第十五章 羰基金属原子簇生命
“Hellow，大家好!我是Max生命实验室的徐老师，今天和大家分享下很奇特的一种生命类型，羰基金属原子簇生命体。”小徐老师走上讲台，很神秘地对台下众学生们说到~
“你们知道吗?在《假面骑士Zero-One》第二十三集中有一种生物——金属蝗虫，这个形态的厉害之处就是可以自动防御和群起攻击。不过这些金属是可以自行变化的，本质上他们是一群金属原子簇蝗虫。这些蝗虫本身是比较小的，但是可以聚集起来，因此又能变换出不同的形态。有了这一设定之后，金属原子簇蝗虫就显得厉害了。”
“老师，现实世界中是否真有这类生物呢?”就有性子比较急的同学迫不及待地问了。
“别急，听我和你们一一道来。有研究称，羰基金属原子簇生命拥有远超有机物生命的深刻性和多变性。”
“老师，老师，停下下，停下下，请问什么是“原子簇”?萌新系美少女同学举手问道~
“好的，我先解释解释“原子簇”。”
“原子簇是当前化学中最饶有兴趣而又极其活跃的领域之一。原子簇是指由原子（或分子）结合在一起的团体结构它是介于原子（或分子）与固体粒子之间的团粒分子。比如有许多惰性气体原子簇Hen、Nen、Arn、Krn、Xe等。”
“那什么是金属原子簇(metalcluster)呢?”后排座上的同学也感兴趣地问道?
“金属原子簇是3个或3个以上的金属原子彼此直接键合，形成金属—金属键(简写为M-M)的物种。
成簇的金属原子构成骨架，多数是三角形或以三角形为基本结构单元的多面体。
骨架成键电子以离域的多中心键为特征。如Re3Cl123-，3个Re原子之间以3中心12电子键(3c-12e键)形成三角骨架。但也常简单地将含M-M键的化合物称作金属原子簇，至20世纪末，金属原子簇的合成还带有较大的经验性。一般金属原子处于低氧化态时最容易生成M-M键，且过渡金属生成金属簇合物的倾向性较大。在周期族中，较重的元素生成M-M键的倾向也较大。另外，配位体以及金属配位体轨道对称性对原子簇的生成都有影响。”
“老师，问下金属原子簇合成方法?”动手能力比较强的同学问道~
“常用合成方法：缩合反应、还原聚合、氧化聚合、配体取代、骨架转换、加成反应等。虽然单核配位化合物的反应，金属簇合物都能发生，但反应很少仅在单个的金属上发生，必须将金属簇骨架作为一个整体来考虑，在进行配位层反应的同时，常伴随金属簇骨架多面体的变化。许多金属原子簇是无机固体新材料[如八-μ3硫-八面-六钼酸铜(CuMo6S8)是强磁中的良好超导体]。它们作为催化剂兼有配位催化剂和金属催化剂的优点，如四(叔丁基异腈)三(μ2-叔丁基异腈)合-四面-四镍(C(CH3)3]7)。”
“老师，什么是羰基金属?”又有同学问道。
“羰基金属，英文名(Metalcarbonyl)，把一氧化碳作为配位体，与金属结合的化合物。1890年L.蒙德通过一氧化碳与镍粉反应制得四羰基镍Ni(CO)4。羰基金属大都有毒，四羰基镍气体在空气中的浓度超过1ppm时，对呼吸道有刺激，浓度大时会引起死亡。
自从Mond于1890年首次以金属镍和一氧化碳制得Ni(CO)4。以来，至今已合成了大量的各种羟基金属络合物。按照配体的种类它们可分为全羟基金属络合物（holhloptiometalcarbonyls）和混合配体羰基金属络合物（mlxodIgandmetalourbonyls）按照金属的多寡则可分为单核（mononnoloar）及多核（polynuolear）羰基金属络合物；而按照金属所带的电荷也可分为中性、阳性及阴性金属族基物。一硫（或一硒）化碳，异氰，N+O基与OO类似，它们与过渡金属配位的络合物也与强基金属类似。
“老师，羟基的意思是?”
“羰基是一氧化碳络合在金属上的配体名称，它与过渡金属结合得相当牢固。羰基金属不仅是最老的而且也基最普遍在的一类有机络合物。这类络合物能发生许多有趣的计量和催化反应在金属有机合成、精细有机介成以及基本有机合成等方面有重要的应用。”
“老师，羰基金属它有哪些分类呢?”
