18-12-2012 koordinaciona jedinjenja.pdf

12
1 KOORDINACIONA JEDINJENJA Kompleksna jedinjenja Hemoglobin Citostatik [Co(NH 3 ) 4 Cl 2 ]Cl C C Co o o H H H 3 3 3 N N N H H H 3 3 3 N N N N N NH H H 3 3 3 N N NH H H 3 3 3 C C Cl l l C C Cl l l + + + C C Cl l l - - - 18 decembar 2012 Boja Oksidacioni broj Koordinacioni broj Biološka aktivnost Geometrija Farmakološka aktivnost Magnetna svojstva Šta je to interesantno u vezi kompleksa ? 3 Sadržaj predavanja 1. Osnovni pojmovi Centralni jon Ligand Donor atom Koordinacioni broj 2. Pisanje formula kompleksa 3. Nomenklatura kompleksa 4. Stabilnost kompleksa u vodenom rastvoru Konstanta stabilnosti (formiranja) Konstanta nestabilnosti (disocijacije) 5. Hemijske veze u kompleksima 4 Alfred Werner (1866-1919) 1893 : Teorija koordinacione hemije 1913 : Nobelova nagrada za hemiju

Upload: nebojsazec

Post on 01-Dec-2015

345 views

Category:

Documents


7 download

DESCRIPTION

12

TRANSCRIPT

Page 1: 18-12-2012 Koordinaciona jedinjenja.pdf

1

KOORDINACIONA JEDINJENJAKompleksna jedinjenja

Hemoglobin Citostatik

[Co(NH3)4Cl2]Cl

CCCCooooHHHH3333NNNN

HHHH3333NNNN NNNNHHHH3333

NNNNHHHH3333

CCCCllll

CCCCllll

++++

CCCCllll----

18 decembar 2012

Boja

Oksidacionibroj Koordinacioni

broj

Biološkaaktivnost

Geometrija

Farmakološkaaktivnost

Magnetnasvojstva

Šta je to interesantnou vezi kompleksa ?

3

Sadržaj predavanja

1. Osnovni pojmoviCentralni jonLigandDonor atom Koordinacioni broj

2. Pisanje formula kompleksa

3. Nomenklatura kompleksa

4. Stabilnost kompleksa u vodenom rastvoruKonstanta stabilnosti (formiranja)Konstanta nestabilnosti (disocijacije)

5. Hemijske veze u kompleksima

4

Alfred Werner (1866-1919)

1893 : Teorija koordinacione hemije

1913 : Nobelova nagrada za hemiju

Page 2: 18-12-2012 Koordinaciona jedinjenja.pdf

5

CuSO4

+ NH3

Misterija 19. veka

Cu2+ + SO42- + 4 NH3 → [Cu(NH3)4]2+ + SO4

2-

svetlo plav tamno plav

Zašto dolazi do reakcije između stabilnih jedinjenja kao što su CuSO4 i NH3 ?

6

K4[Fe(CN)6]CENTRALNI JON LIGAND

UNUTRAŠNJA SFERASPOLJAŠNJA SFERA

KOORDINACIONI BROJ

1. Osnovni pojmovi

Kompleksno (koordinaciono) jedinjenje

7

Primeri kompleksnih jedinjenja:

[Cu(NH3)4]SO4; [Fe(CO)5]; K2[Cu(CN)4]

• Unutrašnja sfera : [Cu(NH3)4]2+ [Fe(CO)5] [Cu(CN)4]2-

uključuje centralni jon i ligande

piše se u [ ] i naziva se: - koordinaciona sfera - kompleksni jon - koordinacioni kompleks- kompleks (IUPAC, 1990.)

