لیگاند چیست؟ — به زبان ساده

۶۲۸۶ بازدید
آخرین به‌روزرسانی: ۲۰ دی ۱۴۰۱
زمان مطالعه: ۶ دقیقه
لیگاند چیست؟ — به زبان ساده

لیگاند «Ligand» یون یا مولکولی است که با دادن یک جفت‌الکترون به اتم یا یون فلز مرکزی، کمپلکس کوئوردیناسی تشکیل می‌دهد. گزینش نوع لیگاند در زمینه‌هایی چون شیمی معدنی زیستی و شیمی دارویی، کاتالیز همگن و شیمی محیط زیست یکی از پارامترهای پراهمیت به‌شمار می‌رود. در این مطلب یاد می‌گیریم که لیگاند چیست و با انواع آن آشنا می‌شویم.

997696

لیگاند چیست ؟

لیگاندها مولکول‌های خنثی یا یون‌هایی هستند که با اتصال به اتم فلز مرکزی، کمپلکس‌های کوئوردیناسی تشکیل می‌دهند. لیگاندها به عنوان «بازهای لوئیس» (Lewis Bases) در نقش دهنده جفت‌‌الکترون و فلز مرکزی در «کمپلکس کوئوردیناسی» (Coordination Complex) به عنوان اسید لوئیس و پذیرنده جفت‌‌الکترون در نظر گرفته می‌شوند. در مواردی استثنا نیز لیگاند‌ها نقش اسید لوئیس را دارند.

لیگاند از واژه لاتین «Ligare» گرفته شده و به معنی «گره زدن، اتصال یا بستن» است که نخستین بار توسط «آلفرد استاک» (Alfred Stock) شیمی‌دان آلمانی استفاده شد. لیگاندها دست کم یک اتم با یک جفت‌الکترون دارند که برای تشکیل پیوند کووالانسی با اتم مرکزی استفاده می‌شود. تقریبا در هر شرایطی فلزها و شبه‌فلزات می‌توانند به لیگاندها متصل شوند. در کمپلکس‌های کوئوردیناسی، لیگاندها واکنش پذیری اتم مرکزی را تعیین می‌کنند و روی ویژگی‌های زیر تأثیر می‌گذارند.

  • نرخ جایگزینی لیگاند: به مبادله یک لیگاند با لیگاند نرخ جایگزینی لیگاند می‌گویند و در سنتز، استریوشیمی و شیمی کاتالیزوری مهم هستند.
  • واکنش لیگاندها با یکدیگر
  • واکنش‌های اکسایش-کاهش (ردوکس)

لیگاندها می‌توانند آنیون، کاتیون یا مولکول‌های خنثی باشند. نمونه‌هایی از انواع لیگاند در زیر فهرست شده است.

  • لیگاندهای کاتیونی: NO+,N2H5+NO^+, N_2H_5^+
  • لیگاندهای آنیونی: F,Cl,Br,I,S2,CN,NCS,OH,NH2F^–, Cl^–, Br^–, I^–, S_2^–, CN^–, NCS^–, OH^–, NH_2^–
  • لیگاندهای خنثی: NH3,H2O,NO,CONH_3, H_2O, NO, CO

انواع لیگاند

لیگاندها به روش‌های مختلفی چون پیوند با اتم فلز مرکزی، بار، اندازه و تعداد الکترون‌های اهدایی بر اساس «پیوندپوشی» (Hapticity) و «دندانگی» (Denticity) دسته‌بندی می‌شوند. لیگاندها بسته به تعداد الکترون‌هایی که برای پیوند بین لیگاند و اتم مرکزی فراهم می‌کنند، به لیگاندهای LL یا XX یا ترکیبی از آنها طبقه‌بندی می‌شوند.

  • لیگاندهای LL: دو الکترون را از جفت‌الکترون غیرپیوندی به اشتراک می‌گذارند که در نتیجه پیوند داتیو ایجاد می‌شود.
  • لیگاندهای XX: تنها یک الکترون را به اشتراک می‌گذارند و اتم مرکزی الکترون دیگر را فراهم می‌کند و پیوند کووالانسی تشکیل می‌دهد.

در آلکن‌ها، پیوندهای پای می‌توانند با اتم‌های فلز کوردینه شوند. برای مثال اتیلن در کمپلکس [PtCl3(C2H4)][PtCl_3(C_2H_4)]^- یا نمک زایس چنین شرایطی دارد.

