1

โครงการจดต �งภาควชาเคม

คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร

มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

วทยาเขตกาแพงแสน

สารประกอบเชงซอนของธาตแทรนซชน

สารประกอบเชงซอน (Complex Compounds) หรอสารประกอบโคออดเนชน (Coordinate compounds)ประกอบดวยอะตอมกลาง(โลหะแทรนซชน) สรางพนธะโคออรดเนตโควาเลนตกบลแกนด

[Pt(NH3)2Cl2 ] Diamminedichloroplatinum(II)[Co(NH3)5Cl]Cl2 Pentaamminecobalt(III) chlorideK4 [Fe(CN)6 ] Potassium hexacyanoferrate(II)

2

สารเชงซอน ประกอบดวย

3

ลแกนด (Ligand) คอ ไอออนหรอโมเลกลท�ลอมรอบอะตอมกลาง เปนสารท�มอะตอมของธาตท�มอเลกตรอนคอสระอย เชน F-, Br-, OH-, SCN-, S2-

,CO, NH3, H2O เปนตน

พนธะระหวางลแกนด และอะตอมกลางเปนพนธะโคออรดเนตโคเวเลนต (ใชคอเลกตรอนของลแกนด สรางพนธะ)

4

เลขโคออรดเนชน (coordination number) คอจานวนลแกนดท�ลอมรอบโลหะแทรนซชนท�เปนอะตอมกลาง มคาต �งแต 2 ถง 8 ท�พบบอย คอ 2, 4 และ 6 ข �นกบชนดของลแกนดและส�งแวดลอม

[AgCl2] เลขโคออรดเนชนเปน 2

[Ni(NH3)4]2 เลขโคออรดเนชนเปน 4

[CoCl6]3 เลขโคออรดเนชนเปน 6

[Co(en)2Cl2] เลขโคออรดเนชนเปน 6

[Co(en)3]3

5

ไอออนเชงซอน (complex ion) คอ สารท�เกดจากไอออนลบ (anions) หรอโมเลกลท�เปนกลางไมมประจจานวนหน�ง หรอมากกวาน�นมาสรางพนธะเคมกบไอออนกลางของโลหะ•ไอออนเชงซอนม 2 ชนดคอ -ไอออนบวก [Cu(NH3)4]

2+

-ไอออนลบ [CoCl4(NH3)2]

6

2

ลแกนดการเรยกช�อกลมของลแกนดจาแนกตามลกษณะการสรางพนธะกบ

อะตอมกลาง โดยดจากจานวนอะตอมท�ใหคอเลกตรอน(donor atom) ในการสรางพนธะ ดงน �

1. ยนเดนเทต (unidentate) หรอ มอนอเดนเทต (monodentate)

มจานวนอะตอมท�ใหคอเลกตรอน 1 อะตอม

2. ไบเดนเทต (bidentate) ลแกนด หรอ ไดเดนเทต (didentate) ลแกนด มจานวนอะตอมท�ใหคอเลกตรอน 2 อะตอม

3. พอลเดนเทต (polydentate) หรอมลตเดนเทต (multidentate) ลแกนดมจานวนอะตอมผใหหลายอะตอม

7

พอลเดนเทตลแกนดท�สรางพนธะกบโลหะแลวทาใหเกด วงแหวน (ring)ลกษณะดงรป เรยกลแกนดน�นวาเปน คเลตง(chelating) ลแกนด

8

Monodentate ligands

Water

HO

H HN

HH

Ammonia

:C O:

Carbon monoxide

:C N:-Cyanide ion

C N::S-

Thiocyanate ion

:O H-

Hydroxide ion

F -Fluoride ion

Cl -Chloride ion

Br -Bromide ion

I -

Iodide ion

9

Hexadentate ligands

CH2 CH2

NH2 NH2

Ethylenediamine (en)

CH2 C

NH2 :O:

O

-

Glycinate ion (gly)

C C

:O: :O:

OO

--

Oxalate ion

Bidentate ligands

:N CH2 CH2 N:

CH2

CH2

C

C O:

O

O:

