Koordinationschemie - Grundlagen und aktuelle Trends

Description

Die Chemie der Komplexverbindungen wird in diesem Lehrbuch ideal für Studierende im Bachelor-Studiengang Chemie aufbereitet und bietet einen ebenso leichten wie umfassenden Einstieg in das prüfungsrelevante Thema. Es basiert auf bewährten Vorlesungsskripten und setzt keine Grundkenntnisse voraus. Neben grundlegenden Fragestellungen wie „was sind Komplexe“ und „was sind metallorganische Verbindungen“ werden u.a. die gängigen Bindungsmodelle vorgestellt und die Farbigkeit und Stabilität von Koordinationsverbindungen erläutert. Weitere Kapitel behandeln Redoxreaktionen bei Komplexen, die Metall-Metall-Bindung, molekularen Magnetismus, supramolekulare Chemie und die bioanorganische Chemie. Als Abschluss gibt das Buch einen Ausblick in aktuelle Forschungsgebiete und Trends der Koordinationschemie, so dass auch Studierende höherer Semester und Doktoranden von der Lektüre profitieren werden. Dazu gehört die Lumineszenz von Komplexen und ausgewählte Beispiele für von Komplexen katalysierte Reaktionen. Birgit Weber ist Professorin für Anorganische Chemie an der Universität Bayreuth. Ihre Forschungsschwerpunkte sind die Koordinationschemie und das Ligandendesign für multifunktionale schaltbare Komplexe. Birgit Weber ist Professorin für Anorganische Chemie an der Universität Bayreuth. Ihre Forschungsschwerpunkte sind die Koordinationschemie und das Ligandendesign für multifunktionale schaltbare Komplexe. Danksagung Anmerkungen zur ersten Auflage Inhaltsverzeichnis 1 Was sind Komplexe? 1.1 Geschichte 1.1.1 Synthese von Cobaltamminkomplexen 1.1.2 Komplexe nach Werner – Eine geniale Frechheit 1.2 Bindungsverhältnisse 1.3 Fragen 2 Struktur und Nomenklatur 2.1 IUPAC-Nomenklatur von Koordinationsverbindungen 2.1.1 Aufstellung von Komplexformeln 2.1.2 Nomenklatur der Komplexe 2.2 Nomenklatur von metallorganischen Verbindungen 2.2.1 Ligandennamen bei metallorganischen Verbindungen 2.3 Angaben zur Struktur 2.3.1 Die µ-Notation 2.3.2 Die η-Notation 2.3.3 Die κ-Notation 2.4 Struktur von Komplexen 2.4.1 Liganden und ihre Zähnigkeit 2.4.2 Koordinationszahlen und Koordinationspolyeder 2.5 Isomerie bei Koordinationsverbindungen 2.5.1 Stereoisomerie 2.5.2 Enantiomere 2.6 Fragen 3 Was sind metallorganische Verbindungen? 3.1 Geschichte 3.2 Die 18-Valenzelektronen (18-VE)-Regel 3.2.1 Elektronen zählen 3.3 Die Elementarreaktionen in der metallorganischen Chemie 3.3.1 Koordination und Abspaltung von Liganden 3.3.2 Oxidative Addition und reduktive Eliminierung 3.3.3 Insertion von Olefinen und β-H-Eliminierung 3.3.4 Oxidative Kupplung und reduktive Spaltung 3.3.5 α-H-Eliminierung und Carbeninsertion 3.4 Fragen 4 Bindungsmodelle 4.1 Elektronenkonfiguration und Termsymbole 4.1.1 Quantenzahlen 4.1.2 Termsymbole 4.2 Die Valenz-Bindungs-(VB-)Theorie 4.3 Die Ligandenfeldtheorie 4.3.1 Oktaedrisches Ligandenfeld 4.3.2 Ligandenfeldstabilisierungsenergie und die Spektrochemische Reihe 4.3.3 High-spin und low-spin 4.3.4 Nicht-oktaedrische Ligandenfelder 4.4 Die Molekülorbital (MO)-Theorie 4.4.1 σ- und π-Wechselwirkungen zwischen Ligand und Zentralatom 4.4.2 MO-Schema eines σ-Komplexes 4.4.3 MO-Schema eines π-Komplexes 4.5 Fragen 5 Farbigkeit von Koordinationsverbindungen 5.1 Warum sind Komplexe farbig? 