สารประกอบโคออร์ดิเนชัน

thumb|right|200px| '''รูป 1:'''  อัลเฟรท แวร์เนอร์ (Alfred Werner) นักเคมีชาวสวิส ผู้ที่วางรากฐานวิชาเคมีโคออร์ดิเนชัน ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีจากการศึกษาสารประกอบโคออร์ดิเนชัน

**สารประกอบโคออร์ดิเนชัน** () หรือ **สารเชิงซ้อนโคออร์ดิเนชัน** (coordination complexes) หมายถึง สารประกอบที่ประกอบด้วย **โคออร์ดิเนชันเอนทิตี** (coordination entity) หรือ **โคออร์ดิเนชันสเฟียร์** (coordination sphere) ซึ่ง โคออร์ดิเนชันเอนทิตี คือ ไอออนหรือโมเลกุลที่ประกอบด้วย **อะตอมกลาง** (central atom)(โดยปกติแล้วจะเป็นอะตอมของธาตุโลหะ) สร้างพันธะเชื่อมต่อกับอะตอมหรือกลุ่มของอะตอมรอบ ๆ แต่ละอะตอมหรือกลุ่มอะตอมดังกล่าวที่สร้างพันธะกับอะตอมกลางเรียกว่า **ลิแกนด์** (ligand)

## ประวัติ

สารประกอบโคออร์ดิชันหลายชนิดเป็นที่รู้จักกันมาเป็นเวลานานแล้ว โดยเฉพาะสารที่มีสี เช่น คลอโรฟิลล์ (chlorophyll) ฮีโมโกลบิน (hemoglobin) วิตามินบี 12 เป็นต้น อย่างไรก็ตาม สมบัติทางเคมีและโครงสร้างของสารประกอบกลุ่มนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจมากนัก จนกระทั่ง อัลเฟรท แวร์เนอร์ นักเคมีชาวสวิส ได้สนใจศึกษาสารประกอบของโคบอลต์ โดยในปี ค.ศ. 1983 เขาได้เสนอว่า สารประกอบของโคบอลต์ (III) ที่มี 6 ลิแกนด์มีรูปร่างทางเรขาคณิตของโมเลกุล (molecular geometry) เป็นทรงแปดหน้า (octahedral)และได้เสนอแนวคิดเกี่ยวกับ **เวเลนซ์ปฐมภูมิ **(primary valence) และ **เวเลนซ์ทุติยภูมิ** (secondary valence) ของอะตอมโลหะขึ้นมา โดยต่อมาเรารู้จักกันในชื่อ สถานะออกซิเดชัน (oxidation state) หรือเลขออกซิเดชัน (oxidation number) และ เลขโคออร์ดิเนชัน (coordination number) ตามลำดับ นอกจากนี้ เขายังได้ศึกษาสมบัติเชิงแสง (optical properties) และสมบัติการนำไฟฟ้าของสารละลายของสารประกอบโคออร์ดิเนชัน ทำให้ทราบว่ามีไอโซเมอร์ของสารประกอบโคออร์ดิเนชันหลายชนิด และได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมี ในปี ค.ศ. 1917 และเป็นนักเคมีสาขาเคมีอนินทรีย์คนแรกที่ได้รับรางวัลนี้      

ปัจจุบัน วิชาเคมีที่ศึกษาเกี่ยวกับสารประกอบโคออร์ดิเนชัน เรียกว่า **เคมีโคออร์ดิเนชัน** (coordination chemistry) ซึ่งได้แตกแขนงออกเป็นสาขาวิชาย่อยมากมาย เช่น เคมีของสารประกอบโลหอินทรีย์ (organometallic chemistry) เคมีซุปราโมเลกุลาร์ (supramolecular chemistry) และเป็นพื้นฐานของศาสตร์แขนงใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบโครงสร้างของของแข็งโดยเฉพาะสารประกอบที่เรียกว่า โคออร์ดิเนชันพอลิเมอร์ (coordination polymers) และ โครงข่ายโลหะ-สารอินทรีย์ (metal-organic frameworks) เป็นต้น

thumb|left|250px|'''รูป 2:''' โครงสร้างของวิตามินบี 12 ซึ่งเป็นสารประกอบโคออร์ดิเนชันของโคบอลต์

