mit Metall-Metall-Bindung Modul AC V: Hauptseminar

Präsentation zum Thema: "mit Metall-Metall-Bindung Modul AC V: Hauptseminar"—  Präsentation transkript:

1 mit Metall-Metall-Bindung Modul AC V: Hauptseminar
Mehrkernige Komplexe mit Metall-Metall-Bindung Modul AC V: Hauptseminar Tobias Jurczyk

2 Mehrkernige Komplexe mit Metall-Metall-Bindung
1. Niederkernige Clusterkomplexe 2. Borane 3. Höherkernige Clusterkomplexe 4. Anwendungen

3 Mehrkernige Komplexe mit Metall-Metall-Bindung
1. Niederkernige Clusterkomplexe 2. Borane 3. Höherkernige Clusterkomplexe 4. Anwendungen

4 mit Metall-Metall-Bindung
Mehrkernige Komplexe mit Metall-Metall-Bindung Mehrkernige Komplexe mit Metall-Metall-Bindung liegen außerhalb der Koordinationstheorie von Alfred Werner. Metall-Metall-Bindungen in Molekülen wurden erstmals in den 50ziger Jahren experimentell gefunden. Mehrkernkomplexe mit Metall-Metall-Bindungen bezeichnet man auch als Clusterkomplexe. Gade, Koordinationschemie, 1. Auflage, 1998

5 EAN-Regel Die Effective Atomic Number Rule (EAN-Regel) ist eine Erweiterung der 18-Valenzelektronen-Regel speziell für Clusterkomplexe. Die Basis der EAN-Regel ist, dass zwischen den bindenden Metallzentren eine Zweizentren-Zweielektronenbindung vorliegt. x: Zahl der Metall-Metall-Bindungen n: Zahl der Metallzentren N: Gesamtelektronen x = Gade, Koordinationschemie, 1. Auflage, 1998

6 [Os3(CO)12] x: Zahl der Metall-Metall-Bindungen
n: Zahl der Metallzentren N: Gesamtelektronen x = n = 3 und N = 48 x = = AC III Vorlesung, Prof. Weber

7 [Os3(CO)12] x: Zahl der Metall-Metall-Bindungen
n: Zahl der Metallzentren N: Gesamtelektronen x = n = 3 und N = 48 x = = 3 3 Metall-Metall-Bindungen Struktur: AC III Vorlesung, Prof. Weber

8 Mehrkernige Komplexe mit Metall-Metall-Bindung
1. Niederkernige Clusterkomplexe 2. Borane 3. Höherkernige Clusterkomplexe 4. Anwendungen

9 Borane Diboran (6) Höhere Borane bilden geöffnete Käfigstrukturen. Dabei werden ein bis max. drei Ecken eines bekannten Polyeders nicht besetzt. eine unbesetzte Ecke : nido-Borane BnHn+4 zwei unbesetzte Ecken : arachno-Borane BnHn+6 drei unbesetzte Ecken : hypho-Borane BnHn+8 Stabile geschlossene Strukturen (closo) gibt es nur bei Boran-Anionen: BnHn2- n = Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

10 Wade-Regeln Das Verhältnis von Gerüstelektronen zu Gerüstatomen n legt die Geometrie des Gerüsts von Boranen und Boran-Anionen fest. Gerüstelektronen Gerüstelektronenpaare Struktur 2n + 2 n + 1 closo 2n + 4 n + 2 nido 2n + 6 n + 3 arachno 2n + 8 n + 4 hypho Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

11 Wade-Regeln Der Grundbaustein des Gerüsts ist die B-H-Gruppe.
Zählregel für die Gerüstelektronen: Gerüstelektronen = Valenzelektronenges – Xges ∙ 2 Elektronen X: Hauptgruppenatom Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

12 B6H10 Gerüstelektronen: VE-Gerüstatome + VE-H-Atome + Zahl der Ladungen – 2 e- pro Hauptgruppenatom Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

13 B6H10 Gerüstelektronen: VE-Gerüstatome + VE-H-Atome + Zahl der Ladungen – 2 e- pro Hauptgruppenatom 18 e- Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

14 B6H10 Gerüstelektronen: VE-Gerüstatome + VE-H-Atome + Zahl der Ladungen – 2 e- pro Hauptgruppenatom 18 e- + 10 e- + 0 e- Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

15 B6H10 Gerüstelektronen: VE-Gerüstatome + VE-H-Atome + Zahl der Ladungen – 2 e- pro Hauptgruppenatom 18 e- + 10 e- + 0 e- - 12 e- Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

16 B6H10 Gerüstelektronen: VE-Gerüstatome + VE-H-Atome + Zahl der Ladungen – 2 e- pro Hauptgruppenatom 18 e- + 10 e- + 0 e- - 12 e- = 16 e- (2n + 4) nido-Hexaboran (10) Borgerüst: pentagonale Bipyramide Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