• Spoljašnja sfera: SO42-, K+

prosti joni (udaljeni od centralnog jona)

8

� Centralni jon: graditelj kompleksa

Joni prelaznih metala• imaju nepopunjene (n-1)d - orbitale• akceptori elektronskih parova (Luisove kiseline)

Jedan centralni jon: mononuklearnikompleksi

[Ag(NH3)2]Cl, [Co(NH3)4Cl2]Cl

Više centralnih jona: polinuklearnikompleksi

NH2

NO2

Co

4+

Co (en)2(en)2

Page 3: 18-12-2012 Koordinaciona jedinjenja.pdf

9

� Ligandi: molekuli ili anjonidirektno vezani za jon metala

• sadrže slobodne elektronske parovepreko kojih se vezuju za centralni jon

• donori elektronskih parova (Luisove baze)

Najčešći neorganski ligandi: - NH3, H2O - halogenid joni (F-, Cl-, Br-, I-), OH-, CN-, SCN-

- S2O32-

Donor atom:atom u ligandupreko čijeg elektronskog para se ostvaruje veza između liganda i jona metala

Ako postoji više atoma u ligandu preko kojih može da se veže za metal (npr. :C≡N:-), donor

atom može biti naznačen u formuli [Fe(:CN)6]3-

10

Monodentatni ligandi:vezani za metal preko jednog donor atoma (NH3, CN-, S2O3

2-)

Bidentatni ligand Tridentatni ligand

etilendiamin (en) dietilentriamin (dien)

H2NCH2CH2

NH2 H2NCH2CH2

NH2

CH2CH2

NH

Polidentatni ligandi(helatni ligandi, helatni agensi):- vezuju se preko više od jednog donor atoma - organski molekuli

bi-, tri-, kvadri-, penta-, heksadentatni ligandi

:C≡N:- vezivanje preko C ili N (ali ne oba istovremeno)

:NH3 vezivanje samo preko N

Polidentatni ligandi

EDTA (etilen-diamino-tetra-sirćetna kiselina)

Porfirin12

- najčešće paran (2, 4, 6, 8) - može i neparan (3, 5, 7)

koordinacioni broj 6: Fe2+, Fe3+, Ni2+, Co3+

koordinacioni broj5: Fe

koordinacioni broj 4: Cu2+

koordinacioni broj 2: Ag+

� Koordinacioni broj: broj donor atomavezanih za metalni jon

Page 4: 18-12-2012 Koordinaciona jedinjenja.pdf

13

[Cu(NH3)4]2+

Centralni jon: Cu2+ (koordinacioni broj 4)

Ligand: NH3 (monodentatni ligand)

Primer 1 :

Cu 2+

NH3

NH3H3N

H3N

2+

14

Helati: kompleksi u čiji sastav ulaze polidentatni ligandi

→ stabilni (helatni efekat)

Cu

N

N

N

CH2

CH2

H2C

H2C

H H

HH

H H

HH

2+

N [Cu(en)2]2+

Koordinacioni broj ne mora da bude jednak broju liganada !!!

Centralni jon: Cu2+ (koordinacioni broj 4)

Ligand: H2N-CH2-CH2-NH2 (bidentatni ligand)

Primer 2:

15

2. Pisanje formula kompleksnih jedinjenja

+2 +2Kompleksni jon: [Cu(NH3)4]2+ [Cu(CN)4]2-

- simbol metalnog jona piše se pre simbola liganda

- naelektrisanje kompleksnog jona jednako je zbiru naelektrisanja metalnog jona i naelektrisanja liganada

Kompleksno jedinjenje: prvo katjon, pa anjon

[Cu(NH3)4]SO4

K2[Cu(CN)4]

16

+1[Ag( )2]

+1[Ag( )2] [Ag(NH3)2]Cl[Ag(NH3)2]+

K[Ag(CN)2][Ag(CN)2]-

+1[Ag( )2] [Ag(S2O3)2]3- Na3[Ag(S2O3)2]

Napisati formule kompleksnih jedinjenja ako je centralni jon Ag+

(koordinacioni broj 2), a ligandi: a) NH3, b) CN-, c) S2O32-

Primer 3:

a)

b)

c)

AgCl, AgNO3

KCN Na2S2O3

Page 5: 18-12-2012 Koordinaciona jedinjenja.pdf

17

3. Nomenklatura kompleksnih jedinjenja

+2 +2

[Cu(NH3)4]SO4 K2[Cu(CN)4]tetraamminbakar(II)-sulfat kalijum-tetracijanokuprat(II)

• Naziv katjona ispred naziva anjona

• Kompleksni jon:

- prvo se označavaju ligandi (po abecednom redu)

- a zatim metalni jon

18

Ligandi:

