Name: isomer shapes in coordination complexes
Uploaded: 2020-09-24T15:06:53.000Z
Duration: 2 min 52 s
Channel: JoVE

Los estereoisómeros de los compuestos de coordinación son moléculas que tienen la misma fórmula química y la misma conectividad de los ligandos con el átomo metálico, pero difieren en la disposición de las moléculas del ligando alrededor del átomo central. Según la estructura molecular, los estereoisómeros de los compuestos de coordinación se clasifican como isómeros geométricos o isómeros ópticos. Los isómeros geométricos son estereoisómeros que tienen geometrías moleculares completamente diferentes y existen con distintas propiedades físicas y químicas.Los isómeros cis-trans son un ejemplo de isómeros geométricos. Ocurren en complejos planos cuadrados con dos conjuntos de dos ligandos idénticos, o MA₂B₂, y en complejos octaédricos con un conjunto de cuatro ligandos idénticos y un par de otro ligando, o MA₄B₂. Por ejemplo, en el isómero cis del complejo plano cuadrado diaminodicloroplatino conocido como cisplatino, los ligandos de cloruro son adyacentes entre sí y están en el mismo lado de la molécula.En el isómero trans, transplatino, los ligandos de cloruro están en los lados opuestos de la molécula. Los complejos octaédricos con dos conjuntos de tres ligandos idénticos, o MA₃B₃, pueden exhibir otro tipo de isomería geométrica, conocida como isomería fac-mer. Por ejemplo, en el isómero fac del triaminetriclorocobalto los tres ligandos de amina y los tres ligandos de cloruro están en lados opuestos de la molécula y, por lo tanto, forman caras opuestas del octaedro.En el isómero mer, tres de los mismos ligandos forman un arco alrededor del átomo metálico central. La otra clase de estereoisómeros se define como isómeros ópticos. Al igual que nuestras manos, los isómeros ópticos son imágenes especulares entre sí y no se pueden superponer.Estos isómeros, también llamados enantiómeros, se describen como quirales y tienen muy pocas diferencias en sus propiedades físicas y químicas. Los isómeros ópticos se distinguen por su interacción con la luz polarizada en el plano. La luz polarizada tiene vectores de campo eléctrico que oscilan en un solo plano, que gira una cierta cantidad de veces cuando la luz polarizada pasa a través de una solución de enantiómero.Por ejemplo, un enantiómero de tris cobalto rota el plano hacia la derecha y se denomina dextrorrotatorio, o isómero óptico d. El otro enantiómero rota el plano hacia la izquierda y se llama levógiro o isómero óptico l.

estereoisomerismo

<h3>Isomerismo en los complejos</h3>
 Los isómeros son diferentes especies químicas que tienen la misma fórmula química.
 Los complejos metálicos de transición a menudo existen como isómeros geométricos, en los que los mismos átomos están conectados a través de los mismos tipos de enlaces pero con diferencias en su orientación espacial. Complejos de coordinación con dos ligandos diferentes en las posiciones cis y trans de un ligando de interés forman isómeros. Por ejemplo, el ion octaedrico [Co(NH3)4Cl2]+ tiene dos isómeros (Figura 1) en la configuración cis, los dos ligandos de cloruro son adyacentes entre sí. El otro isómero, el de configuración trans, tiene los dos ligandos de cloruro el uno directamente frente al otro.
 <img alt="Image1" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image1.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />
 Figura 1.Los isómeros cis y trans de [Co(H2O)4Cl2]+ contienen los mismos ligandos unidos al mismo ión metálico, pero la disposición espacial hace que estos dos compuestos tengan propiedades muy diferentes.
 Los diferentes isómeros geométricos de una sustancia son compuestos químicos diferentes. Presentan propiedades diferentes, aunque tienen la misma fórmula. Por ejemplo, los dos isómeros de [Co(NH3)4Cl2]NO3 difieren en color; la forma cis es violeta y la forma trans es verde. Además, estos isómeros tienen diferentes momentos dipolares, solubilidades y reactividades. Como ejemplo de cómo la disposición espacial puede influir en las propiedades moleculares, considere la polaridad de los dos isómeros [Co(NH3)4Cl2]NO3. Recuerde que la polaridad de una molécula o ion está determinada por los dipolos de enlace (que se deben a la diferencia en la electronegatividad de los átomos del enlace) y su disposición espacial. En un isómero, los ligandos de cloruro cis causan más densidad electrónica en un lado de la molécula que en el otro, haciéndola polar. Para el isómero trans, cada ligando está directamente frente a un ligando idéntico, por lo que los dipolos de enlace se cancelan, y la molécula es no polar.
 Otro tipo importante de isómeros son los isómeros ópticos, o enantiómeros, en los que dos objetos son imágenes especulares exactas entre sí, pero no pueden alinearse para que todas las partes coincidan. Esto significa que los isómeros ópticos son imágenes especulares no superponibles. Un ejemplo clásico de esto es un par de manos, en las que la mano derecha e izquierda son imágenes especulares una de la otra, pero no pueden superponerse. Los isómeros ópticos son muy importantes en la bioquímica y en la química orgánica porque los sistemas vivos a menudo incorporan un isómero óptico específico y no el otro. A diferencia de los isómeros geométricos, los pares de isómeros ópticos tienen propiedades casi idénticas (punto de ebullición, polaridad, solubilidad, etc.). Los isómeros ópticos sólo difieren en la forma en que afectan a la luz polarizada y en la forma en que reaccionan con otros isómeros ópticos. Para los complejos de coordinación, muchos compuestos de coordinación como [M(en)3]n+ [en los que Mn+ es un ion de metal central como el hierro (III) o el cobalto(II)] forman enantiómeros, como se muestra en la Figura 2. Estos dos isómeros reaccionarán de manera diferente con otros isómeros ópticos. Por ejemplo, las helices del ADN son isómeros ópticos, y la forma presente en la naturaleza (ADN dextrógiro) se unirá a un solo isómero de [M(en)3]n+ y no al otro.
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 Figura 2.El complejo [M(en)3]n+ (Mn+ = un ión metálico, en = etilendiamina) tiene una imagen especular no superponible.
 El ion [Co(en)2Cl2]+ exhibe isomerismo geométrico (cis/trans), y su isómero cis existe como un par de isómeros ópticos (Figura 3).
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 Figura 3.Existen tres formas isoméricas de [Co(en)2Cl2]+. El isómero trans, formado cuando los cloros se colocan en un ángulo de 180°, tiene propiedades muy diferentes de los isómeros cis. Las imágenes especulares del isómero cis forman un par de isómeros ópticos, que tienen un comportamiento idéntico excepto cuando reaccionan con otros enantiómeros.
 Este texto es adaptado de <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/19-2-coordination-chemistry-of-transition-metals"> Openstax, Química 2e, Capítulo 19.2 Química de Coordinación de los Metales de Transición. </a>

