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Kapitel 7: Zusammenfassung Was muss man wissen - EVA

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Kapitel 7: Zusammenfassung
Was muss man wissen?
Definitionen: - Komplex (Metallkomplex)
- Ligand
- Einzähnige und mehrzähnige Liganden
- Chelateffekt; Erklärung dafür!
- Komplexgeometrien und Isomerie (Konstitutions-,
Struktur-Isomerie; Stereoisomerie) bei quadratisch
planaren und oktaedrischen Komplexen
- Wichtige Koordinationszahlen
- Metallkomplexe in biologischen Systemen
Komplexe sind Verbindungen, die aus einem Zentralatom (Zentralion)
und aus Liganden bestehen (siehe Abb. 1). Zentralatome (-ionen) sind
Lewissäuren (Partikel mit einem oder mehreren Elektronenpaarlücken;
z.B. BF3, Metallionen).
Abb. 1: Aufbau eines Metallkomplexes
am Beispiel von Ni(NH3)62+. Ni2+ ist das
Zentralion, NH3 der Ligand (Lewisbase).
6 ist die Koordinationszahl, und die
Geometrie des Komplexes ist oktaedrisch, d.h. die 6 NH3-Moleküle sitzen
an den Enden eines Oktaeders.
Liganden sind Lewisbasen (Partikel mit einem oder mehreren freien
Elektronenpaaren). Liganden können ein- oder mehrzähnig sein.
Mehrzähnige Liganden heissen Chelatbildner oder Chelatoren; sie binden
mehrfach an dasselbe Metallion (Bsp. Oxalat, Ethylendiamin, EDTA, DTPA,
DOTA). Die dabei auftretenden stabilen Chelatringgrössen sind Fünf- und
Sechsringe. Mehrzähnige Liganden bilden meist wesentlich stabilere
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Komplexe als die entsprechenden einzähnigen Liganden. Der wichtigste
Grund dafür ist die Zunahme der Teilchenzahl (Entropie), wenn sich ein
Chelatkomplex bildet (siehe Folie 21, Kap. 7).
Metallkomplexe zeichnen sich durch eine Vielzahl von Geometrien und
Koordinationszahlen aus (siehe Abb. 2).
Abb. 2: Typische MetallkomplexGeometrien und Koordinationszahlen
Als Koordinationszahl bezeichnet man die Anzahl Liganden
(Ligandatome), die via koordinative Bindung an das Zentralatom/-ion
gebunden sind.
Die Bildung von Metallkomplexen vermittelt dem Zentralatom(-ion) oft
neue und ungewöhnliche Eigenschaften, z.B. Farbe, Lipophilie, stark
unterschiedliche Redoxeigenschaften etc.
Metallionen spielen in der Biologie eine wichtige Rolle, z.B. als
Sauerstoffträger (FeII im Hämoglobin und CuI im Hämocyanin), in
Metallenzymen (Zn2+ in Carbonic Anhydrase; Zn2+ wirkt als Lewissäure
und beschleunigt die Umwandlung von CO2 in HCO3-).
Metallionen und Liganden spielen auch eine wichtige Rolle im
medizinischen Alltag; z.B. ist Ca2+ für die Blutgerinnung essentiell. Will
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man diese verhindern, fügt man zum Blut EDTA hinzu, um das Ca2+ zu
"maskieren". Ein wichtiger Metallkomplex in der Krebstherapie ist cisPt(NH3)2Cl2. Er ist erfolgreich bei verschiedenen Tumoren, vor allem des
Urogenitaltraktes. Interessanterweise zeigt der entsprechende transKomplex kaum Antitumorwirkung.
Der Wirkungsmechanismus sieht vermutlich so aus, dass der Komplex in
der Zelle dissoziiert und cis-Pt(NH3)2(H2O)2 bildet; dieser Komplex bindet
an das Erbgut (DNS) und stört bzw. verhindert die Zellteilung. Der
entsprechende trans-Komplex ist nicht anti-Tumor aktiv.
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Schlüsselbegriffe:
Chelateffekt: Auf entropischem Effekt beruhende höhere Stabilität von
Metallkomplexen mit mehrzähnigen Liganden.
Chelatligand = Chelator: Ein mindestens zwei- oder mehrzähniger
Ligand, der mit mehreren funktionellen Gruppen an ein Metallion
koordiniert.
Chelatring: Ringstruktur, die sich aufgrund der Bindung der
zwei(mehr)zähnigen Liganden an dasselbe Metallion ergibt. Fünf- bzw.
Sechsringe ergeben speziell stabile Metallchelatkomplexe.
Dissoziationskonstante (eines Komplexes): Der Kehrwert der
Komplexbildungskonstanten. Wie ist die Säuredissoziationskonstante
definiert?
Komplex: besteht aus einem zentralen Metallion und einer definierten
Anzahl von Liganden in einer definierten geometrischen Anordnung.
Beispiel: [Fe(CN)6]3-.
Koordinationszahl: Zahl der Liganden-Bindungsplätze am Zentralion (atom). Welche Koordinationszahl haben die biologisch wichtigen
Metallionen Fe2+, Fe3+, Zn2+, Co3+, Cu2+?
Komplex: besteht aus einem zentralen Metallion und einer definierten
Anzahl von Liganden in einer definierten geometrischen Anordnung.
Beispiel: [Fe(CN)6]3-.
Komplexbildungskonstante: definiert gemäß K =
Komplexbildungs-Gleichgewicht M + nL
[ML n ]
[M][L]n
für das
[MLn].
Koordinationsverbindung: ein Synonym für Komplex.
Ligand: Ionen oder dipolare Moleküle in der Koordinationssphäre eines
Komplexes. Einzähnige und mehrzähnige Liganden. Bsp. NH3, CO, CN-, en,
edta, dtpa, dota.
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Gesundheitswesen
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