“金属与羰基（=CO）在一定压力下反应，可得羰基金属。常见的羰基金属有羰基镍、羰基铁、羰基钴等。
“羰基镍是啥?”
“羰基镍（nickelcarbonyl）为无色透明的液体。受日光照射后可变成棕黄色或草灰色。室温下易挥发。加热至150～180℃时可分解为金属镍和一氧化碳。短期内吸入高浓度羰基镍主要引起急性呼吸系统和神经系统损害。
如果按每个羰基配位体给予金属两个电子来计算，这些羰基金属除V(CO)6之外都有18电子构型，也都是反磁性的。这些化合物一般不溶于水而溶于有机溶剂，有一定的稳定性，加热时分解。
羰基金属的结构有单核和多核之分，其物理性能也相应有所不同。例如，五羰基铁是琥珀色液体，它的二核物──九羰基二铁──是黄橙色固体，三核物──十二羰基三铁──是黑色晶体。高级羰基金属的分子结构为三角面组成的多面体骨架，例如，Ir4(CO)12为四面体构型。多核羰基金属的结构体现了原子簇（见原子簇金属化合物），即金属与金属直接结合成键，已知的原子簇羰基金属中金属原子有10个以上，它们是单核羰基金属加热失去一氧化碳的产物。
羰基金属可用作有机合成催化剂和试剂。例如，烯烃与氢和一氧化碳反应，制备高一级醛，即用羰基金属作催化剂。羰基铁和羰基钴也可作为合成其他有机物和金属有机物的试剂，例如，八羰基二钴与炔烃反应，生成(CH-CH)Co2(CO)6，炔烃的碳与钴原子组成了四面体的顶点，炔烃的叁键在分子中被打开，这类化合物一般比较稳定。八羰基二钴与三卤甲基衍生物或三卤硅基衍生物反应，能生成另一类四面体的原子簇，在这类化合物中碳、硅或其他ⅣA族金属原子占四面体的一个顶角。它们也是很稳定的化合物，可作为烯烃聚合的催化剂，例如RSiCo3(CO)9和RCCo3(CO)9（R为烷基）。”
“好啦，今天就说到这里啦，有啥问题可给我留言，下次课堂上解答~”
“好的，谢谢老师!”同学们高兴地收拾东西出去玩啦~
“你们知道吗?在《假面骑士Zero-One》第二十三集中有一种生物——金属蝗虫，这个形态的厉害之处就是可以自动防御和群起攻击。不过这些金属是可以自行变化的，本质上他们是一群金属原子簇蝗虫。这些蝗虫本身是比较小的，但是可以聚集起来，因此又能变换出不同的形态。有了这一设定之后，金属原子簇蝗虫就显得厉害了。”
“老师，现实世界中是否真有这类生物呢?”就有性子比较急的同学迫不及待地问了。
“别急，听我和你们一一道来。有研究称，羰基金属原子簇生命拥有远超有机物生命的深刻性和多变性。”
“老师，老师，停下下，停下下，请问什么是“原子簇”?萌新系美少女同学举手问道~
“好的，我先解释解释“原子簇”。”
“原子簇是当前化学中最饶有兴趣而又极其活跃的领域之一。原子簇是指由原子（或分子）结合在一起的团体结构它是介于原子（或分子）与固体粒子之间的团粒分子。比如有许多惰性气体原子簇Hen、Nen、Arn、Krn、Xe等。”
“那什么是金属原子簇(metalcluster)呢?”后排座上的同学也感兴趣地问道?
