配位基與螯合基

配位基 (Ligands) 與螯合基 (Chelating ligands)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立臺灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

配位基 (Ligands) 為配位 (Coordinate) 至金屬或金屬離子形成錯合物 (Complex) 的基團。一般而言，一些具有孤對電子，尤其是帶有 負電荷的基團，是很適合拿來做為配位基的材料，因為中心原子經常是電負度比較低或帶有正電的離子。配位基視為一路易士鹼 (Lewis base)，金屬中心為一路易士酸 (Lewis acid)，兩者形成一「配位基−金屬鍵 (ligand-metal bond)」，通常稱為配位共價鍵 (coordinate covalent bond)。

一個配位基可以有一個或一個以上具有配位能力的官能基，一個具有配位能力的官能基的配位基稱為單牙團或單牙基 (monodentate or unidentate ligands)，兩個具有配位能力的官能基的配位基稱為雙牙團或雙牙基 (bidentate ligands)，以此類推還有三牙基 (tridentate ligands)、六牙基 (hexadentate ligands) 和多牙基 (polydentate ligands) 等。

常見的單牙團配位基為水 (H₂O)、一氧化碳 (CO)、氨 (NH₃) 和鹵素離子 (X^–)、亞硝酸根 (NO₂^–)、氫氧根 (OH^–) 等，形成的化合物如：

雙牙團或雙牙基如乙二胺 (ethylene diamine, en) 及其類似的化合物，透過兩個胺的氮上的孤對電子，每一個都對中心原子形成鍵結。除此之外，如2,2′-聯吡啶 (2,2’-bipyridine, bipy)、1,10-鄰二吖菲 (phenanthroline, phen) 等也是常見的胺類雙芽基。

草酸根 (oxalate, ox) 為以兩個羧酸根來進行配位的雙牙基，然而這兩個羧酸根隨著pH值的不同會出現不同的配位能力，在酸性條件下羧酸根質子化而變成電中性造成配位鍵不容易形成。

最有名、而在分析化學上最為常見的則是乙二胺四乙酸 (ethylenediaminetetracetic acid, EDTA)。它除了乙二胺的結構之外，在氮的其他位置還鍵結了各兩個乙酸，這樣一來一共有六個位置可以進行鍵結，所以是一個六芽基。

由於其六芽基的特性，乙二胺四乙酸幾乎可以將整個中心原子從各個方向包覆住；這樣確保了一次只會有一個配位基包住一個中心原子，其比例是固定的，因此在分 析化學上面，經常利用乙二胺四乙酸來滴定，以偵測金屬離子的含量。而且其適用性廣，除了鹼金屬以外的金屬離子，幾乎都可以與其配位形成錯合物。然而，在 pH值較高的時候，乙二胺四乙酸的乙酸根才能保持酸根型態具有較佳配位能力，也因此經常會在鹼性的條件即pH = 12 進行滴定。不過這樣就容易讓一些容易形成氫氧化物沉澱的金屬離子沉澱，所以有時候pH值的決定也是需要再考慮的。

上述一個具有多個配位能力的配位基又稱作螯合基(chelating ligands)，「螯合」象徵著這一些基團聚有較多的位置可以形成配位鍵，像螃蟹一樣將中心原子以數個配位鍵包夾住。除了單牙基外，多牙基皆為螯合基。

參考資料
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3. Miessler, G. L; Tarr, D. A. Inorganic Chemistry, 3rd ed.; Pearson Educational: Upple Saddle River, 2004; pp.304-306.