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Über dieses Buch

Die Chemie der Komplexverbindungen wird in diesem Lehrbuch ideal für Studierende im Bachelor-Studiengang Chemie aufbereitet und bietet einen ebenso leichten wie umfassenden Einstieg in das prüfungsrelevante Thema. Es basiert auf bewährten Vorlesungsskripten und setzt keine Grundkenntnisse voraus.

Neben grundlegenden Fragestellungen wie „was sind Komplexe“ und „was sind metallorganische Verbindungen“ werden u.a. die gängigen Bindungsmodelle vorgestellt und die Farbigkeit und Stabilität von Koordinationsverbindungen erläutert. Weitere Kapitel behandeln Redoxreaktionen bei Komplexen, die Metall-Metall-Bindung, molekularen Magnetismus, supramolekulare Chemie und die bioanorganische Chemie.

Als Abschluss gibt das Buch einen Ausblick in aktuelle Forschungsgebiete und Trends der Koordinationschemie, so dass auch Studierende höherer Semester und Doktoranden von der Lektüre profitieren werden. Dazu gehört die Lumineszenz von Komplexen und ausgewählte Beispiele für von Komplexen katalysierte Reaktionen.

Birgit Weber ist Professorin für Anorganische Chemie an der Universität Bayreuth. Ihre Forschungsschwerpunkte sind die Koordinationschemie und das Ligandendesign für multifunktionale schaltbare Komplexe.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Was sind Komplexe?

Zusammenfassung
Der Komplexbegriff wird anhand der geschichtlichen Entwicklung eingeführt.
Birgit Weber

Kapitel 2. Struktur und Nomenklatur

Zusammenfassung
Von Anfang an hatte die Farbe von Koordinationsverbindungen die Forscher fasziniert und die Farbenvielfalt hat sich in der Namensgebung der neuen Verbindungsklasse widergespiegelt. Bei der heute bekannten Vielzahl von Komplexen reicht dieses Kriterium für die Nomenklatur nicht mehr aus und neue Regeln sind notwendig, um die verschiedenen Komplexe und deren Strukturen eindeutig zu beschreiben.
Birgit Weber

Kapitel 3. Was sind metallorganische Verbindungen?

Zusammenfassung
Der Unterschied zwischen einer metallorganischen Verbindung und einem Komplex wird definiert. Die 18-Valenzelektronenregel zur Bestimmung der Stabilität von Komplexen wird eingeführt und die Elementarreaktionen der metallorganischen Chemie werden vorgestellt.
Birgit Weber

Kapitel 4. Bindungsmodelle

Zusammenfassung
Die verschiedenen Modelle zur Beschreibung von Komplexen werden vorgestellt und ihre Stärken und Grenzen werden aufgezeigt. Es werden die Valenz-Bindungs-Theorie (VB-Theorie, [engl.] valence bond theory), die Ligandenfeld-(LF-)Theorie und die Molekülorbital- (MO-)Theorie in der Reihenfolge ihrer historischen Entwicklung vorgestellt. Zu den Komplexeigenschaften mit Erklärungsbedarf gehören die Koordinationszahl (KZ), die Koordinationsgeometrie, die Stabilität von Komplexen, deren Farbigkeit und Magnetismus. Für all diese Modelle ist es notwendig, die Valenzelektronenkonfiguration der Metallzentren zu kennen bzw. zu bestimmen. Aus diesem Grund beginnen wir mit einer Wiederholung der wesentlichen Grundlagen zur Elektronenkonfiguration und den Termsymbolen, die wir für ein Verständnis der weiteren Kapitel benötigen.
Birgit Weber

Kapitel 5. Farbigkeit von Koordinationsverbindungen

Zusammenfassung
Zu Werners Zeiten hatte die Faszination für Komplexe sicherlich viel mit deren Farbigkeit zu tun. Und auch die schon vorher bekannten (wenn auch nicht als solche erkannten) Komplexe wie das Berliner Blau bestachen v. a. (wie schon der Name sagt) durch ihre Farbigkeit. In diesem Kapitel lernen wir, woher die Farbigkeit von Komplexen kommt und was wir von den Farben über die Komplexe lernen können.
Birgit Weber

Kapitel 6. Stabilität von Koordinationsverbindungen

Zusammenfassung
Bei der Beschreibung der Liganden und ihrer Komplexe ist schon mehrmals der Begriff Stabilität gefallen, sodass wir uns in diesem Kapitel die Frage stellen:Was bedeutet „ein Komplex ist stabil“?
Birgit Weber

