第十五章 羰基金屬原子簇生命

　　“Hellow，大家好!我是Max生命實(shí)驗(yàn)室的徐老師，今天和大家分享下很奇特的一種生命類型，羰基金屬原子簇生命體。”小徐老師走上講臺(tái)，很神秘地對(duì)臺(tái)下眾學(xué)生們說(shuō)到~

　　“你們知道嗎?在《假面騎士Zero-One》第二十三集中有一種生物——金屬蝗蟲(chóng)，這個(gè)形態(tài)的厲害之處就是可以自動(dòng)防御和群起攻擊。不過(guò)這些金屬是可以自行變化的，本質(zhì)上他們是一群金屬原子簇蝗蟲(chóng)。這些蝗蟲(chóng)本身是比較小的，但是可以聚集起來(lái)，因此又能變換出不同的形態(tài)。有了這一設(shè)定之后，金屬原子簇蝗蟲(chóng)就顯得厲害了?！?p>　　“老師，現(xiàn)實(shí)世界中是否真有這類生物呢?”就有性子比較急的同學(xué)迫不及待地問(wèn)了。

　　“別急，聽(tīng)我和你們一一道來(lái)。有研究稱，羰基金屬原子簇生命擁有遠(yuǎn)超有機(jī)物生命的深刻性和多變性?！?p>　　“老師，老師，停下下，停下下，請(qǐng)問(wèn)什么是“原子簇”?萌新系美少女同學(xué)舉手問(wèn)道~

　　“好的，我先解釋解釋“原子簇”?！?p>　　“原子簇是當(dāng)前化學(xué)中最饒有興趣而又極其活躍的領(lǐng)域之一。原子簇是指由原子（或分子）結(jié)合在一起的團(tuán)體結(jié)構(gòu)它是介于原子（或分子）與固體粒子之間的團(tuán)粒分子。比如有許多惰性氣體原子簇Hen、Nen、Arn、Krn、Xe等?！?p>　　“那什么是金屬原子簇(metal cluster)呢?”后排座上的同學(xué)也感興趣地問(wèn)道?

　　“金屬原子簇是3個(gè)或3個(gè)以上的金屬原子彼此直接鍵合，形成金屬—金屬鍵(簡(jiǎn)寫(xiě)為M-M)的物種。

　　成簇的金屬原子構(gòu)成骨架，多數(shù)是三角形或以三角形為基本結(jié)構(gòu)單元的多面體。

　　骨架成鍵電子以離域的多中心鍵為特征。如Re3Cl123-，3個(gè)Re原子之間以3中心12電子鍵(3c-12e鍵)形成三角骨架。但也常簡(jiǎn)單地將含M-M鍵的化合物稱作金屬原子簇，至20世紀(jì)末，金屬原子簇的合成還帶有較大的經(jīng)驗(yàn)性。一般金屬原子處于低氧化態(tài)時(shí)最容易生成M-M鍵，且過(guò)渡金屬生成金屬簇合物的傾向性較大。在周期族中，較重的元素生成M-M鍵的傾向也較大。另外，配位體以及金屬配位體軌道對(duì)稱性對(duì)原子簇的生成都有影響。”

　　“老師，問(wèn)下金屬原子簇合成方法?”動(dòng)手能力比較強(qiáng)的同學(xué)問(wèn)道~

　　“常用合成方法：縮合反應(yīng)、還原聚合、氧化聚合、配體取代、骨架轉(zhuǎn)換、加成反應(yīng)等。雖然單核配位化合物的反應(yīng)，金屬簇合物都能發(fā)生，但反應(yīng)很少僅在單個(gè)的金屬上發(fā)生，必須將金屬簇骨架作為一個(gè)整體來(lái)考慮，在進(jìn)行配位層反應(yīng)的同時(shí)，常伴隨金屬簇骨架多面體的變化。許多金屬原子簇是無(wú)機(jī)固體新材料[如八-μ3硫-八面-六鉬酸銅(CuMo6S8)是強(qiáng)磁中的良好超導(dǎo)體]。它們作為催化劑兼有配位催化劑和金屬催化劑的優(yōu)點(diǎn)，如四(叔丁基異腈)三(μ2-叔丁基異腈)合-四面-四鎳(Ni4[CNC(CH3)3]7)?！?p>　　“老師，什么是羰基金屬?”又有同學(xué)問(wèn)道。