## คำศัพท์ที่เกี่ยวข้อง

สารประกอบโคออร์ดิเนชันประกอบด้วย **อะตอมกลาง** (central atom) และ **ลิแกนด์** (ligand) ที่สร้าง **[[พันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์]]** (coordinate covalent bond) ผ่านอะตอมที่เป็นส่วนหนึ่งของลิแกนด์โดยเรียกอะตอมที่สร้างพันธะกับอะตอมกลางว่า **อะตอมผู้ให้** (donor atom) จำนวนอะตอมผู้ให้ที่สร้าง **พันธะซิกมา** (sigma bond) กับอะตอมกลางเรียกว่า **เลขโคออร์ดิเนชัน** (coordination number) 

การเรียกชื่อกลุ่มของลิแกนด์จำแนกตามลักษณะการสร้างพันธะกับอะตอมกลางเป็น ดังนี้

* ลิแกนด์ที่มีจำนวนอะตอมผู้ให้ 1 อะตอม เรียกว่า **ยูนิเดนเทต** (unidentate) ลิแกนด์ หรือ **มอนอเดนเทต** (monodentate) ลิแกนด์ 
* ลิแกนด์ที่มีจำนวนอะตอมผู้ให้ 2 อะตอม เรียกว่า **ไบเดนเทต** (bidentate) ลิแกนด์ หรือ **ไดเดนเทต** (didentate) ลิแกนด์
* ลิแกนด์ที่มีจำนวนอะตอมผู้ให้ 3 อะตอม เรียกว่า **ไตรเดนเทต** (tridentate) ลิแกนด์ 
* ลิแกนด์ที่มีจำนวนอะตอมผู้ให้ 4 อะตอม เรียกว่า **ควอดิเดนเทต** (quadidentate) ลิแกนด์ หรือ **เตตระเดนเทต** (tetradentate) ลิแกนด์
* ลิแกนด์ที่มีจำนวนอะตอมผู้ให้ 5 อะตอม เรียกว่า **เพนตะเดนเทต** (pentadentate) ลิแกนด์ 
* ลิแกนด์ที่มีจำนวนอะตอมผู้ให้หลายอะตอม เรียกโดยรวมว่า **มัลติเดนเทต** (multidentate) ลิแกนด์ หรือ **พอลิเดนเทต** (polydentate) ลิแกนด์
* พอลิเดนเทตลิแกนด์ที่สร้างพันธะกับโลหะแล้วทำให้เกิด **วงแหวน** (ring)ลักษณะดังรูป 3 หรือลิแกนด์มีการสร้างพันธะครอบอะตอมกลางคล้ายก้ามปู จะเรียกลิแกนด์นั้นว่าเป็น **คีเลติง** (chelating) ลิแกนด์ 
* มอนอเดนเทตลิแกนด์ที่มีอะตอมผู้ให้มากกว่า 1 ชนิดโดยสามารถใช้อะตอมใดอะตอมหนึ่งสร้างพันธะกับอะตอมกลางได้ เรียกว่า **แอมบิเดนเทต** (ambidentate) ลิแกนด์ เช่น NSC- ใน M-NCS ซึ่งแตกต่างจาก NCS-M   

อะตอมกลางและลิแกนด์ เรียกรวมกันว่า **โคออร์ดิเนชันสเฟียร์** (coordination sphere) หรือ **โคออร์ดิเนชันเอนทิตี** (coordination entity) หากโคออร์ดิเนชันเอนทิตีมีประจุ จะเรียกว่า **ไอออนเชิงซ้อน** (complex ion) และสารประกอบซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้าหากประกอบด้วยไอออนเชิงซ้อนหรือโคออร์ดิเนชันเอนทิตีที่เป็นกลางทางไฟฟ้าแล้ว จะเรียกว่า **สารเชิงซ้อน** (complex) หรือ **สารประกอบโคออร์ดิเนชัน** 

