
【化】 inner orbital mechanism
inner; inside; within
【医】 end-; endo-; ento-; in-; intra-
course; orbit; rail; track
【计】 orbiting laboratory
mechanism
【化】 mechanism
【医】 mechanism
在配位化学领域,"内轨机理"(英文:Inner-Sphere Mechanism)指配体交换反应中,新配体通过直接接触中心金属离子内层配位轨道完成取代的过程。其核心特征是反应涉及金属-配体键的断裂与形成,且过渡态包含一个桥连中间体(通常由水分子或其它小分子充当桥梁)。以下是详细解析:
配位层渗透
新配体(L')需穿透金属离子的第一配位层(内轨),直接与金属中心作用。反应路径涉及金属内层轨道(如过渡金属的 ((n-1)d) 轨道)参与杂化,形成活性中间体。
来源:《无机化学原理》(高等教育出版社)
桥连中间体形成
典型步骤为:
[ ce{ [M(L)n] + L' -> [L' cdots M cdots L]^{‡} -> [M(L){n-1}L'] + L } ]
其中桥连过渡态(‡)通过共享配体(如 (ce{H2O}))连接金属与新旧配体,实现电子转移。
来源:Journal of the American Chemical Society*
动力学特性
反应速率受配体性质显著影响:
来源:《配位化学》(北京大学出版社)
特征 | 内轨机理 | 外轨机理 |
---|---|---|
配体接触 | 直接接触金属内层轨道 | 仅作用于外层溶剂化层 |
过渡态 | 桥连中间体 | 溶剂笼效应主导 |
反应速率 | 较慢,受配体性质影响大 | 较快,接近扩散控制 |
典型体系 | (ce{[Co(NH3)5Cl]^{2+}}) | (ce{[Ni(H2O)6]^{2+}}) |
放射性元素分离
利用内轨机理设计选择性配体(如EDTA衍生物),实现锕系/镧系元素的高效分离。
来源:Coordination Chemistry Reviews*
催化剂设计
钌、铑配合物通过内轨路径活化 (ce{H2}) 或 (ce{C-H}) 键,用于均相催化加氢反应。
来源:Inorganic Chemistry*
内轨机理是配位化学中描述络合物成键方式的重要概念,其核心要点如下:
基本定义
内轨机理指中心离子(或原子)在形成配位键时,使用内层(n-1)d轨道参与杂化,与ns、np轨道共同组成杂化轨道,从而接受配体的孤对电子。例如[Fe(CN)₆]⁴⁻中的Fe²+采用此机理。
轨道杂化特点
内轨型络合物的杂化轨道包含次外层的(n-1)d轨道,常见类型有d²sp³杂化(如八面体构型)。这种杂化方式使电子排布更紧凑,导致低自旋状态。
与外轨机理的区别
外轨型络合物(如[FeF₆]³⁻)使用外层的nd轨道杂化(如sp³d²),而内轨型因内层d轨道能量较低,形成的配位键键能更强、络合物更稳定。内轨型通常需要强场配体(如CN⁻)诱导电子重排。
性质影响
内轨型络合物常表现出更高的稳定性和更短的键长,且因电子填入低能级轨道,磁矩较低(顺磁性较弱)。这类络合物在催化、生物酶活性中心等领域有重要应用。
通过这种成键方式,内轨机理解释了不同配体对络合物结构和反应性的调控作用。
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