Nazivi anjonskih liganada se završavaju sa o

a) Ligand čije se ime završava na id → oCl- hlorid → hloro

b) Ligand čije se ime završava nait → ito, at → atoNO2

- nitrit → nitritoS2O3

2- tiosulfat → tiosulfato

c) Nazivi molekulskihliganada se ne menjajuIzuzetak su:

H2O akvaCO karbonilNO nitrozilNH3 ammin

19

Broj istih liganada u kompleksu označava se prefiksom:

2 3 4 5 6

di tri tetra penta heksa

bis tris tetrakis pentakis heksakis

dva molekula etilendiamina :dietilendiamin

dva CN- jona : dicijano

dva molekula H2O : diakva

↓bis(etilendiamin)

20

Centralni jon:

a) u anjonskom kompleksudobija nastavak – at

Aluminijum → aluminatHrom → hromatKobalt → kobaltatSrebro → argentatBakar → kupratOlovo → plumbatGvožđe → feratNikal → nikolat

b) u neutralnom ili katjonskomkompleksu -nema promena

Oksidacioni brojmetala u kompleksu → rimskim brojemu zagradi posle naziva metala

Page 6: 18-12-2012 Koordinaciona jedinjenja.pdf

21

K3[CoCl6] kalijum-heksahlorokobaltat(III)↑↑ ↑ ↑ ↑

b e z r a z m a k a

[Ag(NH3)2]Cl diamminsrebro(I)hlorid

[Co(NH3)4Cl2]Cl tetraammindihlorokobalt(III) hlorid

Kompleksno jedinjenje:1. katjon2. anjon

Kompleksni jon1. broj liganada 2. naziv liganda (po abecednom redu) 3. naziv metala (zavisi od naelektrisanja kompleksnog jona)4. oksidacioni broj metala

Nomenklatura kompleksa – sažeto

22

4. Sabilnost kompleksa u vodenom rastvoru

Disocijacija u vodenom rastvoru:

Na[Ag(CN)2] → Na+ + [Ag(CN)2]- I stupanj

[Ag(CN)2]- Ag + + 2 CN- II stupanj

23

• Konstante stabilnosti (formiranja) kompleksa (K st ; K f)

43

2

243

st ]][NH[Cu

])[Cu(NHK +

+

=

Kst ili βn - ukupna (opšta, kumukativna) konstanta stabilnosti ( n - broj liganada )

Veća vrednost Kst →→→→ stabilniji kompleks

(ββββ4 )

Cu2+ + 4 NH3 [Cu(NH3)4]2+

Reakcija formiranja kompleksa:

24

Cu2+ + NH3 [Cu(NH3)]2+

[Cu(NH3)]2+ + NH3 [Cu(NH3)2]

2+

[Cu(NH3)2]2+ + NH3 [Cu(NH3)3]

2+

[Cu(NH3)3]2+ + NH3 [Cu(NH3)4]

2+]][NH)[Cu(NH

])[Cu(NHK

32

33

243

st(4) +

+

=

]][NH)[Cu(NH

])[Cu(NHK

32

3

223

st(2) +

+

=

]][NH)[Cu(NH

])[Cu(NHK

32

23

233

st(3) +

+

=

]][NH[Cu

])[Cu(NHK

32

23

st(1) +

+

=

Kst = β4 = Kst(1) ⋅Kst(2) ⋅Kst(3) ⋅Kst(4)

Pojedinačne (sukcesivne) konstante stabilnosti

Ukupna i pojedinačne konstante stabilnosti

Page 7: 18-12-2012 Koordinaciona jedinjenja.pdf

25

• Konstante nestabilnosti (disocijacije) kompleksa(Knst ; Kd)

(u starijoj literaturi)

Recipročna vredost konstante stabilnosti:st

nst K

1K =

Veća vrednost Knst → kompleks nestabilniji (manje stabilan)

[Cu(NH3)4]2+ Cu2+ + 4 NH3 ])[Cu(NH

]][NH[CuK 2

43

43

2

nst +

+

=

Reakcija disocijacije kompleksa:

26

K st

27

K st K nst

28

5. Hemijske veze u kompleksima

- Veze između kompleksnog jona i jona u spoljašnjoj sferi : jonske

- Veze između centralnog jona i liganada:koordinativne (kovalentne)

zasnivaju se na donorsko-akceptorskom mehanizmu

( WERNER: sporedne valence )

