Koordinationschemie: Grundlagen und aktuelle Trends (German Edition)

Dieses Lehrbuch bietet Studierenden im Bachelor-Studiengang Chemie einen idealen Einstieg in das Thema, behandelt als Abschluss aber auch relevante Themen aus der aktuellen Forschung, so dass auch Studierende höherer Semester angesprochen werden. Danksagung 6 Anmerkungen zur ersten Auflage 7 Inhaltsverzeichnis 8 1 Was sind Komplexe? 12 1.1 Geschichte 14 1.1.1 Synthese von Cobaltamminkomplexen 17 1.1.2 Komplexe nach Werner -- Eine geniale Frechheit 19 1.2 Bindungsverhältnisse 20 1.3 Fragen 22 2 Struktur und Nomenklatur 24 2.1 IUPAC-Nomenklatur von Koordinationsverbindungen 24 2.1.1 Aufstellung von Komplexformeln 24 2.1.2 Nomenklatur der Komplexe 25 2.2 Nomenklatur von metallorganischen Verbindungen 28 2.2.1 Ligandennamen bei metallorganischen Verbindungen 29 2.3 Angaben zur Struktur 31 2.3.1 Die μ-Notation 31 2.3.2 Die η-Notation 33 2.3.3 Die κ-Notation 34 2.4 Struktur von Komplexen 35 2.4.1 Liganden und ihre Zähnigkeit 35 2.4.2 Koordinationszahlen und Koordinationspolyeder 39 2.5 Isomerie bei Koordinationsverbindungen 42 2.5.1 Stereoisomerie 44 2.5.2 Enantiomere 45 2.6 Fragen 45 3 Was sind metallorganische Verbindungen? 47 3.1 Geschichte 48 3.2 Die 18-Valenzelektronen (18-VE)-Regel 50 3.2.1 Elektronen zählen 52 3.3 Die Elementarreaktionen in der metallorganischen Chemie 54 3.3.1 Koordination und Abspaltung von Liganden 54 3.3.2 Oxidative Addition und reduktive Eliminierung 55 3.3.3 Insertion von Olefinen und β-H-Eliminierung 56 3.3.4 Oxidative Kupplung und reduktive Spaltung 57 3.3.5 α-H-Eliminierung und Carbeninsertion 57 3.4 Fragen 58 4 Bindungsmodelle 59 4.1 Elektronenkonfiguration und Termsymbole 59 4.1.1 Quantenzahlen 59 4.1.2 Termsymbole 63 4.2 Die Valenz-Bindungs-(VB-)Theorie 65 4.3 Die Ligandenfeldtheorie 67 4.3.1 Oktaedrisches Ligandenfeld 68 4.3.2 Ligandenfeldstabilisierungsenergie und die Spektrochemische Reihe 71 4.3.3 High-spin und low-spin 74 4.3.4 Nicht-oktaedrische Ligandenfelder 74 4.4 Die Molekülorbital (MO)-Theorie 76 4.4.1 σ- und π-Wechselwirkungen zwischen Ligand und Zentralatom 78 4.4.2 MO-Schema eines σ-Komplexes 80 4.4.3 MO-Schema eines π-Komplexes 82 4.5 Fragen 84 5 Farbigkeit von Koordinationsverbindungen 85 5.1 Warum sind Komplexe farbig? 85 5.2 Auswahlregeln für elektronische Übergänge 88 5.3 Charge-Transfer-(CT-)Übergänge 90 5.4 d--d-Übergänge und die Bestimmung von Δo 92 5.4.1 Tanabe-Sugano-Diagramme 94 5.5 Fragen 97 6 Stabilität von Koordinationsverbindungen 99 6.1 Was ist ein stabiler Komplex? 99 6.1.1 Das HSAB-Prinzip 102 6.2 Thermodynamische Stabilität und Inertheit von Komplexen 105 6.3 Der Chelat-Effekt 107 6.3.1 Chelattherapie 111 6.3.2 Radiotherapie und MRT 112 6.4 Der trans-Effekt 114 6.4.1 Deutung des trans-Effektes 115 6.4.2 Cisplatin und der trans-Effekt 116 6.5 Fragen 117 7 Redoxreaktionen bei Koordinationsverbindungen 119 7.1 Blaue Kupferproteine 120 7.1.1 Der Jahn-Teller-Effekt 120 7.2 Redoxreaktionen bei Koordinationsverbindungen 122 7.2.1 Der Außensphären-Mechanismus 123 7.2.2 Innensphären-Mechanismus 128 7.3 ,,Non-innocent Ligands`` am Beispiel NO 129 7.3.1 Komplexe mit redoxaktiven Liganden 129 7.4 Fragen 132 8 Supramolekulare