PPTX

Report
Alfred Werner: 100 χρόνια από το
βραβείο Nobel για την θεμελίωση της
χημείας των συμπλόκων
Αλέξανδρος – Γ – Ιωάννου
Ημερίδα Χημείας 2013
Σχέδιο Παρουσίασης:
•
•
•
•
•
Ιστορικά στοιχεία.
Σύμπλοκες Ενώσεις.
Οι Θεωρίες της εποχής.
Η προσφορά του Werner.
Σημαντικοί σταθμοί στην χημεία των
συμπλόκων.
• Σύγχρονες εφαρμογές.
A
L
F
R
E
D
W
E
R
N
E
R
1
8
6
6
1
9
1
9
Alfred Werner
γεννήθηκε στην :
ΗOέρευνά
του περιλαμβάνει
Μιλούζ
της Αλσατίαςτων
το 1866.
• Μελέτη
της στερεοχημείας
οξιμών
Σπούδασε
Χημεία
στο Ελβετικό
(οργανικές
ενώσεις
που περιέχουν
την
Ομοσπονδιακόομάδα
Ινστιτούτο
και το 1890
χαρακτηριστική
«–C=Ν–ΟΗ»)
ανέλαβε τη διδακτορική
του διατριβή.
• Θερμοχημικές
μελέτες
Αφού ολοκλήρωσε
μεταδιδακτορικές
(μεταδιδακτορικές
μελέτες
,Παρίσι)
• σπουδές
Μελέτη σύμπλοκων
και
στο Παρίσι,ενώσεων
μετανάστευσε
στη
θεμελίωση
τηςκαι
χημείας
τους. καθηγητής
Ζυρίχη,
όπου
διορίστηκε
του πανεπιστημίου της Ζυρίχης (1895).
Η διδακτορική
του διατριβή
αφορούσε
την ερμηνεία
Υπήρξε
ο πρώτος ανόργανος
χημικός
που βραβεύτηκε
με
των στερεοχημικών
δομώνοχημικών
Σε αυτή,
βραβείο
Nobel και παρέμεινε
μοναδικόςενώσεων.
μέχρι το 1973.
εφαρμόζοντας
τετραεδρική
δομήμελέτη
που πρότειναν
οι
(Ernst
Otto Fischerτην
- Geoffrey
Wilkinson,
των
οργανομεταλλικών
- «ενώσεις
sandwich»)
Josheph-Achille Leενώσεων
Bel και Van’t
Hoff για
τον άνθρακα σε
αντίστοιχες ενώσεις αζώτου, εξήγησε πολυάριθμες
περιπτώσεις cis-trans ισομέρειας συμπλόκων με
τρισθενή άτομα αζώτου, συνέβαλε στην ανακάλυψη
νέων ισομερών
καιτο
έθεσε
τις βάσεις
στερεοχημείας
Πέθανε
1919
στητηςΖυρίχη
αζωτούχων ενώσεων.
C
H
E
M
I
S
T
R
Y
N
O
B
E
L
1
9
1
3
Σύμπλοκες Ενώσεις
Ορισμός: Τα σύμπλοκα είναι είδος χημικών
ενώσεων που αποτελούνται από ένα κεντρικό
άτομο ή ιόν συνδεδεμένο με περιβάλλοντα
μόρια ή ιόντα (δότες ηλεκτρονίων). Το κεντρικό
άτομο ενός συμπλόκου «σύνταξης» είναι
συνήθως ένα μεταλλικό κατιόν (συνήθως
στοιχείου μετάπτωσης). Ένα σύμπλοκο είναι το
προϊόν της αντιδράσεως ενός κατά Lewis οξέοςμε μια κατά Lewis βάση.
Μέχρι την εποχή του Werner οι χημικοί όριζαν το «σθένος»
ΑΡΧΙΚΕΣ
ΘΕΩΡΗΣΕΙΣ
Σύμπλοκες
ενώσεις
ως τον αριθμό
των
δεσμών
που
μπορεί ένα άτομο να
σχηματίσει.
August Kekulé: Επιχείρησε να εφαρμόσει την θεωρία του (η
οποία
δεν
αποδεχόταν
την
«μεταβολή
του
σθένους»,
όπως
Πριν
την
συμβολή
του
Werner
στην
χημεία:
Σημασία της
μελέτης
της δομής των
συμπλόκων το
 Μελέτη
– ερμηνεία
χημικού
Ως
συνέπεια
του
παραπάνω
ορισμού
σθένος
ενός
ατόμου
τότεσύμπλοκες
την έννοια
του «σθένους»)
που ερμήνευε
την
•όριζαν
Ελάχιστες
ενώσεις
είχαν απομονωθεί
(οι
δεσμού.
