Związki kompleksowe

Związki kompleksowe

(kompleksy, związki koordynacyjne)

to związki chemiczne, w których można wyróżnić jeden lub
więcej atomów centralnych, otoczonych przez inne atomy lub
ich grupy zwane ligandami, przy czym przynajmniej jedno
wiązanie atomu centralnego z ligandem ma charakter wiązania
koordynacyjnego.

Wiązanie koordynacyjne to rodzaj wiązania kowalencyjnego.
Istotą tego wiązania jest uwspólnienie pary elektronowej między
dwoma atomami, przy czym oba te elektrony formalnie pochodzą od
jednego atomu.

Wiązanie koordynacyjne jest zazwyczaj klasyfikowane jako podtyp
wiązania kowalencyjnego. Różnica między wiązaniem
kowalencyjnym a koordynacyjnym polega głównie na źródle
współdzielonych elektronów.
W wiązaniach koordynacyjnych wyróżnia się atom donora
(dostarczyciela) i akceptora (przyjmującego) elektronów. Donorem
elektronów jest atom bardziej elektrododatni, a akceptorem bardziej
elektroujemny.

Reakcja pomiędzy amoniakiem i dodatnim jonem wodorowym.
Posiadający wolne orbitale jon wodorowy, akceptuje jako wspólną
parę elektronową pochodzącą od atomu azotu w cząsteczce
amoniaku.

Wiązanie koordynacyjne

Wiązanie koordynacyjne

• Tworząca je para elektronów pochodzi od

jednego atomu –

donoru

. Atom donora w

wyniku uwspólnienia nie zyskuje
dodatkowych elektronów

• Drugi atom –

akceptor

uzupełnia ostatnią

powłokę elektronową do konfiguracji
najbliższego gazu szlachetnego

• Donor uzyskuje ładunek dodatni, akceptor

uzyskuje ładunek ujemny

Donorem elektronów jest atom bardziej elektrododatni, a
akceptorem bardziej elektroujemny.

Wiązanie koordynacyjne

Wiązanie koordynacyjne

• Donorami elektronów są atomy lub jony z

przynajmniej jedną wolną parą elektronów, np. N, S,
O, F

-

, Cl

-

, Br

-

, I

-

, OH

-

, CN

-

, SCN

-

, C

2

O

4

2-

, H

2

O, CO, NH

3

, itp.

• Akceptorami zazwyczaj są jony wodorowe oraz atomy

mające lukę oktetową (np. metale przejściowe czyli
pierwiastki bloku d, itp).

• Bardzo liczną grupę akceptorów stanowią jony metali

przejściowych. Powstają wtedy związki o bardziej
złożonej budowie zwane związkami kompleksowymi.

Chemia związków kompleksowych jest w zasadzie
chemią metali przejściowych

Jeżeli bezbarwny, bezwodny siarczan(VI) miedzi(II) CuSO

4

rozpuścimy

w wodzie, jon miedzi Cu ulega hydratacji przyłączając cząsteczki
wody. Jon [Cu(H

2

O)

4

] przyjmuje barwę niebieską.

Gdy do takiego roztworu dodamy amoniaku i cząsteczki wody
zostaną zastąpione cząsteczkami amoniaku, roztwór uzyskuje barwę
lazurowo-niebieską

CuSO

4

+ 4H

2

O → [Cu(H

2

O)

4

]SO

4

[Cu(H

2

O)

4

] + 4NH

3

(aq) → [Cu(NH

3

)

4

] + 4H

2

O

Adsorpcję światła przez związki nieorganiczne w zakresie
widzialnym obserwuje się przede wszystkim u jonów mających
niecałkowicie wypełniony podpoziom d osłonięty wyższym
podpoziomem zapełnionym przez
elektrony (jony barwne).

Związki kompleksowe

Związki kompleksowe

sfera
zewnętrzna wewnętrzna

K

4

[Fe(CN)

6

]

jon centralny

ligandy

Formułując wzory związków kompleksowych umieszcza się symbole
zarówno jonu centralnego jak i otaczających go ligandów w nawiasie
kwadratowym. Nawias obejmuje sferę koordynacji. Kompleks może być
kationem, np. [Ag(NH

3

)

2

]

-

, cząsteczką obojętną, np. [PtCl

2

(NH

3

)

2

] lub

anionem, np. [Fe(CN)

6

]

3-

.

Jeżeli część związku kompleksowego złożonego z jonu centralnego i
ligandu jest obdarzona ładunkiem, czyli jest jonem, to sferę zewnętrzną
tworzą proste jony o przeciwnym znaku.

Związki kompleksowe -

Związki kompleksowe -

jon centralny

Jon centralny, atom lub jon przyłączający

(koordynujący) cząsteczki :

– najczęściej kationy metali takich jak Fe, Co, Ni,

Mn oraz platynowce miedziowce i cynkowce

– niemetale, które tworzą jony kompleksowe

będące resztami odpowiednich kwasów
tlenowych

Ładunek przypisywany centralnemu atomowi
nazywa się jego stopniem utlenienia.

