錯体さくたい

錯体さくたい（さくたい、英語えいご: complex）もしくは錯塩（さくえん、英語えいご: complex salt）とは、広義こうぎには、配はい位い結合けつごうや水素すいそ結合けつごうによって形成けいせいされた分子ぶんしの総称そうしょうである。狭義きょうぎには、金属きんぞくと非金属ひきんぞくの原子げんしが結合けつごうした構造こうぞうを持もつ化合かごう物ぶつ（金属きんぞく錯体さくたい）を指さす。この非金属ひきんぞく原子げんしは配はい位い子こである。ヘモグロビンやクロロフィルなど生理せいり的てきに重要じゅうような金属きんぞくキレート化合かごう物ぶつも錯体さくたいである。また、中心ちゅうしん金属きんぞくの酸化さんか数すうと配はい位い子この電荷でんかが打うち消けしあっていないイオン性せいの錯体さくたいは錯イオンとも呼よばれる。

金属きんぞく錯体さくたいは、有機ゆうき化合かごう物ぶつ・無機むき化合かごう物ぶつのどちらとも異ことなる多おおくの特徴とくちょう的てき性質せいしつを示しめすため、現在げんざいでも非常ひじょうに盛さかんな研究けんきゅうが行おこなわれている物質ぶっしつ群ぐんである。

名前なまえについて

錯体さくたいの「錯」とは「複数ふくすうの物ものが交まじる」等とうの意味いみがある。一方いっぽう、英語えいごでは complex というが、これは2種類しゅるい以上いじょうの混まざりものという意味いみがあり、例たとえばポリマーに酸化さんか物ぶつを練ねり込こんだものもcomplexである。錯体さくたいがcomplexと呼よばれるのは、配はい位い子こと金属きんぞくイオンとの「混まざりもの」であったからであるが、錯体さくたいは「純じゅん物質ぶっしつ」であり、明確めいかくに区別くべつしたい場合ばあいには「配はい位い化合かごう物ぶつ」「錯化合かごう物ぶつ」と呼よぶ場合ばあいもある。この英語えいご訳やくは coordination compound である。

錯体さくたいは、歴史れきし的てきには大おおきなイオンとして研究けんきゅうが進すすんだ。そのため、昔むかしは「錯塩」と呼よんだが、中性ちゅうせいの配はい位い化合かごう物ぶつについても研究けんきゅうが進すすみ、現在げんざいでは錯体さくたいと呼よぶのが一般いっぱん的てきである。

性質せいしつ

よく研究けんきゅうされるのは、光ひかり（吸光・発光はっこう）、電気でんき、磁気じき、触媒しょくばいなどの特性とくせいである。近年きんねんではこれらの性質せいしつを複ふく合あわした機能きのう錯体さくたい（例たとえば、光ひかり電子でんし移動いどう・光ひかり磁性じせい制御せいぎょ・電気でんき化学かがく触媒しょくばいなど）の研究けんきゅうも盛さかんである。

構造こうぞう的てき特性とくせい

金属きんぞく錯体さくたいの中心ちゅうしん原子げんしは、2から12程度ていどまでの多様たような配はい位い数すうをとる。特とくに、配はい位い数すう4の際さいにとる四面しめん体型たいけい錯体さくたいや、配はい位い数すう6の際さいの八はち面体めんてい型がた錯体さくたいの例れいなど、高たかい対称たいしょう性せいを示しめすことが多おおい。

分光ぶんこう学がく的てき特性とくせい

多おおくの金属きんぞく錯体さくたいは特有とくゆうの美うつくしい色いろを持もつ。これは金属きんぞく原子げんしのd軌道きどうが配はい位いによって分裂ぶんれつし、このエネルギー差さが可視かし光こう領域りょういきの光ひかりエネルギーと一致いっちするためである（詳くわしくは結晶けっしょう場じょう理論りろんおよび配はい位い子こ場じょう理論りろんを参照さんしょう）。またこの色いろは金属きんぞくの価あたい数すうや配はい位い環境かんきょうを反映はんえいして様々さまざまな色いろに変化へんかする。

