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内容简介
本书全面、系统地论述了目前常用的配位化学研究方法.在波谱学方法中,介绍了电子吸收光谱法、分子振动光谱法、核磁共振波谱法、电子自旋共振波谱法、穆斯堡尔谱法、圆二色光谱与旋光色散谱法和光电子能谱法.并且分章介绍了磁化学、热分析、电化学及光化学方法.在化学方法中,介绍了元素分析及分子量测定法和配位化学实验技术.书中对这些方法的介绍简明扼要,并着重每种方法在配位化学中的应用.
本书可供化学、生物学方面的大学高年级学生、研究生和科研人员参考.
目录
- 第一章 绪论
1.1 配位化学的重要地位
1.2 配位化学的发展与研究方法
1.3 章节安排及指导思想
参考文献
第二章 电子吸收光谱研究法
2.1 引言
2.2 电子吸收光谱的基本原理
2.2.1 Morse势能曲线
2.2.2 电子吸收光谱与势能曲线
(1)Franck-Condon原理
(2)伴随电子跃迁所发生的振动跃迁
(3)跃迁需满足对称性条件
2.2.3 电子跃迁的标识
2.2.4 吸收强度与选律
(1)吸收强度的表述
(2)跃迁矩积分
(3)电子光谱的选律
(4)选律的松动
2.2.5 谱带宽度
(1)电子跃迁伴随着振动跃迁
(2)Jahn-Teller效应
(3)自旋-轨道偶合
2.3 实验技术与方法
2.3.1 紫外-可见分光光度计
(1)光源
(2)单色器
(3)样品室
(4)检测器
(5)控制线路
(6)结果显示
2.3.2 仪器性能检测
(1)波长准确度
(2)波长重复性
(3)光度准确度
(4)光度重复性
(5)分辨率
(6)杂散光
(7)基线的平直性
2.3.3 试样制备与测量参数的选择
2.4 配位体内部光谱
2.4.1 σ→σ*跃迁
2.4.2 n→σ*跃迁
2.4.3 n→π*跃迁
2.4.4 π→π*跃迁
2.4.5 生色基团与助色基团
2.5 配位场理论
2.5.1 自由离子状态与谱项
(1)L-S偶合
(2)j-j偶合
2.5.2 自由离子谱项的能量
2.5.3 配位场光谱项
(1)d1组态
(2)弱场方案处理d2组态
(3)谱项的相互作用
(4)强场方案处理d2组态
(5)相关图与中间场强情况
(6)低对称性配位场光谱项
2.6 Oh场和Td场的光谱项图
2.6.1 Orgel图
(1)单电子或拟单电子体系的Orgel图
(2)d2,d7,d3和d8组态
2.6.2 Tanabe-Sugano图
2.7 配合物的电子吸收光谱
2.7.1 d电子配合物的吸收光谱
(1)d1组态
(2)d2组态
(3)d3组态
(4)d4组态
(5)d5组态
(6)d6组态
(7)d7组态
(8)d8组态
(9)d9组态
2.7.2 f电子体系的吸收光谱
(1)镧系元素化合物的吸收光谱
(2)锕系元素化合物的吸收光谱
2.7.3 配位场参数Dq和β的测定
2.7.4 由光谱数掘分析配合物的几何构型
2.7.5 电荷迁移光谱
(1)配位体至金属的迁移
(2)金属至配位体的迁移
(3)金属至金属的迁移
2.7.6 配合物平衡常数的测定
(1)Job法(连续递变法)
(2)摩尔比例法
(3)平衡移动法
参考文献
第三章 分子振动(红外及Raman)光谱研究法
3.1 引言
3.2 分子振动光谱的基本原理
3.2.1 双原子分子的振动和转动
(1)简谐振动和非简谐振动
(2)双原子分子的红外振-转光谱
3.2.2 多原子分子的振动
(1)3N—5或3N—6规则
(2)简正坐标与简正振动
(3)多原子分子的振动模式
3.2.3 红外光谱的选律
3.2.4 基本振动和振动的偶合
(1)基本振动频率的标识
(2)振动的偶合
3.2.5 力常数
3.2.6 官能团频率
(1)R—H伸缩振动频率
(2)三键伸缩振动频率
(3)双键伸缩振动以及O—H,C—H,N—H的弯曲振动
(4)“指纹”区,单键区
(5)低频区
3.2.7 Raman光谱
3.2.8 简正振动的对称性
(1)简正振动的对称性分类
(2)简正振动的活性
3.2.9 振动光谱的偏振分析
