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金属配合物的合成与应用探讨

【摘要】:配体与金属原子或离子通过配位键形成的配合物叫金属配合物。金属配合物有诸多特殊的性质,如光、电、磁、催化、生物化学特性等,在科学实验和生产实践中应用广泛。通过配位化学和金属有机化学衍生得到的金属配合物在有机合成、有机催化等领域的作用也日益凸显。在众多的金属配合物中,二茂铁是一个典型的金属有机化合物。但对氧化的敏感性限制了它在合成中的应用,二茂铁的反应通常需要在隔绝空气的条件下进行。

配体与金属原子或离子通过配位键形成的配合物叫金属配合物。金属配合物有诸多特殊的性质,如光、电、磁、催化、生物化学特性等,在科学实验和生产实践中应用广泛。通过配位化学和金属有机化学衍生得到的金属配合物在有机合成、有机催化等领域的作用也日益凸显。在众多的金属配合物中,二茂铁是一个典型的金属有机化合物。1951年,杜肯大学的Pauson和Kealy偶然发现的二茂铁为有机金属化学掀开了新的帷幕。二茂铁是橙色晶型固体,有类似樟脑的气味,熔点172.5~173℃。二茂铁可用作火箭燃料添加剂、汽油的抗爆剂、橡胶和硅树脂的熟化剂,也可做紫外线吸收剂。

二茂铁具有类似夹心面包式的夹层结构(结构如右所示)。它由两个环戊二烯负离子与亚铁离子结合而成的,即铁原子夹在两个环中间,依靠环中π电子成键,10个碳原子等同地与中间的亚铁离子键合,后者的外电子层含有18个电子,达到惰性气体氪的电子结构,分子有一个对称中心,两个环是交错的,因此二茂铁具有反常的稳定性,加热到470℃以上才开始分解。二茂铁的发现与合成对传统的价键理论提出了挑战,标志着有机金属化合物一个新领域的开始,许多过渡金属都能形成同类型的化合物。英国化学家G.Wilkinson和德国化学家E. O. Fischer由于确定了二茂铁的结构获得了1973年的诺贝尔化学奖。二茂铁具有类似于苯的一些芳香性,比苯更容易发生亲电取代反应,如Friedel-Crafts反应。但对氧化的敏感性限制了它在合成中的应用,二茂铁的反应通常需要在隔绝空气的条件下进行。

在现代有机合成中,通过金属配合物实现不对称催化已成为构建立体单一手性分子的重要方法。在不对称催化领域,手性中心的构建主要是手性环境的建立。过渡金属配合物的手性中心可以来源于中心金属和配体,但由于过渡金属配合物可发生解离、交换等反应,合成中心金属具有手性的配合物相对困难,使用起来也不方便,所以大多数成功的手性过渡金属配合物的手性来源于配体。通过手性配体与金属的配位实现含有手性配体的金属配合物的合成,其在不对称催化反应中发挥着重要的作用,如催化不对称烯丙基化、不对称氢(胺)化、不对称环加成反应等。