配合物在哪些方面有重要的應用，具體舉幾個例子？

1、用於染料

遠古時代，人們用植物直接作為染料，但染料附著力不強，顏色暗淡。當在染色過程中加入金屬離子形成配合物後，牢固度大大增加，顯示出鮮豔的顏色。這是由於不存在配合物時，染料分子和織物以氫鍵或範德華力相連，當形成配合物後，其中金屬與織物以配位共價連線或沉積在織物上，並將光吸收移到可見區，使光吸收增強。

國外最早有記錄被用作染料的配合物是普魯士藍（

，也是世界上第一個人工合成的染料），傳說是18世紀初德國的一個染料工人把草木灰和牛血混合在一起進行焙燒成灰，再用水浸取焙燒後的物質，過濾掉不溶解的物質以後，向濾液中加入氯化鐵溶液得到了一種顏色很鮮豔的藍色沉澱，也就是普魯士藍（值得注意的是滕士藍與普魯士藍是同一種物質，不過製備方法不一樣）。

後來用於普魯士軍隊的制服，以至1871年德意志第二帝國成立後相當長一段時間仍然沿用普魯士藍軍服，直至第一次世界大戰前夕方更換成原野灰。

普魯士藍的發現

https：//www。zhihu。com/video/1177271610293231616

梵高的《星夜》中就用到了大量的普魯士藍

畢加索作品《蜷坐的乞丐》（Crouching Beggar）中也用到了普魯士藍

我國應用配合物染料的歷史則要悠久得多。詩經中就有“茹藘在阪”、“縞衣茹藏”的記載，“茹藘”和“茹藏”指的都是茜草，當時用茜草的根和黏土（或白礬）製成牢固度很高的紅色染料，後來稱為茜素染料，即存在於茜草根中的 1，2-二羥基-9， 10-蒽醌 和黏土（或白礬）中的

和

生成的紅色配合物對織物有強的附著力，這是最早的媒介染料。在長沙馬王堆一號漢墓出土的“深紅絹”和“長壽繡袍”的紅色底色，經化驗分析即是用茜素和媒染劑明礬多次浸染而成。

馬王堆一號漢墓出土的 絹地“長壽繡”

此後，金屬配合物作為染料（或顏料）得到很大的發展，如偶氮染料、酞青染料，大量用於染色和塑膠中，如藍色的酞菁合銅（Ⅱ）；酞菁合氧鈦和金屬偶氮配合物分別用於鐳射列印和噴墨列印技術中。此外，金屬配合物作為染料還用於光資料儲存和電致變色材料中。

2、用於物質的分析、分離與提純

配合物的形成擴大了金屬離子之間性質的差異，如顏色、溶解度、穩定性都因配合的形成方式有了很大的變化，這為金屬離子的分析、分離創造了良好條件。當今溶液中任何一種分析法和分離法，如分光光度、萃取、離子交換法都和配合物形成有密切關係，其中有代表性的如用於配位滴定的氨羧配位劑，以乙二胺四乙酸（EDTA）為例，它在掩蔽劑存在下能分析許多金屬離子。

20世紀40年代前後，由於原子能及火箭的發展，亟需大量核燃料及高純度鈾、稀土的化合物，這一需求促進了配位化學對有關分離、分析方法的研究。例如，用乙二胺四乙酸鈉和稀土離子生成的配合物穩定性差，用離子交換技術，成功地分離性質極為相似的13個稀土元素，從而代替了傳統的分級沉澱法。

值得一提的是，我國的徐光憲院士在他的串級理論的基礎上摒棄了分離稀土的傳統萃取法，建立了串級萃取法，不僅解決了當時國際上鐠釹分離的難題，而且在我國將該法用於生產，使中國從稀土資源大國變成生產應用大國，所引發的“中國衝擊”成功改寫了國際稀土產業格局。

3。 用於醫學、藥物

許多無機化合物都有生物活性，大量生化反應因金屬離子的存在而得以進行，用無機化合物作為藥物始自古代。例如，清熱藥石膏（

），瀉藥芒硝（

），砷的化合物用於治療梅毒，汞的化合物用於防腐，銻的化合物用於治理吸血蟲病。

金屬藥物

（metallodrug）的作用與體內的配合物形成有關，於上世紀六十年代報道爾後風靡全球且至今仍在使用的著名抗癌藥順鉑（

）就是一個很好的例子：順鉑進入體內後經過體內運輸、水解，然後再與DNA作用形成穩定的配合物，從而阻止其複製和轉錄，迫使細胞凋亡或死亡（這是目前人們較為認可的看法）。

除抗腫瘤的順鉑外，還有像用於抗類風溼的金（Ⅰ）配合物、具有胰島素活性的釩（Ⅴ）配合物、具抗艾滋病能力的Zn（Ⅱ）的環胺配合物等治療類的金屬藥物，和用作核磁共振造影劑的釓（Ⅲ）配合物活躍在醫療的一線。

4。 生命體系中的金屬酶與金屬蛋白

金屬離子在生物體內的存在十分廣泛，它們和卟啉、蛋白質等生物配體結合，表現出多種功能，哺乳動物體內約有70%的鐵與葉啉形成配合物，卟啉環上取代基不同，金屬離子不同，軸向配體不同，顯示的功能各異。它們是生物體內