3.3 实验方法与测定技术
3.3.1 双光束红外分光光度计
3.3.2 Fourier变换红外光谱仪
3.3.3 激光Raman光谱仪
3.3.4 红外光谱实验条件
3.3.5 物质的物理状态对光谱的影响
3.4 无机及配位化合物的红外、Raman光谱
3.4.1 无机化合物分子结构的推定
(1)SF4分子
(2)NSF3分子
(3)其它简单分子
3.4.2 配合物的红外和Raman光谱
(1)谱带增多
(2)谱带频移
(3)键合异构
(4)顺反异构
(5)配位键伸缩振动
(6)同位素置换法用于红外光谱指证
(7)金属羰基化合物的红外光谱
参考文献
第四章 核磁共振波谱研究法
4.1 概述
4.2 核磁共振基本原理
4.2.1 基本知识
4.2.2 氢原子核(1H)核磁共振谱
(1)化学位移
(2)自旋偶合与分裂
(3)氢核与其它核的偶合
4.2.3 碳-13核磁共振谱
(1)化学位移
(2)13C-NMR的自旋-自旋偶合作用
(3)13C-NMR实验方法及谱线归属技术
4.3 核磁共振仪及实验技术
4.3.1 核磁共振仪
4.3.2 样品和溶剂
4.3.3 核磁共振的实验技术及方法
(1)去偶法(双照射)
(2)INDOR法
(3)化学位移试剂法
(4)其它试剂法
4.4 配位化合物的核磁共振谱
4.4.1 1H谱在配位化学中的应用
(1)配合物的核磁共振谱
(2)反磁性配合物的结构判定
(3)顺磁性配合物
4.4.2 13C-NMR用于研究金属配合物
(1)不含有机配位体的金属羰基合物
(2)含有有机配位体的金属羰基合物
(3)多氰基烯类和多氰基的过渡金属配合物
4.4.3 31P核磁共振谱及其在配位化学中的应用
(1)31P-NMR谱的获得及其主要参数
(2)31P-NMR用于研究过渡金属配合物中M—P键的键强度
(3)31P-NMR用于研究反位效应
(4)31P-NMR用于研究配合物的立体异构体
(5)31P-NMR用于研究双齿膦配位体的配位方式
(6)dppm为桥联配位体的异双核配合物的结构研究
参考文献
第五章 电子自旋(顺磁)共振波谱研究法
5.1 引言
5.2 电子自旋共振的基本原理
5.2.1 电子自旋共振
5.2.2 自旋Hamilton算符
5.3 ESR实验方法
5.4 线宽、线型和弛豫
5.4.1 谱线增宽
(1)寿命增宽
(2)久期增宽
5.4.2 弛豫时间
5.4.3 线型
5.4.4 积分强度
5.5 g因子
5.6 超精细结构
5.6.1 核超精细相互作用
5.6.2 超精细相互作用机理
(1)偶极-偶极超精细相互作用
(2)Fermi接触超精细相互作用
5.6.3 一个未成对电子和一个自旋为Ι的核作用
5.6.4 一个未成对电子与n个自旋为Ι的等同核的作用
5.6.5 一个未成对电子与数个自旋不同的核的作用
5.6.6 一个未成对电子与n个不等同但自旋相同的核的作用
5.7 精细结构与零场分裂
5.7.1 零场分裂
5.7.2 精细结构常数D和E
5.7.3 D和E的确定方法
5.8 ESR用于研究自由基
5.8.1 自由基中的超精细偶合作用
5.8.2 有机自由基
5.8.3 无机自由基
5.9 过渡金属配合物的ESR
5.9.1 过渡金属配合物ESR的特点
5.9.2 配合物中g值的计算
5.9.3 配合物中的超精细偶合
5.9.4 配位键共价性的研究
5.9.5 几个典型的ESR谱
(1)d1体系
(2)d9体系
(3)d5体系(低目旋)
(4)d5体系(高自旋)
(5)d3体系
(6)Gd(Ⅲ)的ESR
参考文献
第六章 M#ssbauer谱研究方法
6.1 引言
6.2 M#ssbauer谱的基本原理
6.2.1 M#ssbauer效应
6.2.2 超精细相互作用
(1)同质异能移位(化学位移)
(2)电四极相互作用(四极分裂)
(3)磁偶极相互作用
6.3 M#ssbauer谱仪器装置及实验方法
6.3.1 M#ssbauer谱的仪器装置
(1)放射源
(2)吸收体
(3)驱动系统
(4)γ射线检测系统
6.3.2 测定方法
6.3.3 谱线的解析方法
