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第十五章 羰基金属原子簇生命

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“hello,大家好!我是max生命实验室的徐老师,今和大家分享下很奇特的一种生命类型,羰基金属原子簇生命体。”徐老师走上讲台,很神秘地对台下众学生们到~

“你们知道吗?在《假面骑士Zero-one》第二十三集中有一种生物——金属蝗虫,这个形态的厉害之处就是可以自动防御和群起攻击。不过这些金属是可以自行变化的,本质上他们是一群金属原子簇蝗虫。这些蝗虫本身是比较的,但是可以聚集起来,因此又能变换出不同的形态。有了这一设定之后,金属原子簇蝗虫就显得厉害了。”

“老师,现实世界中是否真有这类生物呢?”就有性子比较急的同学迫不及待地问了。

“别急,听我和你们一一道来。有研究称,羰基金属原子簇生命拥有远超有机物生命的深刻性和多变性。”

“老师,老师,停下下,停下下,请问什么是“原子簇”?萌新系美少女同学举手问道~

“好的,我先解释解释“原子簇”。”

“原子簇是当前化学中最饶有兴趣而又极其活跃的领域之一。原子簇是指由原子(或分子)结合在一起的团体结构它是介于原子(或分子)与固体粒子之间的团粒分子。比如有许多惰性气体原子簇hen、Nen、Arn、Krn、xe等。”

“那什么是金属原子簇(metal cluster)呢?”后排座上的同学也感兴趣地问道?

“金属原子簇是3个或3个以上的金属原子彼此直接键合,形成金属—金属键(简写为m-m)的物种。

成簇的金属原子构成骨架,多数是三角形或以三角形为基本结构单元的多面体。

骨架成键电子以离域的多中心键为特征。如Re3cl123-,3个Re原子之间以3中心12电子键(3c-12e键)形成三角骨架。但也常简单地将含m-m键的化合物称作金属原子簇,至20世纪末,金属原子簇的合成还带有较大的经验性。一般金属原子处于低氧化态时最容易生成m-m键,且过渡金属生成金属簇合物的倾向性较大。在周期族中,较重的元素生成m-m键的倾向也较大。另外,配位体以及金属配位体轨道对称性对原子簇的生成都有影响。”

“老师,问下金属原子簇合成方法?”动手能力比较强的同学问道~

“常用合成方法:缩合反应、还原聚合、氧化聚合、配体取代、骨架转换、加成反应等。虽然单核配位化合物的反应,金属簇合物都能发生,但反应很少仅在单个的金属上发生,必须将金属簇骨架作为一个整体来考虑,在进行配位层反应的同时,常伴随金属簇骨架多面体的变化。许多金属原子簇是无机固体新材料[如八-μ3硫-八面-六钼酸铜(cumo6S8)是强磁中的良好超导体]。它们作为催化剂兼有配位催化剂和金属催化剂的优点,如四(叔丁基异腈)三(μ2-叔丁基异腈)合-四面-四镍(Ni4[cNc(ch3)3]7)。”

“老师,什么是羰基金属?”又有同学问道。

“羰基金属,英文名(metal carbonyl),把一氧化碳作为配位体,与金属结合的化合物。1890年L.蒙德通过一氧化碳与镍粉反应制得四羰基镍 Ni(co)4。羰基金属大都有毒,四羰基镍气体在空气中的浓度超过1ppm时,对呼吸道有刺激,浓度大时会引起死亡。

自从mond于1890年首次以金属镍和一氧化碳制得Ni(co)4。以来,至今已合成了大量的各种羟基金属络合物。按照配体的种类它们可分为全羟基金属络合物(holhloptio metal carbonyls)和混合配体羰基金属络合物(mlxod Igand metalourbonyls)按照金属的多寡则可分为单核(mononnoloar)及多核(polynuolear)羰基金属络合物;而按照金属所带的电荷也可分为中性、阳性及阴性金属族基物。一硫(或一硒)化碳,异氰,N+o基与oo类似,它们与过渡金属配位的络合物也与强基金属类似。

“老师,羟基的意思是?”

“羰基是一氧化碳络合在金属上的配体名称,它与过渡金属结合得相当牢固。羰基金属不仅是最老的而且也基最普遍在的一类有机络合物。这类络合物能发生许多有趣的计量和催化反应在金属有机合成、精细有机介成以及基本有机合成等方面有重要的应用。”

“老师,羰基金属它有哪些分类呢?”

“金属与羰基(=co)在一定压力下反应,可得羰基金属。常见的羰基金属有羰基镍、羰基铁、羰基钴等。

“羰基镍是啥?”

“羰基镍(nickelcarbonyl)为无色透明的液体。受日光照射后可变成棕黄色或草灰色。室温下易挥发。加热至150~180c时可分解为金属镍和一氧化碳。短期内吸入高浓度羰基镍主要引起急性呼吸系统和神经系统损害。

如果按每个羰基配位体给予金属两个电子来计算,这些羰基金属除V(co)6之外都有18电子构型,也都是反磁性的。这些化合物一般不溶于水而溶于有机溶剂,有一定的稳定性,加热时分解。

羰基金属的结构有单核和多核之分,其物理性能也相应有所不同。例如,五羰基铁是琥珀色液体,它的二核物──九羰基二铁──是黄橙色固体,三核物──十二羰基三铁──是黑色晶体。高级羰基金属的分子结构为三角面组成的多面体骨架,例如,Ir4(co)12为四面体构型。多核羰基金属的结构体现了原子簇(见原子簇金属化合物),即金属与金属直接结合成键,已知的原子簇羰基金属中金属原子有10个以上,它们是单核羰基金属加热失去一氧化碳的产物。

羰基金属可用作有机合成催化剂和试剂。例如,烯烃与氢和一氧化碳反应,制备高一级醛,即用羰基金属作催化剂。羰基铁和羰基钴也可作为合成其他有机物和金属有机物的试剂,例如,八羰基二钴与炔烃反应,生成(ch-ch)co2(co)6,炔烃的碳与钴原子组成了四面体的顶点,炔烃的叁键在分子中被打开,这类化合物一般比较稳定。八羰基二钴与三卤甲基衍生物或三卤硅基衍生物反应,能生成另一类四面体的原子簇,在这类化合物中碳、硅或其他4A族金属原子占四面体的一个顶角。它们也是很稳定的化合物,可作为烯烃聚合的催化剂,例如RSico3(co)9和Rcco3(co)9(R为烷基)。”

“好啦,今就到这里啦,有啥问题可给我留言,下次课堂上解答~”

“好的,谢谢老师!”同学们高胸收拾东西出去玩啦~

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