5.2 Auswahlregeln für elektronische Übergänge 5.3 Charge-Transfer-(CT-)Übergänge 5.4 d–d-Übergänge und die Bestimmung von ΔO 5.4.1 Tanabe-Sugano-Diagramme 5.4.2 trans-[CoCl2(en)2]Cl und cis-[CoCl2(en)2]Cl 5.5 Fragen 6 Stabilität von Koordinationsverbindungen 6.1 Was ist ein stabiler Komplex? 6.1.1 Das HSAB-Prinzip 6.2 Thermodynamische Stabilität und Inertheit von Komplexen 6.3 Der Chelat-Effekt 6.3.1 Chelattherapie 6.3.2 Radiotherapie und MRT 6.4 Der trans-Effekt 6.4.1 Deutung des trans-Effektes 6.4.2 Cisplatin und der trans-Effekt 6.5 Fragen 7 Redoxreaktionen bei Koordinationsverbindungen 7.1 Blaue Kupferproteine 7.1.1 Der Jahn-Teller-Effekt 7.2 Redoxreaktionen bei Koordinationsverbindungen 7.2.1 Der Außensphären-Mechanismus 7.2.2 Innensphären-Mechanismus 7.3 „Non-innocent Ligands“ am Beispiel NO 7.3.1 Komplexe mit redoxaktiven Liganden 7.4 Fragen 8 Supramolekulare Koordinationschemie 8.1 Molekulare Erkennung 8.1.1 Der Templat-Effekt 8.2 Helicate 8.3 MOFs –Metal-Organic Frameworks 8.3.1 Koordinationspolymer oder MOF? 8.3.2 Der Aufbau von MOFs 8.3.3 Vorteile und Anwendungspotential 8.4 Fragen 9 Metall-Metall-Bindung 9.1 Nomenklatur bei mehrkernigen Komplexen/Metall-Metall-Bindung 9.2 Metall-Metall-Einfachbindung 9.2.1 Die EAN-Regel 9.2.2 MO-Theorie 9.3 Metall-Metall-Mehrfachbindungen 9.3.1 Höher, stärker, kürzer – Metall-Metall-Fünffachbindung 9.4 Clusterkomplexe 9.4.1 Die Isolobal-Analogie 9.4.2 Die Wade-Regeln für Boran-Cluster 9.4.3 Die Wade-Mingos-Regeln 9.5 Fragen 10 Magnetismus 10.1 Einheiten 10.2 Magnetische Eigenschaften von Materie 10.2.1 Diamagnetismus 10.2.2 Paramagnetismus 10.3 Das magnetische Moment 10.3.1 Ursprung des magnetischen Momentes 10.3.2 Spin-Bahn- und j-j-Kopplung 10.4 Temperaturabhängigkeit des magnetischen Momentes 10.5 Kooperativer Magnetismus 10.5.1 Austauschwechselwirkungen 10.5.2 Magnetismus von Metallen 10.5.3 Orthogonale Orbitale 10.5.4 Mikrostruktur von Ferromagneten 10.6 Spin-Crossover 10.6.1 Theoretische Betrachtungen 10.6.2 Druckabhängigkeit 10.6.3 Schalten mit Licht – der LIESST-Effekt 10.6.4 Kooperative Wechselwirkungen und Hysterese 10.7 Fragen 11 Lumineszenz bei Komplexen 11.1 Grundlagen 11.2 Fluoreszenz am Beispiel eines Zink(II)-Komplexes 11.2.1 Voraussetzungen für Fluoreszenz 11.3 Phosphoreszenz von diamagnetischen Komplexen 11.3.1 d6 [M(bipy)3]2+-Komplexe 11.3.2 3d10 Komplexe am Beispiel von Kupfer(I) 11.4 Phosphoreszenz von Metallzentrierten Übergängen 11.5 Lumineszenz durch Aggregation von Platin(II)-Komplexen 11.6 Fragen 12 Bioanorganische Chemie 12.1 Biologisch relevante Eisenkomplexe 12.1.1 Modellverbindungen 12.2 Sauerstofftransport am Beispiel Hämoglobin 12.2.1 Sauerstoffkomplexe 12.2.2 Bindungsverhältnisse im Hämoglobin 12.2.3 Modellverbindungen für Hämoglobin und Myoglobin 12.3 Cobalamine – stabile metallorganische Verbindungen 12.3.1 Bioverfügbarkeit von Elementen 12.3.2 Struktur 12.3.3 Reaktivität 12.4 Fragen 13 Katalyse 13.1 Katalysator 13.2 Darstellung von Polyethylen (PE) 13.2.1 Zieglers Aufbau- und Verdrängungsreaktion 13.2.2 Der Nickel-Effekt 13.2.3 Polymerisation von Ethylen im Niederdruckverfahren 13.2.4 Kettenabbruchreaktionen 13.3 Polypropylen 13.3.1 Regioselektivität 13.3.2 Stereoselektivität 13.4 Photokatalyse 13.4.1 Grundlagen 13.4.2 Die Photosynthese 13.4.3 Die photokatalytische Wasserspaltung 13.5 Fragen Literatur Stichwortverzeichnis