
【化】 inner orbital mechanism
inner; inside; within
【醫】 end-; endo-; ento-; in-; intra-
course; orbit; rail; track
【計】 orbiting laboratory
mechanism
【化】 mechanism
【醫】 mechanism
在配位化學領域,"内軌機理"(英文:Inner-Sphere Mechanism)指配體交換反應中,新配體通過直接接觸中心金屬離子内層配位軌道完成取代的過程。其核心特征是反應涉及金屬-配體鍵的斷裂與形成,且過渡态包含一個橋連中間體(通常由水分子或其它小分子充當橋梁)。以下是詳細解析:
配位層滲透
新配體(L')需穿透金屬離子的第一配位層(内軌),直接與金屬中心作用。反應路徑涉及金屬内層軌道(如過渡金屬的 ((n-1)d) 軌道)參與雜化,形成活性中間體。
來源:《無機化學原理》(高等教育出版社)
橋連中間體形成
典型步驟為:
[ ce{ [M(L)n] + L' -> [L' cdots M cdots L]^{‡} -> [M(L){n-1}L'] + L } ]
其中橋連過渡态(‡)通過共享配體(如 (ce{H2O}))連接金屬與新舊配體,實現電子轉移。
來源:Journal of the American Chemical Society*
動力學特性
反應速率受配體性質顯著影響:
來源:《配位化學》(北京大學出版社)
特征 | 内軌機理 | 外軌機理 |
---|---|---|
配體接觸 | 直接接觸金屬内層軌道 | 僅作用于外層溶劑化層 |
過渡态 | 橋連中間體 | 溶劑籠效應主導 |
反應速率 | 較慢,受配體性質影響大 | 較快,接近擴散控制 |
典型體系 | (ce{[Co(NH3)5Cl]^{2+}}) | (ce{[Ni(H2O)6]^{2+}}) |
放射性元素分離
利用内軌機理設計選擇性配體(如EDTA衍生物),實現锕系/镧系元素的高效分離。
來源:Coordination Chemistry Reviews*
催化劑設計
钌、铑配合物通過内軌路徑活化 (ce{H2}) 或 (ce{C-H}) 鍵,用于均相催化加氫反應。
來源:Inorganic Chemistry*
内軌機理是配位化學中描述絡合物成鍵方式的重要概念,其核心要點如下:
基本定義
内軌機理指中心離子(或原子)在形成配位鍵時,使用内層(n-1)d軌道參與雜化,與ns、np軌道共同組成雜化軌道,從而接受配體的孤對電子。例如[Fe(CN)₆]⁴⁻中的Fe²+采用此機理。
軌道雜化特點
内軌型絡合物的雜化軌道包含次外層的(n-1)d軌道,常見類型有d²sp³雜化(如八面體構型)。這種雜化方式使電子排布更緊湊,導緻低自旋狀态。
與外軌機理的區别
外軌型絡合物(如[FeF₆]³⁻)使用外層的nd軌道雜化(如sp³d²),而内軌型因内層d軌道能量較低,形成的配位鍵鍵能更強、絡合物更穩定。内軌型通常需要強場配體(如CN⁻)誘導電子重排。
性質影響
内軌型絡合物常表現出更高的穩定性和更短的鍵長,且因電子填入低能級軌道,磁矩較低(順磁性較弱)。這類絡合物在催化、生物酶活性中心等領域有重要應用。
通過這種成鍵方式,内軌機理解釋了不同配體對絡合物結構和反應性的調控作用。
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