สารประกอบโคออร์ดิเนชันที่มีอะตอมผู้ให้เป็นคาร์บอน หรือมีพันธะโลหะ–คาร์บอน (M–C bond) จะเรียกว่า **สารประกอบโลหอินทรีย์** (organometallics compounds)  

## โครงสร้าง

### พันธะเคมี
พันธะที่เกิดขึ้นระหว่างอะตอมกลางและอะตอมผู้ให้เป็นพันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์ หรือพันธะเดทีฟ (Dative bond) ที่เกิดจากอะตอมผู้ให้มีการใช้อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว (lone pair) หรือคู่อิเล็กตรอน (electron pair) ในการสร้างพันธะ โดยให้ (donate) คู่อิเล็กตรอนแก่อะตอมกลาง หรือเรียกว่า อะตอมผู้ให้ **โคออร์ดิเนต** (coordinate)กับอะตอมกลาง กรณีที่คีเลติงลิแกนด์สร้างพันธะกับอะตอมกลาง เราอาจะเรียกได้ว่า อะตอมกลางถูก **คีเลต** (chelate) โดยลิแกนด์

[thumb|right|200px| '''รูป 3:''' โมเลกุล[เอทิลีนไดเอมีน ให้อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของไนโตรเจนแก่อะตอมของโลหะ พันธะที่เกิดขึ้นเป็นพันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์ แสดงด้วยลูกศร]]

อย่างไรก็ตาม การอธิบายพันธะเคมีของสารประกอบโคออร์ดิเนชันให้สอดคล้องกับสมบัติทางกายภาพ เช่น สมบัติเชิงแสง สีของสารประกอบ สมบัติแม่เหล็ก ได้มีการเสนอแนวคิดและทฤษฎีขึ้นหลายทฤษฎี เช่น

* ทฤษฎีสนามผลึก (crystal field theory)
* ทฤษฏีพันธะเวเลนซ์ (valence bond theory)
* ทฤษฎีออร์บิทัลเชิงโมเลกุล (molecular orbital theory)
* ทฤษฏีสนามลิแกนด์ (ligand field theory)

### กรด−เบสลิวอิส

เนื่องจากการเกิดพันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์เกี่ยวข้องการให้−รับคู่อิเล็กตรอน โดยลิแกนด์เป็นตัวให้คู่อิเล็กตรอนแก่อะตอมกลางจึงจัดเป็นเบสตามนิยามของลิวอิสหรือ **[[ทฤษฎีกรด–เบส|เบสลิวอิส]]** (Lewis base) ส่วนอะตอมกลางซึ่งรับอิเล็กตรอนมาจากลิแกนด์จึงเป็นกรดตามนิยามของลิวอิส หรือ **[[ทฤษฎีกรด−เบส|กรดลิวอิส]]** (Lewis acid)โดยสารประกอบที่เกิดขึ้นเรียกว่า **แอดดักต์** (adduct) ตัวอย่างต่อไปนี้เป็นสารประกอบโคออร์ดิเนชันหรือแอดดักต์ที่เกิดจากแอมโมเนียให้อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว (เบสลิวอิส) แก่อะตอมโบรอนในโมเลกุลโบรอนไตรฟลูออไรด์ (กรดลิวอิส) เกิดเป็นแอดดักต์ H3N—BF3 

:400px|

### รูปทรงเรขาคณิต

การแสดงโครงสร้างของโมเลกุลสารประกอบโคออร์ดิเนชันสามารถแสดงได้ด้วยรูปทรงเรขาคณิต โดยเป็นการแสดงสิ่งแวดล้อมรอบๆอะตอมกลาง โดยรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุลจะถูกกำหนดโดยสมบัติทางเคมีโคออร์ดิเนชันของอะตอมกลาง เช่น โคบอลต์มักจะมีเลขโคออร์ดิเนชันเท่ากับ 4 และ 6 โดยมีรูปทรงเรขาคณิตเป็นทรงสี่หน้าและทรงแปดหน้าตามลำดับ ในขณะที่นิกเกิลที่มีเลขโคออร์ดิเนชันเท่ากับ 4 จะมีรูปทรงเรขาคณิตเป็นระนาบจัตุรัส   