Αρχικές
μελέτες:
θεωρείτο
,οργανικές
ανεξαρτήτως
των ενώσεων
περισσότερες
ως παραπροϊόντα
ή από «ατύχημα»),
ενώάμινο
οι στις
δομή
για«αμετάβλητο»
ποικίλες
μοριακές
ενώσεις
στα
• Δομή
: «άμινο
– σύμπλοκα μετάλλων»
εφαρμογές
τους
ήταν
πολύ
περιορισμένες.
οποίες
συμμετέχει.
Ο
Kekulé
στην
θεωρία
του
περί
ερμηνείας
σύμπλοκα.
Ωστόσο
η (1837)
θεωρία
αυτή
απέτυχε
να
ερμηνεύσει
 Thomas
Graham
«Θεωρία
αμμωνίου»:
Τα άμινο-μέταλλα
• Μολονότι
ήταν γνωστό
πως υπήρχαν
σύμπλοκες
ενώσεις
και
αντιμετωπίζονται
ως
υποκατεστημένες
ενώσεις
αμμωνίου.
Εφαρμοζόταν
των
χημικών
δεσμών
σε
μοριακές
ενώσεις
μπόρεσε
επιτυχώς
την δομή τους , την φύση των δεσμών στα άλατα των
συμβολίζονταν
ωςμόνο
π.χ.στις
CoCl
η διαφορά
στηντωνχημική
αποτελεσματικά
περιπτώσεις
που ο αριθμός
μορίων
3•6NH3εκείνες
νασυμπλόκων
ερμηνεύσει
τησύμπλοκο
δομή
τους
θεωρώντας
το
αλλά
και
ύπαρξη
αμμωνίαςενώσεων,
στο
ταυτιζόταν
με την
το ενώσεις)
φορτίο
τουαμετάβλητο
μεταλλικού
ιόντος.
τους συμπεριφορά
(από τις
μοριακές
καισυμπλόκων
η φύση
της
 Jonsιόντων
Jacob Berzelius
(1841)  κάθε
Τα μόρια
αμμωνίας σχηματίζουν
διαμοριακούς
σθένος
ατόμου.
με
διαφορετικό
αριθμό
σύνταξης.
τελείας
«.»
ήταν
άγνωστα.
δεσμούς με το μέταλλο επιτρέποντας στα συζευγμένα μεταλλικά άτομα το
• Η τρισδιάστατη
δομή των
συμπλόκων
ενώσεων
καθώς
και η
σχηματισμό ενώσεων
(η σύζευξη
δεν μεταβάλει
την χημεία
του μετάλλου)
γεωμετρία κάθε μεταλλικού κέντρου ήταν άγνωστη.
Προσφορά του Werner – Nobel
χημείας 1913
• Πρότεινε τις ορθές γεωμετρίες σύμπλοκων ιόντων με
μέταλλο ως κεντρικό άτομο περιστοιχιζόμενο από
πλήθος υποκαταστατών.
• Εισήγαγε 2 διαφορετικά είδη «σθένους», το
HAUPTVALENZ (το «πρωτεύον» σθένος, ο γνωστός σε
εμάς σήμερα «αριθμός οξείδωσης» ενός ατόμου), και το
NEBENVALENZ («δευτερεύον» σθένος , ο γνωστός σε
εμάς σήμερα «αριθμός σύνταξης»).
• Μελέτησε τις χημικές ιδιότητες των συμπλόκων, των
υποκαταστατών και του μεταλλικού κέντρου και
συνέκρινε την μεταβολή των ιδιοτήτων τους κατά την
σύμπλεξη.
Προσφορά του Werner – Nobel
χημείας 1913
• O Werner απέδειξε την εγκυρότητα των μελετών
του εκτελώντας πληθώρα χημικών αντιδράσεων,
πειραμάτων ισομερείωσης, και μετρήσεις
αγωγιμότητας. Αργότερα μετρήσεις μαγνητικής
επιδεκτικότητας, επιβεβαίωσαν τις
παρατηρήσεις του.
