N- und F-Atomen von Liganden (harte Basen), während weiche Säuren starke (weiche) Komplexe mit Donor-P-, S- und I-Atomen von Liganden mit niedriger Elektronegativität und hoher Polarisierbarkeit bilden. Wir beobachten hier die Manifestation des allgemeinen Prinzips „Gleiches mit Gleichem“.

Aufgrund ihrer Starrheit bilden Natrium- und Kaliumionen praktisch keine stabilen Komplexe mit Biosubstraten und kommen in physiologischen Medien in Form von Aquakomplexen vor. Die Ionen Ca 2+ und Mg 2+ bilden recht stabile Komplexe mit Proteinen und liegen daher in physiologischen Medien sowohl im ionischen als auch im gebundenen Zustand vor.

Ionen von D-Elementen bilden starke Komplexe mit Biosubstraten (Proteinen). Und weiche Säuren Cd, Pb, Hg sind hochgiftig. Sie bilden starke Komplexe mit Proteinen, die R-SH-Sulfhydrylgruppen enthalten:

Das Cyanidion ist giftig. Der weiche Ligand interagiert aktiv mit D-Metallen in Komplexen mit Biosubstraten und aktiviert diese.

7.5. DISSOZIATION KOMPLEXER VERBINDUNGEN. STABILITÄT VON KOMPLEXEN. LABILE UND INERTE KOMPLEXE

Wenn komplexe Verbindungen in Wasser gelöst werden, zerfallen sie normalerweise wie starke Elektrolyte in Ionen der Außen- und Innensphäre, da diese Ionen ionogen, hauptsächlich durch elektrostatische Kräfte, gebunden werden. Dies wird als primäre Dissoziation komplexer Verbindungen geschätzt.

Die sekundäre Dissoziation einer komplexen Verbindung ist der Zerfall der inneren Sphäre in ihre Bestandteile. Dieser Prozess verläuft entsprechend der Art schwacher Elektrolyte, da die Teilchen der inneren Kugel nichtionisch (kovalent) verbunden sind. Die Dissoziation hat einen schrittweisen Charakter:

Für ein qualitatives Merkmal der Stabilität der inneren Sphäre einer komplexen Verbindung wird eine Gleichgewichtskonstante verwendet, die deren vollständige Dissoziation beschreibt, genannt komplexe Instabilitätskonstante(Kn). Für ein komplexes Anion hat der Ausdruck für die Instabilitätskonstante die Form:

Je kleiner der Wert von Kn ist, desto stabiler ist die innere Sphäre der Komplexverbindung, d. h. desto weniger dissoziiert es in wässriger Lösung. Neuerdings wird anstelle von Kn der Wert der Stabilitätskonstante (Ku) verwendet – der Kehrwert von Kn. Je größer der Ku-Wert, desto stabiler ist der Komplex.

Mithilfe der Stabilitätskonstanten lässt sich die Richtung von Ligandenaustauschprozessen vorhersagen.

In einer wässrigen Lösung liegt das Metallion in Form von Aquakomplexen vor: 2+ - Hexaaqua-Eisen (II), 2 + - Tetraaqua-Kupfer (II). Beim Schreiben von Formeln für hydratisierte Ionen werden die koordinierten Wassermoleküle der Hydrathülle nicht angegeben, sondern impliziert. Die Bildung eines Komplexes zwischen einem Metallion und einem Liganden wird als Reaktion der Substitution eines Wassermoleküls in der inneren Koordinationssphäre durch diesen Liganden betrachtet.

Ligandenaustauschreaktionen verlaufen nach dem Mechanismus von S N -Typ-Reaktionen. Zum Beispiel:

Die in Tabelle 7.2 angegebenen Werte der Stabilitätskonstanten weisen darauf hin, dass es aufgrund des Komplexbildungsprozesses zu einer starken Bindung von Ionen in wässrigen Lösungen kommt, was auf die Wirksamkeit der Verwendung dieser Art von Reaktion zur Bindung von Ionen, insbesondere bei mehrzähnigen Liganden, hinweist.

Tabelle 7.2. Stabilität von Zirkoniumkomplexen

Im Gegensatz zu Ionenaustauschreaktionen ist die Bildung komplexer Verbindungen oft kein quasi-augenblicklicher Prozess. Wenn beispielsweise Eisen(III) mit Nitriltrimethylenphosphonsäure reagiert, stellt sich das Gleichgewicht nach 4 Tagen ein. Für die kinetischen Eigenschaften von Komplexen werden die Konzepte verwendet - labil(reaktionsschnell) und untätig(reagiert langsam). Als labile Komplexe gelten nach dem Vorschlag von G. Taube solche, die bei Raumtemperatur und einer Lösungskonzentration von 0,1 M innerhalb von 1 Minute vollständig Liganden austauschen. Dabei muss klar zwischen thermodynamischen Konzepten [stark (stabil) / zerbrechlich unterschieden werden (instabil)] und kinetische [inerte und labile] Komplexe.

In labilen Komplexen erfolgt die Ligandensubstitution schnell und das Gleichgewicht stellt sich schnell ein. In inerten Komplexen verläuft die Ligandensubstitution langsam.

Der inerte Komplex 2 + ist in einer sauren Umgebung thermodynamisch instabil: Die Instabilitätskonstante beträgt 10 -6, und der labile Komplex 2- ist sehr stabil: Die Stabilitätskonstante beträgt 10 -30. Taube bringt die Labilität von Komplexen mit der elektronischen Struktur des Zentralatoms in Zusammenhang. Die Inertheit von Komplexen ist vor allem für Ionen mit unvollständiger D-Schale charakteristisch. Inerte Komplexe umfassen Co, Cr. Cyanidkomplexe vieler Kationen mit einem äußeren Niveau von s 2 p 6 sind labil.

7.6. CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN VON KOMPLEXEN

Die Prozesse der Komplexbildung beeinflussen praktisch die Eigenschaften aller den Komplex bildenden Teilchen. Je stärker die Bindungen zwischen Ligand und Komplexbildner sind, desto geringer sind die Eigenschaften des Zentralatoms und der Liganden in der Lösung und desto ausgeprägter sind die Merkmale des Komplexes.

Komplexe Verbindungen zeigen chemische und biologische Aktivität aufgrund der koordinativen Ungesättigtheit des Zentralatoms (es gibt freie Orbitale) und der Anwesenheit freier Elektronenpaare von Liganden. In diesem Fall weist der Komplex elektrophile und nukleophile Eigenschaften auf, die sich von denen des Zentralatoms und der Liganden unterscheiden.

Es ist notwendig, den Einfluss der Struktur der Hydratationshülle des Komplexes auf die chemische und biologische Aktivität zu berücksichtigen. Der Bildungsprozess

Die Reduktion von Komplexen beeinflusst die Säure-Base-Eigenschaften der Komplexverbindung. Mit der Bildung komplexer Säuren geht eine Erhöhung der Stärke der Säure bzw. Base einher. Wenn also aus einfachen komplexe Säuren gebildet werden, nimmt die Bindungsenergie mit H + -Ionen ab und die Stärke der Säure nimmt entsprechend zu. Befindet sich in der äußeren Kugel ein OH – -Ion, dann nimmt die Bindung zwischen dem Komplexkation und dem Hydroxidion der äußeren Kugel ab und die Grundeigenschaften des Komplexes nehmen zu. Beispielsweise ist Kupferhydroxid Cu (OH) 2 eine schwache, schwerlösliche Base. Unter Einwirkung von Ammoniak entsteht Kupferammoniak (OH) 2. Die Ladungsdichte von 2+ nimmt im Vergleich zu Cu 2+ ab, die Bindung mit OH –-Ionen wird geschwächt und (OH) 2 verhält sich wie eine starke Base. Die Säure-Base-Eigenschaften der mit dem Komplexbildner verbundenen Liganden sind in der Regel ausgeprägter als deren Säure-Base-Eigenschaften im freien Zustand. Beispielsweise weisen Hämoglobin (Hb) oder Oxyhämoglobin (HbO 2) aufgrund der freien Carboxylgruppen des Globinproteins, das ein Ligand von HHb ↔ H + + Hb - ist, saure Eigenschaften auf. Gleichzeitig weist das Hämoglobinanion aufgrund der Aminogruppen des Globinproteins basische Eigenschaften auf und bindet daher das saure CO 2 -Oxid unter Bildung des Carbaminohämoglobinanions (HbCO 2 -): CO 2 + Hb - ↔ HbCO 2 - .

Die Komplexe weisen Redoxeigenschaften aufgrund von Redoxumwandlungen des Komplexbildners auf, der stabile Oxidationsstufen bildet. Der Komplexierungsprozess beeinflusst stark die Werte der Reduktionspotentiale von d-Elementen. Wenn die reduzierte Form der Kationen mit dem gegebenen Liganden einen stabileren Komplex bildet als seine oxidierte Form, dann erhöht sich der Wert des Potentials. Eine Verringerung des Potentialwerts tritt auf, wenn die oxidierte Form einen stabileren Komplex bildet. Beispielsweise wird Hämoglobin unter dem Einfluss von Oxidationsmitteln: Nitrite, Nitrate, NO 2 , H 2 O 2 durch Oxidation des Zentralatoms in Methämoglobin umgewandelt.

Das sechste Orbital wird bei der Bildung von Oxyhämoglobin verwendet. Das gleiche Orbital ist an der Bindungsbildung mit Kohlenmonoxid beteiligt. Dadurch entsteht ein makrozyklischer Komplex mit Eisen – Carboxyhämoglobin. Dieser Komplex ist 200-mal stabiler als der Eisen-Sauerstoff-Komplex im Häm.

Reis. 7.1. Chemische Umwandlungen von Hämoglobin im menschlichen Körper. Schema aus dem Buch: Slesarev V.I. Grundlagen der lebenden Chemie, 2000

Die Bildung komplexer Ionen beeinflusst die katalytische Aktivität komplexbildender Ionen. Teilweise nimmt die Aktivität zu. Dies ist auf die Bildung großer Struktursysteme in Lösung zurückzuführen, die an der Bildung von Zwischenprodukten beteiligt sein können, und auf eine Verringerung der Aktivierungsenergie der Reaktion. Wenn beispielsweise Cu 2+ oder NH 3 zu H 2 O 2 hinzugefügt wird, wird der Zersetzungsprozess nicht beschleunigt. In Gegenwart des 2+-Komplexes, der in alkalischem Medium entsteht, wird die Zersetzung von Wasserstoffperoxid um das 40-Millionen-fache beschleunigt.

Beim Hämoglobin kann man also die Eigenschaften komplexer Verbindungen berücksichtigen: Säure-Base, Komplexbildung und Redox.

7.7. KLASSIFIZIERUNG KOMPLEXER VERBINDUNGEN

Es gibt verschiedene Klassifizierungssysteme für komplexe Verbindungen, die auf unterschiedlichen Prinzipien basieren.

1. Entsprechend der Zugehörigkeit einer komplexen Verbindung zu einer bestimmten Verbindungsklasse:

Komplexe Säuren H 2 ;

Komplexe Basen OH;

Komplexe Salze K 4 .

2. Aufgrund der Art des Liganden: Aquakomplexe, Ammoniate, Acidokomplexe (Anionen verschiedener Säuren, K 4, wirken als Liganden; Hydroxokomplexe (Hydroxylgruppen, K 3, als Liganden); Komplexe mit makrocyclischen Liganden, in denen zentral Atom.

3. Durch das Vorzeichen der Ladung des Komplexes: kationisch - komplexes Kation in der Komplexverbindung Cl 3; anionisch – ein komplexes Anion in einer komplexen Verbindung K; neutral – die Ladung des Komplexes ist 0. Die komplexe Verbindung der äußeren Kugel hat beispielsweise nicht . Dies ist die Formel für ein Krebsmedikament.