ไฟล์:Linear-3D-balls.png|เส้นตรง (linear)เช่น [CuCl2]–, [Ag(NH3)2]+
ไฟล์:Trigonal-3D-balls.png|สามเหลี่ยมแบนราบ (trigonal planar)เช่น [HgI3]−
ไฟล์:Tetrahedral-angle-3D-balls.png|ทรงสี่หน้า (tetrahedral) เช่น [ReO4]2–, [Ni(CO)<sub>4</sub>]
ไฟล์:Square-planar-3D-balls.png|ระนาบจัตุรัส (square planar)เช่น [AuCl<sub>4</sub>]<sup>–</sup>, [PtCl<sub>4</sub>]<sup>2–</sup>
ไฟล์:Trigonal-bipyramidal-3D-balls.png|พีระมิดคู่ฐานสามเหลี่ยม (trigonal bipyramidal)เช่น [Fe(CO)<sub>5</sub>|Fe(CO)<sub>5</sub>]
ไฟล์:Square-pyramidal-3D-balls.png|พีระมิดฐานจัตุรัส (square pyramidal) เช่น [NbCl<sub>4</sub>(O)]<sup>–</sup>, [V(acac)<sub>2</sub>(O)]
ไฟล์:Octahedron-1-3D-balls.png|รูปทรงแปดหน้า (octahedral)เช่น [Cr(H<sub>2</sub>O)<sub>6</sub>]<sup>3+</sup>, [Fe(CN)<sub>6</sub>]<sup>3–</sup>
ไฟล์:Prismatic TrigonalP.png|ปริซึมสามเหลี่ยม (prismic trigonal) เช่น Mo(SCHCHS)<sub>3</sub>
ไฟล์:Pentagonal-bipyramidal-3D-balls.png|พีระมิดคู่ฐานห้าเหลี่ยม (pentagonal bipyramidal)เช่น [Nb(O)(ox)<sub>3</sub>]<sup>3–</sup>
ไฟล์:SqrAntiprismP2.png |แอนติปริซึมจัตุรัส (square antiprism) เช่น [Mo(CN)<sub>8</sub>]<sup>4–</sup>, [ReF<sub>8</sub>]<sup>2–</sup>
</gallery>
</div>

==การอ่านชื่อตามระบบ IUPAC==

การอ่านชื่อสารประกอบโคออร์ดิเนชันตามระบบ IUPAC ได้ถูกกำหนดใว้ใน '''NOMENCLATURE OF INORGANIC CHEMISTRY (IUPAC Recommendations 2005)''' โดยสรุปได้ ดังนี้

* ให้อ่านชื่อลิแกนด์ก่อนชื่อของอะตอมกลาง
* ไม่มีช่องว่างระหว่างแต่ละส่วนภายในเอกลักษณ์โคออร์ดิเนชันเดียวกัน 
* ให้ชื่อของลิแกนด์เรียงตามลำดับอักษร (คำนำหน้า (prefix) ที่ใช้ระบุจำนวนลิแกนด์จะไม่นำมาพิจารณาลำดับอักษรด้วย)
* IUPAC ไม่เห็นด้วยในการใช้อักษรย่อในชื่อ
* ชื่อลิแกนด์ที่มีประจุลบให้เปลี่ยนชื่อลงท้ายเป็นโดยให้ตัด -e แล้วเปลี่ยนเป็นเสียง -o  เช่น sulphate เปลี่ยนเป็น ''sulphato'', cyanide เปลี่ยนเป็น ''cyanido'', chloride เปลี่ยนเป็น ''chlorido'' หรือ iodide เปลี่ยนเป็น ''iodido'' เป็นต้น
* ลิแกนด์บางชนิดมีชื่อเฉพาะ เช่น แอมโมเนีย (ammonia) NH<sub>3</sub> เมื่อเป็นลิแกนด์จะเรียกว่า ''แอมมีน'' (ammine) น้ำ H<sub>2</sub>O เมื่อเป็นลิแกนด์จะเรียกว่า ''อะควา'' (aqua)เป็นต้น    
* ให้ใช้เลขฮินดูอารบิกในการบอกประจุของไอออนเชิงซ้อน 

