但也有人认为 μ? O二聚体的形成按另一途径进行,即式 (4-11) 中过氧加合物分子先发生断裂:
(4-13) LIIIFe(Por) ? O22? ? FeIII(Por)L LFeIV(Por) ? O2? + LFeII(Por)
2LFeIV(Por) ? O2?
LFeIII(Por) ? O2? ? FeIII(Por)L
血红蛋白和肌红蛋白的铁卟啉辅基处于多肽链盘绕之中,正是这种空间位阻效应能够阻止两个血红素的Fe(II) 离子互相靠近,抑制了不可逆载氧的FeIII-O-FeIII生成,因此能够可逆载氧。人们据此进行了大量研究,已经找到防止Fe(II) 配合物生成 μ? O二聚体的的三种有效途径: a在Fe(II) 配合物内设置空间位阻; b在低温下使Fe(II) 配合物生成 μ? O二聚体的反应非常慢;c把Fe(II) 配合物固载在有一定刚性的载体表面。
②Vaska 型氧载体
1963年L. Vaska合成了[IrCl (CO) (PPh3)2]氧载体,其中Ir+属于d8电子组态,PPh3
为三苯基膦。这个配合物在苯溶液中能可逆键合氧分子,生成1:1的双氧配合物,其反应如下 。
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配合物与氧分子反应前溶液黄色,反应后变为红色。经X射线衍技术证实,这种Vaska型氧载体加合物分子为三角双椎构型,氧分子以侧基和Ir+键合,O—O键长130pm,Ir—O键长209pm。红外光谱测得氧分子的伸缩振动频率 VO—O = 858cm-1,说明键合的氧分子有过氧基的特性。 由此推测,中心离子需反馈两个电子给氧分子。 Ir+ 与 O2 键合时形成两个三中心配键,其中一个是氧分子的成键 π 电子给予 Ir+ 离子的空 d 轨道形成 σ 配键,另一个是由 Ir+ 离子充满电子的未成键 d 轨道反馈给氧分子的反键 π* 轨道形成反馈 π 键,如图 4-33。膦配位的主要作用是阻止氧分子接受来自铱的电子而不可逆还原,以保持铱的低价氧化态 (+1) ,同时又促进上述反馈 π 键形成。
由于 Vaska 型氧载体的中心金属原子或离子需要反馈两个电子给配体的氧分子,所以 d10 组态的金属原子或低价态的金属离子更有利于生成 Vaska 型氧载体。它们是含有大量 d 电子的软的 π 电子对给予体,与软的 π 电子接受体分子氧强烈作用,d10 金属原子以它的外层空 s 和 p 轨道杂化来接受 O2 成键 π 电子形成 σ 配位键,而它们的充满电子的 d 轨道反馈给 O2 的反键 π* 轨道形成反馈 π 键。事实上,已经发现,Pt0、
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Pd0、和Ni0 的4-三苯基膦配合物[M (PPh3) 4] 在甲苯或苯溶液中也能与氧分子生成1:1的加合物[ (PPh3)2M (O2) ]。用红外光谱测定[(PPh3)2Pt(O2) ]和[ (PPh3)2Pd (O2) ]的O-O键伸缩振动频率分别为830和880cm-1,可见键合的氧分子具有过氧基的特征。[ (PPh3)2Pt(O2) ]单晶结构参数证实,键合的氧分子的O—O键长为145pm, 两个氧原子和两个磷原子与Pt原子几乎处在一个平面上。
③铜 (I) 氧载体
1978年M. G. Simmons 和 L. J. Wilson合成了以咪唑作为配体的Cu (I) 配合物,在室温下无论是溶液或固体都能可逆载氧。他们用2,6-二乙酰基吡啶与组胺缩合,得到配体2,6-[1- (2-咪唑-4-亚乙基亚氨基) 乙基]吡啶,然后在氮气保护下加入[Cu (I) (MeCN)
4] (ClO4)
得到暗红色的[Cu (I) ] (ClO4) 配合物,如下。
该配合物在溶液中以单体形式存在。Cu (I) 离子的配位数为5。在室温下露置于空气中,溶液迅速从红色变为绿色,约2分钟后反应完全,每2molCu (I) 吸收1molO2。如果把载氧后的溶液温热至40°C 左右并用氮气赶跑气体,或在减压下搅拌溶液,很容易发生放氧逆反应,溶液恢复原来的红色。如此重复实验证实它能可逆载氧。据此推测可能存在下列反应:
LCuI + O2
LCuIIO2? (4-20)
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LCuIIO2? + CuIL
LCuIIO22?CuIIL
2.如何解释[Co(salen)]配合物的两种结构的吸氧活性和非活性?
答:因为活性的Co与Co键之间的键长为0.345nm而非活性的Co与O之间的键长为0.226nm,键长越长键能越小,那么,所以活性型的容易加入氧气。而非活性的键长短,键能大,难以发生反应。
3.[Co(salen)]配合物在溶剂DMF和CHCl3中有两种性质截然不同的吸氧和放氧作用,可否从溶剂的性质来解释其所起的作用?
答:因为DMF是极性溶剂,非活性型的是极性,溶剂的极性对产物有影响,非活性型的能与极性的溶剂配位而成为活性型,这样活性型就能迅速吸氧气儿形成2:1型的加合物。而氯仿是非极性的溶剂,使得活性型的配合物向非活性型的转变,从而放出氧气。
4.在制备[Co(salen)]配合物过程中通氮气起什么作用?
答:通氮气是为了提供无氧环境。需要制备的配合物为非活性[Co(salen)]配合物,但是在加热的条件下可能与空气中的氧气反应生成活性[Co(salen)]配合物,导致产率较低。
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