4. Entsprechend der inneren Struktur des Komplexes:

a) abhängig von der Anzahl der Atome des Komplexbildners: einkernig– die Zusammensetzung des Komplexpartikels umfasst ein Atom des Komplexbildners, beispielsweise Cl 3 ; Multi-Core- In der Zusammensetzung des komplexen Partikels befinden sich mehrere Atome des Komplexbildners - ein Eisen-Protein-Komplex:

b) Abhängig von der Anzahl der Ligandentypen werden Komplexe unterschieden: homogen (Einzelligand), enthält einen Ligandentyp, zum Beispiel 2+, und ist heterogen (Mehrligand)- zwei Arten von Liganden oder mehr, zum Beispiel Pt(NH 3) 2 Cl 2 . Der Komplex umfasst NH 3 und Cl – Liganden. Für komplexe Verbindungen, die unterschiedliche Liganden in der inneren Kugel enthalten, ist die geometrische Isomerie charakteristisch, wenn bei gleicher Zusammensetzung der inneren Kugel die darin enthaltenen Liganden relativ zueinander unterschiedlich angeordnet sind.

Geometrische Isomere komplexer Verbindungen unterscheiden sich nicht nur in ihren physikalischen und chemischen Eigenschaften, sondern auch in ihrer biologischen Aktivität. Das cis-Isomer von Pt(NH 3) 2 Cl 2 hat eine ausgeprägte Antitumoraktivität, das trans-Isomer jedoch nicht;

c) Je nach Zähnigkeit der einkernige Komplexe bildenden Liganden lassen sich folgende Gruppen unterscheiden:

Einkernige Komplexe mit einzähnigen Liganden, zum Beispiel 3+ ;

Einkernige Komplexe mit mehrzähnigen Liganden. Als Komplexverbindungen werden mehrzähnige Liganden bezeichnet Chelatbildner;

d) zyklische und azyklische Formen komplexer Verbindungen.

7.8. CHELATKOMPLEXE. KOMPLEXSONEN. KOMPLEXONATEN

Als zyklische Strukturen werden bezeichnet, die durch die Addition eines Metallions an zwei oder mehr Donoratome entstehen, die zu einem Chelatbildnermolekül gehören Chelatverbindungen. Zum Beispiel Kupferglycinat:

In ihnen führt der Komplexbildner sozusagen in den Liganden hinein, ist wie Krallen von Bindungen bedeckt und daher unter sonst gleichen Bedingungen stabiler als Verbindungen, die keine Zyklen enthalten. Am stabilsten sind Zyklen, die aus fünf oder sechs Gliedern bestehen. Diese Regel wurde erstmals von L.A. formuliert. Chugaev. Unterschied

Stabilität des Chelatkomplexes und die Stabilität seines nichtzyklischen Analogons genannt Chelateffekt.

Mehrzähnige Liganden, die zwei Arten von Gruppen enthalten, wirken als Chelatbildner:

1) Gruppen, die aufgrund von Austauschreaktionen kovalente polare Bindungen bilden können (Protonendonatoren, Elektronenpaarakzeptoren) -CH 2 COOH, -CH 2 PO (OH) 2, -CH 2 SO 2 OH, - Säuregruppen (Zentren);

2) Elektronenpaardonorgruppen: ≡N, >NH, >C=O, -S-, -OH, - Hauptgruppen (Zentren).

Wenn solche Liganden die innere Koordinationssphäre des Komplexes sättigen und die Ladung des Metallions vollständig neutralisieren, werden die Verbindungen aufgerufen intrakomplex. Zum Beispiel Kupferglycinat. In diesem Komplex gibt es keine äußere Sphäre.

Eine große Gruppe organischer Substanzen, die basische und saure Zentren im Molekül enthalten, wird als bezeichnet Komplexone. Das sind mehrbasische Säuren. Als Chelatverbindungen werden Komplexone bezeichnet, die bei der Wechselwirkung mit Metallionen entstehen Komplexonate, zum Beispiel Magnesiumkomplexonat mit Ethylendiamintetraessigsäure:

In wässriger Lösung liegt der Komplex in anionischer Form vor.

Komplexone und Komplexonate sind ein einfaches Modell komplexerer Verbindungen lebender Organismen: Aminosäuren, Polypeptide, Proteine, Nukleinsäuren, Enzyme, Vitamine und viele andere endogene Verbindungen.

Derzeit wird eine große Auswahl an synthetischen Komplexonen mit verschiedenen funktionellen Gruppen hergestellt. Die Formeln der wichtigsten Komplexone sind nachstehend aufgeführt:

Komplexone können unter bestimmten Bedingungen ungeteilte Elektronenpaare (mehrere) für die Bildung einer Koordinationsbindung mit einem Metallion (s-, p- oder d-Element) bereitstellen. Dadurch entstehen stabile chelatartige Verbindungen mit 4-, 5-, 6- oder 8-gliedrigen Ringen. Die Reaktion läuft über einen weiten pH-Bereich ab. Abhängig vom pH-Wert, der Art des Komplexbildners, seinem Verhältnis zum Liganden entstehen Komplexonate unterschiedlicher Stärke und Löslichkeit. Die Chemie der Bildung von Komplexonaten kann durch Gleichungen am Beispiel des Natriumsalzes von EDTA (Na 2 H 2 Y) dargestellt werden, das in einer wässrigen Lösung dissoziiert: Na 2 H 2 Y→ 2Na + + H 2 Y 2- , und das H 2 Y 2- Ion interagiert mit Metallionen, unabhängig vom Oxidationsgrad des Metallkations, am häufigsten interagiert ein Metallion (1:1) mit einem Komplexonmolekül. Die Reaktion verläuft quantitativ (Kp>10 9).

Komplexone und Komplexonate zeigen amphotere Eigenschaften in einem weiten pH-Bereich, die Fähigkeit, an Oxidations-Reduktions-Reaktionen teilzunehmen, Komplexe zu bilden, Verbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften je nach Oxidationsgrad des Metalls und seiner Koordinationssättigung zu bilden und elektrophile und nukleophile Eigenschaften zu haben . All dies bestimmt die Fähigkeit, eine große Anzahl von Partikeln zu binden, wodurch eine kleine Menge Reagenz große und vielfältige Probleme lösen kann.

Ein weiterer unbestreitbarer Vorteil von Komplexonen und Komplexonaten ist ihre geringe Toxizität und die Fähigkeit, toxische Partikel umzuwandeln

in gering toxische oder sogar biologisch aktive. Abbauprodukte von Komplexonaten reichern sich nicht im Körper an und sind harmlos. Das dritte Merkmal von Komplexonaten ist die Möglichkeit ihrer Verwendung als Quelle für Spurenelemente.

Die erhöhte Verdaulichkeit ist darauf zurückzuführen, dass das Spurenelement in biologisch aktiver Form eingebracht wird und eine hohe Membranpermeabilität aufweist.

7.9. Phosphorhaltige Metallkomplexe – eine wirksame Form der Umwandlung von Mikro- und Makroelementen in einen biologisch aktiven Zustand und ein Modell zur Untersuchung der biologischen Wirkung chemischer Elemente

Konzept biologische Aktivität deckt ein breites Spektrum an Phänomenen ab. Unter dem Gesichtspunkt der chemischen Wirkung werden unter biologisch aktiven Substanzen (BAS) im Allgemeinen Substanzen verstanden, die auf biologische Systeme einwirken und deren lebenswichtige Aktivität regulieren können.

Die Fähigkeit zu einer solchen Wirkung wird als die Fähigkeit interpretiert, biologische Aktivität zu zeigen. Die Regulierung kann sich in der Wirkung von Stimulation, Unterdrückung und der Entwicklung bestimmter Wirkungen äußern. Die extreme Manifestation biologischer Aktivität ist biozide Wirkung, wenn infolge der Einwirkung einer bioziden Substanz auf den Körper dieser stirbt. In geringeren Konzentrationen haben Biozide in den meisten Fällen eher eine stimulierende als eine tödliche Wirkung auf lebende Organismen.

Derzeit ist eine große Anzahl solcher Substanzen bekannt. Dennoch wird der Einsatz bekannter biologisch aktiver Substanzen in vielen Fällen unzureichend genutzt, oft mit weit entfernter Effizienz, und der Einsatz führt oft zu Nebenwirkungen, die durch die Einführung von Modifikatoren in biologisch aktive Substanzen beseitigt werden können.

Phosphorhaltige Komplexonate bilden je nach Art, Oxidationsgrad des Metalls, Koordinationssättigung, Zusammensetzung und Struktur der Hydrathülle Verbindungen mit unterschiedlichen Eigenschaften. All dies bestimmt die Multifunktionalität von Komplexonaten, ihre einzigartige Fähigkeit zur unterstöchiometrischen Wirkung,

die Wirkung eines gewöhnlichen Ions und bietet breite Anwendung in der Medizin, Biologie, Ökologie und in verschiedenen Bereichen der Volkswirtschaft.

Wenn das Metallion das Komplexon koordiniert, wird die Elektronendichte neu verteilt. Aufgrund der Beteiligung eines einzelnen Elektronenpaares an der Donor-Akzeptor-Wechselwirkung verschiebt sich die Elektronendichte des Liganden (Komplexons) zum Zentralatom. Eine Verringerung der relativ negativen Ladung des Liganden trägt zu einer Verringerung der Coulomb-Abstoßung der Reagenzien bei. Daher wird der koordinierte Ligand leichter für den Angriff eines nukleophilen Reagens zugänglich, das einen Überschuss an Elektronendichte am Reaktionszentrum aufweist. Die Verschiebung der Elektronendichte vom Komplexbildner zum Metallion führt zu einer relativen Erhöhung der positiven Ladung des Kohlenstoffatoms und damit zu einer Erleichterung seines Angriffs durch das nukleophile Reagens, das Hydroxylion. Unter den Enzymen, die Stoffwechselprozesse in biologischen Systemen katalysieren, nimmt der hydroxylierte Komplex eine der zentralen Stellen im Mechanismus der enzymatischen Wirkung und Entgiftung des Körpers ein. Durch die Mehrpunktwechselwirkung des Enzyms mit dem Substrat kommt es zu einer Orientierung, die die Konvergenz der aktiven Gruppen im aktiven Zentrum und den Übergang der Reaktion in das intramolekulare Regime gewährleistet, bevor die Reaktion beginnt und der Übergangszustand gebildet wird. welches die enzymatische Funktion von FCM sicherstellt. In Enzymmolekülen können Konformationsänderungen auftreten. Durch die Koordination werden zusätzliche Bedingungen für die Redoxwechselwirkung zwischen dem Zentralion und dem Liganden geschaffen, da zwischen dem Oxidationsmittel und dem Reduktionsmittel eine direkte Bindung entsteht, die den Elektronentransfer gewährleistet. FCM-Übergangsmetallkomplexe können durch Elektronenübergänge vom Typ L-M, M-L, M-L-M charakterisiert werden, an denen die Orbitale sowohl des Metalls (M) als auch der Liganden (L) beteiligt sind, die jeweils im Komplex durch Donor-Akzeptor-Bindungen verbunden sind. Komplexone können als Brücke dienen, entlang derer die Elektronen mehrkerniger Komplexe zwischen den Zentralatomen eines oder verschiedener Elemente in unterschiedlichen Oxidationsstufen oszillieren. (Elektronen- und Protonentransportkomplexe). Komplexone bestimmen die reduzierenden Eigenschaften von Metallkomplexonaten, wodurch sie hohe antioxidative, adaptogene Eigenschaften und homöostatische Funktionen aufweisen können.

Komplexone wandeln also Mikroelemente in eine biologisch aktive, für den Körper zugängliche Form um. Sie formen sich stabil

koordinativ gesättigtere Partikel, die nicht in der Lage sind, Biokomplexe zu zerstören, und daher Formen mit geringer Toxizität. Komplexonate wirken sich positiv auf die Verletzung der Mikroelementhomöostase des Körpers aus. Ionen von Übergangselementen in der Komplexonatform wirken im Körper als Faktor, der die hohe Empfindlichkeit von Zellen gegenüber Mikroelementen bestimmt, indem sie an der Bildung eines hohen Konzentrationsgradienten, dem Membranpotential, beteiligt sind. Übergangsmetallkomplexonate FKM haben bioregulatorische Eigenschaften.

Das Vorhandensein saurer und basischer Zentren in der Zusammensetzung von FCM sorgt für amphotere Eigenschaften und deren Beteiligung an der Aufrechterhaltung des Säure-Basen-Gleichgewichts (isohydrischer Zustand).

Mit zunehmender Anzahl an Phosphongruppen in der Zusammensetzung des Komplexons ändern sich die Zusammensetzung und die Bedingungen für die Bildung löslicher und schwerlöslicher Komplexe. Eine Erhöhung der Zahl der Phosphongruppen begünstigt die Bildung schwerlöslicher Komplexe in einem größeren pH-Bereich und verschiebt den Bereich ihrer Existenz in den sauren Bereich. Die Zersetzung der Komplexe erfolgt bei einem pH-Wert von mehr als 9.

