錯体 (化学)について詳しく解説

導入

化学、より具体的には無機化学において、錯体は、陽イオン上の電子密度の一部を非局在化する分子またはイオンであるいくつかの配位子に囲まれた 1 つ以上の陽イオン (ほとんどの場合金属) で構成される多原子構造であり、化学物質を形成します。それと結びつきます。これらの錯体の形成、構造、反応性を説明する化学の下位区分は、有機金属化学 (錯体に金属 – 炭素結合がある場合) と配位化学(そうでない場合) です。

生物学における複合体に関する記事も参照してください。

命名法

リガンド名

アニオン性リガンド名は常に「o」で終わります

例:

F ⁻ : フッ素
Cl ^– : クロロ
Br ⁻ : ブロモ
I ⁻ : ヨード

中性リガンドの名前は、以下を除いて変更されません。

_H2O : アクア
NH ₃ : アミン
NO：ニトロシル
CO：カルボニル

リガンドの数は、モノ、ジ、トリ、テトラ、ペンタ、ヘキサなどの接頭辞によって指定されます。

形成された複合体の名前

配位子の数と性質、中心のイオン（または原子）の性質、そして括弧内に金属の酸化数を指定するローマ数字を書きます。

複合体の電荷が負の場合、語尾に「ate」を追加します。それ以外の場合は、金属の名前を書き留めます。

例:

[Ag(CN) ₂ ] ^– : ジシアノアルゲン酸イオン(I)
[Fe(H ₂ O) ₆ ] ²⁺ : ヘキサクアファー(II)イオン
[Fe(SCN)] ²⁺ : モノチオシアン酸鉄(III)イオン

複合体の幾何学的構造

調整番号

錯体の構造は、配位数 (配位子と中心原子間の結合 σ の数に等しい) に依存します。リガンドの配位数は 2 ～ 9 ですが、錯体には多数のリガンド (6 を超える) が含まれます。最も頻繁に使用される配位数は 4 と 6 です。金属-配位子の結合の数は、金属イオンのサイズ、電荷、および電子配置によって異なります。ほとんどのイオンは複数の配位数を受け入れることができるため、さまざまな幾何学形状を採用できます。

錯体の化学は、配位子の分子のsおよびp軌道と中心イオンの原子d (またはf ) 軌道の間の相互作用によって支配されます。金属のs 、 p 、およびd軌道は、合計18 個の電子を受け入れることができます ( fブロック要素の場合、この最大値は 32 電子に増加します)。したがって、最大配位数は金属の電子配置 (より具体的には、配位子と金属の σ 結合を生成できる空軌道の数) に依存します。ただし、有機化学のオクテット則とは異なり、18 電子則は絶対的なものではなく、多くの安定な錯体はこれを尊重しません。

錯体の配位数は、配位子と金属カチオンのサイズにも依存します。大きなカチオンの周りに小さな配位子があると、立体障害が低くなり、配位数が大きくなります。

例: [Mo(CN) ₈ ] ^4-

大きな配位子に囲まれた小さなカチオンは配位数が低くなります。

例: Pt[P(CMe ₃ ) ₃ ] ₂

3Dシリーズの遷移金属には、鉄、マンガン、亜鉛、銅などの生物学的に興味深い金属 (そして地球上で最も豊富に存在します) が含まれます。配位数は通常 4 ～ 6 です。サイズが大きいため、配位数は通常 4 ～ 6 です。、ランタニド、アクチニド、および4dおよび5dシリーズの遷移金属は、大きな配位数 (> 6) を持つ可能性があります。

さまざまな形状が可能

リガンドの空間配置は、錯体の配位数 (CN) に依存します。

ほとんどの構造では、さまざまなリガンドが配置される球の中心に金属イオンを配置します (その後、イオンとリガンドの距離が同一であるとみなします)。配位子と金属の軌道の重なりと配位子間の静電反発により、規則的な幾何学的構造が形成される傾向があります。金属錯体は、微細な電子的要因（ヤーン・テラー効果による歪みに関連する可能性がある）の場合を除き、 VSEPR 理論を尊重します。たとえば、Cu(II) や Ni(III) の場合は、多くの場合 8 面体形状になります。四角形の歪み (1 つの軸内の 2 つのリンクが他の 4 つのリンクよりも長いか短い) または正方形の平面 (無限に押し出された四角形の歪み) であり、これらは VSEPR理論によって予測される正準幾何学ではありません。障害のあるリガンドの配位による立体障害も、錯体の幾何学形状を変化させる可能性があります。

以下に、配位数 (NC) (または配位) に従って最も広く普及している構造のリストをグループ化しました。

NC = 2: 直線、
NC = 3:平面三角、
NC = 4: 四面体または正方形の平面図
NC = 5: 三角底の両錐形または四角錐の底面
NC = 6: 八面体または三角柱
NC = 7: 五角形の底面を持つ両錐形

多くの場合、実際の形状は理論的な構造から逸脱します。たとえば、錯体には異なるリガンドが含まれる可能性があります（イオンとリガンドの結合の長さは同一ではなくなり、構造は正多面体の構造ではなくなります）。リガンドのサイズによっては、過剰な立体圧により複合体の構造が変化する可能性があります。また、多座を持つ錯体の場合、金属への配位を確実にする電子二重項を運ぶ分子の構造が、配位の幾何学的要件と両立しない可能性があります（これにより錯体が歪むことになります）。