20.5
Strukturisomerie
Isomerie in Komplexen
Isomere sind verschiedene chemische Spezies, die die gleiche chemische Formel haben. Die Strukturisomerie von Koordinationsverbi…
Isomere sind Verbindungen mit der gleichen Summenformel, aber einer anderen strukturellen Anordnung. Jedes Isomer hat unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften. Eine Art von Isomerie, die bei Koordinationsverbindungen beobachtet wird, ist die strukturelle Isomerie.
Bei der strukturellen Isomerie sind die Bindungen der Atome an das zentrale Metallatom trotz der gleichen Summenformel unterschiedlich. Es kann weiter in Koordinationssphären-Isomere und Kopplungsisomere eingeteilt werden.
Koordinatenkugel-Isomere treten auf, wenn der Ligand, der mit dem zentralen Metall in der Koordinationskugel koordiniert ist, die Plätze mit einem Gegenion im Gitter tauscht. Während also die Koordinationszahl des Metallions konstant bleibt, ändert sich die Zusammensetzung der Koordinationskugel und der Verbindung.
Im Koordinatenkomplex von Kobalt sind zwei Koordinatenkugel-Isomere möglich, wobei entweder Brom als Ligand oder Chlor vorhanden ist. Da die Zusammensetzung der Verbindung unterschiedlich ist, hat jedes dieser Isomere unterschiedliche chemische Eigenschaften. Wenn es in Wasser gelöst wird, erzeugt Pentaamminbromkobalt(II)-chlorid Chloridionen, während das Pentaamminchlorocobalt(II)-bromid Bromidionen in der Lösung erzeugt.
Kopplungsisomerie hingegen tritt auf, wenn sich ein Ligand mit dem zentralen Metallatom in zwei verschiedenen Orientierungen koordinieren kann. Somit sind monodentate Liganden mit mehr als einem potentiellen Donoratom in der Lage, die Kopplungsisomerisierung durchzuführen. Je nachdem, welches Donoratom sich mit dem Metallion koordiniert, ändert sich der Name des Liganden.
Das Nitrition hat zwei einsame Elektronenpaare, eines am Stickstoffatom und eines am Sauerstoffatom. Beide können eine kovalente Koordinatenbindung mit dem zentralen Metallion eingehen.
Wenn sich das Nitrition durch das einsame Elektronenpaar am Stickstoffatom koordiniert, wird es als Nitroligand bezeichnet. Wenn das Sauerstoffatom als Donor fungiert, wird es als Nitrito-Ligand bezeichnet.
Koordinationskomplexe aus Kobaltmetall mit Nitritionen weisen zwei mögliche Kopplungsisomere auf, ein gelb gefärbtes Pentaamminnitrocobalt(III) und ein orangefarbenes Pentaamminnitritocobalt(III).
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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.