Estereoisomerismo

Isomería en complejos
Los isómeros son diferentes especies químicas que tienen la misma fórmula química.
Los complejos de metales de transición a menudo existen ...

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Química

Transition Metals and Coordination Complexes

Metales de transición y complejos de coordinación

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KEY TERMS AND CONCEPTS

TÉRMINOS Y CONCEPTOS CLAVE

Stereoisomerism

isomer shapes in coordination complexes

Isomer shapes in coordination complexes can change a compound’s properties even when the chemical formula stays the same. Isomers are different chemical species with the same formula. In transition metal complexes, the atoms stay connected through the same types of bonds, but their arrangement in space can differ.

One common form is geometric isomerism. In these complexes, ligands (the ions or molecules attached to the metal) can sit in cis or trans positions. The octahedral [Co(NH3)4Cl2]+ ion has two geometric isomers. In the cis form, the two chloride ligands are next to each other. In the trans form, the chlorides are directly across from one another.

These geometric isomers can behave very differently. The two isomers of [Co(NH3)4Cl2]NO3 have different colors. The cis form is violet, and the trans form is green. They also differ in dipole moment, solubility, and reactivity. Polarity depends on bond dipoles and how they are arranged in space. In the cis isomer, the chloride ligands create more electron density on one side of the ion, so it is polar. In the trans isomer, matching ligands are opposite each other, so the dipoles cancel and the ion is nonpolar.

Another important category is optical isomerism, also called enantiomerism. Enantiomers are mirror images that cannot be superposed, like right and left hands. These optical isomers are important in organic chemistry and biochemistry because living systems often use one optical isomer but not the other. Unlike geometric isomers, enantiomers usually have nearly identical boiling points, polarity, and solubility. They differ in how they affect polarized light and how they react with other optical isomers.

Many coordination compounds also form enantiomers. A complex such as [M(en)3]n+, where M is a metal ion like iron(III) or cobalt(II) and en is ethylenediamine, can exist as a pair of non-superposable mirror images. These forms react differently with other optical isomers. For example, DNA helices are optical isomers, and natural right-handed DNA binds to only one isomer of [M(en)3]n+.

Some complexes show both geometric and optical isomerism. The [Co(en)2Cl2]+ ion has cis and trans forms. Its trans isomer has the chlorines 180° apart and has very different properties from the cis form. The cis isomer also exists as a pair of optical isomers. These mirror-image forms behave the same in most ways, except when they react with other enantiomers.