O

CH2

CH2C

C

O

:O

O

:O

-

-

-

-

-

Ethylenediaminetetraacetate (EDTA)10

รปทรงเรขาคณตของสารเชงซอน

เสนตรง ทรงส�หนา จตรสระนาบ ทรงแปดหนา2 4 4 6

11

ตวอยางโครงสรางของไอออนเชงซอน

12

3

ธาตแทรนซชนและสารเชงซอนของธาตแทรนซชน

ธาตแทรนซชน สารเชงซอนของธาตแทรนซชน

เปนโลหะทกธาต และมความสามารถเปนตวรดวสได

มอะตอมหรอไอออนของธาตแทรนซชนอยตรงกลางและมไอออน อะตอม หรอโมเลกล มาลอมรอบโดยสรางพนธะโคเวเลนตระหวางกน

มการจดเรยงอเลกตรอนเพ�มเขาไปในระดบพลงงานช�นในท�อยตดกบระดบพลงงานนอกสด

อาจเปนไอออนบวก ไอออนลบ หรอเปนกลางกได

บางธาตมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 1 (Cr, Cu) และบางธาตมเวเลนซอเลกตรอนเทากบ 2 และเม�อเปนสารประกอบจะมเลขออกซเดชนหลายคา

มกมส และถาเลขออกซเดชนของธาตแทรนซชนเปล�ยน สจะเปล�ยน

มขนาดอะตอมใกลเคยงกนภายในกลม แตเลกกวาโลหะหม IA และ IIA ในคาบเดยวกน

ธาตแทรนซชนชนดหน�งอาจเกดเปนสารประกอบท�มองคประกอบเหมอนกนไดมากกวา 1 ชนด แตละชนดจะมสแตกตางกนข �นอยกบชนด และจานวนโมเลกล อะตอม หรอไอออน ท�มาลอมรอบ 13

สารเชงซอนของธาตแทรนซชน

14

ไอออนของโลหะแทรนสชนมกเกดสารเชงซอนกบลแกนดไดงาย เชน H2O เปน [M(H2O)6]

n+ และเกดส M n ส M n สSc 3 ไมม Fe 3 มวงออนTi 3 มวงออน 2 เขยวออนV 3 เขยวออน Co 2 ชมพ

2 มวงออน Ni 2 เขยวCr 3 มวงออน Cu 2 น �าเงน

2 ฟา Zn 2 ไมมสMn 2 ชมพออน

สารเชงซอนของธาตแทรนซชน

15

ตารางแสดงสารประกอบเชงซอนบางชนดและไอออนองคประกอบ

สารประกอบเชงซอน

ไอออนบวก ไอออนลบ สของสารประกอบ

KMnO4 K+ [MnO4]- มวงแดง

K2MnO4 K+ [MnO4]2- เขยว

PbCrO4 Pb2+ [CrO4]2+ เหลอง

K3[Fe(CN)6] K+ [Fe(CN)6]3- สมแดง

Cu[(NH3)4SO4] [Cu(NH3)4]2+ [SO4]

2- คราม

Cu[(H2O)5SO4] [Cu(H2O)5]2+ [SO4]

2- น �าเงน

สารเชงซอนของธาตแทรนซชน

16

สของสารประกอบของโครเมยมและแมงกานสไอออน

Cr

CrO42

+ O2(g)

สเหลอง

+6

H+ OH

Cr2O72

สสม

+6+ H2O2

Cr3+

สเขยว

H+

Cr2+

สน�าเงน

S2

17

Mn

MnO2

สดา

+4

NaOH

MnO42-

สเขยว

+6

Mn2+ สชมพออน

H+

MnO4

สมวงแดง

+7

H+ กบ

S2

Mn(OH)3

OH

สน�าตาล+3

18

4

TM Formula of Hydroxide Precipitate Colour Excess NaOHExcess

Ammonia

Cr Cr(OH)3 green [Cr(OH)6]3-(aq)

Mn Mn(OH)2 cream

Fe Fe(OH)2 green

Fe(OH)3 red/brown

Co Co(OH)2 light blue

Ni Ni(OH)2 green [Ni(NH3)6]2+(aq)

Cu Cu(OH)2 blue Cu(NH3)4]2+(aq)

Zn Zn(OH)2 white [Zn(OH)4]2-(aq) [Zn(NH3)4]

2+(aq)

สารประกอบเชงซอนของธาตแทรนซชน

19

การเขยนสตรสารประกอบเชงซอน

[Metal Anionic .. Neutral..]+

ligand

เรยงตามลาดบอกษรของสญลกษณ

(CN EDTA F NO2) (CO en H2O NH3)