ある種しゅの金属きんぞく錯体さくたいは、配はい位い環境かんきょうによって、光学こうがく活性かっせい体たいとなり、キラルな化合かごう物ぶつとなる。

構造こうぞう

錯体さくたいは特有とくゆうの色いろを持もつことが多おおいため、反応はんのうの進行しんこうはUV-Vis スペクトルで確認かくにんすることが多おおい。厳密げんみつな錯体さくたいの構造こうぞう決定けっていは通常つうじょうX線せん構造こうぞう解析かいせきによって行おこなわれる。また、必要ひつように応おうじて赤あか外がい分光ぶんこう法ほう (IR) や核かく磁気じき共鳴きょうめい (NMR)、電子でんしスピン共鳴きょうめい (ESR) なども利用りようされる。

幾何きか異性いせい体たい

[MX₄Y₂]構造こうぞうの八はち面体めんてい型かた六ろく配はい位い錯体さくたいおよび[MX₃Y₃]構造こうぞうの平面へいめん四角形しかっけい型かた六ろく配はい位い錯体さくたいはそれぞれ幾何きか異性いせい体たいが発生はっせいする。[MX₄Y₂]構造こうぞうにおいて、Y配はい位い子こが背中合せなかあわせの方向ほうこうに配はい位いしていればtrans、隣となり合あって配はい位いしていればcis体からだとなる。[MX₃Y₃]構造こうぞうにおいて、同おなじ3個この配はい位い子こが八はち面体めんていの一ひとつの面めんを占有せんゆうしていればfacialまたはfac、中心ちゅうしん金属きんぞくイオンを含ふくむ一ひとつの面めんを占有せんゆうしていればmeridionalまたはmer体からだと呼よぶ。

cis -[CoCl₂(NH₃)₄]⁺
trans -[CoCl₂(NH₃)₄]⁺
fac -[CoCl₃(NH₃)₃]
mer -[CoCl₃(NH₃)₃]

光学こうがく異性いせい体たい

二に座ざ配はい位い子こを2個こ以上いじょうもつ六ろく配はい位い錯体さくたいには光学こうがく異性いせい体たいが発生はっせいする。二に座ざ配はい位い子こによるねじれが左ひだり回まわりのものはΛらむだ（ラムダ）、右みぎ回まわりのものはΔでるた（デルタ）体からだと呼よぶ。

Λらむだ-[Fe(ox)₃]³⁻
Δでるた-[Fe(ox)₃]³⁻
Λらむだ-cis -[CoCl₂(en)₂]⁺
Δでるた-cis -[CoCl₂(en)₂]⁺

錯生成せいせい反応はんのう

錯生成せいせい反応はんのうとは、錯体さくたいを生成せいせいする反応はんのうの総称そうしょうである。

金属きんぞく錯体さくたいの生成せいせい反応はんのう

水溶液すいようえき中ちゅうの金属きんぞくイオン(金属きんぞく塩しお)は周囲しゅういに過剰かじょうに存在そんざいする水みずと配はい位い結合けつごうし、水みず和金わきん属ぞくイオンM(H₂O)_xⁿ⁺として存在そんざいしている。これは、金属きんぞくは水みずに放ほうられると正せいイオンに電離でんりし、周囲しゅういの水みずの孤立こりつ電子でんし対たいがこれを中和ちゅうわしようとするためだ。これが配はい位い結合けつごうであり、この場合ばあいの配はい位い子こは水みずとなる。配はい位い子こは水みずに限かぎらず、正せいイオンを中和ちゅうわする能力のうりょくのある原子げんし、すなわち、陰かげイオンやルイス塩基えんきを指さす。よって、もし水溶液すいようえき中ちゅうに水みず以外いがいの配はい位い子こが存在そんざいしていた場合ばあい、その溶液ようえきには水みずの替かわりにその配はい位い子こと結合けつごうしている金属きんぞくイオンもある。

