Nomenklatur von Komplexen

Nomenklatur von Komplexen Übung

• Erkläre die Grundlagen der Nomenklatur der Komplexverbindungen.

  Tipps

  Der Cyclopentadienyl-Ligand im Ferrocen ist pentahapto gebunden.

  Komplexe Anionen enthalten als Wortstamm die lateinische Bezeichnung des Zentralatoms sowie die Endung -at.

  Lösung

  Die Haptizität eines Liganden beschreibt die Anzahl der donierenden Haftatome eines Liganden, d.h. die Anzahl der direkt an das Zentralatom gebundenen Atome des Liganden. In der Literatur findet man auch die Bezeichnung mehrzähniger Ligand. Zum Beispiel ist das Ethylendiamin (siehe nebenstehende Abbildung) ein zweizähniger- bzw. ein $\eta^2$ (gesprochen: dihapto)-Ligand, weil durch einen Liganden zwei freie Koordinationsstellen besetzt werden können.

  Brückenliganden werden mithilfe des Buchstaben $\mu$ gekennzeichnet. Dabei handelt es sich um Liganden, die über mindestens ein Donoratom ($\mu$) zwei Metallzentren verbrücken. Beispielsweise besitzt der Carbonyl-Ligand zwei Donoratome, mit denen er an Metallzentren koordinieren kann.

  Komplexe Kationen entstehen, wenn nach Komplexierung der Liganden der Komplex eine positive Gesamtladung besitzt.

  Komplexe Anionen haben in ihrem Wortstamm die lateinische Bezeichnung des Zentralatoms plus die Endung -at.

  Neutralkomplexe besitzen nach außen keine Ladung. Aus den gewählten Beispielen ist der Hexaaquaeisen(II)-Komplex kationisch, da Wasser (aqua) ein Neutralligand ist und Eisen als zweiwertiges Kation vorliegt. Damit berechnet sich die nach außen wirkende Ladung zu: $q~=~(6\times 0)~+~2~=~+2$.

• Benenne nachfolgende Komplexverbindungen.

  Tipps

  Bedenke, dass z.B. $NaCl$ ein Salz ist.

  Beim Natriumchlorid ist das Chlorid-Ion das Anion. Anionen haben immer eine markante Endung.

  Lösung

  Die Verbindungen der Aufgabe sind alle Salze mit komplexem Anion. Diese können mittels nachfolgendem Schema systematisch benannt werden.

  1. Name des Kations (z.B. Natrium, Magnesium, Kupfer, ...)
  2. Anzahl der Liganden (griech. Zahlwörter: di, tri, tetra, penta, hexa, hepta)
  3. Name des Liganden (z.B. chlorido, nitrosyl, carbonyl, aqua, ammin)
  4. Kennzeichnung des Zentralions + Endung -at (lat. Bezeichnung des Zentralatoms, z.B. Blei: plumbat, Eisen: ferrat, Gold: aurum)
  5. Oxidationszahl des Zentralions

  Die Oxidationszahl ist die Ionenladung des Zentralatoms innerhalb des Komplexes. Da es sich bei allen Verbindungen um Salze handelt, muss die Summe aller Ladungen Null ergeben. Zum Beispiel für $Na\left[ Al(OH) _4\right]$ gilt:

  • $0 = (1 \times +1)_{Na^+} + (4 \times -1)_{OH^-} + (1\times x)_{Al^x} \rightarrow x = +3$

• Identifiziere die Ladung nachfolgender Komplexe.

  Tipps

  Der Nitrosyl-Ligand hat die Ladung $\pm$0.

  Bei einem neutralen Komplex ist die Summe aller Ladungen Null.

  Die Komplexverbindung $\left[ Hg^{+II}I_4\right]^n$ ist ein komplexes Anion mit $n~=~-2$.

  Lösung

  Da Zentralteilchen und Liganden Ionen sein können, ergibt sich die Gesamtladung aus der Summe der Ladung des Zentralions und der Liganden.

  $\begin{array}{c c c c c c} \\ Komplex & Ladung~Zentralion & + & Ladung~Liganden & = & n \\ \hline \left[Ti^{+III}(NO)_2Cl_4\right]^n & +3 & + & (2\times 0)~+~(4 \times -1) & = & -1 \\ \left[Al^{+III}OH\left( H_2O\right)_5\right]^n & +3 & + & -1~+~(5 \times 0) & = & +2 \\ \left[Pt^{+II}Cl_2\left( NH_3\right)_2\right]^n & +2 & + & (2 \times -1)~+~(2 \times 0) & = & \pm 0 \\ \end{array}$

  Die Ladung des Komplexes zu kennen ist notwendig, um ihn richtig zu benennen.

  Bei komplexen Anionen bildet sich der Name zusammen aus:

  • Name des Kations (z.B. Natrium)
  • Anzahl der Liganden (z.B. di, tetra, hepta)
  • Name des Liganden (z.B. oxo, nitrosyl, aqua)
  • Kennzeichnung des Zentralatoms (z.B. cuprum, ferrat, plumbum)
  • Oxidationszahl des Zentralatoms (z.B. $\pm$0, +3).