[CoCl(NO2)(NH3)4]+

[Cr(SO4)(NH3)].SO4

Na[Fe(CN)2(C2O4)2]

cyanato

oxalato

20

การเรยกช�อสารเชงซอน

1. สารเชงซอนเรยกช�อไอออนบวกกอนตามดวยไอออนลบ Na3[Cr(NO2)6] sodium hexanitrochromate(III) [Ag(NH3)2]Cl diamminesilver(I) chloride

2. การเรยกช�อไอออนเชงซอน ใหเรยกช�อลแกนดกอนแลวตามดวยช�อของไอออนของธาตแทรนซชน

[Ag(NH3)2]Cl NH3 เปน ลแกนด

21

การเรยกช�อลแกนด 1) ไอออนลบท�ลงทายดวย -ide เปล�ยนเปน -o

ไอออนลบ ช�อท�วไป ช�อเม�อเปนลแกนด

Cl chloride chloro

Br bromide bromo

I iodide Iodo

O2 oxide oxo

OH hydroxide hydroxo

22

ไอออนลบ ช�อท�วไป ช�อเม�อเปนลแกนด

CO32 carbonate carbonato

S2O32 thiosulfate thiosulfato

SCN thiocyanate -thiocyanato (เกดพนธะท� S)

thiocyanate -isothiocyanato (เกดพนธะท� N)

NO2 nitrite -nitrito (เกดพนธะท� O)

nitrite -nitro (เกดพนธะท� N)

C2O42 oxalate oxalato

EDTA Ethylenediaminetetraacetate Ethylenediaminetetraacetato

2) ไอออนลบท�ลงทายดวย –ite หรอ –ate เปล�ยนเปน –ito , –ato

23

ลแกนด ช�อเม�อเปนลแกนด

H2NCH2CH2NH2 (en) ethylenediamine

CH2=CH2 ethylene

(C6H5)3P triphenylphosphine

C6H5 phenyl

C5H5N pyridine

EDTA trifluorophosphine

O2 dioxygen

3) ลแกนดท�เปนกลาง เรยกช�อเหมอนกบโมเลกลท�เปนกลาง

24

5

ยกเวน

ลแกนด ช�อเม�อเปนลแกนด

H2O aqua

NH3 ammine

CO carbonyl

25

3. ถาสารประกอบเชงซอนมลแกนดชนดเดยวกนมากกวาหน�ง ใหบอกจานวนท�ซ �ากนไวหนาช�อลแกนดดวยภาษากรก

การเรยกช�อสารประกอบเชงซอน

จานวนลแกนดท�ซ �ากน เรยก polydentate

2 di bis

3 tri tris

4 tetra tetrakis

5 penta -

6 hexa -

26

4. การเรยกช�อโลหะหรออะตอมกลาง 1) โลหะในไอออนเชงซอนท�มประจบวกและในสารเชงซอนท�

ไมมประจ เรยกช�อโลหะตามช�อของธาตน�น และใสเลขออกซเดชนไวในวงเลบตอจากช�อโลหะดวยเลขโรมน

[Ag(NH3)2]Cl --> ใหเรยก Ag+ วา silver(I)

2) ไอออนเชงซอนมประจลบ เรยกช�อโลหะตามช�อของธาต โดยเปล�ยนคาลงทายเปน –ate และใสเลขออกซเดชนไวในวงเลบตอจากช�อโลหะ ดวยเลขโรมน

27

โลหะ ช�อโลหะ ช�อโลหะในไอออนเชงซอนท�มประจลบ

AlCrMnNiCoZnMoW

aluminiumchromium

manganesenickelcobaltzinc

molybdenumtungsten

aluminatechromate

manganatenickelatecobaltatezincate

molybdatetungstate

ตวอยางช�อโลหะในไอออนเชงซอนมประจลบ

28

ธาต ช�อโลหะ ช�อโลหะในไอออนเชงซอน

ภาษาองกฤษ ภาษาละตน ท�มประจเปนลบ

FeCuPbAgAuSn

ironcopperleadsilvergoldtin

ferrumcuprum

plumbumargentum

aurumstannum

ferratecuprate

plumbateargentate

auratestannate

3) โลหะบางชนดในไอออนเชงซอนท�มประจลบ ใหเรยกช�อเปนภาษาละตน ลงทายดวย –ate

5. ในกรณท�สารประกอบเชงซอนน�นมลแกนดหลายชนด ใหเรยกช�อลแกนดท�มประจลบกอน ตามดวยลแกนดท�เปนกลาง และลแกนดท�มประจบวกไวทายสด

