北京大学：《无机化学》课程教学课件（PPT讲稿）第四章 配合物反应机理和动力学

第4章配合物反应机理和动力学 配体取代（交换反应） 两类 电子转移反应（氧化还原反应）Taube,Marcus 反应机理的研究 >研究对象：Co3+,Cr3+,N2+Pt2+等中心离子，简单配体 >研究的时标(time scale)范围： 100s(惰性化合物) 配体交换 ms(活性化合物) μs(电荷迁移和电子转移)

第4章 配合物反应机理和动力学 反应 机理的研究 ➢ 研究对象: Co3+ , Cr3+ , Ni2+ ,Pt2+等中心离子, 简单配体 ➢ 研究的时标(time scale )范围: 100s (惰性化合物) ms (活性化合物) s (电荷迁移和电子转移) 配体取代 (交换反应) 电子转移反应(氧化还原反应)Taube , Marcus 两类 配体交换

一.配位取代(substitution)反应 反应机理： 计量关系，速率方程 深层次的机理研究，影响反应速率的因素 中心离子的电子结构LFSE,HS,LS),价态，半径 离去基团(leaving group))(和M的作用) 进入基团(entering group)(有影响或者无影响)》 旁位基团(spectator ligands)(例如，对位效应) 空间效应(steric effects)

一.配位取代(substitution)反应 反应机理: ➢ 计量关系, 速率方程 ➢ 深层次的机理研究,影响反应速率的因素 中心离子 的电子结构(LFSE, HS, LS), 价态, 半径 离去基团(leaving group) ( 和M的作用) 进入基团(entering group) (有影响或者无影响) 旁位基团(spectator ligands) (例如, 对位效应) 空间效应(steric effects)

1.八面体配合物的取代反应 (1)离解机理(dissociative),D机理 rate determing +y slow fast 中间体 可测定

1. 八面体配合物的取代反应 + y y + x x （１）离解机理(dissociative), D机理 x rate determing slow + y y fast 中间体 可测定

Y的浓度和性质无关，只与起始配合物的浓度有关，因此 速率方程为： 反应速率=kML5X] (速率方程与进入基团y的浓度无关，S、单分子亲核) Co(CN)sH2O2- 1 K2 Co(CN)2-+H2O Co(CN)2-+Y- K3 ≤K4 Co(CN)sY3- Y-分别为Br,SCN,N3时，k值均为1.6×103s 说明反应与进入基团无关

Y的浓度和性质无关，只与起始配合物的浓度有关，因此 速率方程为： 反应速率= k[ML5 X] ( 速率方程与进入基团y的浓度无关，SN1单分子亲核) Co(CN)5H2O2− Co(CN)5 2− + H2O Co(CN)5 2− + Y− Co(CN)5Y3− k1 k2 k3 k4 Y−分别为Br− , I− , SCN− , N3 −时， k1值均为1.610−3 s −1 说明反应与进入基团无关

(2)缔合机理Associative),A机理 y rate determing slow 中间体， 可检测 速率方程与进入基团y的浓度有关： r=kMLX]Y](S2双分子亲核取代)

（２） 缔合机理(Associative), A机理 中间体, 可检测 x rate determing slow + y y fast x y _ x 速率方程与进入基团y的浓度有关: r = k [ML5X][Y] (SN2双分子亲核取代)

(3).交换机理(Interchange),I机理(Ia,Ia) 过渡态，不能检出 r≈kMl I机理和A机理的判断： 中间产物(intermediate)存在足够长的时间，能否被分离 或检出 例：Pt(SnCl3:)s3-和Ni(CN)s3-五配位的中间体被光谱检出

（３）．交换机理（Interchange), I机理 (Ia , Id ) X Y X Y 过渡态，不能检出 r  k[M0 ] I机理和A机理的判断： 中间产物（intermediate)存在足够长的时间，能否被分离 或检出 例：Pt(SnCl3 )5 3-和 Ni(CN)5 3-五配位的中间体被光谱检出

(a) G X-M-Y G X,M,Y X-M-Y X-M,Y X-M.Y X-MY XM-Y XM-Y XM-Y Reaction coordinate Reaction coordinate Reaction coordinate 离解机理 交互机理 缔合机理 反应机理示意图 (a),(c)有中间产物存在， (b)无中间产物

离解机理 交互机理 缔合机理 反应机理示意图 (a), (c) 有中间产物存在， (b) 无中间产物

例：由下表的配体交换速率常数gk判断取代 反应的机理 Igk H20 NH3 HF Phen Co2+(aq) 6.0 5.1 5.7 Ni2+(aq) 4.3 3.7 3.5 .4 结论：配体交换反应的速率与进入基团无关，排 除缔合机理

例：由下表的配体交换速率常数lgk判断取代 反应的机理 lgk H2O NH3 HF Phen Co２+ (aq) 6.0 5.1 5.7 5.3 Ni2+(aq) 4.3 3.7 3.5 3.4 结论：配体交换反应的速率与进入基团无关，排 除缔合机理

2.平面四方形配合物 9- X 速率=k,配合物+k,配合物Y】 溶剂化过程 Y配位的双分子过程 动力学反位效应kinetic trans effect) H,O<OH<F-≈RNH2≈py≈NH3<Cr<Br<SCN≈I ≈NO2≈C6H5<SCNH2)2≈CH3<NO≈H≈PR3< C2H4≈CN-≈CO

2.平面四方形配合物 B X A T B Y A T + Y A B T X Y + X 速率＝ks [配合物] + ky [配合物][Y− ] 溶剂化过程 Y配位的双分子过程 动力学反位效应(kinetic trans effect) H2O  OH−  F−  RNH2  py  NH3  Cl− Br−  SCN−  I −  NO2 −  C6H5 −  SC(NH2 ) 2  CH3 −  NO  H−  PR3  C2H4  CN−  CO SN2

NH3 NH3 NH3 NHg NH3 HgN 反位效应 NH3 Cr C NH3 H cr CI NH;CH HaN CI C CI-PK NHNO2→ C NH3 Pt NO2 反位效应 CI<NO2 NO2

Pt Cl Cl Cl Cl NH3 Cl Pt NH3 Cl Cl NH3 Pt NH3 Cl Cl NH3 Pt Pt C NH3 l Pt NH3 Cl NH3 NH3 H3 N H3 N H3 N NH3 H Cl 3 N Cl - Cl - Pt Cl Cl Cl Cl NH3 Cl Pt NH3 Cl Cl Pt NO2 Cl Cl NH3 NO2 - NO2 - NO2 H3N Cl Pt Cl Cl Cl Cl Cl Pt NO2 Cl Cl NH3 Pt Cl 反位效应 NH3  Cl− 反位效应 Cl− NO2 −