6.4 M#ssbauer谱在配位化学中的应用
6.4.1 M#ssbauer谱参数提供的化学信息
(1)同质异能移位提供的化学信息
(2)四极分裂提供的化学信息
6.4.2 在配位化合物中的应用实例
(1)Prussian蓝和Turnbull蓝
(2)十二羰基合铁
(3)甲酸亚铁
(4)其它
参考文献
第七章 圆二色光谱与旋光色散谱研究法
7.1 引言
7.2 ORD和CD的基本原理
7.2.1 平面偏振光与圆偏振光
7.2.2 旋光度与圆偏振光双折射
7.2.3 椭圆率与圆偏振光二色性
7.2.4 旋光色散与Cotton效应
7.2.5 旋光强度与不对称因素
7.2.6 磁旋光(MOR)与磁圆二色性(MCD)
7.3 仪器装置及测定方法
7.3.1 旋光色散谱与圆二色谱
(1)旋光色散谱仪
(2)圆二色谱仪
(3)测定时应注意的事项
(4)ORD和CD的标准值
7.3.2 磁旋光(MOR)与磁圆二色谱(MCD)的测定
(1)磁场
(2)测定用试样
7.4 旋光光谱与圆二色光谱在配位化学中的应用
7.4.1 配合物的旋光性及其来源
(1)构型效应
(2)构象效应
(3)邻位效应
7.4.2 ORD和CD的应用
(1)d-d及f-f跃迁的CD谱
(2)电荷迁移吸收带的CD谱
(3)邻位效应
(4)区域律
7.4.3 磁旋光(MOR)与磁圆二色谱(MCD)在配位化学中的应用实例
(1)金属卟啉配合物
(2)铜(Ⅱ)及镍(Ⅱ)平面型配合物的d-d*跃迁
(3)双核铂(Ⅲ)配合物——Pt2(SO4)4X 和Pt2(HPO4)4X
(4)Fe(Ⅲ)—聚(4-乙烯基吡啶)配合物
参考文献
第八章 光电子能谱(XPS)研究法
8.1 引言
8.2 光电子能谱的基本原理
8.2.1 光电离过程
(1)原子和分子中的电子能级
(2)光电离
(3)光电截面
(4)Koopmans理论
(5)光电子逸出深度
8.2.2 自旋-轨道和自旋-自旋偶合
8.2.3 内层电子的结合能
8.2.4 光电子能谱的解析
(1)化学位移
(2)伴峰
8.3 实验方法与测定技术
8.4 XPS在无机及配位化学中的应用
8.4.1 根据内层能级电子结合能标识元素和它们的价态
8.4.2 根据自旋-轨道偶合双线间距和强度比标识元素
8.4.3 利用伴峰研究元素的化学状态
8.4.4 利用化学位移研究分子的结构
(1)配位效应
(2)共轭效应
(3)屏蔽效应
参考文献
第九章 X射线结构分析研究法
9.1 引言
9.2 X射线结构分析的基本原理
9.2.1 X射线衍射
(1)Laue方程
(2)Bragg方程
9.2.2 衍射强度和晶胞中原子的分布
(1)衍射强度公式
(2)结构因子
9.2.3 电子密度分布函数
9.2.4 晶体的空间群与系统消光
9.3 单晶结构的测定
9.3.1 晶体的X射线衍射图
(1)X射线的产生和吸收性质
(2)四圆衍射仪
9.3.2 单晶结构分析的一般步骤
(1)单晶的培养和选择
(2)测定晶体学参数
(3)收集X射线衍射强度数据
(4)空间群的确定
(5)分子中原子结构参数的确定
(6)结构描述
9.4 X射线多晶衍射法
9.4.1 多晶衍射数掘的收集
(1)照相法
(2)衍射仪法
9.4.2 多晶衍射法的应用
(1)固体样品的物相分析
(2)平均晶体粒度的测定
(3)晶体结构分析
9.5 X射线结构分析在配位化学中的应用
9.5.1 分子氮配合物
9.5.2 金属羰基配合物
9.5.3 高配位数配合物
9.5.4 金属簇状化合物
9.5.5 生物无机高分子
9.5.6 粉末法在配合物研究中的应用
9.5.7 扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)技术的应用
(1)引言
(2)EXAFS技术的基本原理
(3)EXAFS测定技术与实验方法
(4)EXAFS在配合物研究中的应用
附录:晶体学基础
1.晶体结构的周期性与点阵
2.晶体的对称性和对称元素
3.晶体的点群、晶系、空间点阵和空间群
参考文献
第十章 配合物的磁性研究法
10.1 概述
10.2 反磁性与顺磁性