Die Untersuchung der Prozesse der Komplexbildung mit Komplexonen ermöglichte die Entwicklung von Methoden zur Synthese von Bioregulatoren:

Wachstumsstimulanzien mit längerer Wirkung in kolloidchemischer Form sind mehrkernige Homo- und Heterokomplexverbindungen von Titan und Eisen;

Wachstumsstimulanzien in wasserlöslicher Form. Hierbei handelt es sich um Titankomplexonate mit gemischten Liganden, die auf Komplexonen und einem anorganischen Liganden basieren.

Wachstumshemmer – phosphorhaltige Komplexonate von S-Elementen.

Die biologische Wirkung der synthetisierten Präparate auf Wachstum und Entwicklung wurde in einem chronischen Experiment an Pflanzen, Tieren und Menschen untersucht.

Bioregulation- Dies ist eine neue wissenschaftliche Richtung, die es ermöglicht, die Richtung und Intensität biochemischer Prozesse zu regulieren, die in der Medizin, Tierhaltung und Pflanzenproduktion weit verbreitet sein kann. Es ist mit der Entwicklung von Möglichkeiten zur Wiederherstellung der physiologischen Funktion des Körpers verbunden, um Krankheiten und altersbedingten Pathologien vorzubeugen und zu behandeln. Komplexone und darauf basierende Komplexverbindungen können als vielversprechende biologisch aktive Verbindungen eingestuft werden. Die Untersuchung ihrer biologischen Wirkung in einem chronischen Experiment zeigte, dass die Chemie in die Hände von Ärzten überging,

Viehzüchtern, Agronomen und Biologen ein neues vielversprechendes Instrument, mit dem Sie eine lebende Zelle aktiv beeinflussen, die Ernährungsbedingungen, das Wachstum und die Entwicklung lebender Organismen regulieren können.

Eine Untersuchung der Toxizität der verwendeten Komplexone und Komplexonate zeigte das völlige Fehlen der Wirkung von Arzneimitteln auf die hämatopoetischen Organe, den Blutdruck, die Erregbarkeit und die Atemfrequenz: Es wurde keine Veränderung der Leberfunktion festgestellt, es gab keine toxikologischen Auswirkungen auf die Morphologie von Geweben und Organe wurden nachgewiesen. Kaliumsalz von HEDP zeigte in der Studie über 181 Tage keine Toxizität bei einer 5- bis 10-fach höheren Dosis als die therapeutische (10 bis 20 mg/kg). Daher werden Komplexone als Verbindungen mit geringer Toxizität eingestuft. Sie werden als Arzneimittel zur Bekämpfung von Viruserkrankungen, Vergiftungen mit Schwermetallen und radioaktiven Elementen, Störungen des Kalziumstoffwechsels, endemischen Krankheiten und einem Ungleichgewicht der Mikroelemente im Körper eingesetzt. Phosphorhaltige Komplexone und Komplexonate unterliegen keiner Photolyse.

Die fortschreitende Belastung der Umwelt mit Schwermetallen – Produkten der menschlichen Wirtschaftstätigkeit – ist ein permanenter Umweltfaktor. Sie können sich im Körper ansammeln. Überschuss und Mangel führen zu einer Vergiftung des Körpers.

Metallkomplexonate behalten die chelatbildende Wirkung auf den Liganden (Komplexon) im Körper und sind für die Aufrechterhaltung der Metallligandenhomöostase unverzichtbar. Eingebaute Schwermetalle werden im Körper bis zu einem gewissen Grad neutralisiert, und eine geringe Resorptionskapazität verhindert die Übertragung von Metallen entlang trophischer Ketten, was zu einer gewissen „Biominimierung“ ihrer toxischen Wirkung führt, was besonders für den Ural wichtig ist Region. Beispielsweise gehört das freie Bleiion zu den Thiolgiften, und das starke Komplexonat von Blei mit Ethylendiamintetraessigsäure weist eine geringe Toxizität auf. Daher besteht die Entgiftung von Pflanzen und Tieren in der Verwendung von Metallkomplexonaten. Es basiert auf zwei thermodynamischen Prinzipien: ihrer Fähigkeit, starke Bindungen mit toxischen Partikeln einzugehen und diese in einer wässrigen Lösung in schwer lösliche oder stabile Verbindungen umzuwandeln; ihre Unfähigkeit, endogene Biokomplexe zu zerstören. In diesem Zusammenhang sehen wir eine wichtige Richtung im Kampf gegen Umweltvergiftungen und bei der Gewinnung umweltfreundlicher Produkte in der komplexen Therapie von Pflanzen und Tieren.

Es wurde eine Studie über die Wirkung einer Pflanzenbehandlung mit Komplexonaten verschiedener Metalle unter intensiver Anbautechnik durchgeführt.

Kartoffeln über die Mikroelementzusammensetzung von Kartoffelknollen. Knollenproben enthielten 105–116 mg/kg Eisen, 16–20 mg/kg Mangan, 13–18 mg/kg Kupfer und 11–15 mg/kg Zink. Das Verhältnis und der Gehalt an Mikroelementen sind typisch für Pflanzengewebe. Knollen, die mit und ohne Verwendung von Metallkomplexonaten gezüchtet wurden, haben nahezu die gleiche Elementzusammensetzung. Die Verwendung von Chelaten schafft keine Bedingungen für die Anreicherung von Schwermetallen in Knollen. Komplexonate werden in geringerem Maße als Metallionen vom Boden sorbiert, sind resistent gegen seine mikrobiologischen Wirkungen und können daher lange in der Bodenlösung verbleiben. Die Nachwirkung beträgt 3-4 Jahre. Sie lassen sich gut mit verschiedenen Pestiziden kombinieren. Das Metall im Komplex weist eine geringere Toxizität auf. Phosphorhaltige Metallkomplexonate reizen die Augenschleimhaut nicht und schädigen die Haut nicht. Sensibilisierende Eigenschaften wurden nicht identifiziert, die kumulativen Eigenschaften von Titankomplexonaten sind nicht ausgeprägt und in einigen Fällen nur sehr schwach ausgeprägt. Der Kumulationskoeffizient liegt bei 0,9–3,0, was auf ein geringes Gefahrenpotenzial einer chronischen Arzneimittelvergiftung hinweist.

Phosphorhaltige Komplexe basieren auf der Phosphor-Kohlenstoff-Bindung (C-P), die auch in biologischen Systemen vorkommt. Es ist Teil der Phosphonolipide, Phosphonoglykane und Phosphoproteine ​​der Zellmembranen. Lipide, die Aminophosphonverbindungen enthalten, sind resistent gegen enzymatische Hydrolyse, sorgen für Stabilität und damit für eine normale Funktion der äußeren Zellmembranen. Synthetische Analoga von Pyrophosphaten - Diphosphonate (Р-С-Р) oder (Р-С-С-Р) stören in großen Dosen den Kalziumstoffwechsel und normalisieren ihn in kleinen Dosen. Diphosphonate sind bei Hyperlipämie wirksam und aus pharmakologischer Sicht vielversprechend.

Diphosphonate mit P-C-P-Bindungen sind Strukturelemente von Biosystemen. Sie sind biologisch wirksam und Analoga von Pyrophosphaten. Diphosphonate haben sich bei der Behandlung verschiedener Krankheiten als wirksam erwiesen. Diphosphonate sind aktive Inhibitoren der Knochenmineralisierung und -resorption. Komplexone wandeln Mikroelemente in eine biologisch aktive, für den Körper zugängliche Form um, bilden stabile, koordinativ stärker gesättigte Partikel, die nicht in der Lage sind, Biokomplexe zu zerstören, und daher Formen mit geringer Toxizität. Sie bestimmen die hohe Empfindlichkeit von Zellen gegenüber Spurenelementen und sind an der Bildung eines hohen Konzentrationsgradienten beteiligt. Kann an der Bildung mehrkerniger Titanverbindungen teilnehmen

eines anderen Typs - Elektronen- und Protonentransportkomplexe - sind an der Bioregulation von Stoffwechselprozessen, der Körperresistenz und der Fähigkeit beteiligt, Bindungen mit toxischen Partikeln einzugehen und diese in schwerlösliche oder lösliche, stabile, zerstörungsfreie endogene Komplexe umzuwandeln. Daher ist ihr Einsatz zur Entgiftung, Ausscheidung aus dem Körper, zur Gewinnung umweltfreundlicher Produkte (Komplextherapie) sowie in der Industrie zur Regeneration und Entsorgung von Industrieabfällen anorganischer Säuren und Übergangsmetallsalze sehr vielversprechend.

7.10. Ligandenaustausch und Metallaustausch

GLEICHGEWICHT. CHELATHERAPIE

Befinden sich im System mehrere Liganden mit einem Metallion oder mehrere Metallionen mit einem Liganden, die zur Bildung komplexer Verbindungen befähigt sind, so werden konkurrierende Prozesse beobachtet: Im ersten Fall ist das Ligandenaustauschgleichgewicht eine Konkurrenz zwischen Liganden um ein Metallion, in Im zweiten Fall ist das Metallaustauschgleichgewicht eine Konkurrenz zwischen Metallionen um den Liganden. Der Prozess der Bildung des haltbarsten Komplexes wird sich durchsetzen. In Lösung gibt es beispielsweise Ionen: Magnesium, Zink, Eisen (III), Kupfer, Chrom (II), Eisen (II) und Mangan (II). Wenn in diese Lösung eine kleine Menge Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) eingebracht wird, kommt es zu einer Konkurrenz zwischen Metallionen und einer Bindung an den Eisen(III)-Komplex, da dieser mit EDTA den stabilsten Komplex bildet.

Im Körper finden ständig Wechselwirkungen von Biometallen (Mb) und Bioliganden (Lb) sowie die Bildung und Zerstörung lebenswichtiger Biokomplexe (MbLb) statt:

Im Körper von Menschen, Tieren und Pflanzen gibt es verschiedene Mechanismen, um dieses Gleichgewicht vor verschiedenen Xenobiotika (Fremdstoffen), darunter auch Schwermetallionen, zu schützen und aufrechtzuerhalten. Nicht komplexgebundene Schwermetallionen und deren Hydroxokomplexe sind toxische Partikel (Mt). In diesen Fällen kann neben dem natürlichen Metall-Ligand-Gleichgewicht ein neues Gleichgewicht entstehen, mit der Bildung stabilerer Fremdkomplexe, die toxische Metalle (MtLb) oder toxische Liganden (MbLt) enthalten, die die Anforderungen nicht erfüllen

wesentliche biologische Funktionen. Wenn exogene toxische Partikel in den Körper gelangen, entstehen kombinierte Gleichgewichte und in der Folge kommt es zu einer Konkurrenz der Prozesse. Der vorherrschende Prozess wird derjenige sein, der zur Bildung der stabilsten Komplexverbindung führt:

Störungen der Metallliganden-Homöostase führen zu Stoffwechselstörungen, hemmen die Aktivität von Enzymen, zerstören wichtige Metaboliten wie ATP und Zellmembranen und stören den Ionenkonzentrationsgradienten in Zellen. Daher werden künstliche Schutzsysteme geschaffen. Die Chelat-Therapie (Komplextherapie) nimmt bei dieser Methode ihren gebührenden Platz ein.

Bei der Chelat-Therapie handelt es sich um die Entfernung toxischer Partikel aus dem Körper, basierend auf deren Chelatisierung mit S-Element-Komplexonaten. Medikamente, die zur Entfernung giftiger Partikel im Körper eingesetzt werden, werden Entgiftungsmittel genannt.(Lg). Die Chelatisierung toxischer Spezies mit Metallkomplexonaten (Lg) wandelt toxische Metallionen (Mt) in ungiftige (MtLg) gebundene Formen um, die für die Isolierung und Membranpenetration, den Transport und die Ausscheidung aus dem Körper geeignet sind. Sie behalten im Körper eine chelatbildende Wirkung sowohl für den Liganden (Komplex) als auch für das Metallion. Dadurch wird die Metallliganden-Homöostase des Körpers sichergestellt. Daher sorgt der Einsatz von Komplexonaten in der Medizin, Tierhaltung und Pflanzenproduktion für eine Entgiftung des Körpers.