Tumačenje nastajanja veza između centralnog jona i liganada:

• Teorija valentne veze• Teorija ligandnog polja

Page 8: 18-12-2012 Koordinaciona jedinjenja.pdf

29

Teorija valentne veze: vezivanjem liganada za centralne jone nastaju kompleksni joni čija je elektronska konfiguracija jednaka (ili bliska) elektronskoj konfiguraciji atoma plemenitih gasova

� Fe2+ + 6 CN- → [Fe(CN)6]4-

3d 4s 4p

Kr

Fe

Fe2+

3d d2sp3

6 CN-

[[[[Fe(CN)6]]]]4-

3d10 4s2 4p6

3d6 4s2

3d6

30

� Fe3+ + 6 CN- → [Fe(CN)6]3-

Fe3+

3d d2sp3

6 CN-

3d 4s 4p

[Fe(CN)6]3-

Diamagnetici: svi elektroni spareni ([Fe(CN)6]4-)

Paramagnetici: sadrže nesparene elektrone ([Fe(CN)6]3-)

Fe 3d6 4s2

3d5

31

[ PtII(NH3)2Cl2] + 2H2O [ PtII(NH3)2(H2O)2]2+ + 2Cl-

Cl-

Cl

Pt

Cl

H3N NH3

(NaCl)

Cisplatina (citostatik)

[Cl-] van ćelije= 100 mM [Cl-] unutarćelije = 3 mM

U vodenoj sredini:

[ PtII(NH3)2Cl2] [ PtII(NH3)2(H2O)2]2+

nepolaran, lakše prolazi krozćelijsku membranu lakše se vezuje za DNK

Diammindihloroplatina(II) - ravnoteže u vodenom rastvoru

aktivan oblik

32

H2O

Pt

OH2

H3N NH3

2+

Ciljno mesto DNK – atomi azota koji nisu uključeni u vodonične veze

negativno naelektrisanje

Page 9: 18-12-2012 Koordinaciona jedinjenja.pdf

33

ZA UVEŽBAVANJE GRADIVA

34

Centralni jon(graditelj kompleksa): akceptor elektrona, Luisova kiselina

najčešće: joni prelaznih metala (Cu2+, Ag+, Fe2+, Fe3+, Zn2+, Co2+, Co3+)

Ligand:donor elektrona, Luisova baza- molekuli (H2O, NH3, organski molekuli) - anjoni (Cl-, Br-, I-, OH-, CN-, S2O3

2- ....)

Koordinacioni broj: broj donor atoma vezanih za metal

najčešće: paran broj (2, 4, 6)

Donor atom:atom u ligandu preko čijeg elektronskog para se ostvaruje veza između liganda i jona metala

KLJUČNI TERMINI

35

NCH2 CH2

H HN

HH ....

- monodentatni ligandi (mogu da se vežu za metal samo preko jednog donor atoma)

- polidentatni ligandi (istovremeno mogu da se vežu za metal preko više od jednog donor atoma)

(bidentatni)

Ligandi i donor atomi

NH3, CN-, S2O32-

Helati: kompleksi sa polidentatnim ligandimaGeneralna osobina: velika stabilnost

KLJUČNI TERMINI

vezivanje samo preko N

vezivanje preko C ili N (ali ne oba istovremeno)

36

“Čitanje” tabela konstanti stabilnosti i nestabilnosti kompleksa

Veća vrednost Kst → stabilniji kompleks

Veća vrednost Knst → manje stabilnan kompleks

K st K nst

stnst K

1K =

Page 10: 18-12-2012 Koordinaciona jedinjenja.pdf

37

NCH2 CH2

H HN

HH ....