6

5. ในกรณท�สารประกอบเชงซอนน�นมลแกนดหลายชนด ตามระบบ iupac ใหอานเรยงตามลาดบตวอกษรภาษาองกฤษตวแรกของช�อลแกนด (a z)

การเรยกช�อสารประกอบเชงซอน

- ม space ระหวาง cation และ anion เทาน �น (นอกน�นไมตองม space) ตองเขยนเปนอกษรตวเลกท �งหมด

31

ตวอยางการเรยกช�อสารเชงซอน

- [Co(H2O)6]2+ = Hexaaquacobalt(II) ion

- [CoCl6]3- = Hexachlorocobaltate(III) ion

- [Co(NH3)4Cl2]+ = Tetraamminedichlorocobalt(III) ion

- [Co(en)3]Cl3 = Tris(ethylenediamine)cobalt(III) chloride- [Ni(CN)4]

2- = Tetracyanonickelate(II) ion- [Ag(NH3)2]

+ = Diamminesilver(I) ion- [Ag(CN)2]

- = Dicyanoargentate(I) ion

- [Cr(NH3)3Cl3] = Triamminetrichlorochromium(III)

- Na3[Cr(NO2)6] = Sodium hexnitrochromate(III)

32

ตวอยางการเรยกช�อสารเชงซอน

- [Ag(NH3)2]Cl = Diamminesilver(I) chloride

- [Cu(NH3)4]SO4 = Tetraamminecopper(II) sulfate

- [Co(NH3)6]Cl3 = Hexaamminecobalt(III) chloride

- [Co(NH3)5Cl]Cl2 = Pentaamminechlorocobalt(III) chloride

- [Co(NH3)4Cl2]Cl = Tetraamminedichlorocobalt(III) chloride

- [Co(NH3)4Cl2]+ = Tetraamminedichlorocobalt(III) ion

- [Pt(NH3)3Br]Cl = Triamminebromoplatinum(II) chloride

- [Pt(NH3)BrCl(CH3NH2)] = Amminebromochloromethylamineplatinum(II)

33

- K3[Fe(CN)6] = Potassium hexacyanoferrate(III)

- K3[CoF6] = Potassium hexafluorocobaltate(III)

- K2[Co(NH3)2Cl4] = Potassium diamminetetrachlorocobaltate(II)

- [Co(en)2Cl2]F = Dichlorobis(ethylenediamine)cobalt(III) fluoride

- [Fe(bipy)3]Cl2 = Tris(bipyridine)iron(II) chloride

- [Fe(en)2(NO2)2]2SO4= Bis(ethylenediamine)dinitroiron(III)sulfate

ตวอยางการเรยกช�อสารเชงซอน

34

สารประกอบเชงซอน ไอออนบวก ไอออนลบ เลขโคออรดเนชน อานช�อ

K3[Fe(CN)6]

[Cu(NH3)4]SO4

[Cr(H2O)4Cl2]ClO4

Na3[Cr(NO2)6]

Fe2[Fe(CN)6]

[Ni(NH3)6]Br2

...................

...................

...................

...................

...................

...................

....................

....................

....................

....................

....................

....................

..............................

..............................

..............................

..............................

..............................

..............................

......................

......................

......................

......................

......................

......................

ตวอยาง การเรยกช�อสารเชงซอน

35

ไอโซเมอรของสารเชงซอน

Structural isomerism: สตรโมเลกลเหมอนกน แตโครงสรางแตกตางกน หรอ มการเกดพนธะท�แตกตางกน

Stereoisomerism: สตรโมเลกลเหมอนกน และมโครงสรางเหมอนกน แตมการจดเรยงตวของตาแหนงลแกนด แตกตางกน เชน มการจดเรยงตวตามรปทรงเรขาคณต

สารประกอบตางชนดท�มสตรโมเลกลเหมอนกน แตสตรโครงสรางตางกน

36

7

Isomers(same formula but different properties)

Stereoisomers(same bonds, differentspatial arrangements)

Structuralisomers

(different bonds)

• coordination isomer• ionization isomer• hydrate isomer• linkage isomer

• Geometric isomer• Optical isomer

ไอโซเมอรของสารเชงซอน

37

1. โคออรดเนชนไอโซเมอร (coordination isomer)

=> สารประกอบท�มแคตไอออนและแอนไอออนเชงซอน ซ�งท �งสองไอออนสามารถแลกเปล�ยนตาแหนงกนได

เชน [Co(NH3)6][Cr(CN)6] และ [Co(CN)6][Cr(NH3)6]