Isomer Shapes in Coordination Complexes

properties of transition metals

Transition Metals in the Periodic Table

Transition metals are the d-block elements and the inner transition metals in the f-block. They are defined by partially filled d orbitals. In the periodic table, the transition elements are in groups 3 through 11, and the inner transition metals appear in the two rows below the main body of the table. The d-block is often grouped into transition series. The first transition series runs from Sc through Cu. The second series runs from Y through Ag. The third series includes La and Hf through...

coordination compounds and nomenclature

How Transition Metal Complexes Are Named

Transition metal complexes are named by following rules for ligands, metal ions, and oxidation state. These compounds form when a central metal ion or atom, often a transition metal or inner transition metal, accepts electron pairs from ligands. A ligand is a Lewis base that can be an atom, molecule, or ion with one or more lone pairs to donate. In these complexes, the bond is a coordinate covalent bond. That means both electrons in the bond come from the donor, such as ammonia, and are...

metal-ligand bonds

Coordination Complexes and Chelation

Coordination complexes form when a metal ion bonds to ligands. These compounds appear in familiar examples such as hemoglobin in blood, chlorophyll in green plants, vitamin B-12, and the catalyst used to make polyethylene. Transition metal ions are especially likely to form these complexes. In a coordination complex, the metal acts as a Lewis acid. The ligand acts as a Lewis base and donates both electrons in the coordinate covalent bond. A ligand can be an atom, molecule, or ion, as long as...

coordination number and geometry

Transition Metal Shapes from Coordination Number

Transition metal complexes are often identified by their coordination number and the shape around the metal ion. The coordination number is the number of donor atoms bonded to the central metal. In many complexes, the most common shapes are octahedral, tetrahedral, and square planar. Coordination number and molecular geometry are linked in a clear pattern. A coordination number of 2 gives a linear shape, as in [Ag(NH3)2]+. A coordination number of 3 gives a trigonal planar shape, as in...

structural isomerism

Linkage and Ionization Isomers

Isomers are different chemical species that share the same chemical formula. In coordination compounds, structural isomerism includes linkage isomers and coordination-sphere isomers. These two forms show how the same atoms can be arranged in different ways around a metal center. Linkage isomers form when a ligand can attach to a transition metal through two different atoms. The cyanide ligand, CN−, can bind through carbon or nitrogen. The thiocyanate ligand, SCN−, can bind through sulfur or...

stereoisomerism

Isomer shapes in coordination complexes can change a compound’s properties even when the chemical formula stays the same. Isomers are different chemical species with the same formula. In transition metal complexes, the atoms stay connected through the same types of bonds, but their arrangement in space can differ. One common form is geometric isomerism. In these complexes, ligands (the ions or molecules attached to the metal) can sit in cis or trans positions. The octahedral [Co(NH3)4Cl2]+ ion...

valence bond theory

Metal Ligand Bonds in Coordination Complexes

Coordination complexes form metal-ligand bonds through valence bond theory. In this model, Linus Pauling explained bonding with hybridization and overlap of atomic orbitals. The central metal atom or ion acts as a Lewis acid. It uses empty orbitals of suitable energy to accept electron pairs from ligands, which act as Lewis bases. These coordinate covalent bonds help explain the color, geometry, and magnetic behavior seen in coordination compounds. The type of hybridization helps determine the...

crystal field theory - octahedral complexes

crystal-field-theory-octahedral-complexes

Octahedral d-Orbital Splitting in Crystal Fields

Crystal field theory explains how ligands affect the d orbitals in transition metal complexes. This electrostatic model helps predict the colors, magnetic behavior, and some structures of coordination compounds. It focuses on the nonbonding electrons on the central metal ion, not on the metal-ligand bonds. In crystal field theory, the metal ion and ligands are treated as very small point charges. Because electrons are negative, electrons donated by the ligands repel the electrons in the...

crystal field theory - tetrahedral and square planar complexes

crystal-field-theory-tetrahedral-and-square-planar-complexes

Crystal Field Splitting in Non-Octahedral Shapes

Crystal field theory also explains d orbital splitting in tetrahedral and square planar complexes. These shapes do not follow the same pattern as an octahedral complex, so the d orbitals respond to ligand placement in different ways. In tetrahedral complexes, the four ligands sit between the axes. None of the d orbitals points directly at the ligands, but the d x2−y2 and d z2 orbitals lie along the Cartesian axes and overlap less with the ligands than the d xy, d xz, and d yz orbitals. The d...

colors and magnetism

Color and Spin in Coordination Complexes

Color in coordination complexes comes from how metal electrons absorb light. When atoms or molecules absorb light at the right frequency, electrons move to higher-energy orbitals. For many main-group atoms and molecules, the absorbed light is ultraviolet and cannot be seen. In coordination compounds, the energy gap between d orbitals often matches visible light, so the compound can absorb and emit colors that the human eye detects. Small changes in orbital energy can cause large shifts in the...

key terms and concepts

Explore cis, trans, and optical isomers in coordination complexes. See how ligand arrangement changes color, polarity, and reactivity in transition metal compounds.

Isomer Shapes in Coordination Complexes | JoVE K12

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Isomer Shapes in Coordination Complexes

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