  Bei komplexen Kationen und Neutralkomplexen setzt sich der Name zusammen aus:

  • Anzahl der Liganden (z.B. tris, penta, undeca)
  • Name des Liganden (z.B. amin, carbonyl, cyanato)
  • Name des Zentralions (z.B. Eisen, Blei, Kupfer)
  • Oxidationszahl des Zentralions (z.B. +1, +2)
  • Name des Anions (z.B. Sulfat, Chlorid).

• Bestimme die Namen nachfolgender Komplexverbindungen.

  Tipps

  Die oberste Verbindung ist ein Metallocen.

  Der Neutralkomplex $\left[ Cu(H_2O)_4Cl_2 \right]$ heißt: Tetraaqua-dichlorido-kupfer(II).

  Lösung

  Die dargestellten drei Komplexe sind alle kationische bzw. Neutral-Komplexe, deren Wortstämme sich aus dem Namen des Zentralatoms ableiten lassen (z.B. Eisen-Ion oder Mangan-Ion), die mehrere unterschiedliche Liganden besitzen.

  Die erste Verbindung gehört in die Klasse der Metallocene, die beiden anderen Komplexverbidnungen sind typische oktaedrische (s. Abb.) Komplexe.

  Besitzt ein Komplex mehrere Liganden, so werden immer zuerst die Neutralliganden im Namen erwähnt (z.B. carbonyl, nitrosyl oder aqua), danach werden die geladenen Ionen in alphabetischer Reihenfolge benannt.

  Das komplexe Anion $\left[ Cu(CO)_2Cl_2F_4\right]^{4-}$ wird zum Beispiel folgendermaßen benannt:

  • Dicarbonyl-dichlorido-tetrafluorido-cuprat(II)-Ion.

• Benenne nachfolgende Zentralatome mit lateinischem Namen.

  Tipps

  Die Elementsymbole der Metalle im Periodensystem geben dir einen Anhaltspunkt über den lateinischen Namen.

  Lösung

  Komplexverbindungen bestehen aus einem oder mehreren Zentralatomen (Lewis-Säuren) und den Liganden (Lewis-Basen), welche die Ligandenhülle bilden. Die chemische Bindung in Komplexen wird als koordinative Bindung bezeichnet.

  Die Zentralatome (violett) bzw. Zentralionen sind Metalle bzw. Metall-Ionen (meist Übergangsmetalle z.B. Kupfer-Cu, Nickel-Ni oder Cobalt-Co) mit freien Koordinationsstellen (Lewis-Säuren), d.h. leeren Orbitalen. In diese leeren Orbitale können die Liganden über die freien Elektronenpaare an den Donoratomen Elektronendichte donieren, wodurch die koordinative Bindung zustande kommt.

  Sind die Komplexverbindungen anionisch, dann werden die enthaltenen Metallionen lateinisch bezeichnet und erhalten die Endung -at. Daher ist es wichtig, zu den Metallen auch den lateinischen Namen zu kennen.

  Beispiel: $[Cu(CN)_2]^{-1}$ : Dicyanidocuprat(I)

• Bestimme die Struktur von Bis($\mu$-carbonyl)dicyanato-bis($\eta^~5$ -cyclopentadienyl)-dieisen(II).

  Tipps

  Das Ferrocen besitz ebenfalls die Einheit bis($\eta^~5$-cyclopentadienyl) im Namen nach IUPAC.

  Das Cyanat-Ion ist das Säurerest-Ion der Cyansäure.

  Cyanat bindet über den Sauerstoff, Isocyanat über den Stickstoff.

  Lösung

  Das gesuchte Molekül ist eine Vorstufe aus der Ferrocen-Synthese. Durch Umsetzen mit elementarem Natrium (starkes Reduktionsmittel) und anschließender Zugabe von Monobromcyclopentadien unter Erhitzen, bilden sich zwei Moleküle Ferrocen.

  Welche Informationen der Name über die Struktur geben kann, ist in nachfolgender Liste aufgezählt:

  1. Bis($\mu$-carbonyl)-: zwei verbrückende Carbonyl-Liganden, die über ein Atom zwei Metallzentren miteinander verknüpfen.
  2. dicyanato-: zwei Cyanat-Ionen ($^-OCN$) als Liganden (bindend über das O-Atom).
  3. bis($\eta^5$-cyclopentadienyl)-: zwei Cyclopentadienyl-Ringe (s. Abb.), die über alle fünf C-Atome Elektronendichte donieren.
  4. dieisen(II): Neutralkomplex bzw. kationischer Komplex.

  Der $OCN^-$ Ligand ist ein ambidentes Anion, d.h. dieses Anion kann entweder über das Sauerstoff-Atom binden (Bezeichnung: cyanat) oder über das Stickstoff-Atom (Bezeichnung: isocyanat).