Die grundlegenden thermodynamischen Prinzipien der Chelat-Therapie können in zwei Positionen formuliert werden.

I. Ein Entgiftungsmittel (Lg) muss giftige Ionen (Mt, Lt) wirksam binden, neu gebildete Verbindungen (MtLg) müssen stärker sein als diejenigen, die im Körper vorhanden waren:

II. Der Entgifter sollte keine lebenswichtigen Komplexverbindungen (MbLb) zerstören; Verbindungen, die bei der Wechselwirkung eines Entgiftungsmittels und Biometallionen (MbLg) entstehen können, sollten weniger stark sein als die im Körper vorhandenen:

7.11. ANWENDUNG VON KOMPLEXONS UND KOMPLEXONATEN IN DER MEDIZIN

Complexon-Moleküle unterliegen praktisch keiner Spaltung oder Veränderung der biologischen Umgebung, was ihr wichtiges pharmakologisches Merkmal ist. Komplexone sind in Lipiden unlöslich und in Wasser gut löslich, sodass sie Zellmembranen nicht oder nur schlecht durchdringen und daher: 1) nicht über den Darm ausgeschieden werden; 2) die Resorption von Komplexbildnern erfolgt nur bei der Injektion (nur Penicillamin wird oral eingenommen); 3) im Körper zirkulieren Komplexone hauptsächlich im extrazellulären Raum; 4) Die Ausscheidung aus dem Körper erfolgt hauptsächlich über die Nieren. Dieser Vorgang ist schnell.

Als Stoffe werden Stoffe bezeichnet, die die Wirkung von Giften auf biologische Strukturen beseitigen und Gifte durch chemische Reaktionen inaktivieren Gegenmittel.

Eines der ersten Gegenmittel, das in der Chelat-Therapie eingesetzt wurde, ist British Anti-Lewisite (BAL). Unithiol wird derzeit verwendet:

Dieses Medikament entfernt effektiv Arsen, Quecksilber, Chrom und Wismut aus dem Körper. Bei Vergiftungen mit Zink, Cadmium, Blei und Quecksilber werden am häufigsten Komplexone und Komplexonate eingesetzt. Ihre Verwendung basiert auf der Bildung stärkerer Komplexe mit Metallionen als Komplexe derselben Ionen mit schwefelhaltigen Gruppen von Proteinen, Aminosäuren und Kohlenhydraten. Zur Entfernung von Blei werden EDTA-Präparate eingesetzt. Die Einführung großer Dosen von Arzneimitteln in den Körper ist gefährlich, da diese Kalziumionen binden, was zu einer Störung vieler Funktionen führt. Bewerben Sie sich daher Tetacin(CaNa 2 EDTA), das zur Entfernung von Blei, Cadmium, Quecksilber, Yttrium, Cer und anderen Seltenerdmetallen sowie Kobalt verwendet wird.

Seit der ersten therapeutischen Anwendung von Tetacin im Jahr 1952 wird dieses Medikament häufig in der Klinik für Berufskrankheiten eingesetzt und ist nach wie vor ein unverzichtbares Gegenmittel. Der Wirkungsmechanismus von Tetacin ist sehr interessant. Ionengiftstoffe verdrängen das koordinierte Calciumion von Tetacin aufgrund der Bildung stärkerer Bindungen mit Sauerstoff und EDTA. Das Calciumion wiederum verdrängt die beiden verbleibenden Natriumionen:

Tetacin wird dem Körper in Form einer 5-10%igen Lösung zugeführt, deren Basis Kochsalzlösung ist. So verbleiben bereits 1,5 Stunden nach der intraperitonealen Injektion 15 % der verabreichten Tetacin-Dosis im Körper, nach 6 Stunden – 3 % und nach 2 Tagen – nur noch 0,5 %. Das Medikament wirkt effektiv und schnell, wenn die Inhalationsmethode der Tetacin-Verabreichung angewendet wird. Es zieht schnell ein und zirkuliert lange im Blut. Darüber hinaus wird Tetacin zum Schutz vor Gasbrand eingesetzt. Es hemmt die Wirkung von Zink- und Kobaltionen, die Aktivatoren des Enzyms Lecithinase sind, einem Gasbrand-Toxin.

Die Bindung von Giftstoffen mit Tetacin zu einem wenig toxischen und haltbareren Chelatkomplex, der nicht zerstört wird und leicht über die Nieren aus dem Körper ausgeschieden wird, sorgt für eine Entgiftung und eine ausgewogene Mineralstoffernährung. In Struktur und Zusammensetzung dem Vor-

Paratam EDTA ist das Natrium-Calcium-Salz der Diethylentriamin-Pentaessigsäure (CaNa 3 DTPA) – Pentacin und Natriumsalz der Diethylentriaminpentaphosphonsäure (Na 6 DTPF) - Trimefacin. Pentacin wird hauptsächlich bei Vergiftungen mit Eisen-, Cadmium- und Bleiverbindungen sowie zur Entfernung von Radionukliden (Technetium, Plutonium, Uran) eingesetzt.

Natriumsalz der Ethylendiamindiisopropylphosphonsäure (СаNa 2 EDTP) Phosphicin Wird erfolgreich zur Entfernung von Quecksilber, Blei, Beryllium, Mangan, Aktiniden und anderen Metallen aus dem Körper eingesetzt. Komplexonate sind sehr wirksam bei der Entfernung einiger toxischer Anionen. Als Gegenmittel bei Cyanidvergiftungen kann beispielsweise Kobalt(II)ethylendiamintetraacetat empfohlen werden, das mit CN einen gemischten Ligandenkomplex bildet. Ein ähnliches Prinzip liegt Methoden zur Entfernung toxischer organischer Substanzen zugrunde, einschließlich Pestiziden, die funktionelle Gruppen mit Donoratomen enthalten, die mit dem Komplexonatmetall interagieren können.

Ein wirksames Medikament ist succimer(Dimercaptobernsteinsäure, Dimercaptobernsteinsäure, Chemet). Es bindet fast alle Giftstoffe (Hg, As, Pb, Cd) stark, entfernt aber Ionen biogener Elemente (Cu, Fe, Zn, Co) aus dem Körper und wird daher fast nie verwendet.

Phosphorhaltige Komplexonate sind starke Inhibitoren der Kristallbildung von Phosphaten und Calciumoxalaten. Als Antikalzifizierungsmittel bei der Behandlung von Urolithiasis wird Ksidifon, ein Kalium-Natriumsalz von OEDP, vorgeschlagen. Darüber hinaus erhöhen Diphosphonate in minimalen Dosen den Einbau von Kalzium in das Knochengewebe und verhindern dessen pathologischen Austritt aus den Knochen. HEDP und andere Diphosphonate verhindern verschiedene Arten von Osteoporose, einschließlich renaler Osteodystrophie und parodontaler Osteoporose

ny Zerstörung, sowie die Zerstörung des transplantierten Knochens bei Tieren. Auch die antiatherosklerotische Wirkung von HEDP wurde beschrieben.

In den USA wurden eine Reihe von Diphosphonaten, insbesondere HEDP, als pharmazeutische Präparate zur Behandlung von Menschen und Tieren vorgeschlagen, die an metastasiertem Knochenkrebs leiden. Durch die Regulierung der Membranpermeabilität fördern Bisphosphonate den Transport von Antitumormitteln in die Zelle und damit die wirksame Behandlung verschiedener onkologischer Erkrankungen.

Eines der dringendsten Probleme der modernen Medizin ist die schnelle Diagnose verschiedener Krankheiten. In diesem Zusammenhang ist zweifellos eine neue Klasse von Präparaten von Interesse, die Kationen enthalten, die die Funktionen einer Sonde erfüllen können – radioaktive Magnetorelaxation und fluoreszierende Markierungen. Radioisotope bestimmter Metalle werden als Hauptbestandteile von Radiopharmazeutika verwendet. Die Chelatisierung der Kationen dieser Isotope mit Komplexonen ermöglicht es, ihre toxikologische Unbedenklichkeit für den Körper zu erhöhen, ihren Transport zu erleichtern und in bestimmten Grenzen die Selektivität der Konzentration in verschiedenen Organen sicherzustellen.

Diese Beispiele erschöpfen bei weitem nicht die ganze Vielfalt der Einsatzmöglichkeiten von Komplexonaten in der Medizin. So wird das Dikaliumsalz des Mazur Regulierung des Flüssigkeitsgehalts in Geweben in der Pathologie eingesetzt. EDTA wird in der Zusammensetzung von gerinnungshemmenden Suspensionen zur Trennung von Blutplasma, als Stabilisator von Adenosintriphosphat bei der Blutzuckerbestimmung sowie zur Klärung und Lagerung von Kontaktlinsen verwendet. Diphosphonate werden häufig zur Behandlung rheumatoider Erkrankungen eingesetzt. Besonders wirksam sind sie als antiarthritische Mittel in Kombination mit entzündungshemmenden Mitteln.

7.12. KOMPLEXE MIT MAKROZYKLISCHEN VERBINDUNGEN

Unter den natürlichen Komplexverbindungen nehmen Makrokomplexe auf der Basis zyklischer Polypeptide mit inneren Hohlräumen bestimmter Größen einen besonderen Platz ein, in denen mehrere sauerstoffhaltige Gruppen vorhanden sind, die Kationen dieser Metalle, einschließlich Natrium und Kalium, binden können, deren Abmessungen dem entsprechen Abmessungen des Hohlraums. Solche Substanzen sind biologisch

Reis. 7.2. Komplex von Valinomycin mit K+-Ion

ische Materialien sorgen für den Transport von Ionen durch Membranen und werden daher genannt Ionophore. Beispielsweise transportiert Valinomycin ein Kaliumion durch die Membran (Abb. 7.2).

Mit Hilfe eines anderen Polypeptids - Gramicidin A Natriumkationen werden durch den Relaismechanismus transportiert. Dieses Polypeptid ist zu einer „Röhre“ gefaltet, deren Innenfläche mit sauerstoffhaltigen Gruppen ausgekleidet ist. Das Ergebnis ist

ein ausreichend langer hydrophiler Kanal mit einem bestimmten Querschnitt, der der Größe des Natriumions entspricht. Das Natriumion, das von einer Seite in den hydrophilen Kanal gelangt, wird wie bei einem Staffellauf durch einen ionenleitenden Kanal von einer auf die andere Sauerstoffgruppe übertragen.

Somit verfügt ein zyklisches Polypeptidmolekül über einen intramolekularen Hohlraum, in den ein Substrat einer bestimmten Größe und Geometrie nach dem Prinzip eines Schlüssels und eines Schlosses eindringen kann. Der Hohlraum solcher inneren Rezeptoren ist mit aktiven Zentren (Endorezeptoren) ausgekleidet. Abhängig von der Art des Metallions kann es zu nichtkovalenten Wechselwirkungen (elektrostatische Wechselwirkungen, Wasserstoffbrückenbindungen, Van-der-Waals-Kräfte) mit Alkalimetallen und kovalenten Wechselwirkungen mit Erdalkalimetallen kommen. Und folglich, Supramoleküle- komplexe Verbindungen, die aus zwei oder mehr Teilchen bestehen, die durch intermolekulare Kräfte zusammengehalten werden.

Am häufigsten in der belebten Natur sind vierzähnige Makrozyklen – Porphine und Corrinoide, die ihnen in ihrer Struktur nahe stehen. Schematisch kann der Tetradent-Zyklus in der folgenden Form dargestellt werden (Abb. 7.3), wobei die Bögen die gleiche Art von Kohlenstoffketten bedeuten, die Donor-Stickstoffatome in einem geschlossenen Zyklus verbinden; R 1 , R 2 , R 3 , P 4 sind Kohlenwasserstoffreste; M n+ - Metallion: in Chlorophyll Mg 2+-Ion, in Hämoglobin Fe 2+-Ion, in Hämocyanin Cu 2+-Ion, in Vitamin B 12 (Cobalamin) Co 3+-Ion.