10.2.1 反磁性
10.2.2 顺磁性
(1)自由离子的顺磁性
(2)配合物的顺磁性
10.3 磁化率
10.3.1 磁化率的理论计算公式
10.3.2 磁化率的测定
10.3.3 测定结果的图示法
(1)1/(χA-Nα)-T法示例
(2)χA-T法示例
10.4 金属离子间的超交换相互作用及理论模型
10.4.1 金属离子间交换偶合的近似分子轨道理论模型
10.4.2 超交换相互作用机理的AGK理论
10.5 桥键角与超交换相互作用的关系
10.6 羧基桥联双核Cu(Ⅱ)配合物与超交换相互作用
10.7 配合物磁性研究的其它例子
10.7.1 含氧配合物
(1)氧桥联钴双核配合物
(2)氧合血红蛋白型钴配合物
10.7.2 自由基配合物
(1)仲胺N-氧撑配合物
(2)低价联吡啶配合物
参考文献
第十一章 热分析研究方法
11.1 引言
11.2 热分析方法及装置的基本原理
11.2.1 热重分析法(TG)
(1)记录天平
(2)加热炉和炉温程序控制系统
11.2.2 差热分析法(DTA)和差示扫描量热法(DSC)
(1)差热分析法
(2)差示扫描量热法
11.2.3 逸出气检测法和逸出气分析法
(1)逸出气检测法
(2)逸出气分析法
11.3 热分析法的应用——配位化合物的热分解反应
11.3.1 金属配合物热分解反应的分类
(1)解离反应
(2)配体取代反应
(3)聚合反应
(4)配位构型变换反应
(5)异构化反应
(6)电子迁移反应
11.3.2 影响热反应机理的若干因素
(1)中心金属的影响
(2)配位体的影响
(3)外界离子的影响
(4)共存盐类的影响
11.3.3 金属配合物的热分析研究实例
(1)水合的氨合物[M(H2O)n(NH3)6-n]X3
(2)氨合物
(3)吡啶及其类似配体的配合物
(4)乙二胺配合物
参考文献
第十二章 电化学研究法
12.1 引言
12.2 配合物电化学基础
12.2.1 金属配合物在溶液中的行为
(1)溶液中金属配合物的形成
(2)配合物在溶液中的行为
12.2.2 电化学池中的金属配合物行为
(1)电化学池中的电极/溶液界面
(2)电化学池中的物质传递
(3)配合物电化学反应热力学
(4)配合物电化学反应动力学
12.3 电化学测定方法
12.3.1 电化学测定装置
(1)仪器简介
(2)电解池的设计与安装
(3)电极系统
(4)盐桥与Rugen毛细管
12.3.2 循环伏安法
12.3.3 极谱法
(1)经典极谱法
(2)现代极谱法
12.3.4 计时电流法
(1)恒电位阶跃法
(2)双电位阶跃法
(3)实验技术
12.3.5 电解法
(1)电解过程
(2)Coulomb分析
12.3.6 光谱电化学方法
(1)光谱电化学装置
(2)光谱电化学技术
12.3.7 电导法及其它方法
(1)电导仪及电导测量
(2)其它方法
12.4 电化学方法在无机及配位化学中的应用
12.4.1 配合物的组成及平衡常数的测定
(1)电导法确定配合物的组成与结构
(2)平衡常数的测定
12.4.2 过渡金属配合物的结构与电化学性能
(1)金属有机化合物
(2)过渡金属配合物
12.4.3 电化学合成
(1)自由基离子的生成
(2)(η5-C5H4R)2TiSe5的合成
(3)钌(Ⅱ)卟啉配合物的合成
(4)分子催化电还原二氧化碳
12.4.4 配合物化学修饰电极
(1)修饰电极的方法
(2)修饰电极的作用
参考文献
第十三章 光化学研究法
13.1 引言
13.2 配合物光化学基础
13.2.1 光的能量与配合物中的电子跃迁
(1)光能
(2)光的吸收
(3)过渡金属配合物的电子跃迁及光谱特征
13.2.2 光物理过程
(1)辐射跃迁和无辐射跃迁
(2)速率与寿命
(3)效率与量子产率 光化学第二定律
13.2.3 激发态的性质
(1)热平衡激发态(thexi态)
(2)Thexi态的制备
(3)Thexi态的发射
(4)Thexi态的能量
(5)Thexi态的结构
(6)Thexi态的吸收光谱
(7)Thexi态的光化学
(8)Thexi态的化学过程
(9)非热平衡激发态的过程
