Докторант
  1. Неорганическая химия  1.1. Координационная химия  1.1.1. Теория поля лигандов  1.1.2. Теория кристаллического поля  1.1.3. Теория молекулярных орбиталей для координационных соединений  1.1.4. Устойчивость координационных соединений  1.1.5. Электронные спектры координационных соединений  1.1.6. Изомерия в координационных соединениях  1.1.7. Кинетика и механизм координационных реакций  1.2. Органометаллическая химия  1.2.1. Металлокарбонилы  1.2.2. Металлические алкилы и арилы  1.2.3. Карбены Фишера и Шрока  1.2.4. Оксидативное присоединение и восстановительное элиминирование  1.2.5. Металлические гидриды  1.2.6. Катализ с помощью металлоорганических соединений  1.2.7. Металлоцены и сэндвич-комплексы  1.2.8. Активация CH  1.3. Химия твердых тел  1.3.1. Кристаллические структуры и решетки  1.3.2. Теория зон и электрические свойства  1.3.3. Дефекты в кристалле  1.3.4. Синтез твердых материалов  1.3.5. Магнитные и оптические свойства твердых тел  1.3.6. Сверхпроводимость  1.3.7. Ионика твердого состояния  1.4. Био-неорганическая химия  1.4.1. Металлопротеины и ферменты  1.4.2. Транспорт и хранение ионов металлов  1.4.3. Роль металлов в медицине  1.4.4. Катализ, вдохновленный биологией  1.4.5. Взаимодействия металлов с ДНК  1.4.6. Metal Complexes in Medical Science  1.5. Лантаноиды и актиноиды  1.5.1. Электронная конфигурация и степени окисления в лантаноидах и актиноидах  1.5.2. Спектральные и магнитные свойства в лантанидах и актиноидах  1.5.3. Разделение и извлечение лантаноидов и актинойдов  1.5.4. Координационная химия элементов f-блока  1.6. Химия главной группы  1.6.1. Химия соединений бора  1.6.2. Химия соединений кремния и германия  1.6.3. Химия соединений фосфора и серы  1.6.4. Органосиликатная химия  1.6.5. Химия инертных газов
  2. Органическая химия  2.1. Механизм реакции  2.1.1. Реакции нуклеофильного замещения  2.1.2. Электрофильные реакции присоединения и замещения  2.1.3. Реакции элиминирования  2.1.4. Реакции перегруппировки  2.1.5. Радикальные реакции  2.1.6. Перициклические реакции  2.1.7. Фотохимические реакции  2.2. Стереохимия  2.2.1. Хиральность и оптическая активность  2.2.2. Структурный анализ  2.2.3. Стереоэлектронные эффекты  2.2.4. Асимметричный синтез  2.2.5. Динамическая стереохимия  2.3. Органометаллическая химия в органическом синтезе  2.3.1. Органолитиевые и органомагниевые реагенты  2.3.2. Реакции сопряжения, катализируемые переходными металлами  2.3.3. Реакции, катализируемые палладием  2.3.4. Олефиновый метатезис  2.3.5. Катализ золота и серебра  2.4. Химия природных продуктов  2.4.1. Алкалоиды и терпеноида  2.4.2. Стероиды и флавоноиды  2.4.3. Полный синтез природных соединений  2.4.4. Биосинтез природных продуктов  2.5. Супрамолекулярная химия  2.5.1. Химия "хозяин-гость"  2.5.2. Самосборка и молекулярное распознавание  2.5.3. Супрамолекулярный катализа  2.5.4. Молекулярные машины
  3. Физическая химия  3.1. Термодинамика  3.1.1. Законы термодинамики  3.1.2. Химический потенциал и равновесие  3.1.3. Статистическая термодинамика  3.1.4. Неравновесная термодинамика  3.2. Квантовая химия  3.2.1. Уравнение Шрёдингера и его применения  3.2.2. Теория молекулярных орбиталей  3.2.3. Теория функционала плотности  3.2.4. Методы пост-Хартри–Фока  3.3. Химическая кинетика  3.3.1. Теория скорости реакции  3.3.2. Механизм и законы скорости  3.3.3. Катализ и кинетика ферментов  3.3.4. Динамика реакций  3.4. Спектроскопия и молекулярная структура  3.4.1. Инфракрасная спектроскопия  3.4.2. УФ-видимая спектроскопия  3.4.3. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса  3.4.4. Масс-спектрометрия  3.4.5. Раманская спектроскопия  3.5. Поверхностная и коллоидная химия  3.5.1. Адсорбция и катализм  3.5.2. ПАВ и мицеллы  3.5.3. Коллоидная стабильность  3.5.4. Наноматериалы и интерфейсы
  4. Аналитическая химия  4.1. Хроматография  4.1.1. Газовая хроматография  4.1.2. Высокоэффективная жидкостная хроматография  4.1.3. Thin Layer Chromatography  4.1.4. Ионная хроматография  4.2. Электроаналитические методы  4.2.1. Вольтамметрия и Полярография  4.2.2. Кондуктометрия и потенциометрия  4.2.3. Кулонометрия  4.3. Спектроскопические методы  4.3.1. Атомно-абсорбционная спектроскопия  4.3.2. Флуоресцентная спектроскопия  4.3.3. Рентгеновская дифракция  4.3.4. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса  4.4. Хемометрика  4.4.1. Обработка данных и статистические методы  4.4.2. Мультдисциплинарный анализ  4.4.3. Машинное обучение в аналитической химии
  5. Теоретическая и вычислительная химия  5.1. Молекулярное динамическое моделирование  5.2. Методы квантовой химии  5.3. Компьютерное проектирование лекарств  5.4. Машинное обучение в химии  5.5. Аб иницио молекулярная динамика
  6. Биофизика и медицинская химия  6.1. Открытие и разработка лекарств  6.2. Кинетика ферментов и ингибирование  6.3. Подход к химической биологии  6.4. Взаимодействия белок-лиганд  6.5. Биоортогональная химия
  7. Химия материалов  7.1. Химия полимеров  7.1.1. Механизм полимеризации  7.1.2. Функциональные полимеры  7.1.3. Биоразлагаемые полимеры  7.1.4. Проводящие и полупроводниковые полимеры  7.2. Нанохимия  7.2.1. Наночастицы и наноструктуры  7.2.2. Наноматериалы на основе углерода  7.2.3. Квантовые точки  7.3. Энергетическая и экологическая химия  7.3.1. Battery and Fuel Cell Chemistry  7.3.2. Зеленая химия и устойчивые материалы  7.3.3. Фотокатализ