Donor-Stickstoffatome befinden sich an den Ecken des Quadrats (angezeigt durch die gestrichelte Linie). Sie sind im Raum eng koordiniert. Deshalb

Porphyrine und Corrinoide bilden starke Komplexe mit Kationen verschiedener Elemente und sogar Erdalkalimetallen. Das ist bezeichnend Unabhängig von der Zähnigkeit des Liganden werden die chemische Bindung und die Struktur des Komplexes durch Donoratome bestimmt. Beispielsweise haben Kupferkomplexe mit NH 3 , Ethylendiamin und Porphyrin die gleiche quadratische Struktur und eine ähnliche elektronische Konfiguration. Allerdings binden mehrzähnige Liganden viel stärker an Metallionen als einzähnige Liganden.

Reis. 7.3. Vierzähniger Makrozyklus

mit den gleichen Donoratomen. Die Stärke von Ethylendiamin-Komplexen ist 8–10 Größenordnungen größer als die Stärke derselben Metalle mit Ammoniak.

Als bioanorganische Komplexe werden Metallionen mit Proteinen bezeichnet Biocluster - Komplexe von Metallionen mit makrozyklischen Verbindungen (Abb. 7.4).

Reis. 7.4. Schematische Darstellung der Struktur von Bioclustern bestimmter Größen von Proteinkomplexen mit Ionen von D-Elementen. Arten von Wechselwirkungen eines Proteinmoleküls. M n+ – Metallion im aktiven Zentrum

Im Inneren des Bioclusters befindet sich ein Hohlraum. Es enthält ein Metall, das mit Donoratomen der verbindenden Gruppen interagiert: OH - , SH - , COO - , -NH 2 , Proteine, Aminosäuren. Der berühmteste Metall-

Elemente (Carboanhydrase, Xanthinoxidase, Cytochrome) sind Biocluster, deren Hohlräume Enzymzentren bilden, die jeweils Zn, Mo, Fe enthalten.

7.13. MULTICORE-KOMPLEXE

Heterovalente und heteronukleare Komplexe

Als Komplexe werden Komplexe bezeichnet, die mehrere Zentralatome eines oder verschiedener Elemente umfassen Multi-Core. Die Möglichkeit der Bildung mehrkerniger Komplexe wird durch die Fähigkeit einiger Liganden bestimmt, an zwei oder drei Metallionen zu binden. Solche Liganden heißen Brücke. Bzw Brücke werden Komplexe genannt. Grundsätzlich sind auch Ein-Atom-Brücken möglich, zum Beispiel:

Sie verwenden einzelne Elektronenpaare, die zum selben Atom gehören. Die Rolle von Brücken kann gespielt werden mehratomige Liganden. In solchen Brücken werden ungeteilte Elektronenpaare verwendet, die zu verschiedenen Atomen gehören. mehratomiger Ligand.

A.A. Grinberg und F.M. Filinov untersuchte Brückenverbindungen der Zusammensetzung , bei denen der Ligand komplexe Verbindungen desselben Metalls, jedoch in unterschiedlichen Oxidationsstufen, bindet. G. Taube hat ihnen den Namen gegeben Elektronentransferkomplexe. Er untersuchte die Reaktionen des Elektronentransfers zwischen den Zentralatomen verschiedener Metalle. Systematische Untersuchungen der Kinetik und des Mechanismus von Redoxreaktionen haben zu dem Schluss geführt, dass die Übertragung eines Elektrons zwischen zwei Komplexen erfolgt

erfolgt über die resultierende Ligandenbrücke. Der Austausch eines Elektrons zwischen 2 + und 2 + erfolgt durch Bildung eines Zwischenbrückenkomplexes (Abb. 7.5). Der Elektronentransfer erfolgt über den Chlorid-Brückenliganden und endet in der Bildung von 2+-Komplexen; 2+.

Reis. 7.5. Elektronentransfer in einem intermediären mehrkernigen Komplex

Durch die Verwendung organischer Liganden mit mehreren Donorgruppen wurde eine Vielzahl mehrkerniger Komplexe erhalten. Voraussetzung für ihre Bildung ist eine solche Anordnung der Donorgruppen im Liganden, dass sich Chelatzyklen nicht schließen können. Es ist nicht ungewöhnlich, dass ein Ligand den Chelatzyklus schließt und gleichzeitig als Brücke fungiert.

Das aktive Prinzip des Elektronentransfers sind Übergangsmetalle, die mehrere stabile Oxidationsstufen aufweisen. Dadurch erhalten Titan-, Eisen- und Kupferionen ideale Elektronenträgereigenschaften. Die Möglichkeiten zur Bildung heterovalenter (HVA) und heteronuklearer Komplexe (HNC) auf Basis von Ti und Fe sind in Abb. 1 dargestellt. 7.6.

Reaktion

Reaktion (1) wird aufgerufen Kreuzreaktion. Bei Austauschreaktionen entstehen heterovalente Komplexe als Zwischenprodukt. Alle theoretisch möglichen Komplexe werden unter bestimmten Bedingungen tatsächlich in Lösung gebildet, was durch verschiedene physikalisch-chemische Studien belegt wird.

Reis. 7.6. Bildung heterovalenter Komplexe und heteronuklearer Komplexe mit Ti und Fe

Methoden. Damit ein Elektronentransfer stattfinden kann, müssen sich die Reaktanten in energetisch ähnlichen Zuständen befinden. Diese Anforderung wird Franck-Condon-Prinzip genannt. Ein Elektronentransfer kann zwischen Atomen desselben Übergangselements mit unterschiedlichem HWC-Oxidationsgrad oder unterschiedlichen HJC-Elementen mit unterschiedlicher Beschaffenheit der Metallzentren stattfinden. Diese Verbindungen können als Elektronentransportkomplexe definiert werden. Sie sind praktische Träger von Elektronen und Protonen in biologischen Systemen. Die Zugabe und Freisetzung eines Elektrons führt lediglich zu Veränderungen der elektronischen Konfiguration des Metalls, ohne die Struktur der organischen Komponente des Komplexes zu verändern. Alle diese Elemente haben mehrere stabile Oxidationsstufen (Ti +3 und +4; Fe +2 und +3; Cu +1 und +2). Unserer Meinung nach kommt diesen Systemen von Natur aus die einzigartige Aufgabe zu, die Reversibilität biochemischer Prozesse bei minimalen Energiekosten sicherzustellen. Reversible Reaktionen umfassen Reaktionen mit thermodynamischen und thermochemischen Konstanten von 10 -3 bis 10 3 und mit einem kleinen Wert von ΔG o und Eo Prozesse. Unter diesen Bedingungen können Ausgangsstoffe und Reaktionsprodukte in vergleichbaren Konzentrationen vorliegen. Wenn sie in einem bestimmten Bereich geändert werden, ist es leicht, die Reversibilität des Prozesses zu erreichen, daher sind in biologischen Systemen viele Prozesse oszillatorischer (Wellen-) Natur. Redoxsysteme, die die oben genannten Paare enthalten, decken ein breites Spektrum an Potentialen ab, was es ihnen ermöglicht, Wechselwirkungen einzugehen, die mit moderaten Änderungen von Δ einhergehen Gehen Und E°, mit vielen Untergründen.

Die Wahrscheinlichkeit der Bildung von HVA und HJA erhöht sich erheblich, wenn die Lösung potenziell verbrückende Liganden enthält, d. h. Moleküle oder Ionen (Aminosäuren, Hydroxysäuren, Komplexone usw.), die in der Lage sind, zwei Metallzentren gleichzeitig zu verbinden. Die Möglichkeit der Delokalisierung eines Elektrons im HWC trägt zu einer Verringerung der Gesamtenergie des Komplexes bei.

Realistischer ist die Reihe möglicher Optionen für die Bildung von HWC und HJA, bei denen die Natur der Metallzentren unterschiedlich ist, in Abb. 7.6. Eine detaillierte Beschreibung der Bildung von HVA und HNA und ihrer Rolle in biochemischen Systemen finden sich in den Arbeiten von A.N. Glebova (1997). Redoxpaare müssen sich strukturell aneinander anpassen, dann wird die Übertragung möglich. Durch die Auswahl der Komponenten der Lösung kann man die Distanz, über die ein Elektron vom Reduktionsmittel auf das Oxidationsmittel übertragen wird, „verlängern“. Bei einer koordinierten Bewegung von Teilchen kann ein Elektron durch den Wellenmechanismus über große Entfernungen transportiert werden. Als „Korridor“ kann eine hydratisierte Proteinkette usw. dienen. Die Wahrscheinlichkeit eines Elektronentransfers über eine Entfernung von bis zu 100 A ist hoch. Durch Zusätze (Alkalimetallionen, Leitelektrolyte) kann die Länge des „Korridors“ verlängert werden. Dies eröffnet große Möglichkeiten im Bereich der Steuerung der Zusammensetzung und Eigenschaften von HWC und HJA. In Lösungen spielen sie die Rolle einer Art „Black Box“, gefüllt mit Elektronen und Protonen. Abhängig von den Umständen kann er sie an andere Komponenten abgeben oder seine „Reserven“ auffüllen. Die Reversibilität der an ihnen beteiligten Reaktionen ermöglicht die wiederholte Teilnahme an zyklischen Prozessen. Elektronen bewegen sich von einem Metallzentrum zum anderen und oszillieren zwischen ihnen. Das komplexe Molekül bleibt asymmetrisch und kann an Redoxprozessen teilnehmen. HWC und HJAC sind aktiv an oszillierenden Prozessen in biologischen Medien beteiligt. Diese Art von Reaktion nennt man Oszillationsreaktionen. Sie finden sich in der enzymatischen Katalyse, der Proteinsynthese und anderen biochemischen Prozessen, die biologische Phänomene begleiten. Dazu gehören periodische Prozesse des Zellstoffwechsels, Aktivitätswellen im Herzgewebe, im Gehirngewebe und Prozesse auf der Ebene ökologischer Systeme. Ein wichtiger Stoffwechselschritt ist die Spaltung von Wasserstoff aus Nährstoffen. Dabei gehen Wasserstoffatome in den ionischen Zustand über, die von ihnen abgetrennten Elektronen gelangen in die Atmungskette und geben ihre Energie an die Bildung von ATP ab. Wie wir festgestellt haben, sind Titankomplexonate nicht nur aktive Träger von Elektronen, sondern auch von Protonen. Die Fähigkeit von Titanionen, ihre Rolle im aktiven Zentrum von Enzymen wie Katalasen, Peroxidasen und Cytochromen zu erfüllen, wird durch ihre hohe Fähigkeit zur Komplexbildung, die Bildung einer koordinierten Ionengeometrie, die Bildung von mehrkernigen HVA und HJA unterschiedlicher Zusammensetzung usw. bestimmt Eigenschaften als Funktion des pH-Werts, der Konzentration des Übergangselements Ti und der organischen Komponente des Komplexes, ihrem Molverhältnis. Diese Fähigkeit äußert sich in einer Erhöhung der Selektivität des Komplexes

in Bezug auf Substrate, Produkte von Stoffwechselprozessen, Aktivierung von Bindungen im Komplex (Enzym) und Substrat durch Koordination und Formänderung des Substrats entsprechend den sterischen Anforderungen des aktiven Zentrums.

Elektrochemische Umwandlungen im Körper, die mit der Übertragung von Elektronen verbunden sind, gehen mit einer Änderung des Oxidationsgrads der Partikel und dem Auftreten eines Redoxpotentials in der Lösung einher. Eine große Rolle bei diesen Transformationen spielen die mehrkernigen HVA- und HNA-Komplexe. Sie sind aktive Regulatoren freier Radikalprozesse, ein System zur Nutzung reaktiver Sauerstoffspezies, Wasserstoffperoxid, Oxidationsmitteln und Radikalen und sind an der Oxidation von Substraten sowie an der Aufrechterhaltung der antioxidativen Homöostase und am Schutz des Körpers vor Oxidation beteiligt betonen. Ihre enzymatische Wirkung auf Biosysteme ähnelt der von Enzymen (Cytochrome, Superoxiddismutase, Katalase, Peroxidase, Glutathionreduktase, Dehydrogenasen). All dies weist auf hohe antioxidative Eigenschaften von Komplexonaten von Übergangselementen hin.

7.14. FRAGEN UND AUFGABEN ZUR SELBSTÜBERPRÜFUNG DER VORBEREITUNG AUF UNTERRICHT UND PRÜFUNG

1. Geben Sie den Begriff der komplexen Verbindungen an. Wie unterscheiden sie sich von Doppelsalzen und was haben sie gemeinsam?