لیگاند تک دندانه

«لیگاندهای تک‌دندانه» (Mono Dentate Ligands) که یک دندان نیز نامیده می‌شوند با اتم فلز مرکزی تنها یک پیوند ایجاد می‌کند. در زیر برخی از رایج‌ترین لیگاندهای تک‌دندانه فهرست شده است.

لیگاندنام
BrBr^-یون برومید
FF^-یون فلورید
ClCl^-یون کلرید
II^-یون یدید
H2OH_2Oاکوآ
NH3NH_3آمونیاک
OHOH^-هیدروکسید
COCOکربن مونوکسید
CNCN^-یون سیانید
SCNSCN^-یون تیوسیانات

لیگاند دو دندانه

بازهای لوییس که دو جفت‌الکترون به اتم فلز مرکزی می‌دهند به عنوان «لیگاندهای دودندانه» (Bidentate Ligands) یا «شلات کننده» (Chelating Ligands) شناخته می‌شوند. «اتیلن دی‌آمین» (Ethylenediamine | en) و «یون اگزالات» (Oxalate Ion | ox) نمونه‌های رایج لیگاندهای دوتایی هستند. در زیر شکل اتیلن دی‌آمین نشان داده شده است. اتیلن دی‌آمین لیگاندی دودندانه است که یک حلقه پنج عضوی را در کمپلکس کوئوردیناسی با یون فلزی MM تشکیل می‌دهد.

لیگاند اتیلن دی آمین

در اتیلن دی‌آمین اتم‌های نیتروژن (آبی) دو الکترون آزاد دارند که از آنها برای پیوند به یک اتم یا یون فلز مرکزی استفاده می‌کنند.

نام لیگاندمخفففرمول ساختاری
اتیلن دی‌آمینenen
یون استیل استونات فنانترولینacacacac
لیگاند
فنانترولینphenphen
لیگاند
یون اگزالاتoxox
لیگاند

لیگاند سه دندانه

«لیگاندهای سه دندانه» (Tridentate Ligands) سه جفت‌الکترون به اتم یا یون فلز مرکزی اهدا می‌کنند.

ناماتم مرکزیفرمول ساختاری
9Crown39-Crown-3LiLi
لیگاند
TpTp^−K,Ru,UK, Ru, U
لیگاند
PMDTAPMDTALi,AlH2 Li, AlH_2
لیگاند
TriphosTriphosفلزات واسطه
لیگاند
9aneS39-ane-S3Fe,CuFe, Cu
لیگاند
Me3TACNMe_3TACNRe,Mn,Ru,Cu,FeRe,Mn,Ru,Cu,Fe
لیگاند
TACNTACNMoMo
لیگاند
tachtachNi,MnNi,Mn
لیگاند

لیگاند چند دندانه

مولکول‌هایی که دو یا بیشتر جفت‌الکترون به اتم فلزی مرکزی اهدا می‌کنند به‌طور کلی به عنوان لیگاندهای چنددندانه شناخته می‌شوند.

  • چهار جفت: چهاردندانه (Tetradentate)
  • پنج جفت: پنج‌دندانه (Pentadentate)
  • شش جفت: شش‌دندانه (Hexadentate)
برای دیدن تصویر بزرگتر روی آن کلیک کنید.

عامل کیلیت کننده

لیگاندهای دودندانه و چند دندانه، اتم فلز مرکزی را مانند «چنگال» (Claw) که از واژه یونانی «chele» گرفته شده است در خود نگه می‌دارند به همین دلیل به آنها «عامل کلیت کننده، کلات کننده، کلاته کننده یا کلیت ساز» نیز می‌گویند و به صورت (Chelating Agents) نوشته می‌شود.

لیگاند EDTA
کمپلکس EDTA سرب، در مدل مولکولی یون فلزی سرب با رنگ زرد مشخص شده است.

یون اتیلن‌دی‌آمین‌تتراستات نمونه‌ای از عامل کلیت‌کننده است که برای درمان مسمومیت با فلز استفاده می‌شود. شش اتم دهنده لیگاندها به EDTA این توانایی را می‌دهند تا بتواند یون کمپلکس پایداری با اتم سرب تشکیل دهد و به این صورت این عنصر را از خون و بافت‌های بدن دفع کند. از EDTA همچنین برای پاکسازی نشت فلزات رادیواکتیو استفاده می‌کنند.