Докторант → Неорганическая химия → Органометаллическая химия ↓


Металлоцены и сэндвич-комплексы


Металлоцены и сэндвич-комплексы занимают увлекательное место в области неорганической химии, особенно в поддисциплине металлорганической химии. Эти соединения демонстрируют уникальные структуры и свойства, которые на протяжении десятилетий восхищают химиков. Этот трактат исследует тонкости металлоценов и сэндвич-комплексов, подробно обсуждая их структуру, химические свойства, приложения и историческое значение.

Введение в металлоцены

Металлоцены - это класс металлорганических соединений, характеризующихся наличием атома металла между двумя циклопентадиенильными ионами (C_5H_5^-), обычно называемыми Cp-лигандом. Простое представление металлоцена можно выразить как M(C_5H_5)_2, где M - переходный металл.

M(C_5H_5)_2

Самым известным примером металлоцена является ферроцен, где атом железа располагается между двумя циклопентадиенильными кольцами:

Fe(C_5H_5)_2

Давайте рассмотрим структуру ферроцена:

В ферроцене атом железа образует сэндвич с двумя плоскими Cp-лигандами, ориентированными параллельно друг другу, с атомом металла между ними.

История и развитие

Открытие металлоценов стало важной вехой в металлорганической химии. Ферроцен был впервые синтезирован в 1951 году, проложив путь к открытию многих комплексов переходных металлов с циклопентадиенильными лигандами.

Синтез ферроцена был случайным и явился результатом попытки получить аналог фульвалена. Химики случайно изолировали оранжевые кристаллы, которые показывали необычную стабильность и свойства, что привело к открытию ферроцена. Первоначально предполагалось, что это комплексный ион, такой как [Fe(C_5H_5)_2]^+, и это привело к многочисленным исследованиям.

Химическая структура и связывание

Структура металлоцена демонстрирует идеальный баланс между ионными и ковалентными взаимодействиями, обеспечивая стабильную среду для металлического центра:

  • Циклические и копланарные лиганды: Cp-лиганды являются циклическими и копланарными, содержат пять атомов углерода, связанных в кольцо, причем каждый углерод вносит один электрон в связывающие молекулярные орбитали.
  • Сэндвич-структура: Атом металла располагается между двумя обогащенными π-электронами Cp-кольцами и поддерживает координацию через наложение своих d-орбиталей с π-орбиталями колец.