2. Erstellen Sie Formeln für komplexe Verbindungen entsprechend ihrem Namen: Amm(IV), Triammintrinitrocobalt (III), geben Sie ihre Eigenschaften an; geben Sie den internen und externen Koordinationsbereich an; das Zentralion und der Grad seiner Oxidation: Liganden, ihre Anzahl und Zähnigkeit; die Art der Verbindungen. Schreiben Sie die Dissoziationsgleichung in einer wässrigen Lösung und den Ausdruck für die Stabilitätskonstante.

3. Allgemeine Eigenschaften komplexer Verbindungen, Dissoziation, Stabilität von Komplexen, chemische Eigenschaften von Komplexen.

4. Wie wird die Reaktivität von Komplexen anhand thermodynamischer und kinetischer Positionen charakterisiert?

5. Welche Aminokomplexe sind haltbarer als Tetraaminokupfer(II) und welche weniger haltbar?

6. Nennen Sie Beispiele für makrozyklische Komplexe, die durch Alkalimetallionen gebildet werden. D-Element-Ionen.

7. Auf welcher Grundlage werden Komplexe als chelatisiert klassifiziert? Nennen Sie Beispiele für Chelat- und Nicht-Chelat-Komplexverbindungen.

8. Geben Sie am Beispiel von Kupferglycinat den Begriff der intrakomplexen Verbindungen an. Schreiben Sie die Strukturformel von Magnesiumkomplexonat mit Ethylendiamintetraessigsäure in Natriumform.

9. Geben Sie ein schematisches Strukturfragment eines beliebigen mehrkernigen Komplexes an.

10. Definieren Sie mehrkernige, heteronukleare und heterovalente Komplexe. Die Rolle von Übergangsmetallen bei ihrer Entstehung. Die biologische Rolle dieser Komponenten.

11. Welche Arten chemischer Bindungen finden sich in komplexen Verbindungen?

12. Listen Sie die wichtigsten Arten der Hybridisierung von Atomorbitalen auf, die am Zentralatom im Komplex auftreten können. Wie ist die Geometrie des Komplexes abhängig von der Art der Hybridisierung?

13. Vergleichen Sie anhand der elektronischen Struktur der Atome der Elemente der S-, P- und D-Blöcke die Fähigkeit zur Komplexbildung und ihren Platz in der Chemie der Komplexe.

14. Definieren Sie Komplexone und Komplexonate. Nennen Sie Beispiele für die am häufigsten verwendeten in Biologie und Medizin. Geben Sie die thermodynamischen Prinzipien an, auf denen die Chelat-Therapie basiert. Die Verwendung von Komplexonaten zur Neutralisierung und Eliminierung von Xenobiotika aus dem Körper.

15. Betrachten Sie die häufigsten Fälle von Störungen der Metall-Ligand-Homöostase im menschlichen Körper.

16. Nennen Sie Beispiele für Biokomplexverbindungen, die Eisen, Kobalt und Zink enthalten.

17. Beispiele konkurrierender Prozesse mit Hämoglobin.

18. Die Rolle von Metallionen in Enzymen.

19. Erklären Sie, warum für Kobalt in Komplexen mit komplexen Liganden (mehrzähnig) die Oxidationsstufe +3 stabiler ist und in gewöhnlichen Salzen wie Halogeniden, Sulfaten, Nitraten die Oxidationsstufe +2 ist?

20. Für Kupfer sind die Oxidationsstufen +1 und +2 charakteristisch. Kann Kupfer Elektronentransferreaktionen katalysieren?

21. Kann Zink Redoxreaktionen katalysieren?

22. Welchen Wirkungsmechanismus hat Quecksilber als Gift?

23. Geben Sie die Säure und Base in der Reaktion an:

AgNO 3 + 2NH 3 \u003d NO 3.

24. Erklären Sie, warum das Kalium-Natriumsalz der Hydroxyethylidendiphosphonsäure und nicht HEDP als Arzneimittel verwendet wird.

25. Wie erfolgt der Elektronentransport im Körper mit Hilfe von Metallionen, die Bestandteil biokomplexer Verbindungen sind?

7.15. TESTS

1. Die Oxidationsstufe des Zentralatoms im Komplexion beträgt 2- ist gleich:

a)-4;

b) +2;

um 2;

d) +4.

2. Das stabilste Komplex-Ion:

a) 2-, Kn = 8,5x10 -15;

b) 2-, Kn = 1,5x10 -30;

c) 2-, Kn = 4x10 -42;

d) 2-, Kn = 1x10 -21.

3. Die Lösung enthält 0,1 Mol der Verbindung PtCl 4 4NH 3 . Bei der Reaktion mit AgNO 3 bildet es 0,2 Mol AgCl-Niederschlag. Geben Sie der Ausgangssubstanz die Koordinationsformel an:

a)Cl;

b) Cl 3 ;

c) Cl 2 ;

d) Cl 4 .

4. Welche Form haben die dadurch gebildeten Komplexe? sp 3 d 2-gi- Zucht?

1) Tetraeder;

2) quadratisch;

4) trigonale Bipyramide;

5) linear.

5. Wählen Sie die Formel für die Verbindung Pentaamminchlorcobalt(III)sulfat:

a) Na 3 ;

6) [CoCl 2 (NH 3) 4 ]Cl;

c) K 2 [Co(SCN) 4];

d) SO 4 ;

e) [Co(H 2 O) 6 ] C1 3 .

6. Welche Liganden sind mehrzähnig?

a) C1 -;

b) H 2 O;

c) Ethylendiamin;

d) NH 3 ;

e) SCN – .

7. Komplexbildner sind:

a) Elektronenpaardonoratome;

c) Atome und Ionen-Akzeptoren von Elektronenpaaren;

d) Atom- und Ionendonoren von Elektronenpaaren.

8. Die Elemente mit der geringsten Komplexierungsfähigkeit sind:

als; CD;

B) P; d) f

9. Liganden sind:

a) Elektronenpaardonormoleküle;

b) Ionen-Akzeptoren von Elektronenpaaren;

c) Moleküle und Ionen-Donatoren von Elektronenpaaren;

d) Moleküle und Ionen-Akzeptoren von Elektronenpaaren.

10. Kommunikation im internen Koordinationsbereich des Komplexes:

a) kovalenter Austausch;

b) kovalenter Donor-Akzeptor;

c) ionisch;

d) Wasserstoff.

11. Der beste Komplexbildner ist:

Bei der Betrachtung der Arten chemischer Bindungen wurde festgestellt, dass Anziehungskräfte nicht nur zwischen Atomen, sondern auch zwischen Molekülen und Ionen entstehen. Eine solche Wechselwirkung kann zur Bildung neuer, komplexerer Komplex- (oder Koordinations-)Verbindungen führen.

Umfassend sind Verbindungen, die in den Knoten des Kristallgitters Atomaggregate (Komplexe) aufweisen, die in der Lage sind, unabhängig in Lösung zu existieren und Eigenschaften besitzen, die sich von den Eigenschaften ihrer konstituierenden Teilchen (Atome, Ionen oder Moleküle) unterscheiden.

Im Molekül einer komplexen Verbindung (zum Beispiel K 4 ) werden folgende Strukturelemente unterschieden: ion- Komplexbildner (für einen gegebenen Fe-Komplex) sind die um ihn herum koordinierten gebundenen Teilchen Liganden oder Zusätze (CN-), die mit dem Komplexbildner zusammenwirken interner Koordinationsbereich (4-) und andere darin enthaltene Partikel äußere Koordinationssphäre (K+). Beim Auflösen der Komplexverbindungen bleiben die Liganden in einer starken Bindung mit dem komplexbildenden Ion und bilden ein nahezu nicht dissoziierendes Komplexion. Man nennt die Anzahl der Liganden Koordinationsnummer (Bei K 4 ist die Koordinationszahl 6). Die Koordinationszahl wird durch die Art des Zentralatoms und der Liganden bestimmt und entspricht auch der symmetrischsten geometrischen Konfiguration: 2 (linear), 4 (tetraedrisch oder quadratisch) und 6 (oktaedrisch).

Typische Komplexbildner sind Kationen: Fe 2+, Fe 3+, Co 3+, Co 2+, Cu 2+, Ag +, Cr 3+, Ni 2+. Die Fähigkeit zur Bildung komplexer Verbindungen hängt mit der elektronischen Struktur von zusammen Atome. Besonders leicht zu bildende Komplexionen sind Elemente der d-Familie, zum Beispiel: Ag +, Au +, Cu 2+, Hg 2+, Zn 2+, Fe 2+, Cd 2+, Fe 3+, Co 3+ , Ni 2+, Pt 2+, Pt 4+ usw. Komplexbildner können Al 3+ und einige Nichtmetalle sein, beispielsweise Si und B.

Als geladene Ionen können Liganden dienen: F -, OH -, NO 3 -, NO 2 -, Cl -, Br -, I -, CO 3 2-, CrO 4 2-, S 2 O 3 2-, CN -, PO 4 3- und andere sowie elektrisch neutrale polare Moleküle: NH 3, H 2 O, PH 3, CO usw. Wenn alle Liganden des Komplexbildners gleich sind, dann der Komplex homogene Verbindung, zum Beispiel Cl 2 ; wenn die Liganden unterschiedlich sind, dann die Verbindung heterogen, z.B. Cl. Koordinationsbindungen (Donor-Akzeptor-Bindungen) werden normalerweise zwischen dem Komplexbildner und den Liganden hergestellt. Sie entstehen durch die Überlappung der mit Elektronen gefüllten Ligandenorbitale durch die freien Orbitale des Zentralatoms. In komplexen Verbindungen ist der Donor der Komplexbildner und der Akzeptor der Ligand.

Die Anzahl der chemischen Bindungen zwischen dem Komplexbildner und den Liganden bestimmt die Koordinationszahl des Komplexbildners. Charakteristische Koordinationszahlen: Cu +, Ag +, Au + = 2; Cu 2+, Hg 2+, Pb 2+, Pt 2+, Pd 2+ =4; Ni 2+, Ni 3+, Co 3+, A1 3+ = 4 oder 6; Fe 2+ , Fe 3+ , Pt 4+ , ​​Pd 4+ , ​​Ti 4+ , ​​Pb 4+ , ​​Si 4+ =6.

Die Ladung des Komplexbildners ist gleich der algebraischen Summe der Ladungen seiner konstituierenden Ionen, zum Beispiel: 4-, x + 6(-1) = 4-; x=2.

Die neutralen Moleküle, aus denen das Komplexion besteht, haben keinen Einfluss auf die Ladung. Ist die gesamte innere Kugel nur mit neutralen Molekülen gefüllt, dann ist die Ladung des Ions gleich der Ladung des Komplexbildners. Das 2+-Ion hat also eine Kupferladung x = 2+. Die Ladung des Komplexions ist gleich den Ladungen der Ionen in der äußeren Kugel. In K 4 beträgt die Ladung -4, da sich in der äußeren Kugel 4 K+-Kationen befinden und das Molekül insgesamt elektrisch neutral ist.

Liganden in der inneren Sphäre können einander ersetzen und dabei die gleiche Koordinationszahl beibehalten.

Klassifizierung und Nomenklatur komplexer Verbindungen. MIT Standpunkte Ladung eines komplexen Teilchens Alle komplexen Verbindungen können in kationische, anionische und neutrale Verbindungen unterteilt werden.

Kationenkomplexe bilden Metallkationen, die neutrale oder anionische Liganden um sich herum koordinieren, und die Gesamtladung der Liganden ist im absoluten Wert geringer als der Oxidationszustand des Komplexbildners, beispielsweise Cl 3 . Kationische Komplexverbindungen können neben Hydroxokomplexen und Salzen auch Säuren sein, beispielsweise H-Hexafluorantimonsäure.

IN Anionenkomplexe , im Gegenteil, die Anzahl der Anionliganden ist so, dass die Gesamtladung des komplexen Anions negativ ist, zum Beispiel . IN Anionenkomplexe Hydroxidanionen fungieren als Liganden Hydroxokomplexe (zum Beispiel Na 2 - Kaliumtetrahydroxozinkat) oder Anionen von Säureresten sind Acidokomplexe(zum Beispiel K 3 – Kaliumhexacyanoferrat (III)) .

