Метод теории кристаллического поля.

Согласно ТКП связь между КО и лигандами ионная или ион-дипольная. При этом КО рассматривается с детальным учетом его электронной структуры, а лиганды – как бесструктурные заряженные точки, создающие электростатическое поле. Особое внимание в методе ТКР уделяют рассмотрению тех изменений, которые происходят в комплексообразователе под влиянием поля лигандов. ТКП, как и МВС, качественно объясняет основные факты химии КС: координационные числа, пространственные структуры и оптические свойства. Однако, ТКП применима лишь к тем КС, в которых КО имеет свободные электроны, кроме того ТКП не учитывает частично ковалентный характер связи КО – лиганды.

Метод мо

В ММО учитывается детальная электронная структура и КО и лигандов. Здесь комплекс рассматривается как единая квантово-механическая система, в которой отдельные атомы и молекулы теряют свои индивидуальные черты. Валентные электроны системы располагаются на центровых МО, охватывающих ядра КО и всех лигандов, входящих в состав комплекса. Движение каждого электрона определяется положением ядер и характером движения всех остальных электронов. Особенностью ММО – возможность учета эффекта  - связывания и упрочняющего влияния его на состояние комплекса.

Комплексообразование в организме

1. В живом организме d-элементы представлены в основном, как микроэлементы. «Свободных» ионов Me в организме нет, т.к. они либо гидролизуются, либо гидратированы, либо существуют в виде К.С. Чаще всего в биохимических реакциях d-элементы участвуют в качестве биоорганических комплексов Me. Их лигандами могут быть аминокислотные остатки, пептиды, белки, гормоны, нуклеиновые кислоты (НК) и некоторые др. Биоорганические комплексы d-элементов называют биокластеррами. В них входят me, которые взаимодействуют с донорными атомами связывающих групп: ОН, сульфогидрильные – SH, NH₂белков или аминов, СОО^-.

В зависимости от размера полости, природы электродонорных атомов, ее образующих, от их расположения в пространстве в нее могут попасть только «избранные» Me. Для последних необходимо, чтобы диаметр ионов Me соответствовал диаметру полости. Наиболее известные металлоферменты: карбоангидраза, ксантиноксидаза, цитохромы. Это биокластеры, содержащие Zn, Mo, Fe соответственно.

В зависомости от выполняемой биологической функции биокомплесыMe условно делят на следующие группы:

- Транспортные

- аккумуляторы (накопители),

- биокатализаторы,

- активаторы инертных процессов.

Транспортные биокомплексы– прежде всего доставляют организму кислород и биометаллы. Такую функцию выполняет железосодержащий фермент трансферрин. Как правило, координация Me с аминокислотными остатками идет через азот аминогруппы или кислород карбоксильной группы. Если Me связывается с обеими группами, то образуется устойчивый хелатный цикл. В качестве координирующего Me могут выступать Fe, Zn,Co,Ni и др.

Роль аккумуляторов выполняют биокомплексы, содержащие Fe – миоглобин, ферриты. Жизненно необходимые элементы - Fe, Zn, Cu, Mn, Mo и Co (металлы жизни) входят в состав определенных металлоферментов, выполняющих специфические функции в организме. Реакции, катализируемые этими ферментами разделяют на две группы:

1. кислотно-основные реакции. Классическим примером является Zn-содержащий фермент карбоангидраза, который катализирует процесс обратимой гидратации углекислого газа в организме:

Н₂О+ СО₂ ↔ Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО₃^-

2. окислительно-восстановительные реакции. Они катализируются ферментами, в которых Meизменяет свою степень окисления. Так, в цитохромах (белковые комплексы с Fe) степень окисления Fe в процесса переноса электронов изменяется:

Fe³⁺+ 1 ℮ ↔ Fe²⁺

2. Ионы щелочных и щелочно-земельных металлов находятся в крови, слюне лимфе и тканевых жидкостях, в основном, в виде аквакомплексов. Как и d-элементы, s-элементы выполняют транспортную функцию. Это ионофоры – органические молкулы, осуществляющие перенос катионов щелочных, щелочноземельных металлов и иона NH₄⁺ через биологические мембраны.

3. Многие соединения d-элементов (Zn, Cd, Hg, Ag,V, Niи др) и некоторые р –элементов (Pb, As, Sb, Biи др) оказывают токсическое действие на организм человека. Это объясняется тем, что вышеуказанные элементы образуют с белками нерастворимые соединения. Этот процесс получил название денатурации. Денатурация белков происходит в результате взаимодействия ионов тяжелых элементов с электронодонорными атомами серы групп – SH, входящих в состав белков. Возможна также координация d–элементов по атому азота аминогруппы. Комплексообразование позволяет вывести из оргинизма многие токсические вещества. Так, при остром отравлении (если не произошло всасывания ядов в кровь) пострадавшему дают белковые продукты: яйца, молоко. Если же наступило всасывание ядов в кровь, а также при хроническом отравлении вводят различные препараты (антидоты): унитиол, раствор Na₂S₂O₃, динатриемую соль ЭДТА и др.

4. Комплексообразование используют при консервировании донорской крови. В качестве антикоагулянтов используют Na₂-ЭДТА и цитраты.

5. Громадна роль комплексообразования и в растительном мире: это процессы метаболизма, катализа и синтеза.