多おおくの場合ばあい、新あたらしい金属きんぞく錯体さくたいは、金属きんぞく塩しおと配はい位い子この組くみ合あわせから発見はっけんされる。金属きんぞく塩しおは典型てんけい金属きんぞく・遷移せんい金属きんぞくを問とわずあらゆる種類しゅるいが用もちいられる。配はい位い子こも多様たようなものが用もちいられるが、特とくにポルフィリンを用もちいた例れいが極きわめて多おおい。

機能きのう

有機ゆうき化学かがくの分野ぶんやで錯体さくたいは化学かがく反応はんのうを制御せいぎょまたは促進そくしんさせる触媒しょくばいとして非常ひじょうによく用もちいられている。また、生体せいたい中なかに存在そんざいする酵素こうその活性かっせい中心ちゅうしんにはアミノ酸あみのさんに取とり囲かこまれた金属きんぞく錯体さくたいが存在そんざいし、重要じゅうような役割やくわりを果はたしている（赤血球せっけっきゅう中なかのヘモグロビンなど）。またシスプラチンはDNAに強つよく配はい位くらいすることによって抗癌剤こうがんざいとして作用さようする。

色素しきそ増ぞう感かん型がたの太陽たいよう電池でんちにおける光ひかり吸収きゅうしゅう層そう、すなわち色素しきそとして、ルテニウムのビピリジン錯体さくたい（またはその誘導体ゆうどうたい）が主おもに用もちいられている。

超ちょう分子ぶんし

古典こてん的てきな錯体さくたいとは若干じゃっかん異ことなる、超ちょう分子ぶんしと呼よばれる物質ぶっしつ群ぐんがナノテクノロジーの材料ざいりょうのひとつとして注目ちゅうもくされている。

主おもな錯体さくたい

アクア錯体さくたい (水みず和物あえもの) - 水みず ${\ce {H2O}}$ が配はい位い子ことなるもの。
カルボニル錯体さくたい - 一酸化いっさんか炭素たんそ ${\ce {CO}}$ が配はい位い子ことなるもの。金属きんぞくカルボニルも参照さんしょう。
アンミン錯体さくたい - アンモニア ${\ce {NH3}}$ が配はい位い子ことなるもの。テトラアンミン銅どう錯体さくたい ${\ce {[Cu(NH3)4]^2+}}$ など
シアノ錯体さくたい - シアン化物ばけものイオン ${\ce {CN-}}$ が配はい位い子ことなるもの。ヘキサシアニド鉄てつ錯体さくたい ${\ce {[Fe(CN)6]^4-}}$ , ${\ce {[Fe(CN)6]^3-}}$ など
ハロゲノ錯体さくたい - ハロゲン化物ばけものイオンが配はい位い子ことなるもの。テトラクロリド鉄てつ錯体さくたい ${\ce {[FeCl4]-}}$ など
ヒドロキシ錯体さくたい - 水酸化物すいさんかぶつイオン ${\ce {OH-}}$ が配はい位い子ことなるもの。アルミン酸さん ${\ce {[Al(OH)4]-}}$ （または ${\ce {[Al(OH)4(H2O)2]-}}$ ）など

顔料がんりょう

「顔料がんりょう」も参照さんしょう

一部いちぶの錯体さくたいはその鮮明せんめいな色いろと高たかい耐久たいきゅう性せいから、顔料がんりょうとして使用しようされる。特とくにフタロシアニンは応用おうよう分野ぶんやでの消費しょうひ量りょうが多おおく、大量たいりょうに生産せいさんされている。