Neutrale Komplexe kann verschiedener Art sein: ein Komplex eines neutralen Metallatoms mit neutralen Liganden (zum Beispiel Ni (CO) 4 – Nickeltetracarbonyl, [Cr (C 6 H 6) 2] – Dibenzolchrom). In neutralen Komplexen eines anderen Typs gleichen sich die Ladungen des Komplexbildners und der Liganden aus (z. B. Hexaamminplatin(IV)-chlorid, Trinitrotriamminkobalt).

Komplexe Verbindungen können klassifiziert werden die Art des Liganden. Unter den Verbindungen mit neutralen Liganden werden Aquakomplexe, Ammoniate und Metallcarbonyle unterschieden. Als Komplexverbindungen werden Wassermoleküle als Liganden bezeichnet Aquakomplexe . Wenn eine Substanz aus einer Lösung kristallisiert, fängt das Kation einige der Wassermoleküle ein, die in das Kristallgitter des Salzes gelangen. Solche Stoffe nennt man kristalline Hydrate, z.B. A1C1 3 · 6H 2 O. Die meisten kristallinen Hydrate sind Aquakomplexe, daher werden sie genauer als Komplexsalz dargestellt ([A1(H 2 O) 6] C1 3 – Hexaaqua-Aluminiumchlorid). Als Komplexverbindungen werden Ammoniakmoleküle als Ligand bezeichnet Ammoniak , zum Beispiel C1 4 - Hexaamminplatin(IV)chlorid. Metallcarbonyle werden Komplexverbindungen genannt, in denen Kohlenmonoxid(II)-Moleküle als Liganden dienen, zum Beispiel Eisenpentacarbonyl, Nickeltetracarbonyl.

Es sind Komplexverbindungen mit zwei Komplexionen im Molekül bekannt, bei denen es ein Phänomen der Koordinationsisomerie gibt, das mit einer unterschiedlichen Ligandenverteilung zwischen Komplexbildnern verbunden ist, zum Beispiel: - Hexanitrocobaltat (III) Hexaammin-Nickel (III).

Beim Kompilieren Namen der komplexen Verbindung Es gelten folgende Regeln:

1) Wenn die Verbindung ein komplexes Salz ist, wird zuerst das Anion im Nominativ und dann das Kation im Genitiv genannt;

2) Bei der Benennung eines Komplexions werden zuerst die Liganden und dann der Komplexbildner angegeben.

3) molekulare Liganden entsprechen den Namen von Molekülen (mit Ausnahme von Wasser und Ammoniak, den Begriffen). „Aqua“ Und „Amin“);

4) Die Endung - o wird an die anionischen Liganden angehängt, zum Beispiel: F - - Fluor, C1 - - Chlor, O 2 - - Oxo, CNS - - Rhodan, NO 3 - - Nitrato, CN - - Cyano, SO 4 2- - Sulfat, S 2 O 3 2- - Thiosulfat, CO 3 2- - Carbonat, RO 4 3- - Phosphato, OH - - Hydroxo;

5) Zur Angabe der Anzahl der Liganden werden griechische Ziffern verwendet: 2 - di-, 3 –drei-, 4 –Tetra-, 5 –Penta-, 6 –Hexa-;

6) Wenn das Komplexion ein Kation ist, wird der russische Name des Elements für den Namen des Komplexbildners verwendet, wenn das Anion der lateinische Name ist;

7) nach dem Namen des Komplexbildners gibt eine römische Zahl in Klammern seinen Oxidationsgrad an;

8) In neutralen Komplexen wird der Name des Zentralatoms im Nominativ angegeben und sein Oxidationszustand wird nicht angegeben.

Eigenschaften komplexer Verbindungen. Chemische Reaktionen mit komplexen Verbindungen werden in zwei Typen unterteilt:

1) Außensphäre – während ihres Fließens bleibt das komplexe Teilchen unverändert (Austauschreaktionen);

2) Intrasphäre – im Laufe ihres Verlaufs kommt es zu Veränderungen im Oxidationszustand des Zentralatoms, in der Struktur der Liganden oder Veränderungen in der Koordinationssphäre (Abnahme oder Zunahme der Koordinationszahl).

Eine der wichtigsten Eigenschaften komplexer Verbindungen ist ihre Dissoziation in wässrigen Lösungen. Die meisten wasserlöslichen ionischen Komplexe sind starke Elektrolyte, sie dissoziieren in äußere und innere Sphären: K 4 ↔ 4K + + 4 - .

Komplexe Ionen sind ziemlich stabil, das sind sie schwache Elektrolyte, schrittweise Abspaltung der Liganden in eine wässrige Lösung:

4 - ↔ 3- +CN - (die Anzahl der Schritte ist gleich der Anzahl der Liganden).

Wenn die Gesamtladung eines Teilchens einer komplexen Verbindung Null ist, dann haben wir ein Molekül Nicht-Elektrolyt, Zum Beispiel .

Bei Austauschreaktionen gehen komplexe Ionen von einer Verbindung in eine andere über, ohne ihre Zusammensetzung zu ändern. Die elektrolytische Dissoziation komplexer Ionen gehorcht dem Massenwirkungsgesetz und wird quantitativ durch eine Dissoziationskonstante charakterisiert, die aufgerufen wird Instabilitätskonstanten K n. Je niedriger die Instabilitätskonstante des Komplexes ist, desto weniger zerfällt er in Ionen und desto stabiler ist diese Verbindung. In Verbindungen, die durch ein hohes K n gekennzeichnet sind, sind Komplexionen instabil, d. h. sie sind in Lösung praktisch nicht vorhanden, wie es bei solchen Verbindungen der Fall ist Doppelsalze . Der Unterschied zwischen typischen Vertretern von Komplex- und Doppelsalzen besteht darin, dass letztere unter Bildung aller Ionen, aus denen dieses Salz besteht, dissoziieren, zum Beispiel: KA1 (SO 4) 2 ↔ K + + A1 3+ + 2SO 4 2- ( Doppelsalz);

K ↔ 4K + + 4- (komplexes Salz).

Wie Sie wissen, neigen Metalle dazu, Elektronen zu verlieren und sich dadurch zu bilden. Positiv geladene Metallionen können von Anionen oder neutralen Molekülen umgeben sein und sogenannte Partikel bilden umfassend und zur unabhängigen Existenz in einem Kristall oder einer Lösung fähig. Und Verbindungen, die komplexe Teilchen in den Knoten ihrer Kristalle enthalten, werden genannt komplexe Verbindungen.

Struktur komplexer Verbindungen

1. Die meisten komplexen Verbindungen haben innere und äußere Sphären . Beim Schreiben der chemischen Formeln komplexer Verbindungen wird die innere Sphäre in eckige Klammern eingeschlossen. Beispielsweise besteht in den Komplexverbindungen K und Cl 2 die innere Kugel aus den Atomgruppen (Komplexen) - - und 2+ und die äußere Kugel aus den K + - und Cl-Ionen - bzw.
2. Zentralatom oder Ion die innere Sphäre heißt Komplexbildner. Als Komplexbildner wirken in der Regel Metallionen mit ausreichend freien Ionen – das sind p-, d-, f-Elemente: Cu 2+, Pt 2+, Pt 4+, Ag +, Zn 2+, Al 3+ usw. Es können aber auch Atome von Elementen sein, die Nichtmetalle bilden. Die Ladung des Komplexbildners ist in der Regel positiv, kann aber auch negativ oder null sein und der Summe der Ladungen aller anderen Ionen entsprechen. In den obigen Beispielen handelt es sich bei den Komplexbildnern um Al 3+- und Ca 2+-Ionen.

1. Der Komplexbildner ist umgeben und ist mit Ionen des entgegengesetzten Vorzeichens oder neutralen Molekülen, den sogenannten, verbunden Liganden. Anionen wie F - , OH - , CN - , CNS - , NO 2 - , CO 3 2- , C 2 O 4 2- usw. oder neutrale H 2 O-Moleküle können als Liganden in komplexen Verbindungen NH fungieren 3 , CO, NO usw. In unseren Beispielen sind dies OH-Ionen - und NH 3 -Moleküle. Die Anzahl der Liganden in verschiedenen Komplexverbindungen liegt zwischen 2 und 12. Und die Anzahl der Liganden selbst (die Anzahl der Sigma-Bindungen) wird aufgerufen Koordinationszahl (c.h.) des Komplexbildners. In den betrachteten Beispielen ist c.ch. gleich 4 und 8.

1. Komplexe Ladung(innere Sphäre) ist definiert als die Summe der Ladungen des Komplexbildners und der Liganden.
2. äußere Sphäre bilden Ionen, die durch ionische oder intermolekulare Bindungen mit dem Komplex verbunden sind und deren Ladung entgegengesetzt zur Ladung des Komplexbildners ist. Der Zahlenwert der Ladung der Außenkugel stimmt mit dem Zahlenwert der Ladung der Innenkugel überein. In der Formel einer komplexen Verbindung werden sie in eckigen Klammern geschrieben. Die äußere Kugel kann sogar fehlen, wenn die innere Kugel neutral ist. In den angegebenen Beispielen wird die äußere Kugel durch 1 K+-Ion bzw. 2 Cl--Ionen gebildet.

Klassifizierung komplexer Verbindungen

Basierend auf unterschiedlichen Prinzipien können komplexe Verbindungen auf unterschiedliche Weise klassifiziert werden:

1. Durch elektrische Ladung: kationische, anionische und neutrale Komplexe.

• Kationenkomplexe haben eine positive Ladung und entstehen, wenn neutrale Moleküle um ein positives Ion koordiniert werden. Zum Beispiel Cl 3 , Cl 2
• Anionenkomplex S haben eine negative Ladung und entstehen, wenn Atome mit negativer Ladung um ein positives Ion koordiniert werden. Zum Beispiel K, K 2
• Neutrale Komplexe haben keine Ladung und keine äußere Kugel. Sie können durch die Koordination von Molekülen um ein Atom herum sowie durch die gleichzeitige Koordination von negativen Ionen und Molekülen um ein zentrales positiv geladenes Ion gebildet werden.

1. Durch die Anzahl der Komplexbildner

• Einzelprozessor - Der Komplex enthält ein Zentralatom, zum Beispiel K 2
• Multi-Core e- der Komplex enthält beispielsweise zwei oder mehr Zentralatome,

1. Nach Ligandentyp

• Spendet Feuchtigkeit – enthalten Aquakomplexe, d.h. Wassermoleküle fungieren als Liganden. Zum Beispiel Br 3 , Br 2
• Ammoniak - enthalten Amminkomplexe, in denen Ammoniakmoleküle (NH 3) als Liganden fungieren. Zum Beispiel Cl 2 , Cl
• Carbonyle – In solch komplexen Verbindungen fungieren Kohlenmonoxidmoleküle als Liganden. Zum Beispiel, , .
• Acidokomplexe - komplexe Verbindungen, die saure Reste sowohl sauerstoffhaltiger als auch anoxischer Säuren als Liganden enthalten (F-, Cl-, Br-, I-, CN-, NO 2 -, SO 4 2–, PO 4 3– usw., wie sowie OH-). Zum Beispiel K 4 , Na 2
• Hydroxokomplexe - komplexe Verbindungen, in denen Hydroxidionen als Liganden wirken: K 2, Cs 2

Komplexe Verbindungen können Liganden enthalten, die zu verschiedenen Klassen der oben genannten Klassifikation gehören. Zum Beispiel: K, Br

1. Nach chemischen Eigenschaften: Säuren, Basen, Salze, Nichtelektrolyte:

• Säuren — H, H2
• Stiftungen - (OH) 2,OH
• Salz — Cs 3 , Cl 2
• Nicht-Elektrolyte —

1. Entsprechend der Anzahl der vom Liganden besetzten Plätze in der Koordinationssphäre

Im Koordinationsbereich können Liganden eine oder mehrere Stellen besetzen, d.h. bilden eine oder mehrere Bindungen mit dem Zentralatom. Auf dieser Grundlage unterscheiden sie:

• Einzähnige Liganden - Dies sind Liganden wie Moleküle von H 2 O, NH 3, CO, NO usw. und Nichtmoleküle CN - , F - , Cl - , OH - , SCN - usw.
• Zweizähnige Liganden . Zu diesem Ligandentyp gehören die Ionen H 2 N-CH 2 -COO -, CO 3 2-, SO 4 2-, S 2 O 3 2-, ein Ethylendiaminmolekül H 2 N-CH 2 -CH 2 -H 2 N ( abgekürzt de).
• Mehrzähnige Liganden . Dies sind beispielsweise organische Liganden, die mehrere Gruppen enthalten – CN oder -COOH (EDTA). Einige mehrzähnige Liganden sind in der Lage, zyklische Komplexe, sogenannte Chelate, zu bilden (z. B. Hämoglobin, Chlorophyll usw.).

