Скандий (Sc) и титан (Ti) относятся к элементам переходного ряда, располагающимся в III и IV группах периодической системы соответственно. Они характеризуются способностью образовывать комплексные соединения с разнообразными лигандами, включая как нейтральные, так и анионные доноры. Высокая электроотрицательность титана и малый радиус иона скандия обусловливают их особое поведение в координационной химии.
Скандий, как элемент с конфигурацией d1s2, проявляет типичную для малых ионов способность формировать комплексы с октаэдрической и тетрагональной геометрией. Титан в состоянии Ti(IV) проявляет сильную кислотность по Льюису, что делает его центром для стабилизации анионных и нейтральных лигандов.
Скандий образует преимущественно октаэдрические комплексы типа [ScL_6]^n+, где L — одно- или двухзарядный лиганд. В комплексах с гексафторидными анионами или хелатирующими лигандами (например, этилендиаминтетрауксусной кислотой) наблюдается высокое сродство к образованию устойчивых, водорастворимых соединений.
Титан образует как тетраэдрические, так и октаэдрические комплексы, в зависимости от степени окисления и природы лиганда. Ti(IV) проявляет особую склонность к формированию кислородсодержащих комплексов, таких как титанаты, оксо- и гидроксокомплексы. Комплексы типа [Ti(H_2O)_6]^4+ и [Ti(EDTA)]^– представляют собой классические примеры водорастворимых соединений с высокой стабильностью.
Скандий обладает выраженной способностью к комплексообразованию с аминами, оксидами и карбоксилатами. Важным фактором является размер катиона: скандий, имея малый радиус, образует жесткие комплексы с четкой геометрией. Хелатирование с многофункциональными лигандами приводит к увеличению термодинамической стабильности и кинетической инертности комплексов.
Титан отличается особой реакционной способностью с оксигенными лигандами (OH^–, O^2–, OR^–). Формирование титановых оксо- и гидроксокомплексов сопровождается сильными ионно-координационными взаимодействиями. Органические лигандные системы, такие как β-дикетоны, алкоксиды и карбоксилаты, способствуют стабилизации Ti(IV) и позволяют получать летучие или кристаллизуемые соединения, используемые в каталитических процессах.
Геометрия комплексов скандия и титана определяется размером катиона, зарядом и координационной способностью лиганда. Скандий склонен формировать октаэдрические комплексы с правильной координационной сферой, тогда как титан в зависимости от лиганда может принимать тетраэдрическую, октаэдрическую или би-октаэдрическую структуру. В ряде оксо- и гидроксокомплексов Ti(IV) наблюдаются полимерные цепи или сетки, обусловленные мостиковыми кислородными атомами.
Стабильность комплексов скандия зависит от природы лиганда и растворителя. Водные комплексы скандия часто подвержены гидролизу при повышенных концентрациях OH^–, но хелатирующие лиганды значительно повышают устойчивость.
Титан, особенно в форме Ti(IV), образует термодинамически устойчивые комплексы с полидонорными лигандами. Водные Ti(IV)-комплексы склонны к полимеризации, что ограничивает их стабильность при нейтральных и щелочных значениях pH. Органические титановые комплексы проявляют высокую термостабильность и применяются в органическом синтезе и каталитических системах.
Комплексы скандия находят применение преимущественно в аналитической химии и материаловедении, где они используются для стабилизации редких ионов и создания оптически активных материалов.
Комплексы титана обладают широким спектром применения: они используются как прекурсоры для синтеза наноматериалов, в полимеризации олефинов в качестве катализаторов Циглера–Натта, а также в органическом синтезе для активации карбонильных и оксофункциональных соединений.
Скандий и титан демонстрируют высокую реакционную способность к замещению лигандов, образованию мостиковых оксо-структур и образованию полимерных комплексов. Титан проявляет склонность к образованию стабильно ионных и ковалентно координационных связей одновременно, что определяет его уникальные каталитические свойства.
Комплексы скандия характеризуются слабо окрашенными растворами, обусловленными d–d переходами. В отличие от него, комплексы титана (особенно Ti(III) и Ti(IV) с β-дикетонами) проявляют интенсивное окрашивание из-за LMCT (ligand-to-metal charge transfer) переходов, что используется для идентификации и количественного анализа соединений.