اثر کی‌لیت چیست؟

به میل ترکیبی لیگاندهای کیلیت‌ساز برای اتصال به یون یا اتم فلزی مرکزی در مقایسه با میل ترکیبی «لیگاندهای تک‌دندانه غیر کیلیت‌ساز» (Nonchelating Monodentate Ligands) اثر کی‌لیت گفته می‌شود.

لیگاند آمبیدنتات چیست؟

«لیگاند آمبیدنتات» (Ambidentate Ligand) دسته‌ای از لیگاندها هستند که در ساختارشان بیش از یک اتم نقش دهنده الکترون را دارد. برای نمونه در یون تیوسیانات (NCS)(NCS^-)، اتم‌های نیتروژن و گوگرد می‌توانند با اتم یا یون فلزی مرکزی پیوند دهند.

لیگاند پل ساز چیست؟

به لیگاندهایی که می‌توانند به بیش از یک اتم فلزی مرکزی پیوند دهند «لیگاند پل‌ساز» (Bridging Ligands) می‌گویند. در جدول زیر برخی از لیگاندهای پل‌ساز فهرست شده اند. لیگاند پل ساز به صورت زیر نمایش داده می‌شود.

لیگاند پل ساز
لیگاند (L)(L) و فلز (M)(M)
لیگاند پل سازنامنمونه
OHOH^–هیدروکسید[Fe2(OH)2(H2O)8]4+[Fe_2(OH)_2(H_2O)_8]^{4+}
N3N_3^–نیترید[Ir3N(SO4)6(H2O)3]4+[Ir_3N(SO_4)_6(H_2O)_3]^{4+}
COCOکربونیلFe2(CO)9Fe_2(CO)_9
ClCl^-کلریدNb2Cl10Nb_2Cl_{10}
NH3NH_3آمینوHgNH2ClHgNH_2Cl
HH^–هیدریدB2H6B_2H_6
O2O_2اکسید[Cr2O7]2[Cr_2O_7]^{2-}

نظریه میدان لیگاند

«نظریه میدان لیگاند» (Ligand Field Theory | LFT) ویژگی‌های کمپلکس‌های کوئوردیناسی را توصیف می‌کند و به هندسه کمپلکس وابسته است. این نظریه از ترکیب مفاهیمی که در نظریه میدان بلور و نظریه اوربیتال مولکولی مطرح شده بود به‌وجود آمد. در نظریه میدان لیگاند، اوربیتال‌های گوناگون dd، زمانی که توسط میدانی از لیگاندهای مجاور پوشش داده می‌شوند، به‌طور متفاوتی تحت تأثیر قرار می‌گیرند و بر اساس قدرت برهمکنش این اوربیتال‌ها با لیگاندها، انرژی آن‌ها افزایش یا کاهش می‌یابد.

کمپلکس کوئوردیناسی چیست؟

کمپلکس‌های کوئوردیناسی با ترکیباتی مانند آبی پروس (Fe4[Fe(CN)6]3)(Fe_4[Fe(CN)_6]_3) و مس(II) سولفات (CuSO4)(CuSO_4) شناخته شدند. کمپلکس کوئوردیناسی از یک اتم یا یون مرکزی که معمولاً فلز است و مجموعه‌ای از مولکول‌ها یا یون‌ها، به نام لیگاند تشکیل می‌شود. بسیاری از ترکیبات فلزهای واسطه به شکل کمپلکس‌های کوئوردیناسی هستند.

لیگاند آبی پروس
آبی پروس (نیل فرنگی)

برخی از اصطلاحات در زمینه کمپلکس‌های کوئوردیناسی:

  • «اتم دهنده» (Donor Atom): به اتمی از لیگاند که جفت‌الکترون خود را به اتم فلز مرکزی می‌دهد، اتم دهنده می‌گویند.
  • «کره کمپلکس» (Coordination Sphere): به یون مرکزی به همراه تمام لیگاندهای متصل به آن کره کمپلکس می‌گویند.
  • «کوئوردیناسیون» (Coordination): کوئوردیناسیون به پیوندهای بین لیگاند و اتم مرکزی اشاره دارد.
  • «عدد کوئوردیناسیون یا هم‌آرایی» (Coordination Number) یا (Ligancy): به تعداد اتم یا یون‌هایی که فلزی مرکزی می‌تواند با آن‌ها پیوند برقرار کند می‌گویند. رایج‌ترین اعداد کوئوردیناسیون 2، 4 و 6 هستند.