Związki kompleksowe - ligandy

Związki kompleksowe - ligandy

• Ligandy są to skoordynowane z atomem

centralnym podstawniki, czyli atomy, grupy

atomów lub jony ujemne.

• Otaczają one atomy centralne i dostarczają

przynajmniej jedną wolną parę elektronów.

• Ligandy znajdują się w bezpośrednim

otoczeniu jonu centralnego i są z nim

połączone za pomocą wiązania

koordynacyjnego.

• W ligandach atomami, które są dawcami

elektronów najczęściej są atomy azotu,

tlenu, siarki i węgla.

Nazwy związków mające charakter soli piszemy zgodnie z ogólnie przyjętymi
zasadami:
piszemy wzór kation-anion
czytamy wzór anion-kation

H

2

O akwa NH

3

amina
CO karbonyl NO nitrozyl

Nazwy najczęściej spotykanych
ligandów

Nazwy ligandów obojętnych

Liczba koordynacyjna

Liczba koordynacyjna

Liczbę przyłączonych par

elektronowych, która najczęściej
odpowiada liczbie podstawników

przypadających na jon centralny

nazywamy liczbą koordynacyjną.

Liczba koordynacyjna

Liczba koordynacyjna

•Wartość liczby koordynacyjnej zależy od:

– stosunków przestrzennych, tzn. od rozmiaru jonu

centralnego i wielkości ligandów.
Im większy jest jon centralny w stosunku do
ligandów, tym liczba koordynacyjna ma większą
wartość

– możliwości jonu centralnego do przyjęcia par

elektronowych na wolne wewnętrzne podpowłoki d

•Liczba koordynacyjna przyjmuje najczęściej
wartości 2, 4 lub 6. Wartość ta jest
charakterystyczna dla danego jonu centralnego

Każdy atom centralny ma charakterystyczną liczbę
koordynacyjną czyli tzw. „ligandowość”, która jest
liczbą atomów bezpośrednio z nim związanych. W
najczęściej spotykanych kompleksach liczba
koordynacyjna (LK) jest następująca:
jeżeli centralny jest atom metalu
jednowartościowego, to zwykle LK = 2 np. [Ag(CN)

2

]

-

jeżeli centralny jest atom metalu dwuwartościowego,
to zwykle LK = 4 np. [Cu(NH

3

)

4

]

2+

jeżeli centralny jest atom metalu trójwartościowego,
to zwykle LK = 6 np. [Al(H

2

O)

6

]

3+

Liczba koordynacyjna

Liczba koordynacyjna

Przestrzenna budowa
kompleksów

W przypadku najprostszych kompleksów:

jeżeli LK = 2, to struktura przyjmuje kształt liniowy:
L O L
jeżeli LK = 4, to kompleks przyjmuje kształt płaskiego kwadratu lub
czworościanu:

lub

jeżeli LK = 6, to kształt bipiramidy tetragonalnej czyli
ośmiościanu:

Związki kompleksowe – w

Związki kompleksowe – w

przyrodzie

przyrodzie

• Do najważniejszych z nich zaliczamy kompleks

żelazo – porfirynowy. Jest on obecny w hemie
hemoglobiny i mioglobiny

Pochodne pirolu

Porfiryny i pochodne

• hemoglobina, mioglobina (grupa hemowa z
Fe)

• cytochromy (grupa hemowa z Fe)
• katalazy i peroksydazy (grupa hemowa i
NADPH)

• chlorofil (Mg)

Porfiryny są barwne i fluoryzują

Max absorpcji hematoporfiryny 400

nm

Związki kompleksowe – w

Związki kompleksowe – w

przyrodzie

przyrodzie

• Inne ważne z biochemicznego punktu widzenia

związki kopleksowe to witamina B12 jon centralny

– kobalt, chlorofil (magnez)

Witamina B12 (nazwy chemiczne: cyjanokobalamina, kobalamina)
- złożony metaloorganiczny związek chemiczny, pełniący w
organizmach żywych rolę regulatora produkcji erytrocytów. Jego
niedobór powoduje niedokrwistość.

Witamina B12 bierze udział w
przemianie węglowodanowej,
białkowej, tłuszczowej i w
różnorodnych procesach,
zapewnia aktywność,
umożliwia syntezę kwasów
nukleinowych w komórkach,
przede wszystkim szpiku
kostnego; wpływa na
funkcjonowanie układu
nerwowego, uczestniczy w
tworzeniu otoczki mielinowej
ochraniającej komórki
nerwowe i neuroprzekaźników
nerwowych, zapewnia dobry
nastrój, równowagę
psychiczną, pomaga w uczeniu
się, skupieniu uwagi; dzięki
niej zmniejsza się poziom
lipidów we krwi; wpływa na
układ kostny, pobudza apetyt.