17 B5H11 Gerüstelektronen: VE-Gerüstatome + VE-H-Atome + Zahl der Ladungen – 2 e- pro Hauptgruppenatom 15 e- + 11 e- + 0 e- - 10 e- Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

18 B5H11 Gerüstelektronen: VE-Gerüstatome + VE-H-Atome + Zahl der Ladungen – 2 e- pro Hauptgruppenatom 15 e- + 11 e- + 0 e- - 10 e- = 16 e- (2n + 6) arachno-Pentaboran (11) Borgerüst: pentagonale Bipyramide Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

19 B12H122- Gerüstelektronen:
VE-Gerüstatome + VE-H-Atome + Zahl der Ladungen – 2 e- pro Hauptgruppenatom 36 e- + 12 e- + 2 e- - 24 e- Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

20 B12H122- Gerüstelektronen:
VE-Gerüstatome + VE-H-Atome + Zahl der Ladungen – 2 e- pro Hauptgruppenatom 36 e- + 12 e- + 2 e- - 24 e- = 26 e- (2n + 2) closo-Dodecaborat (12) Borgerüst: B12-Ikosaeder Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

21 Bindungsverhältnisse im B12H122-
Die 26 Gerüstelektronen werden nur für die Besetzung der Molekülorbitale des B12-Ikosaeders verwendet. Durch die Delokalisation der Elektronen ist die Verbindung besonders stabil. Zweizentren-BH-Bindung B – H geschlossene Dreizentren-BBB-Bindung Riedel/Janiak, Anorganische Chemie, 7. Auflage, 2007

22 Mehrkernige Komplexe mit Metall-Metall-Bindung
1. Niederkernige Clusterkomplexe 2. Borane 3. Höherkernige Clusterkomplexe 4. Anwendungen

23 Isolobalanalogie Definition: „Zwei Molekülfragmente sind isolobal, wenn die Zahl, die Symmetrie-eigenschaften und die Elektronenbesetzung ihrer Grenzorbitale gleich sindund zusätzlich noch ihre Orbitalenergien ähnlich sind.“ So eine Analogie liegt zwischen den Boranen und den Carbonylclustern vor. Fragmente: B – H M(CO)3 M = Fe, Ru, Os Gade, Koordinationschemie, 1. Auflage, 1998

24 Wade-Mingos-Regeln Polyeder-Skelettelektronenpaar(PSEP)-Theorie für Clusterkomplexe Die Bindungsverhältnisse lassen sich besser durch delokalisierte Gerüstbindungen beschreiben. Das M(CO)3 -Fragment trägt 2 Elektronen für das Gerüst bei. Gerüstelektronen Gerüstelektronenpaare Struktur 2n + 2 n + 1 closo 2n + 4 n + 2 nido 2n + 6 n + 3 arachno Gerüstelektronen = Clustervalenzelektronenzahl – n ∙ 12 Elektronen n: Zahl der Polyederecken Gade, Koordinationschemie, 1. Auflage, 1998

25 [Os6(CO)18]2- Gerüstelektronen:
VE von Mges + VE von Liganden + Zahl der Ladungen – 12 e- pro Polyederecke 8 e- ∙ 6 + 2e- ∙ 18 + 2 e- - 12 e- ∙ 6 Gade, Koordinationschemie, 1. Auflage, 1998

26 [Os6(CO)18]2- Gerüstelektronen:
VE von Mges + VE von Liganden + Zahl der Ladungen – 12 e- pro Polyederecke 8 e- ∙ 6 + 2e- ∙ 18 + 2 e- - 12 e- ∙ 6 = 14 e- (2n + 2) closo-Gerüst: Oktaeder Gade, Koordinationschemie, 1. Auflage, 1998

27 Mehrkernige Komplexe mit Metall-Metall-Bindung
1. Niederkernige Clusterkomplexe 2. Borane 3. Höherkernige Clusterkomplexe 4. Anwendungen

28 Anwendungen Die Komplexe werden als Precursor für die Herstellung von Nanopartikeln/ Nanostrukturen eingesetzt (Bottom-up Approach). Beispiele: - Herstellung von Monolagen/Multilagen - Einbettung der Komplexe in eine Polymermatrix - Nutzung der Nanopartikel als aktive Zentren in der Katalyse Riedel, Moderne Anorganische Chemie, 4. Auflage, 2012 Nachrichten aus der Chemie, 06/2012, S.697

29 1. Niederkernige Clusterkomplexe 3. Höherkernige Clusterkomplexe
Zusammenfassung: 1. Niederkernige Clusterkomplexe → EAN-Regel 2. Borane → Wade-Regeln 3. Höherkernige Clusterkomplexe → Isolobalanalogie → Wade-Mingos-Regeln 4. Anwendungen → Precursor für die Nanochemie