فهرست لیگاند های رایج

در جدول زیر،‌ برخی از لیگاندهای رایج به همراه فرمول ساختاری آنها فهرست شده است.

نام (مخفف)فرمولاتم دهندهتعداد اتم دهنده
استیل‌استون (acac)(acac^-)
لیگاند
OO2
آمینNH3 NH_3NN1
اکوآH2OH_2OOO۱
2،2-بی پیریدین (bpy)(bpy)
لیگاند
NN۲
برمیدوBr Br^-BrBr۱
کربناتوCO32CO_3^{2-}OO۱ یا ۲
کربونیلCoCoCC1
کلریدوClCl^-ClCl1
سیانیدوCNCN^-CC1
دی اتیلن تریامین (dien)(dien)NH(CH2CH2NH2)2NH(CH_2CH_2NH_2)_2NN3
بیس (دی فنیل فسفینو) اتان (dppe)(dppe)
PP2
بیس (دی فنیل فسفینو) متان (dppm)(dppm)
PP2
سیکلوپنتادینیل (ζp)(\zeta p^-)C5H5C_5H_5^-CC5
اتیلن دی‌آمین (en)(en)NH2CH2CH2NH2NH_2CH_2CH_2NH_2NN2
اتیلن دی‌آمین تتراستاتو (edta4)(edta^{4-})
N,ON, O۲N,۴O۲N, ۴O
فلوریدFF^-FF1
گلیسیناتو (gly)(gly)NH2CH2CO2NH_2CH_2CO_2^-N,ON, O۱N,۱O۱N, ۱O
هیدریدوHH^-HH1
هیدروکسیدوOHOH^-OO1
یدیدوII^-II1
نیتراتوNO۳NO_۳^-OO1 یا ۲
نیتریت-κO\kappa ONO2NO_2^-OO1
نیتریت-κN\kappa NNO2NO_2^-NN1
اکسیدوO2O^{2-}OO1
اگزالاتو (ox)(ox)
OO2
پیریدین (py)(py)
NN1
سولفیدوS2S^{2-}SS1

سوالات متدوال

در زیر به برخی از پرسش‌های رایج در این زمینه پاسخ داده شده است.

EDTA چه نوع لیگاندی است؟

«اتیلن‌دی‌آمین‌تترااستیک اسید» (Ethylenediaminetetraacetic acid | EDTA) از نوع لیگاندهای هگزادنتات یا شش‌دندانه است. در ساختار EDTAEDTA اتم اکسیژن چهار پیوند و اتم نیتروژن دو پیوند ایجاد می‌کند. EDTAEDTA به صورت نمک و به عنوان یک عامل کی‌لیت ساز عالی استفاده می‌شود.

آیا آمونیاک لیگاندی تک‌دندانه است؟

آمونیاک (NH۳)(NH_۳) تنها یک جفت‌الکترون دارد، پس تنها می‌تواند با اتم یا یون فلز مرکزی یک جفت‌الکترون بدهد و نمونه‌ای از یک لیگاند تک‌دندانه است.

آیا اکسیژن لیگاند است؟

از جمله کمپلکس‌های کوئوردیناسی که در ساختارشان O۲O_۲ به عنوان لیگاند وجود دارد «کمپلکس‌های دی‌اکسیژن» (Dioxygen Complexes) هستند. اکسیژن با بسیاری از فلزات واسطه تشکیل کمپلکس کوئوردیناسی می‌دهد.

نتیجه‌گیری

لیگاند، یون یا مولکولی است که یک جفت‌الکترون به اتم فلز مرکزی می‌دهد. بر اساس تعداد جفت‌الکترون‌های موجود برای اتم فلز مرکزی، اندازه و بار به دسته‌های مختلف و همچنین با توجه به تعداد محل‌های اتصالی که ایجاد می‌کنند به لیگاندهای تک‌دندانه و چنددندانه طبقه‌بندی می‌شوند. لیگاندها واکنش‌پذیری اتم مرکزی را تعیین می‌کنند و به شکل آنیون، کاتیون یا مولکول‌های خنثی هستند.

بر اساس رای ۱۷ نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.
منابع:
byjusShriver and Atkins' Inorganic Chemistry
نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *