20.5: Strukturisomerie

Isomerie in Komplexen

Isomere sind verschiedene chemische Spezies, die die gleiche chemische Formel haben. Die Strukturisomerie von Koordinationsverbindungen kann in zwei Unterkategorien unterteilt werden: die Verknüpfungsisomere und die Koordinationssphärenisomere.

Bindungsisomere treten auf, wenn die Koordinationsverbindung einen Ligand enthält, der sich über zwei verschiedene Atome an das Übergangsmetallzentrum binden kann. Beispielsweise kann der CN⁻-Ligand über das Kohlenstoffatom oder über das Stickstoffatom binden. Ebenso kann SCN⁻ über das Schwefel- oder Stickstoffatom gebunden werden. Einige verschiedene Liganden, die zur Bindungsisomerie fähig sind, sind in Figure 1 dargestellt. Die Nomenklatur der Liganden, die zur Bindungsisomerie fähig sind, hängt davon ab, welches Donoratom mit dem Metallion verbunden ist. Beispielsweise wird ein CN⁻-Ligand, der über das Kohlenstoffatom gebunden ist, Cyano genannt, während derselbe Ligand, der über ein Stickstoffatom gebunden ist, Isocyano genannt wird.

Figure 1. Liste verschiedener Liganden, die zur Bindungsisomerie fähig sind. Im Ligandenmolekül bindet das rote Atom an das zentrale Metallatom.

Koordinationssphären-Isomere (oder Ionisations-Isomere) treten auf, wenn ein anionischer Ligand in der inneren Koordinationssphäre durch das Gegenion aus der äußeren Koordinationssphäre ersetzt wird. Ein einfaches Beispiel für zwei Koordinationssphären-Isomere sind [CoCl₆][Br] und [CoCl₅Br][Cl].

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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).