协调债券
一个配位键是一种共价键形成键的两个电子都来自同一个原子(更一般地说,是“同价”共价键)。
中心亲电试剂(低电子密度,如金属阳离子)和一个或多个亲核试剂(高电子密度,如氢氧根阴离子)围绕前者形成座标键。亲核试剂扮演“配体”的角色,通过向亲电试剂提供每个坐标键两个电子来满足八隅体规则。一个“多齿”(源自拉丁语“dynns”:牙齿)配体分子可以形成多个配位键。
与任何共价键一样,在配位键中的原子重新分配电子以满足八隅体规则,即每个原子会失去、获得或共享电子,以便在外层拥有8个电子的价电子。氢是八重奏规则的一个常见例外,而是遵循二重奏规则,因为它只有一个1 s轨道当它有两个电子时,外层价电子是满的。
重要的是要注意,在相反带电的离子物种之间的坐标键是共价键,其中键电子是共享的,而不是离子化合物。
例子
在下面的反应中,氨和盐酸反应生成一个铵离子和一个氯离子。氯离子更多的电负性比氢大,所以它能剥离氢原子的单个电子。氢离子转移到氨分子上。因此,氢离子不携带电子。随着路易斯结构如图所示,氮有两个未配对的电子(也称为孤对电子,或非成键电子)吸引带正电的氢离子。
这时,氮有一个八隅体。然而,孤对会产生一个极性氮上带部分负电荷。的分子几何氨也会受到影响。氢原子不是以120度角排列在一个平面上,而是相互挤压形成金字塔的底部,带负电荷的氮原子形成顶端。
与此同时,氢完全没有电子,留下一个净正电荷,被氮的部分负电荷吸引。
这对孤电子的轨道现在包含了氢原子,将这两个物种结合在一个带正电的铵离子中。氢原子的原子核参与了成键,但是氢原子没有给这个过程任何电子。所有的八联体和二重奏都得到了满足,并且铵有四个均匀间隔的氢原子在氮原子周围形成一个四面体结构。
这个配位键的长度和强度和铵中的其他共价键不同吗?
不。虽然在纸上标配键的画法经常不同,但在分子中,它与其他N-H键在键长和强度方面都没有区别。
在第二个例子中,氨和三氟化硼反应。在反应之前,氮有8个价电子,包括一对孤电子。硼只有6个价电子,所以还差两个电子。两个未配对的电子在氮和硼之间形成键,导致两个原子都有完整的八极体。坐标键有时用箭头表示,如下图所示。箭头的方向表示电子在移动从氮来硼。
还有一个小概念叫做溶解度上面的例子中隐藏了大量的应用程序。请注意,氨极性分子是由于孤对电子的存在,和硼三氟化是一种非极性化合物。传统物以类聚,得出结论说 而且 彼此不溶。
但是,正如上图所示,发生了酸碱反应。 是路易斯碱 是路易斯酸。所以 形成一个坐标键 .因此,由于它们之间的反应,它们被认为是彼此可溶的。
应用程序
理解配位键是如何形成的有助于设计复杂的有机分子。机械连锁分子是一种物理连接的复杂有机分子。合成化学家对这些分子很感兴趣,认为它们是“未来分子尺度设备——纳米尺度上的马达、传感器和机器——的潜在基石”[1]。
轮烷是一个例子下图显示了一个有机分子,它可以自组装形成轮烷,因为分子是在目标位置用配位键合成的。然后,这些键被断裂并重新形成,使分子具有所需的形状。
参考文献
劳伦斯利弗莫尔国家实验室。“来自连锁分子的机器。”科技评论,2002年12月。2016年3月1日从https://str.llnl.gov/str/December02/Vance.html访问。
[2]巴莱斯特,巴勃罗等人。利用可逆Pt(II)-吡啶配位键的轮烷自组装分子9.5(2004): 278-286。