• Σύνθεσε οπτικώς ενεργές σύμπλοκες ενώσεις. Το
1914, ανακοίνωσε την πρώτη συνθετική
«χειρόμορφη» ένωση από την οποία απουσιάζει
ο άνθρακας. ([Co(Co(NH3)4(OH)2)3]Br6).
ΣΗΜΑΝΤΙΚΟΙ ΣΤΑΘΜΟΙ ΣΤΗΝ ΧΗΜΕΙΑ
ΤΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ
• 1940
– 1960,Jörgensen
Διατύπωσηαρχικές
και Θεμελίωση
Θεωρίας
• Sophus
μελέτεςτης
– πειράματα
Πεδίου Υποκαταστατών, για την ερμηνεία της δομής των
– σύνθεση πρώτων συμπλόκων. Ο Sophus
συμπλόκων και την κατανόηση των μηχανισμών της
Jörgensen από το 1893 συζητούσε τις θεωρίες
χημείας τους.
του
γύρω
από
τη
δομή
των
συμπλόκων
με
τον
• Henry Taube σύνθεση συμπλόκων με χρήση του
Alfred Werner. Μολονότι αυτές
τριφθορο-μέθανο-σουλφονικού
οξέοςαποδείχτηκαν
(τριφλικού οξέος ανεπαρκείς
θεωρείται
ο «συν- θεμελιωτής» της
CF3SO
Η,
ΤfΟΗ)
(1969).
3
χημείας
των
συμπλόκων.
• Δεκαετία
1980
– Επέκταση
της σύνθεσης συμπλόκων
ενώσεων
νέα σύμπλοκα
στοιχείων
μεταπτώσεως
• 1910 – 1930
, Επέκταση
σύνθεσης
συμπλόκωνεφαρμογές
στην ιατρική
(αντικαρκινικά
φάρμακα)
στην
και διατύπωση
θεωρίας
κρυσταλλικού
πεδίου.
βιοανόργανη χημεία (φωτοσύνθεση, αιμοσφαιρίνη κτλ),
και την κατάλυση.
100 χρόνια από το βραβείο Nobel
Εφαρμογές των συμπλόκων:
•
•
•
•
•
•
Βιοανόργανη Χημεία
Αναλυτική Χημεία
Φαρμακευτική - Ιατρική
Χημικές – Φυσικές εφαρμογές
Κατάλυση
Καθημερινότητα
Μεταφορά Οξυγόνου στο Αίμα
“Φωτοσύστημα ΙΙ”  και πάλι η χημική σύνθεση των απαραίτητων
οργανικών μορίων της φωτοσύνθεσης, γίνεται χάρη στην ύπαρξη του
συμπλόκου (πλειάδας) Mn4O4Ca.
Φωτοσύνθεση
Φαρμακευτική - Ιατρική
• Απομάκρυνση βαρέων μετάλλων (Hg, Cd, Pb)
από τους ιστούς με σχηματισμό συμπλόκων με
κατάλληλους χηλικούς υποκαταστάτες .
• Σύμπλοκα του Cu (II) χρησιμοποιούνται ως
αντιρευματικά και ως αντιφλεγμονώδη.
• Σύμπλοκα του Au(I) ως αντιαρθριτικά.
• Σύμπλοκα του Pt (II) χρησιμοποιούνται ως
αντικαρκινικά φάρμακα.
( cis-[Pt(NH3)4Cl2], [Pt(en)Cl2], [Pt(en)2Cl2],
Pt(NH3)2Cl2).
Metal Organic Frameworks (M.O.F.)
Σύγχρονες Φυσικοχημικές Εφαρμογές
Tα M.O.F., συνιστούν μία τάξη πορωδών υλικών (πολυμερείς σύμπλοκες ενώσεις)
τα οποία έχουν την ιδιότητα να προσροφούν και να αποθηκεύουν το αέρα (CO2 ,
Η2, φυσικό αέριο) σε οργανωμένες δομές, με υψηλή θερμική και ενεργειακή
σταθερότητα, με ρυθμιζόμενη χημική δραστηριότητα σε συνθήκες θερμοκρασίας
δωματίου μεταβάλλοντας την πίεση.
Metal
Organicτων
Framework
(M.O.F.)