“金属原子簇是3个或3个以上的金属原子彼此直接键合，形成金属—金属键(简写为M-M)的物种。
成簇的金属原子构成骨架，多数是三角形或以三角形为基本结构单元的多面体。
骨架成键电子以离域的多中心键为特征。如Re3Cl123-，3个Re原子之间以3中心12电子键(3c-12e键)形成三角骨架。但也常简单地将含M-M键的化合物称作金属原子簇，至20世纪末，金属原子簇的合成还带有较大的经验性。一般金属原子处于低氧化态时最容易生成M-M键，且过渡金属生成金属簇合物的倾向性较大。在周期族中，较重的元素生成M-M键的倾向也较大。另外，配位体以及金属配位体轨道对称性对原子簇的生成都有影响。”
“老师，问下金属原子簇合成方法?”动手能力比较强的同学问道~
“常用合成方法：缩合反应、还原聚合、氧化聚合、配体取代、骨架转换、加成反应等。虽然单核配位化合物的反应，金属簇合物都能发生，但反应很少仅在单个的金属上发生，必须将金属簇骨架作为一个整体来考虑，在进行配位层反应的同时，常伴随金属簇骨架多面体的变化。许多金属原子簇是无机固体新材料[如八-μ3硫-八面-六钼酸铜(CuMo6S8)是强磁中的良好超导体]。它们作为催化剂兼有配位催化剂和金属催化剂的优点，如四(叔丁基异腈)三(μ2-叔丁基异腈)合-四面-四镍(C(CH3)3]7)。”
“老师，什么是羰基金属?”又有同学问道。
“羰基金属，英文名(Metalcarbonyl)，把一氧化碳作为配位体，与金属结合的化合物。1890年L.蒙德通过一氧化碳与镍粉反应制得四羰基镍Ni(CO)4。羰基金属大都有毒，四羰基镍气体在空气中的浓度超过1ppm时，对呼吸道有刺激，浓度大时会引起死亡。
自从Mond于1890年首次以金属镍和一氧化碳制得Ni(CO)4。以来，至今已合成了大量的各种羟基金属络合物。按照配体的种类它们可分为全羟基金属络合物（holhloptiometalcarbonyls）和混合配体羰基金属络合物（mlxodIgandmetalourbonyls）按照金属的多寡则可分为单核（mononnoloar）及多核（polynuolear）羰基金属络合物；而按照金属所带的电荷也可分为中性、阳性及阴性金属族基物。一硫（或一硒）化碳，异氰，N+O基与OO类似，它们与过渡金属配位的络合物也与强基金属类似。
“老师，羟基的意思是?”
“羰基是一氧化碳络合在金属上的配体名称，它与过渡金属结合得相当牢固。羰基金属不仅是最老的而且也基最普遍在的一类有机络合物。这类络合物能发生许多有趣的计量和催化反应在金属有机合成、精细有机介成以及基本有机合成等方面有重要的应用。”
“老师，羰基金属它有哪些分类呢?”
“金属与羰基（=CO）在一定压力下反应，可得羰基金属。常见的羰基金属有羰基镍、羰基铁、羰基钴等。
“羰基镍是啥?”
“羰基镍（nickelcarbonyl）为无色透明的液体。受日光照射后可变成棕黄色或草灰色。室温下易挥发。加热至150～180℃时可分解为金属镍和一氧化碳。短期内吸入高浓度羰基镍主要引起急性呼吸系统和神经系统损害。
如果按每个羰基配位体给予金属两个电子来计算，这些羰基金属除V(CO)6之外都有18电子构型，也都是反磁性的。这些化合物一般不溶于水而溶于有机溶剂，有一定的稳定性，加热时分解。
羰基金属的结构有单核和多核之分，其物理性能也相应有所不同。例如，五羰基铁是琥珀色液体，它的二核物──九羰基二铁──是黄橙色固体，三核物──十二羰基三铁──是黑色晶体。高级羰基金属的分子结构为三角面组成的多面体骨架，例如，Ir4(CO)12为四面体构型。多核羰基金属的结构体现了原子簇（见原子簇金属化合物），即金属与金属直接结合成键，已知的原子簇羰基金属中金属原子有10个以上，它们是单核羰基金属加热失去一氧化碳的产物。
羰基金属可用作有机合成催化剂和试剂。例如，烯烃与氢和一氧化碳反应，制备高一级醛，即用羰基金属作催化剂。羰基铁和羰基钴也可作为合成其他有机物和金属有机物的试剂，例如，八羰基二钴与炔烃反应，生成(CH-CH)Co2(CO)6，炔烃的碳与钴原子组成了四面体的顶点，炔烃的叁键在分子中被打开，这类化合物一般比较稳定。八羰基二钴与三卤甲基衍生物或三卤硅基衍生物反应，能生成另一类四面体的原子簇，在这类化合物中碳、硅或其他ⅣA族金属原子占四面体的一个顶角。它们也是很稳定的化合物，可作为烯烃聚合的催化剂，例如RSiCo3(CO)9和RCCo3(CO)9（R为烷基）。”
“好啦，今天就说到这里啦，有啥问题可给我留言，下次课堂上解答~”
“好的，谢谢老师!”同学们高兴地收拾东西出去玩啦~
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