: Stereoisomerie

Isomerie in Komplexen

Isomere sind verschiedene chemische Spezies, die die gleiche chemische Formel haben.

Übergangsmetallkomplexe existieren oft als geometrische Isomere, in denen dieselben Atome durch die gleichen Arten von Bindungen verbunden sind, jedoch mit Unterschieden in ihrer Orientierung im Raum. Koordinationskomplexe mit zwei verschiedenen Liganden in der cis und trans-Positionen aus einem interessierenden Liganden bilden Isomere. Zum Beispiel hat das oktaedrische [Co(NH₃)₄Cl₂]⁺ Ion zwei Isomere (Abbildung 1) In der cis-Konfiguration liegen die beiden Chloridliganden nebeneinander. Das andere Isomere, die trans-Konfiguration, hat die beiden Chloridliganden direkt gegenüberliegend.

Abbildung 1. Die cis– und trans-Isomere von [Co(H₂O)₄Cl₂]⁺ enthalten die gleichen Liganden, die an dasselbe Metallion gebunden sind, aber die räumliche Anordnung führt dazu, dass diese beiden Verbindungen sehr unterschiedliche Eigenschaften haben.

Unterschiedliche geometrische Isomere eines Stoffes sind unterschiedliche chemische Verbindungen. Sie weisen unterschiedliche Eigenschaften auf, obwohl sie die gleiche Formel haben. Zum Beispiel unterscheiden sich die beiden Isomere von [Co(NH₃)₄Cl₂]NO₃ in der Farbe; Die cis-Form ist violett und die trans-Form ist grün. Darüber hinaus haben diese Isomere unterschiedliche Dipolmomente, Löslichkeiten und Reaktivitäten. Als Beispiel dafür, wie die Anordnung im Raum die molekularen Eigenschaften beeinflussen kann, betrachten wir die Polarität der beiden [Co(NH₃)₄Cl₂]NO₃ Isomere. Denken Sie daran, dass die Polarität eines Moleküls oder Ions durch die Bindungsdipole (die auf den Unterschied in der Elektronegativität der Bindungsatome zurückzuführen sind) und ihre Anordnung im Raum bestimmt wird. In einem Isomer verursachen cis-Chlorid-Liganden auf einer Seite des Moleküls eine höhere Elektronendichte als auf der anderen, wodurch es polar ist. Für das trans-Isomer befindet sich jeder Ligand direkt gegenüber einem identischen Liganden, so dass sich die Bindungsdipole aufheben und das Molekül unpolar ist.

Eine weitere wichtige Art von Isomeren sind optische Isomere oder Enantiomere, bei denen zwei Objekte exakte Spiegelbilder voneinander sind, aber nicht so ausgerichtet werden können, dass alle Teile übereinstimmen. Das bedeutet, dass optische Isomere nicht überlagerbare Spiegelbilder sind. Ein klassisches Beispiel dafür ist ein Paar Hände, bei denen die rechte und die linke Hand spiegelbildlich zueinander sind, aber nicht überlagert werden können. Optische Isomere sind in der organischen und biochemischen Chemie sehr wichtig, da lebende Systeme oft ein spezifisches optisches Isomer enthalten und das andere nicht. Im Gegensatz zu geometrischen Isomeren haben Paare optischer Isomere nahezu identische Eigenschaften (Siedepunkt, Polarität, Löslichkeit usw.). Optische Isomere unterscheiden sich nur in der Art und Weise, wie sie polarisiertes Licht beeinflussen und wie sie mit anderen optischen Isomeren reagieren. Für Koordinationskomplexe bilden viele Koordinationsverbindungen wie [M(en)₃]ⁿ⁺ [in denen Mⁿ⁺ ein zentrales Metallion wie Eisen(III) oder Kobalt(II)] ist, Enantiomere, wie in Abbildung 2 gezeigt. Diese beiden Isomere reagieren unterschiedlich mit anderen optischen Isomeren. Zum Beispiel sind DNA-Helices optische Isomere, und die Form, die in der Natur vorkommt (rechtshändige DNA), bindet nur an ein Isomer von [M(en)₃]ⁿ⁺ und nicht an das andere.

Abbildung 2. Der Komplex [M(en)₃]ⁿ⁺ (Mⁿ⁺ = ein Metallion, en = Ethylendiamin) hat ein nicht überlagerbares Spiegelbild.

Das [Co(en)₂Cl₂]⁺-Ion weist eine geometrische Isomerie (cis/trans) auf, und sein cis-Isomer liegt als Paar optischer Isomere vor (Abbildung 3).

Abbildung 3. Es gibt drei isomere Formen von [Co(en)₂Cl₂]⁺. Das trans-Isomer, das entsteht, wenn die Chlorine in einem Winkel von 180° positioniert werden, hat ganz andere Eigenschaften als die cis-Isomere. Die Spiegelbilder des cis-Isomers bilden ein Paar optischer Isomere, die sich identisch verhalten, außer wenn sie mit anderen Enantiomeren reagieren.

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