อย่างไรก็ตาม ข้อเสนอใหม่ของ IUPAC ยังไม่เป็นที่นิยมมากนัก นักเคมีจึงนิยมอ่านชื่อตามข้อกำหนดเดิม เช่น ชื่อลิแกนด์ยังคงเปลี่ยนชื่อท้ายเป็นเสียง -o โดยตัด -ide เป็น -o เช่น cyanide เปลี่ยนเป็น ''cyano'', chloride เปลี่ยนเป็น ''chloro'' หรือ iodide เปลี่ยนเป็น ''iodo'' เป็นต้น และมีการระบุสถานะออกซิเดชันของอะตอมกลางด้วย[ตัวเลขโรมัน 
thumb|right|250px| รูป 5: ไอออนเชิงซ้อนนี้มีชื่อตามระบบของ IUPAC ว่า pentaamminenitrocobalt (II) ion
ตัวอย่าง:

* **[CoCl(NH<sub>3</sub>)<sub>5</sub>]Cl<sub>2</sub>**
**IUPAC อ่านชื่อว่า pentaamminechloridocobalt(2+) chloride
**ข้อกำหนดเดิม อ่านชื่อว่า pentaamminechlorocobalt(III) chloride
* **[AuF<sub>4</sub>]<sup>-</sup>**
**IUPAC อ่านชื่อว่า tetrafluoridoaurate(1-)
**ข้อกำหนดเดิม อ่านชื่อว่า tetrafluoroaurate(III) 
* **K<sub>4</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>]**
**IUPAC อ่านชื่อว่า potassium hexacyanidoferrate(II) 
**หรือ potassium hexacyanidoferrate(4-)
**หรือ tetrapotassium hexacyanidoferrate
**ข้อกำหนดเดิม อ่านชื่อว่า potassium hexacyanoferrate(II)

อนึ่ง สารประกอบโลหอินทรีย์จะมีวิธีการอ่านชื่อที่แตกต่างออกไป

## ประโยชน์

สารประกอบโคออร์ดิเนชันมีประโยชน์มากมาย เช่น 

### การสกัดแร่ทองคำ

* การสกัดทองคำจากแร่ โดยใช้ปฏิกิริยาการเกิดสารประกอบโคออร์ดิเนชันกับไซยาไนด์ หรือปฏิกิริยาไซยานิเดชัน (cyanidation reaction) ดังนี้ 

:4 Au + 8 NaCN + O2 + 2 H2O → 4 Na[Au(CN)2] + 4 NaOH 

### ตัวเร่งปฏิกิริยา

* สารประกอบโคออร์ดิเนชันหลายชนิดเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) เช่น สารประกอบโคออร์ดิเนชันของโรเดียม HRh(CO)(PPh3)2 และ Rh(acac)(CO)2 ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาไฮโดรฟอมิเลชันของ 2-ออกทีน

:400px

### ยารักษาโรค

* สารประกอบโคออร์ดิเนชันหลายชนิดมีฤทธิ์ทางชีวภาพซึ่งสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในทางการแพทย์ได้ เช่น ออกซาลิพลาติน (oxaliplatin) ใช้ในเคมีบำบัด (chemotherapy) ในการรักษาโรคมะเร็ง  เป็นต้น

:250px

## ดูเพิ่ม

* พันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์
* เคมีอนินทรีย์
* โครงข่ายโลหะ−สารอินทรีย์
* โครงสร้างแบบเคกกิน
* พอลิออกโซเมทัลเลต
* เคมีโลหอินทรีย์

## อ้างอิง


หมวดหมู่:เคมีอนินทรีย์