Związki kompleksowe – EDTA

Związki kompleksowe – EDTA

(

(

kwas etylenodiaminotetraoctowy, kwas wersenowy)

kwas etylenodiaminotetraoctowy, kwas wersenowy)

nadmiar Cu

2+

w

żywności (tzw. choroba
Wilsona) leczy się za
pomocą bioligandu
EDTA,

Jest szeroko stosowanym
czynnikiem kompleksującym
wiele kationów metali, takich
jak Ca

2+

, Mg

2+

,Fe

3+

. Zazwyczaj

stosowany w postaci soli
disodowej ze względu na jej
większą rozpuszczalność w
wodzie (komplekson III)

Kompleks chelatowy
EDTA z jonem metalu
Me

środek konserwujący żywność (wiązanie kationów
metali ciężkich - kofaktorów niepożądanych
enzymów)
składnik roztworów buforowych
zapobieganie pozaustrojowemu krzepnięciu krwi
(wiązanie jonów wapnia)
stosowany jako odtrutka w zatruciach metalami
ciężkimi
stosowany w nawozach mikroelementowych
inhibitor metaloproteaz

Ile jest znanych w chwili

obecnej związków

organicznych?

ok. 18
milionów

Związki organiczne w życiu codziennym

11-cis-retinal

– odpowiada za pochłanianie promieniowania w

ludzkim oku

O

H

Związki organiczne w życiu codziennym

N

H

HO

NH

2

Dopamina, Serotonina

– związki

pośredniczące w przekazywaniu impulsów
nerwowych

HO

HO

NH

2

Związki organiczne w życiu codziennym

HH

HH n

Polietylen (

polieten - polimer etenu,

PE)

–

popularne tworzywo sztuczne, używane do
produkcji wielu materiałów użytkowych

Związki organiczne w życiu codziennym

HH

H

n

Polistyren

– inaczej nazywany styropian, tworzywo

sztuczne stosowane do produkcji płyt
termoizolacyjnych i wypełnień

Związki organiczne w życiu codziennym

O

O

HN

N

H

n

Kevlar

– (PPTA, poli(tereftalano-1,4-fenylodiamid) lub poli (p-

fenylo- tereftalanoamid), -[-CO-C

6

H

4

-CO-NH-C

6

H

4

-NH-]

n-

) polimer

z grupy poliamidów, a dokładniej aramidów otrzymywany na
bazie arylowych pochodnych diamin i kwasów karboksylowych

Związki organiczne w życiu codziennym

CN

O

O

2-Cyjanoakrylan metylu

– monomer sprzedawany pod

nazwą

Kropelka, Super Glue

i td. Na powietrzu samoistnie

polimeryzuje

Związki organiczne w życiu codziennym

HN

O

NH

O

Indygo

– niebieski barwnik odpowiedzialny za kolor

jeansów

Związki organiczne w życiu codziennym

NH

O

OH

O

OH

O

O

OH

O

N

N

N

HO

3

S

O

Paracetam
ol

Kwas
acetylosalicylowy

(Aspiryn
a)

Ibuprofe
n

(Ibum, Ibufen,
Nurofen)

Metamiz
ol

(Pyralgina,
Novalgin)

Związki organiczne w życiu codziennym

O

OH

H

O

HO

O

O

O

cis-Jasmon

–

zapach jaśminu

Aldehyd

waniliowy

–

zapach wanilii

Mentol

–

zapach mięty

Damascenon

–

zapach róż

Iron

– zapach

irysów

Związki organiczne w życiu codziennym

N

N

O

HO

O

HO

O

O

O

OH

zapach

pieczonego mięsa

zapach boczku

zapach pieczonego

mięsa

zapach

przypalonego

karmelu

N

N

O

zapach popcornu

Związki organiczne w życiu codziennym

NH

2

N

O

O

O

O

HN

N

H

O

N

Amfetami
na

Kokaina

(metylobenzoiloekgoni
na) – C

17

H

21

O

4

N

LSD

W temp. pok. higroskopijna bezbarwna
ciecz o właściwościach silnie
zasadowych i gęstości trochę
mniejszej od wody. Amfetamina w
postaci wolnej zasady na gorąco
matowi szkło sodowe oraz niszczy
gumę. Ma niezbyt przyjemny i
charakterystyczny "mysi" zapach.

Początkowo planowano wykorzystać tę
substancję jako lek działający
pobudzająco na układ krwionośny i
oddechowy. W trakcie dalszych badań
poznano jego psychodeliczne
właściwości. Lek był w latach 40. i 50. XX

wieku stosowany w psychiatrii. Jest to

jedna z najaktywniejszych substancji
psychodelicznych

– substancja pobudzająca
pochodzenia roślinnego. Jest to
alkaloid tropanowy otrzymywany z
liści krasnodrzewu pospolitego
(koki) (Erythroxylon coca),

Związki organiczne w życiu codziennym -

podsumowanie

• polimery syntetyczne

• barwniki

• leki, antybiotyki

• związki zapachowe

• narkotyki

• dodatki żywnościowe

• pestycydy, insektycydy, herbicydy

Wykorzystanie ogromnego potencjału związków organicznych
nie byłoby możliwe bez znajomości podstaw tej dziedziny nauki

Związki organiczne zawładnęły dzisiejszym życiem człowieka
i pozwoliły osiągnąć dzisiejszy stan technologiczny i
społeczny

Pierwiastki najczęściej spotykane w związkach

organicznych

Chemia organiczna

Chemia organiczna jest chemią związków posiadających
wiązanie C-C