Οι•χημικές
εφαρμογές
“ Metal Organic
Frameworks “, αφορούν:
• Metal
Polyhedral
(M.O.P)
• Κατάλυση
(π.χ.Organic
εξαιρετική εφαρμογή
σε αντιδράσεις
Friedel - Crafts tert –
βουτυλίωσης )
• Μεταλλικές Πλειάδες (Clusters)
• Στερεοεκλεκτική απομόνωση και επεξεργασία χημικών μορίων
• Χρήση ως υποστρώματα – «ξενιστές» στερεοεκλεκτικών αντιδράσεων με
δυνατότητα ρύθμισης του μεγέθους των αντιδρώντων σωμάτων.
Metal Organic Polyhedral
• Συνιστούν διακριτά μοριακά συγκροτήματα που
αποτελούνται από «σύμπλοκες» δομικές
μονάδες μετάλλων με οργανικές ομάδες.
• Έχουν ποικίλες χημικές εφαρμογές, καθώς
μπορούν να δράσουν ως «μόρια – ξενιστές»
απομονώνοντας «στερεοεκλεκτικά» μόρια από
το χημικό τους περιβάλλον.
• Μπορούν να διαδραματίσουν ρόλο δοχείων
αντιδράσεως «νανοκλίμακας».(π.χ. Εφαρμογές
όξινης κατάλυσης σε αλκαλικό περιβάλλον ).
• Χρησιμοποιούνται στην δέσμευση και την
αποθήκευση αερίων (π.χ. φυσικό αέριο ή CO2).
Acid Catalysis
in alkaline solution
within a M.O.P.
Μεταλλικές Πλειάδες (Metal Clusters)
• Σύμπλοκες ενώσεις της μορφής: [Mx(B)yLz]ω
Μεταλλικές πλειάδες με
δεσμούς μετάλλου μετάλλου
• Κατάλυση. Οι μεταλλικές πλειάδες
συχνά μπορούν να χρησιμοποιηθούν
στην κατάλυση (ομογενή ή ετερογενή)
χημικών αντιδράσεων χάρη στην ύπαρξη
ενεργών μεταλλικών κέντρων.
Μεταλλικές πλειάδες χωρίς
δεσμούς μετάλλου –
μετάλλου.
• Υπάρχουν σε πρωτεΐνες και στα ενεργά
κέντρα ενζύμων όπου και
διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο για
την εκτέλεση εξειδικευμένων
λειτουργιών στους οργανισμούς. (π.χ.
χλωροπλάστες φωτοσύστημα ΙΙ ).
• Εφαρμογές στην επιστήμη των υλικών
(π.χ. μαγνητικές ιδιότητες).
Κατάλυση
Οι σύμπλοκες ενώσεις χρησιμοποιούνται ευρύτατα σε καταλυτικές εφαρμογές
(ετερογενής ή ομογενής κατάλυση).
Η αξία στην εφαρμογή συμπλόκων ενώσεων στην κατάλυση γίνεται αντιληπτή μέσα από
την μελέτη των καταλυτικών κύκλων.
Η συμμετοχή των συμπλόκων στους καταλυτικούς κύκλους βασίζεται στην ιδιότητά τους
να εναλλάσσουν υποκαταστάτες με μόρια των αντιδρώντων, μεταβάλλοντας έτσι τον
μηχανισμό της αντίδρασης και συνεπώς αυξάνοντας σημαντικά την ταχύτητά της.
Άλλες Εφαρμογές
• Στις φωτογραφίες (με φίλμ): Ο AgBr σχηματίζει
ένα διαλυτό σύμπλοκο με θειοθειικό νάτριο το
οποίο χρησιμοποιείται στις τεχνικές
επεξεργασίας φωτογραφιών.
• Το K[Ag(CN)2] χρησιμοποιείται στην
ηλεκτροσταθμική επαργύρωση αντικειμένων,
ενώ το K[Au(CN)2] στην επιχρύσωση
αντικειμένων καθημερινής χρήσης.
• Μεταλλουργία : Ανάκτηση μετάλλων από
ορυκτά.
Alfred
Werner
100 χρόνια
από το
“Invite
Chemistry
In Your Life”
βραβείο Nobel για τη χημεία των
συμπλόκων
Ευχαριστίες:
• Στους καθηγητές που βοήθησαν στην δομή της παρουσίασης.
• Σε όσους συνέβαλαν στην οργάνωση της παρούσας ημερίδας.
• Σε όσους παρακολούθησαν την παρούσα ομιλία για την
προσοχή και το ενδιαφέρον τους.
Αλέξανδρος – Γ - Ιωάννου
Υποκαταστάτες «μη αθώου» αριθμού
οξείδωσης

similar documents