Kapitel 7. Redoxreaktionen bei Koordinationsverbindungen

Zusammenfassung
Chemische Reaktionen können in zwei Kategorien, Substitutionsreaktionen und Redoxreaktionen, unterteilt werden. Im vorhergehenden Kapitel haben wir die Stabilität von Komplexen betrachtet und uns mit dem Ligandenaustausch, also den Substitutionsreaktionen, beschäftigt. Im Folgenden beschäftigen wir uns mit der zweiten großen Klasse von Reaktionen der Komplexe, den Redoxreaktionen.
Birgit Weber

Kapitel 8. Supramolekulare Koordinationschemie

Zusammenfassung
Bezeichnet man die molekulare Chemie als die Chemie der kovalenten Bindung, dann beschäftigt sich die supramolekulare Chemie mit der Chemie jenseits des Moleküls. In diesem Kapitel wird die supramolekulare Koordinationschemie am Beispiel der Helicate eingeführt. Im zweiten Teil werden Koordinationspolymere und organometallische Gerüstverbindungen (MOFs) besprochen.
Birgit Weber

Kapitel 9. Metall-Metall-Bindung

Zusammenfassung
In diesem Abschnitt wenden wir uns Verbindungen zu, bei denen zwischen zwei oder mehreren Metallatomen eine kovalente Bindung diskutiert wird. Bei der Einführung der 18-VE-Regel (Abschn. 3.2) wurde bereits die Möglichkeit von Metall-Metall-Bindungen erwähnt. Die Formulierung solcher Bindungen weicht stark von den Wernerschen Vorstellungen über die Molekülchemie von Übergangsmetallen ab und der Durchbruch gelang erst in den 1950er Jahren, als durch Röntgenstrukturanalyse das Vorliegen von Metall-Metall-Bindungen eindeutig belegt wurde.
Birgit Weber

Kapitel 10. Magnetismus

Zusammenfassung
Eine Besonderheit der Übergangsmetalle (d-Elemente), aber auch der Lanthanide und Actinide (f-Elemente), im Vergleich zu den Hauptgruppenelementen ist die Möglichkeit, verschiedene Oxidationsstufen zu realisieren. Viele dieser Verbindungen besitzen ungepaarte Elektronen in den d- bzw. f-Orbitalen. Diese sind, insbesondere bei den d-Orbitalen, an Bindungen beteiligt und werden durch Liganden beeinflusst. Das bedeutet, dass die Koordinationsumgebung um das Metallzentrum sich auf dessen optische und magnetische Eigenschaften auswirkt. Anders herum erlauben somit die magnetischen Eigenschaften einer Verbindung Rückschlüsse auf deren elektronische Struktur.
Birgit Weber

Kapitel 11. Lumineszenz bei Komplexen

Zusammenfassung
Durch die Absorption von Licht wird ein Molekül vom elektronischen Grundzustand in einen elektronisch angeregten Zustand überführt. Der dabei erzeugte angeregte Zustand kann durch Emission von Licht wieder in den Grundzustand zurückkehren. Dieses Kapitel beschäftigt sich mit Grundlagen dieses Phänomens, unter welchen Rahmenbedingung es auftritt und welche Varianten es gibt.
Birgit Weber

Kapitel 12. Bioanorganische Chemie

Zusammenfassung
In biologischen Systemen spielen Metalle eine wichtige Rolle. Sie nehmen am Elektronentransfer teil oder katalysieren wichtige Reaktionen (Metalloenzyme). Viele dieser Metallionen sind in Form von Komplexen an die Proteinumgebung gebunden. In diesem Kapitel werden die im Hinblick auf die Koordinationschemie interessanten Aspekte anhand von zwei Beispielen besprochen.
Birgit Weber

Kapitel 13. Katalyse

Zusammenfassung
Im kurzen historischen Abriss zur Entwicklung der metallorganischen Chemie hat sich die Bedeutung von Komplexen bzw. metallorganischen Verbindungen für die Katalyse bereits widergespiegelt. Die Vielzahl von Nobelpreisen, die für katalytische Verfahren vergeben wurden, unterstreichen das. Im Folgenden soll im ersten Abschnitt exemplarisch auf das Beispiel der Polymerisationskatalyse und deren Entdeckung eingegangen werden. Der zweite Abschnitt dieses Kapitels beschäftigt sich mit der Photokatalyse, die gerade für die Bewältigung der Herausforderungen der heutigen Zeit hoch relevant ist.
Birgit Weber

Backmatter

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