Взаимодействие между металлом и Cp-лигандом можно описать в терминах гаптицисти, что указывает на количество атомов в лигандe, которые связываются одновременно с центральным атомом. В металлоценах используется обозначение η^5 (эта-пять), так как все пять атомов углерода в циклопентадиенильном кольце участвуют в связывании с атомом металла.

Визуальное представление гаптичности:

Каждая линия представляет взаимодействие между металлом и углеродом в Cp-кольце.

Примеры металлоценов

Существует несколько типов металлоценов, которые идентифицируются по их металлическим центрам. Рассмотрим некоторые примеры:

  • Ферроцен: Fe(C_5H_5)_2 - состоит из железа в степени окисления +2.
  • Никелоцен: Ni(C_5H_5)_2 - содержит никель, который проявляет парамагнетизм из-за своей открытой электронной оболочки.
  • Кобальтоцен: Co(C_5H_5)_2 - это соединение с кобальтом в качестве металлического центра, особенно реакционноспособно из-за его размеров и высокоэнергетичных орбиталей.
Примеры: 1. Ферроцен: Fe(C_5H_5)_2 2. Никелоцен: Ni(C_5H_5)_2 3. Кобальтоцен: Co(C_5H_5)_2

Химические и физические свойства

Металлоцены демонстрируют характерные химические и физические свойства. Эти свойства возникают из-за π-связывания и соответствующего смещения электронов в Cp-лигандe:

  • Стабильность: Большинство металлоценов демонстрируют замечательную стабильность при стандартных условиях, что обусловлено ароматичностью и металл-лигандными взаимодействиями в Cp-кольцах.
  • Объемные свойства: Ферроцен появляется в виде ярко-оранжевых кристаллов, тогда как никелоцен зеленый, а кобальтоцен синий.
  • Реакционная способность: Хотя они обычно стабильны, металлоцены могут подвергаться реакциям, таким как электрофильное замещение, а также редокс-изменениям, которые могут изменить состояния окисления.

Применение

Металлоцены важны во многих промышленных и фармацевтических приложениях. Их универсальность обусловлена уникальными химическими свойствами и электронными структурами:

1. Катализ: Металлоцены играют важную роль в катализе, особенно в полимеризациях олефинов, которые производят популярные полимеры, такие как полиэтилен. Такие катализаторы производят полимеры с уникальными свойствами, включая высокую прочность и плотность.

2. Электроника: Благодаря их электронной насыщенности металлоцены имеют потенциал для использования в электронных устройствах, таких как органические полупроводники и датчики.

3. Медицина: Некоторые производные металлоценов демонстрируют многообещающие антипролиферативные и противораковые активности, предлагая потенциал для новых терапевтических средств.

Сэндвич-комплекс

Сэндвич-комплексы выходят за пределы простых металлоценов, включая другие структурные варианты, где атом металла находится между двумя органическими лигандами. Они могут включать системы большего или другого ароматического характера, чем циклопентадиенилы.

Варианты комплексов

Существует несколько вариаций структуры сэндвича, отражающих разнообразие участвующих лигандов и металлов:

  • Гетеробиметаллические сэндвичи: Эти соединения содержат два различных металла.
  • Расширенные ароматические системы: Включающие лиганды, такие как нафталин или антрацен вместо циклопентадиенила.

Пример: Вместо одного металлического центра в гетеробиметаллических сэндвич-комплексах могут содержаться два металла, например, рутений и осмий, между слоями лигандов.

Заключение

Изучение металлоценов и сэндвич-комплексов представляет собой динамичную область исследований, которая значительно расширила наше понимание неорганической и металлорганической химии. Эти соединения предоставляют захватывающие знания благодаря их уникальным структурам связывания и широкому спектру элементов, которые они могут содержать. Они не только переопределяют такие концепции, как ароматичность и стабильность, но и обеспечивают практические приложения в различных областях от катализа до электроники.

Будущее обладает огромным потенциалом для металлоценов, поскольку новые синтезы и технологии используют их структурные и электронные особенности. Эти металлорганические чудеса продолжают прокладывать путь к новым приложениям и прорывам в химии и науке о материалах.


Докторант → 1.2.7


U
username
0%
завершено в Докторант

← Предыдущий (1.2.6)
Катализ с помощью металлоорганических соединений
Следующий (1.2.8) →
Активация CH

Комментарии 



Металлоцены и сэндвич-комплексы

https://www.chemistryelite.com/phd/1.2.7?ceal=ru