Nomenklatur komplexer Verbindungen

Brennen die Formel der komplexen Verbindung, Es muss beachtet werden, dass wie bei jeder ionischen Verbindung zuerst die Kationenformel und dann die Anionenformel geschrieben wird. In diesem Fall wird die Formel des Komplexes eingeschrieben eckige Klammern, wobei zuerst der Komplexbildner geschrieben wird, dann die Liganden.

Und hier sind ein paar Regeln, nach denen es nicht schwierig sein wird, den Namen einer komplexen Verbindung zu verfassen:

1. In den Namen komplexer Verbindungen sowie ionischer Salze Das Anion wird zuerst aufgeführt, gefolgt vom Kation.
2. Im Namen des Komplexes Zuerst werden die Liganden und dann der Komplexbildner aufgeführt. Die Liganden sind in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt.
3. Neutrale Liganden haben den gleichen Namen wie Moleküle, die Endung wird an anionische Liganden angehängt -Ö. Die folgende Tabelle listet die Namen der häufigsten Liganden auf.

1. Wenn die Anzahl der Liganden größer als eins ist, wird ihre Anzahl durch griechische Präfixe angegeben:

2-Di-, 3-Tri-, 4-Tetra-, 5-Penta-, 6-Hexa-, 7-Hepta-, 8-Octa-, 9-Nona-, 10-Deca-.

Wenn der Name des Liganden selbst bereits ein griechisches Präfix enthält, wird der Name des Liganden in Klammern geschrieben und ein Präfix des Typs hinzugefügt:

2-Bis-, 3-Tris-, 4-Tetrakis-, 5-Pentakis-, 6-Hexakis-.

Die Cl 3 -Verbindung wird beispielsweise Tris(ethylendiamin)cobalt(III) genannt.

1. Die Namen komplexer Anionen enden Suffix - bei
2. Nach dem Namen des Metalls in Klammern angeben Römische Ziffern für den Oxidationszustand.

Nennen wir zum Beispiel folgende Verbindungen:

• Cl

Lasst uns beginnen mit Liganden: 4 Wassermoleküle werden als Tetraaqua und 2 Chloridionen als Dichlor bezeichnet.

Endlich, Anion in diesem Zusammenhang ist Chlorid-Ion.

Tetraaquadichlorchromchlorid(III)

• K4

Beginnen wir mit Liganden: Das komplexe Anion enthält 4 Liganden CN - , die Tetracyano genannt werden.

Da das Metall Teil des komplexen Anions ist, wird es Nickelat(0) genannt.

Der vollständige Titel lautet also: Kaliumtetracyanonickelat(0)

Der Name des Salzes setzt sich aus dem Namen des Anions gefolgt vom Namen des Kations zusammen(Tabelle 4.17). In den Namen saurer Salze wird dem Anion das Präfix hydro- angehängt. Numerische Präfixe werden nur in den Namen einiger Säuresalze verwendet. In den Namen von Doppelsalzen werden die Kationen in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt. In den Namen basischer Salze sind die Anionen in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt.

Die Namen von hydratisierten Salzen werden auf zwei Arten gebildet. Wenn bekannt ist, dass ein oder mehrere Wassermoleküle an das Zentralatom eines komplexen Ions koordiniert sind, kann das oben beschriebene Benennungssystem für komplexe Ionen verwendet werden. Bei gebräuchlicheren hydratisierten Salzen wird der Hydratationsgrad durch ein numerisches Präfix vor dem Wort „Hydrat“ angegeben. CuSO4 · 5H2O wird beispielsweise Kupfer(II)sulfat-Pentahydrat genannt.

Komplexe Ionen

Ein komplexes Ion besteht aus einem Zentralatom, das mit mehreren Liganden – anderen Atomen, Ionen oder Atomgruppen – verbunden ist.

Die komplexe Ionenformel ist in eckige Klammern eingeschlossen. Die Ladung eines solchen Ions ist hinter der rechten Klammer angegeben. In Klammern ist zunächst das Symbol des Zentralatoms angegeben. Es folgen Formeln für anionische Liganden und dann für neutrale Liganden, alphabetisch nach ihrem Donoratom geordnet (siehe Kap. 14). Mehratomige Liganden werden in Klammern angegeben.

In den Namen komplexer Ionen werden zunächst Liganden angegeben. Sie sind in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt, ohne numerische Präfixe. Der Name des Komplexions endet mit dem Namen des Metalls, gefolgt von der entsprechenden Oxidationsstufe (in Klammern). In den Namen komplexer Kationen werden russische Metallnamen verwendet (Tabelle 4.14.) *. Die Namen komplexer Anionen verwenden die lateinischen Namen von Metallen mit der Endung -am.

In der Tabelle. 4.15 zeigt die Namen und Formeln einiger der häufigsten Liganden und in einer Tabelle. 4.16 – Namen komplexer Anionen einiger Metalle.

Die Struktur komplexer Verbindungen

Anziehungskräfte wirken nicht nur zwischen Atomen, sondern auch zwischen Molekülen. Die Wechselwirkung von Molekülen führt häufig zur Bildung anderer, komplexerer Moleküle. Beispielsweise gehen gasförmige Stoffe unter geeigneten Bedingungen in einen flüssigen und festen Aggregatzustand über, jeder Stoff ist in einem anderen Stoff zu einem gewissen Grad löslich. In all diesen Fällen wird eine gegenseitige Koordination der interagierenden Teilchen beobachtet, die definiert werden kann als Komplexierung. Der Grund für die Komplexbildung kann sowohl eine elektrostatische als auch eine Donor-Akzeptor-Wechselwirkung zwischen Ionen und Molekülen, zwischen Molekülen sein.

Die Grundlagen moderner Vorstellungen über die Struktur komplexer Verbindungen wurden 1893 vom Schweizer Chemiker Alfred Werner gelegt.

Komplexe Verbindungen - Hierbei handelt es sich um Verbindungen, die durch das Vorhandensein mindestens einer kovalenten Bindung gekennzeichnet sind, die nach dem Donor-Akzeptor-Mechanismus entstanden ist.

Im Zentrum jedes Komplexes befindet sich ein Atom, das Zentral- oder Atom genannt wird Komplexbildner. Als Atome oder Ionen werden direkt an das Zentralatom gebundene Atome bezeichnet Liganden. Die Zahl, die angibt, wie viele Liganden der Komplexbildner enthält, wird aufgerufen Koordinationsnummer. Es bilden sich der Komplexbildner und die Liganden innere Sphäre . Die innere Kugel wird durch eckige Klammern von der äußeren getrennt. Außerhalb des Komplexes befinden sich Ionen, deren Vorzeichen im Vergleich zur Ladung des Komplexes selbst entgegengesetzt ist – diese Ionen bilden den Komplex äußere Sphäre.

Zum Beispiel: K3

äusserlich innerlich

Kugel

Fe 3+ – Komplexbildner; CN – Ligand; 6 - Koordinationsnummer;

3- - Komplexion.

Nomenklatur komplexer Verbindungen

Für die Benennung komplexer Verbindungen wird ein komplexes System von Nomenklaturregeln verwendet.

1. Die Namen komplexer Verbindungen bestehen aus zwei Wörtern, die die innere und äußere Sphäre bezeichnen.

2. Geben Sie für die innere Sphäre Folgendes an:

Anzahl der Liganden;

Der Name des Liganden;

Zentralatom mit Wertigkeit.

3. Nach der internationalen Nomenklatur wird zuerst das Kation, dann das Anion genannt.

4. Wenn die Verbindung umfasst komplexes Kation, dann gegeben Russischer Name des Komplexbildnerelements.

5. Wenn die Verbindung umfasst komplexes Anion, dann der Komplexbildner mit der Endung wird der lateinische Name des Elements angegeben "-bei".

6. In neutralen Komplexen wird der Oxidationszustand des Zentralatoms nicht angegeben.

7. Die Namen der Liganden stimmen in den meisten Fällen mit den üblichen Stoffnamen überein. Anionischen Liganden wird das Suffix „-o“ hinzugefügt.

Zum Beispiel: CN - - Cyano, NO2 - - Nitro, CI - - Chlor, OH - - Hydroxo, H + -Hydro, O 2- - Oxo, S 2- - Thio, CNS - - Rhodano oder Ticyanato, C2O4 2- - Oxalato usw.

8. Liganden – neutrale Moleküle haben spezifische Namen:

Wasser – Aqua, Ammoniak – Amin, Kohlenmonoxid (II) – Carbonyl.

9. Die Anzahl der Liganden wird durch lateinische oder griechische Ziffern angegeben:

10. In Komplexen mit gemischten Liganden Anionische Liganden werden zuerst aufgeführt, gefolgt von molekularen. Wenn es mehrere verschiedene anionische oder molekulare Liganden gibt, werden diese alphabetisch aufgelistet.

Beispiele

CI – Diamminsilber(I)chlorid

K – Kaliumdicyanoargenat (I)

CI3 – Chlorpentaamminplatin (IV)-chlorid oder Chlorpentaamminplatintrichlorid

K – Kaliumpentachloramminplatinat (IV)

SO4 – Chlornitrotriaminplatin(II)sulfat.

K3- Hexacyanoferrat (III) Kalium,

- Trinitrotriamincobalt.

3. Klassifizierung von Komplexen.

Je nach Art der elektrischen Ladung werden kationische, anionische und neutrale Komplexe unterschieden. Die Ladung eines Komplexes ist die algebraische Summe der Ladungen seiner konstituierenden Teilchen.

kationisch Der Komplex entsteht durch Koordination um das positive Ion neutraler Moleküle (Н2О, NH3 usw.)

Es werden Verbindungen genannt, die Aminokomplexe (NH3) enthalten Ammoniak, mit Aquakomplexen (H2O) - spendet Feuchtigkeit.

als Komplexbildner in anionisch Der Komplex ist ein Atom mit einer positiven Oxidationsstufe (positives Ion), und die Liganden sind Atome mit einer negativen Oxidationsstufe (Anionen). Zum Beispiel: K2 – Kaliumtetrafluorberyllat (II).

Neutral Komplexe entstehen bei der Koordination von Molekülen um ein Atom sowie bei gleichzeitiger Koordination von negativen Ionen und Molekülen um ein positives Ionen komplexierendes Mittel. Zum Beispiel: - Dichlordiamminplatin (II). Elektrisch neutrale Komplexe sind komplexe Verbindungen ohne äußere Kugel.

Die Rolle eines Komplexbildners kann jedes Element des Periodensystems spielen. Nichtmetallische Elemente ergeben normalerweise anionische Komplexe. Metallische Elemente bilden Komplexe vom kationischen Typ.

Liganden. Verschiedene Komplexbildner können drei Arten von Liganden um sich herum koordinieren:

1. Liganden vom anionischen Typ – elementare und komplexe negativ geladene Ionen, zum Beispiel Hylid-, Oxid-, Hydroxid-, Nitrat-, Carbonationen usw.

2. Neutrale Liganden können polare Moleküle von Wasser, Ammoniak usw. sein.

3. Liganden vom kationischen Typ sind selten und koordinieren nur um negativ polarisierte Atome. Beispiel: ein positiv polarisiertes Wasserstoffatom.

Man nennt Liganden, die mit dem Zentralatom eine Bindung eingehen zweizähnig. Als Liganden werden Liganden bezeichnet, die in der Lage sind, drei oder mehr Bindungen mit einem Zentralatom einzugehen mehrzähnig. Als Komplexverbindungen werden zwei- und mehrzähnige Liganden bezeichnet Chelatkomplexe.

Gewöhnliche Liganden, die mit einem Metall eine Bindung eingehen, werden genannt einzähnig.

4. Dissoziation komplexer Verbindungen. Instabilitätskonstante.

Komplexe Verbindungen – Elektrolyte, die bei Dissoziation in wässrigen Lösungen komplexe Ionen bilden, zum Beispiel:

CI = + + CI -

Diese Dissoziation ist vollständig. Komplexe Ionen unterliegen wiederum einer sekundären Dissoziation.