　　“羰基金屬，英文名(Metal carbonyl)，把一氧化碳作為配位體，與金屬結(jié)合的化合物。1890年L.蒙德通過(guò)一氧化碳與鎳粉反應(yīng)制得四羰基鎳 Ni(CO)4。羰基金屬大都有毒，四羰基鎳氣體在空氣中的濃度超過(guò)1ppm時(shí)，對(duì)呼吸道有刺激，濃度大時(shí)會(huì)引起死亡。

　　自從Mond于1890年首次以金屬鎳和一氧化碳制得Ni(CO)4。以來(lái)，至今已合成了大量的各種羥基金屬絡(luò)合物。按照配體的種類它們可分為全羥基金屬絡(luò)合物（holhloptio metal carbonyls）和混合配體羰基金屬絡(luò)合物（mlxod Igand metalourbonyls）按照金屬的多寡則可分為單核（mononnoloar）及多核（polynuolear）羰基金屬絡(luò)合物；而按照金屬所帶的電荷也可分為中性、陽(yáng)性及陰性金屬族基物。一硫（或一硒）化碳，異氰，N+O基與OO類似，它們與過(guò)渡金屬配位的絡(luò)合物也與強(qiáng)基金屬類似。

　　“老師，羥基的意思是?”

　　“羰基是一氧化碳絡(luò)合在金屬上的配體名稱，它與過(guò)渡金屬結(jié)合得相當(dāng)牢固。羰基金屬不僅是最老的而且也基最普遍在的一類有機(jī)絡(luò)合物。這類絡(luò)合物能發(fā)生許多有趣的計(jì)量和催化反應(yīng)在金屬有機(jī)合成、精細(xì)有機(jī)介成以及基本有機(jī)合成等方面有重要的應(yīng)用?！?p>　　“老師，羰基金屬它有哪些分類呢?”

　　“金屬與羰基（=CO）在一定壓力下反應(yīng)，可得羰基金屬。常見(jiàn)的羰基金屬有羰基鎳、羰基鐵、羰基鈷等。

　　“羰基鎳是啥?”

　　“羰基鎳（nickelcarbonyl）為無(wú)色透明的液體。受日光照射后可變成棕黃色或草灰色。室溫下易揮發(fā)。加熱至150～180℃時(shí)可分解為金屬鎳和一氧化碳。短期內(nèi)吸入高濃度羰基鎳主要引起急性呼吸系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)損害。

　　如果按每個(gè)羰基配位體給予金屬兩個(gè)電子來(lái)計(jì)算，這些羰基金屬除V(CO)6之外都有18電子構(gòu)型，也都是反磁性的。這些化合物一般不溶于水而溶于有機(jī)溶劑，有一定的穩(wěn)定性，加熱時(shí)分解。

　　羰基金屬的結(jié)構(gòu)有單核和多核之分，其物理性能也相應(yīng)有所不同。例如，五羰基鐵是琥珀色液體，它的二核物──九羰基二鐵──是黃橙色固體，三核物──十二羰基三鐵──是黑色晶體。高級(jí)羰基金屬的分子結(jié)構(gòu)為三角面組成的多面體骨架，例如，Ir4(CO)12為四面體構(gòu)型。多核羰基金屬的結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了原子簇（見(jiàn)原子簇金屬化合物），即金屬與金屬直接結(jié)合成鍵，已知的原子簇羰基金屬中金屬原子有10個(gè)以上，它們是單核羰基金屬加熱失去一氧化碳的產(chǎn)物。

　　羰基金屬可用作有機(jī)合成催化劑和試劑。例如，烯烴與氫和一氧化碳反應(yīng)，制備高一級(jí)醛，即用羰基金屬作催化劑。羰基鐵和羰基鈷也可作為合成其他有機(jī)物和金屬有機(jī)物的試劑，例如，八羰基二鈷與炔烴反應(yīng)，生成(CH-CH)Co2(CO)6，炔烴的碳與鈷原子組成了四面體的頂點(diǎn)，炔烴的叁鍵在分子中被打開(kāi)，這類化合物一般比較穩(wěn)定。八羰基二鈷與三鹵甲基衍生物或三鹵硅基衍生物反應(yīng)，能生成另一類四面體的原子簇，在這類化合物中碳、硅或其他ⅣA族金屬原子占四面體的一個(gè)頂角。它們也是很穩(wěn)定的化合物，可作為烯烴聚合的催化劑，例如RSiCo3(CO)9和RCCo3(CO)9（R為烷基）。”

　　“好啦，今天就說(shuō)到這里啦，有啥問(wèn)題可給我留言，下次課堂上解答~”

　　“好的，謝謝老師!”同學(xué)們高興地收拾東西出去玩啦~