フタロシアニンの銅どう錯体さくたい
銅どうフタロシアニンブルー
Pigment Blue 15

フタロシアニンの銅どう錯体さくたい
高こう塩素えんそ化か銅どうフタロシアニングリーン
Pigment Green 7

銅どうフタロシアニン

詳細しょうさいは「フタロシアニン」を参照さんしょう

フタロシアニンは、4つのフタル酸さんイミドが窒素ちっそ原子げんしで架橋かきょうされた構造こうぞうをもつ環状かんじょう化合かごう物ぶつ。ポルフィリンと類似るいじの構造こうぞうを持もつ。フタロシアニンの銅どう錯体さくたいは顔料がんりょうとして使用しようされる。

ただし、無む金属きんぞくフタロシアニンも顔料がんりょうとして使用しようされる。銅どうフタロシアニンブルーよりも緑みどり味あじの顔料がんりょうであるが、可視かし領域りょういきの長波ちょうは長ちょう側がわの反射はんしゃが大おおきく、幾分いくぶん不鮮明ふせんめいである。

金属きんぞく錯体さくたい顔料がんりょう

「アゾメチン」も参照さんしょう

金属きんぞく錯体さくたい顔料がんりょうは、顔料がんりょうとしての性能せいのうを有ゆうする金属きんぞく錯体さくたいを指さす。ただし、フタロシアニンを除のぞいたものを指さす場合ばあいが多おおい。顔料がんりょうの分野ぶんやでは、シッフ塩基えんきの誘導体ゆうどうたい、特とくにイミンを分子ぶんし構造こうぞう中ちゅうに有ゆうする顔料がんりょうをアゾメチン顔料がんりょうと呼よぶことから、フタロシアニンを除のぞいたシッフ塩基えんきの誘導体ゆうどうたい、特とくにイミンを分子ぶんし構造こうぞう中ちゅうに有ゆうする金属きんぞく錯体さくたい顔料がんりょうはアゾメチン顔料がんりょうとも呼よばれる。高たかい透明とうめい性せいと濃こ色しょくと淡色たんしょくの色いろ差さが特徴とくちょうであるが、彩いろどり度どの低ひくさなどから市場いちば性せいが限定げんてい的てきであり、比較的ひかくてき短期間たんきかんで生産せいさんが終了しゅうりょうしたものもある。

鉱物こうぶつ

鉱物こうぶつとして自然しぜん界かいに存在そんざいする錯体さくたい化合かごう物ぶつの組成そせいを持もつ鉱物こうぶつは非常ひじょうに珍めずらしい。発見はっけんされている錯体さくたいの鉱物こうぶつはアンミン石せき (Ammineite・[CuCl₂(NH₃)₂]) とヨアネウム石せき (Joanneumite・Cu(C₃N₃O₃H₂)₂(NH₃)₂) の2種類しゅるいのみ知しられている。このうちのアンミン石せきは、初はじめて発見はっけんされたアンミン錯体さくたいの鉱物こうぶつである事ことに因ちなんだ命名めいめいである^[1]^[2]。

参考さんこう文献ぶんけん

『絵具えのぐの科学かがく』ホルベイン工業こうぎょう技術ぎじゅつ部ぶ編へん中央公論ちゅうおうこうろん美術びじゅつ出版しゅっぱん社しゃ 1994/5（新装しんそう普及ふきゅう版ばん） ISBN 480550286X
『絵具えのぐ材料ざいりょうハンドブック』ホルベイン工業こうぎょう技術ぎじゅつ部ぶ編へん中央公論ちゅうおうこうろん美術びじゅつ出版しゅっぱん社しゃ 1997/4（新装しんそう普及ふきゅう版ばん） ISBN 4805502878
『顔料がんりょうの事典じてん』伊藤いとう征ただし司郎しろう(編集へんしゅう) 朝倉書店あさくらしょてん 2000/10 ISBN 4254252439 ISBN 978-4254252439
『有機ゆうき顔料がんりょうハンドブック』橋本はしもと勲いさおカラーオフィス 2006/5