koordinointikemian

Koordinointikemia on kemian ala, joka tutkii koordinointikomplekseja. Keskuksena on usein metalli- tai epämetalliatomi tai -ioni, johon ligandidit sitoutuvat elektronidonoreilla. Ligandidit voivat olla yksittäisiä atomeja tai molekyylejä, jotka lahjoittavat parin elektronit sidokseen metalliin. Kompleksit voivat esiintyä sekä syntetisoituina että bioseteissä ja niillä on keskeinen tehtävä sekä teollisessa katalyysissä että biologisessa järjestelmässä.

Historian juuret ulottuvat Alfred Werneriin, joka muodosti 20. vuosisadan alussa periaatteet koordinointikompleksien rakenteesta ja oksidointisädeeroista. Wernerin näkemys muuttui myöhemmin moderniksi sähköhjälkiksi, kuten crystal field - ja ligand field -teorioiksi, jotka selittävät värejä, magnetismia ja reaktiivisuutta.

Rakenne ja teoria. Koordinaatio numero (CN) kertoo ligandidien määrän, jotka ovat kiinnittyneet keskukseen. Yleisiä CN-arvoja ovat 4, 6 ja 5, mutta muuntyyppisiä geometrioita esiintyy, kuten oktahedraalinen (CN 6), tetraedraalinen (CN 4) tai neliöön pystyvä (CN 4) järjestely. Ligandien sitoutumistapa voidaan kuvata kestävästi ns. dentiteetin avulla: monodentaatteja ligandeja sitoutuu yhteen kohtaan, kun taas polydentaatit voivat sitoutua useampaan kohtaan.

Ligandit ja sidokset. Monodentaatit ligandidit (esim. NH3, H2O, CN−) lahjoavat yhden elektroniydinpari ja muodostavat yksityiskohtaisen sidoksen. Moni-dentaatteja ligandeja kutsutaan dentaatteiksi tai poly-dentaatteiksi; tunnettu esimerkki on ethylenediamine (en). Chelation-ilmiö (chelating effect) usein vakauttaa kompleksin verrattuna erillisiin yksittäisiin ligandeihin.

Sovellukset ja merkitys. Koordinointikemia on keskeinen monissa katalysaattoreissa (esim. hydroformylation, hydrogenation), bioinorganisessa kemiassa (happea ja vihreitä reittejä sisältävät metallikeskukset, kuten hemoproteiinit), sekä lääketieteessä (metsallisten lääkkeiden, esim. cisplatiinien, käyttö syövän hoidossa). Ympäristötutkimuksessa kompleksit auttavat metallien sidonta- ja kierrätysprosesseja sekä analytiikassa tutkitaan sidosten stabilityä.

Nykytekniikat ja kehitys. Sovellukset hyödyntävät UV-Vis-spektroskopia, NMR, röntgendiffraatio ja tiheät assosiaatiot laskennalliseen kemiaan sekä molekyylitasoiseen simulointiin, jotka auttavat ymmärtämään ja suunnittelemaan uusia komplekseja.