N H

H

H

• Napisati formule kompleksa u kojima je centralni jon Cu2+

(koordinacioni broj 4), a ligandi: a) amonijak b) etilendiamin (en)

monodentatni ligand

bidentatni ligand

[Cu(NH3)4]2+

[Cu(en)2]2+

Cu

N

N

N

CH2

CH2

H2C

H2C

H H

HH

H H

HH

2+

N

Cu

N

N

N

N

2+

a)

b)

38

Naziv: tetraamminbakar(II) jon

Koordinacioni broj bakra: 4

Oksidacioni broj bakra: +2

Centralni jon: Cu2+

Ligand: NH3

Broj liganada: 4

Luisova kiselina: Cu2+

Luisova baza: NH3Donor atom: N

Naziv: bis(etilendiamin)bakar(II) jon

Koordinacioni broj bakra: 4

Oksidacioni broj bakra: +2

Centralni jon: Cu2+

Ligand: etilendiamin

Broj liganada: 2

Luisova kiselina: Cu2+

Luisova baza: etilendiamin

Donor atom: N

[[[[Cu(NH3)4]]]]2+ [Cu(en)2]2+

39

1. Napisati formule i nazive kompleksa u kojima je:

a) Centralni jon Co3+ (koordinacioni broj 6), a ligand NH3

b) Centralni jon Pb2+ (koordinacioni broj 4), a ligand OH-

c) Centralni jon Cu2+ (koordinacioni broj 4), a ligand CN-

d) Centralni jon Cu2+ (koordinacioni broj 4), a ligand NH3

e) Centralni jon Fe2+ (koordinacioni broj 6), a ligand CN-

f) Centralni jon Fe3+ (koordinacioni broj 6), a ligand CN-

40

2. Za kompleksni jon[CoCl6]3- popuniti sledeće podatke:

Naziv: _________________________________________

Koordinacioni broj kobalta: ________________________

Oksidacioni broj kobalta: __________________________

Graditelj kompleksa (centralni jon): _________________

Ligand: ________________________________________

Luisova kiselina: ________________________________

Luisova baza: ___________________________________

Page 11: 18-12-2012 Koordinaciona jedinjenja.pdf

41

Naziv: ________________________________________

Koordinacioni broj srebra: ________________________

Oksidacioni broj srebra: __________________________

Graditelj kompleksa (centralni jon): _________________

Ligand: _______________________________________

Luisova kiselina: _______________________________

Luisova baza: __________________________________

3. Za kompleksni jon [Ag(S2O3)2]3- popuniti sledeće podatke:

42

4. Za heksacijanoferat(III) jon napisati

Formulu: ____________________________________

Koordinacioni broj gvožđa: _____________________

Oksidacioni broj gvožđa: _______________________

Graditelj kompleksa (centralni jon): ______________

Ligand: _____________________________________

Luisovu kiselinu: _____________________________

Luisovu bazu: ________________________________

43

5. Za tetraamminbakar(II) jon napisati

Formulu: ____________________________________

Koordinacioni broj bakra: ______________________

Oksidacioni broj bakra: ________________________

Luisovu kiselinu: _____________________________

Luisovu bazu: ________________________________

Graditelj kompleksa (centralni jon): _______________

Ligand: _____________________________________

44

6. Za kalijum-heksacijanoferat(II) napisati

Formulu: ___________________________________

Koordinacioni broj gvožđa: ____________________

Oksidacioni broj gvožđa: ______________________

Luisovu kiselinu: ____________________________

Luisovu bazu: _______________________________

Graditelj kompleksa (centralni jon): ______________

Ligand: ____________________________________

Page 12: 18-12-2012 Koordinaciona jedinjenja.pdf

45

7. Jednačinama prikazati disocijaciju Na[Ag(CN)2] u vodenom rastvoru

8. Jednačinom prikazati formiranje kompleksa [Ag(NH3)2]+ i izraz za konstantu stabilnosti

46

9. Na osnovu date tabele odgovoriti koji kompleks je stabilniji u vodenom rastvoru:

a) [Cu(NH3)4]2+ ili [Cu(CN)4]2-

b) [Cu(NH3)4]2+ ili [Zn(NH 3)4]2+

K st

47

10. Ligand u kompleksu je:a) donori elektronskog parab) akceptori elektronskog para

11. Graditelj kompleksa je:a) donor elektronskog parab) akceptor elektronskog para

12. Kompleks [Co(NH3)4Cl2]Cl je:a) mononuklearanb) polinuklearan

48

+2[Fe(CN)6]

4-

Napisati: A B

Graditelj kompleksa: ____ ____Koordinacioni broj gvožđa: ____ ____Oksidacioni broj gvožđa: ____ ____Broj liganada: ____ ____

13. Dati su sledeći kompleksi gvožđa:

A) B)