20.5
التماثل في المجمعات
الأيزومرات هي أنواع كيميائية مختلفة لها نفس الصيغة الكيميائية. يمكن تقسيم التماثل البنيوي لمركبات التنسيق إلى فئتين فرعيتين ، أيزو…
الأيزوميرات هي مركبات،تتشابه في صيغتها الجزيئية لكنها تختلف في ترتيبها الهيكلي. يمتاز كل أيزومير بخواص فيزيائية وكيميائية مختلفة. في المركبات التناسقية،من أنواع الأيزومير الملاحظة،الأيزومير الهيكلي.
في الأيزومير الهيكلي،الاتصالية بين الذرات والذرة المركزية الفلزية،تختلف،رغم التشابه في الصيغة الجزيئية. يمكن تصنيفها اكثر إلى:أيزومير مجال-تناسقي،وأيزومير ترابطي. يحدث أيزومير المجال-التناسقي،عندما تبدأ،الربيطة التناسقة مع الفلز المركزي في المجال التناسقي،تبادل الأماكن،مع الأيون المقابل في الشبكية.
بالتالي بينما يبقى الرقم التناسقي للأيون الفلزي ثابتًا،يتغير تركيب كل من،المجال التناسقي،و المركب. في مركب الكوبالت التناسقي،ثمة إمكانية لحدوث أيزوميرين من نوع المجال التناسقي،تكون فيهما الربيطة من البروم أو الكلور. بما أن تركيب المركب مختلف،فإن لكل من هذين الأيزوميرين خواصّكيميائية مختلفة.
عند إذابة كلوريد البنتاأمينبروموكوبالت(II)في الماء،فإنه يولّد أيونات كلوريد،بينما بروميد البنتاأمينكلوروكوبالت(II)يولّد أيونات البروميد في المحلول. في المقابل،يحدث أيزومير الترابط،عندما تستطيع ربيطة أن تتناسق مع الذرة الفلزية المركزية،بتوجهين مختلفين. بالتالي فإن الربيطة أحادية السن،التي تحتوي على أكثر من ذرة مانحة،تكون قادرة على تشكيل أيزومير ترابطي.
يتغير اسم الربيطة وفقًا للذرة المانحة التي تتناسق مع الأيون الفلزي،أيون النترات يحتوي فقط على زوجين من زوج إلكترونات وحيد،أحدهما على ذرة النيتروجين والآخر على ذرة الأكسجين. يستطيع أي منهما تشكيل رابطة تساهمية تناسقية مع الأيون الفلزي المركزي. عندما يتناسق أيون النترات عبر زوج الإلكترونات الوحيدة على ذرة النيتروجين،يُعرف ذلك بربيطة نايترو.
عندما تؤدي ذرة الأكسجين دور الذرة المانحة،يُعرف ذلك باسم ربيطة نتريتية. المركبات التناسقية من الكوبالت الفلزي وأيونات النترات،لديها احتمالين لتكوين أيزومير ترابطي،بنتاأميننيتروكوبالت(III)أصفر اللون،وبنتاأميننيتريتوكوبالت(III)برتقالي اللون.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is structural isomerism in coordination compounds?
Structural isomerism occurs when coordination compounds have the same molecular formula but different connectivities of atoms to the central metal atom. This results in distinct physical and chemical properties despite identical composition. Structural isomerism divides into two categories: coordination-sphere isomers and linkage isomers, each arising from different rearrangements within the complex.
Q2: How do coordination-sphere isomers form?
Coordination-sphere isomers occur when an anionic ligand in the coordination sphere exchanges places with a counterion from the outer lattice. The coordination number remains constant, but the composition of the coordination sphere changes. For example, pentaamminebromocobalt(II) chloride and pentaamminechlorocobalt(II) bromide are coordination-sphere isomers that generate different ions when dissolved in water.
Q3: What causes linkage isomerism in coordination complexes?
Linkage isomerism occurs when a monodentate ligand with multiple donor atoms can coordinate to the metal through different atoms. The nitrite ion, for instance, has lone pairs on both nitrogen and oxygen atoms. Depending on which atom bonds to the metal, the ligand is named differently, creating distinct isomers with different colors and properties.
Q4: What are nitro and nitrito ligands?
Nitro and nitrito ligands are linkage isomers of the nitrite ion. When the nitrite ion coordinates through nitrogen's lone pair, it forms the nitro ligand. When oxygen's lone pair coordinates instead, it forms the nitrito ligand. Pentaamminenitrocobalt(III) appears yellow, while pentaamminenitritocobalt(III) appears orange, demonstrating how linkage isomerism affects compound properties.
Q5: Why do isomers have different chemical properties?
Isomers have different chemical properties because their atomic connectivities differ, altering how atoms interact and bond. In coordination-sphere isomers, different ligands occupy the coordination sphere, changing which ions are released in solution. These structural differences fundamentally affect reactivity, solubility, and other chemical behaviors despite maintaining the same molecular formula.
Q6: Which ligands are capable of linkage isomerism?
Ligands capable of linkage isomerism are monodentate ligands with more than one potential donor atom. Examples include the nitrite ion (NO2−), cyanide ion (CN−), and thiocyanate ion (SCN−). Each can bind to the metal center through different atoms, producing distinct isomers with different names and properties based on which donor atom coordinates.
Q7: How does the coordination number change in structural isomerism?
In coordination-sphere isomerism, the coordination number of the metal ion remains constant while ligands and counterions exchange positions. In linkage isomerism, the coordination number also stays the same because the ligand still occupies one coordination site, regardless of which donor atom bonds to the metal. Both types preserve the metal's coordination number while altering compound composition.