[Cr(NH3)6][Cr(SCN)6] และ[Cr(NH3)4(SCN)2][Cr(NH3)2(SCN)4]

Structural isomerism

38

2. ไอออไนเซชนไอโซเมอร (ionization isomer)

เปนไอโซเมอรท�เกดการแตกตวเปนไอออนตางกนหรอจากการสลบท�ของลแกนดกบไอออนท�อยนอก complex ion

เชน [Cr(NH3)5Br]SO4 และ [Cr(NH3)5SO2]Br

[Pt(NH3)3Br]NO2 และ [Pt(NH3)3NO2]Br

ในสารละลายแตกเปนไอออน

• [Cr(NH3)5Br]SO4 [Cr(NH3)5Br]2+ + SO42

• [Cr(NH3)5SO2]Br [Cr(NH3)5SO2] + + Br

Structural isomerism

BaCl2 ไอออนใดเกดตะกอน ?39

3. ไฮเดรตไอโซเมอร (hydrate isomer)

เปนไอโซเมอรท�เกดจากการแตกตวของน �า สารเชงซอนมสตางกน เชน

[Cr(H2O)6]Cl3, violet

[CrCl(H2O)5]Cl2∙H2O, blue-green

[CrCl2(H2O)4]Cl∙2H2O, dark green

[CrCl3(H2O)3]∙3H2O, yellow green

Structural isomerism

40

4. ไอโซเมอรพนธะ (linkage isomer)

=> เปนไอโซเมอรท�เกดจากสารประกอบเชงซอนท�มลแกนดซ�งสามารถเกดพนธะเคมกบอะตอมของโลหะไดหลายแบบ

เชน

Structural isomerism

41

[Co(NH3)5(NO2)]2+ และ [Co(NH3)5(ONO)]2+

Nitrito ligand

Nitro ligand

Yellow compound with Co-NO2 bond

Red compound with Co-ONO bond

ไอโซเมอรพนธะ (linkage isomer)

42

8

Stereoisomers1. ไอโซเมอรเชงเรขาคณต (Geometrical isomerism): เปนไอโซเมอรท�มองคประกอบเหมอนกนแตมการ

จดเรยงตวของตาแหนงลแกนดตางกน คอ cis-isomer(ลแกนดท�เหมอนกนอยตดกน หรอดานเดยวกน) และ trans-isomer (ลแกนดท�เหมอนกนอยตรงกนขาม)

เชน

43

cis-[Co(NH3)4Cl2]+ (purple)

trans-[Co(NH3)4Cl2]+ (green)

Geometric Isomers of [Co(NH3)4Cl2]Cl

44

2. ไอโซเมอรเชงแสง (optical isomerism): เปนไอโซเมอรท�เปนภาพในกระจกซ�งกนและกน (mirror

image) ไมสามารถนามาซอนทบกนสนทได (superimposable) และหมนระนาบของแสงโพลาไรซได

Stereoisomers

45

ท �งสองสารเปนภาพในกระจกซ�งกนและกน เรยกแตละสารวา

chiral structures และเรยกวาค Enantiomersไมมระนาบสมมาตร (plane of symmetry)

โครงสราง ภาพในกระจก

กระจก

46

Plane of symmetry Achiral (one structure)

NH3

Co H2O

H2OCl

Cl

NH3

NH3

Co Cl

ClH2O

H3N

H2O

NH3

Co NH3

H2OCl

Cl

H2O

No plane of symmetryChiral (two enantiomer)

ไมเปนภาพในกระจกซ�งกนและกน และซอนทบกนสนท ดงน �นไมเปน ไอโซเมอรเชงแสง

เปนภาพในกระจกซ�งกนและกน และซอนทบกนไมสนท ดงน �นจงเปน

ไอโซเมอรเชงแสง

47

ประโยชน

1. ทาสยอมและเมดส

2. ทางเคม ใชวเคราะหหาไอออน ตกตะกอนไอออน ทดสอบไอออน ไทเทรตหาปรมาณไอออนเชน Zn2+, Pb2+, Ca2+,Co2+, Ni2+, Cu2 โดยใช EDTA

3. แยกโลหะจากแรธาต โดยทาใหเกดสารเชงซอนท�เสถยร เชน Ag Au กบ CN-

4. ใชเปนยารกษาโรค

5. ใชจบโลหะหนกในเลอด เปนองคประกอบในฮโมโกลบน คลอโรฟลล วตามน

48

9

49

ฮโมโกลบน