13.2.4 双分子猝灭过程中的能量传递
(1)含激发态的双分子过程的动力学
(2)能量传递实验在机理研究及实际问题中的作用
13.2.5 激发态电子传递反应
(1)激发态电对的性质
(2)激发态电子传递理论
13.2.6 光化学路径
13.2.7 过渡金属有机物的光化学简介
(1)过渡金属羰基化合物的光取代反应
(2)光异构化反应
(3)多核过渡金属羰基化合物中M—M键的均裂
13.2.8 过渡金属配合物的化学发光与电致化学发光
13.3 测定技术及实验方法
13.3.1 光源及滤波器
(1)光原
(2)滤波器
13.3.2 光化学反应系统的设计
(1)光化学反应器和光学器件的材料
(2)用于光化学合成的反应器
(3)用于定量研究的光化学反应器
13.3.3 参与光化学反应的光强的测量
(1)原理
(2)所需溶液
(3)亚铁菲啰啉配合物吸光系数的测定
(4)光量计溶液的制备
(5)光强度的测定
(6)光强度的计算
(7)校正
13.3.4 量子产率与寿命的测定
(1)光化学反应产物量子产率的测定
(2)辐射量子产率的测定
(3)辐射寿命的测定
(4)内部转换与系间窜越的效率
13.4 配合物光化学研究举例
13.4.1 d6过渡金属配合物的光化学Ru(bpy) 的氧化还原反应
(1)Ru(bpy) 的激发态
(2)ηISC,kISC和τo的估算
(3)激发态氧化还原电位和电子自交换速率常数
(4)光氧化还原反应
13.4.2 d3过渡金属配合物的光化学六氨合铬(Ⅲ)及铬(Ⅲ)的氨卤混配物的光取代反应
(1)Cr(Ⅲ)配合物的激发态
(2)Cr(Ⅲ)配合物的配体光取代反应及其与热取代反应的差异
(3)光取代反应的Adamson规则和理论分析
(4)光立体化学
参考文献
第十四章 元素分析及分子量测定方法
14.1 概论
14.2 有机元素分析
14.2.1 化学分析法
(1)基本原理
(2)样品的处理
(3)分析步骤
(4)误差率或偏差率的限度
14.2.2 仪器分析
(1)基本原理
(2)样品的制备
(3)影响测定的因素及对策
(4)误差
14.3 金属元素分析
14.3.1 化学分析中的络合滴定法
14.3.2 原子吸收分光光度法
(1)基本原理
(2)原子吸收分光光度计
14.3.3 电感偶合等离子直读光谱仪
(1)基本原理
(2)应用范围和优点
14.4 分子量的测定
14.4.1 低分子配合物
(1)凝固点下降法
(2)蒸气压渗透法(VPO)
(3)质谱分析法
(4)核磁共振波谱法
14.4.2 高分子配合物
(1)分子量的分布与平均分子量
(2)主要测定方法及其特点
(3)一般注意事项
14.5 元素分析及分子量测定法在配位化学中的应用
14.5.1 元素分析
14.5.2 分子量的测定
参考文献
第十五章 配合物的化学实验技术
15.1 合成方法
15.1.1 配合物的合成方法
(1)取代活性型配合物
(2)取代非活性型配合物
(3)中心金属离子存在下变换配体
(4)几何异构体的合成
(5)光学异构体的合成
(6)分子氮配合物的合成
15.1.2 金属有机化合物的合成
(1)过渡金属有机化合物的合成方法
(2)典型元素金属有机化合物的合成方法
15.2 无水无氧操作技术
15.2.1 常用的惰性气体
(1)除水
(2)除氧
15.2.2 常用溶剂的纯化及保存
(1)四氯化碳
(2)吡啶
(3)苯
(4)四氢呋喃
(5)氯仿
(6)乙酸乙酯
(7)甲醇
(8)丙酮
(9)乙醚
(10)二甲亚砜
(11)N,N-二甲基甲酰胺
15.2.3 基本仪器和实验装置及其使用方法
(1)最简单的方法
(2)简单有效的方法
(3)更为严密的方法
15.2.4 应用操作
(1)NMR样品的制作
(2)红外样品的制作
(3)气相中气体的定量测定
(4)过滤
(5)回流
(6)移液管的使用方法
(7)紫外可见光谱
(8)液体和固体的保存
15.3 配合物的分离及拆分技术
15.3.1 柱色谱
(1)离子交换树脂
(2)葡聚糖凝胶离子交换体
(3)氧化铝
15.3.2 纸色谱
15.3.3 薄层色谱
参考文献