酶

和

蛋白質

的活性部分。

血紅蛋白中的血紅素結構，血紅蛋白是高等生物體內重要的氧載體

與高等生物體不同，軟體動物與部分的節肢動物以血藍蛋白來輸送氧氣

據統計，土壤中僅5%的細菌被人們所認識，它們透過體內酶的作用轉化廢物成為人們所需要的物質。在已知一千多種酶中有1/3以上含有金屬離子。它們以配合物的形式存在，作為酶的活性中心。因此，配位化合物在模擬生物轉化方面是一個重要的課題。

模擬生物轉化

可以用配合物模擬生物作用，將低廉物質轉化成有用產品。下面是四個極具代表性的例子（基本上都是人類長期的追求與夢想）：

（1）自然界綠色植物的葉綠素的

光合作用

為人類的能量儲存和轉化提供了啟示。葉綠素的活性中心可看成是鎂（Ⅱ）的配合物。葉綠素作為“天線”能吸收光能變為激發態，並作為電子給予體，轉移電子到近鄰的電子受體，經多步複雜的反應產生

和

，然後透過光化學反應轉變為碳水化合物。所以人們設想模擬葉綠素利用太陽能驅動光化學反應，並將其中大部分入射的光能儲存於產物中，然後透過催化劑以熱或電的形式釋放能量。

（2）常溫常壓下固氮菌可以將空氣中的氮轉變成氨。在工業上合成氨用氧化鐵作為催化劑需要高溫高壓，產率僅為15%~20%。地球上每平米土地上的空氣柱約含有8 t氮，相當於40 t

，地球上植物生長每年需氮100 Mt，其中80%來自固氮酶的作用，它的固氮轉化作用如此之高，非一般化學反應所能比擬。固氮酶含有兩種蛋白質，一種是Fe-Mo蛋白（或Fe-Mo輔因子），起著氮的固定和還原作用，另外一種是鐵硫蛋白，起著電子傳遞作用。它們都可分別看作鐵和鉬鐵簇狀配合物，如果能合成出類似的固氮體系，模擬固氮酶作用從而實現高效率的

人工固氮

，那將會是可媲美哈伯發明合成氨工藝的又一大成就。

（3）

甲烷

——天然氣的主要成分，是一種相對穩定的惰性分子，甲烷單加氧酶能選擇性地

羥化

各種非活性的C-H鍵。例如，轉化甲烷成甲醇。甲烷單加氧酶的活性中心可視為Fe（Ⅱ）的雙核配合物，其間用羥基、穀氨酸根和乙酸根橋聯，目前它的結構還不十分清楚，但用配合物進行模擬的工作已引起化學工作者們的廣泛關注，我國西南天然氣資源十分豐富，如果能加以轉化，將是對國民經濟和自然環境的一大貢獻。

（4）

將木質素變廢為寶

。木質素是一種複雜的芳香高聚物，是人類可再生的纖維資源之一，它是植物纖維中蘊藏太陽能極大的物質，是石油的最佳代用品。目前，木質素在製漿造紙等工業中作為廢液排放，不但汙染環境，且處理過程價格昂貴。20世紀80年代人們從白腐菌中分離出木質素酶（包括木質素過氧化物酶和錳過氧化物酶），它們能使木質素降解。透過木質素降解的研究，可使木質素轉變成重要的化工產品（如醇、酮等）、生物蛋白、有機肥料等。木質素酶中含有卟啉鐵（Ⅲ）作為活性中心，人們用鐵（Ⅲ）或錳（Ⅲ）的卟啉化合物作為降解模型進行研究，模型物的相對分子質量小，擴散效能好，易於穿透木質素，已證實模擬體系用於處理木材片有較好的去木質素能力。因此，尋求在溫和條件下使木質素降解的化學體系，變廢為寶，這對發展綠色化學和可持續發展具有深遠意義。

除了以上這四方面的應用外，配合物還被廣泛應用於有機催化、非線性光學、發光材料、分子基磁性材料、配位聚合物與多孔材料、奈米技術和分子器件、自組裝超分子以及金屬有機骨架（MOF）等非常多的方面，滲透到生物、材料、資訊等各個領域，在此就不做過多敘述了，感興趣的讀者可以去看看reference裡的兩本專業教材、further reading中的那一本書和最新的文獻。

Reference

1。 配位化學/羅勤慧 等 編著。 北京：科學出版社，2012（本文主要參考自此書）

2。 配位化學/孫為銀 編著。 北京：化學工業出版社，2004

3。

普魯士藍- 維基百科，自由的百科全書

4。

印染原材料的種類-中國古代紡織與印染

5。

絹地“長壽繡”-湖南省博物館

&

絹地“長壽繡”絲綿袍-湖南省博物館

6。

徐光憲——中國科學院

Further Reading

M。 D。 Ward， Jon A。 McCleverty， Thomas J。 Meyer。

Comprehensive Coordination Chemistry II： From Biology to Nanotechnology， Volume 9： Applications of Coordination Chemistry

。 Elsevier Science， 2003。