Koordinationschemie 134 8.1 Molekulare Erkennung 135 8.1.1 Der Templat-Effekt 137 8.2 Helicate 140 8.3 MOFs –Metal-Organic Frameworks 143 8.3.1 Koordinationspolymer oder MOF? 143 8.3.2 Der Aufbau von MOFs 144 8.3.3 Vorteile und Anwendungspotential 148 8.4 Fragen 151 9 Metall-Metall-Bindung 152 9.1 Nomenklatur bei mehrkernigen Komplexen / Metall-Metall-Bindung 153 9.2 Metall-Metall-Einfachbindung 153 9.2.1 Die EAN-Regel 153 9.2.2 MO-Theorie 154 9.3 Metall-Metall-Mehrfachbindungen 155 9.3.1 Höher, stärker, kürzer – Metall-Metall-Fünffachbindung 158 9.4 Clusterkomplexe 160 9.4.1 Die Isolobal-Analogie 161 9.4.2 Die Wade-Regeln für Boran-Cluster 163 9.4.3 Die Wade-Mingos-Regeln 165 9.5 Fragen 167 10 Magnetismus 168 10.1 Einheiten 169 10.2 Magnetische Eigenschaften von Materie 171 10.2.1 Diamagnetismus 172 10.2.2 Paramagnetismus 174 10.3 Das magnetische Moment 175 10.3.1 Ursprung des magnetischen Momentes 175 10.3.2 Spin-Bahn- und j-j-Kopplung 176 10.4 Temperaturabhängigkeit des magnetischen Momentes 180 10.5 Kooperativer Magnetismus 183 10.5.1 Austauschwechselwirkungen 185 10.5.2 Magnetismus von Metallen 187 10.5.3 Orthogonale Orbitale 190 10.5.4 Mikrostruktur von Ferromagneten 198 10.6 Spin-Crossover 200 10.6.1 Theoretische Betrachtungen 202 10.6.2 Druckabhängigkeit 205 10.6.3 Schalten mit Licht -- der LIESST-Effekt 205 10.6.4 Kooperative Wechselwirkungen und Hysterese 208 10.7 Fragen 210 11 Bioanorganische Chemie 211 11.1 Biologisch relevante Eisenkomplexe 212 11.1.1 Modellverbindungen 214 11.2 Sauerstofftransport am Beispiel Hämoglobin 215 11.2.1 Sauerstoffkomplexe 217 11.2.2 Bindungsverhältnisse im Hämoglobin 218 11.2.3 Modellverbindungen für Hämoglobin und Myoglobin 221 11.3 Cobalamine -- stabile metallorganische Verbindungen 224 11.3.1 Bioverfügbarkeit von Elementen 226 11.3.2 Struktur 227 11.3.3 Reaktivität 228 11.4 Fragen 233 12 Katalyse 234 12.1 Katalysator 234 12.2 Darstellung von Polyethylen (PE) 235 12.2.1 Zieglers Aufbau- und Verdrängungsreaktion 236 12.2.2 Der Nickel-Effekt 238 12.2.3 Polymerisation von Ethylen im Niederdruckverfahren 239 12.2.4 Kettenabbruchreaktionen 243 12.3 Polypropylen 244 12.3.1 Regioselektivität 245 12.3.2 Stereoselektivität 245 12.4 Fragen 249 Literatur 250 Sachverzeichnis 253 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 {u201E}was sind Komplexe? und {u201E}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 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. Birgit Weber ist Professorin für Anorganische Chemie an der Universität Bayreuth. Ihre Forschungsschwerpunkte sind Koordinationschemie und molekularer Magnetismus Front Matter....Pages I-XIV Was sind Komplexe?....Pages 1-12 Struktur und Nomenklatur....Pages 13-35 Was sind metallorganische Verbindungen?....Pages 37-48 Bindungsmodelle....Pages 49-74 Farbigkeit von Koordinationsverbindungen....Pages 75-88 Stabilität von Koordinationsverbindungen....Pages 89-108 Redoxreaktionen bei Koordinationsverbindungen....Pages 109-123 Supramolekulare Koordinationschemie....Pages 125-142 Metall-Metall-Bindung....Pages 143-158 Magnetismus....Pages 159-201 Bioanorganische Chemie....Pages 203-225 Katalyse....Pages 227-242 Back Matter....Pages 243-252