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

Les stéréoisomères des composés de coordination sont des molécules qui ont le même formule chimique et la même connectivité des ligands à l'atome de métal mais diffèrent dans la disposition des molécules de ligand autour de l'atome central. Basé sur la structure moléculaire, stéréoisomères des composés de coordination sont classés comme isomères géométriques ou isomères optiques. Les isomères géométriques sont des stéréoisomères qui ont des géométries moléculaires complètement différentes et existent avec des propriétés physiques et chimiques distinctes.Les isomères cis-trans sont un exemple d'isomères géométriques. Ils apparaissent dans des complexes carrés-plans avec deux ensembles de deux ligands identiques, ou MA₂B₂, et dans des complexes octaédriques avec un ensemble de quatre ligands identiques et une paire d'un autre ligand, ou MA₄B₂. Par exemple, dans l'isomère cis du complexe carré-planaire diamminedichloroplatinum appelé cisplatine, les ligands chlorure sont adjacents les uns aux autres et du même côté de la molécule.Dans l'isomère trans, la transplatine, les ligands chlorure sont sur les côtés opposés de la molécule. Les complexes octaédriques avec deux ensembles de trois ligands identiques ou MA₃B₃, peuvent présenter un autre type d'isomérie, connue sous le nom d'isomérie fac-mer. Par exemple, dans l'isomère fac de triamminetrichlorocobalt les trois ligands amine et trois ligands chlorure sont sur les côtés opposés de la molécule et forment ainsi des faces opposées de l'octaèdre.Dans l'isomère mer, trois des mêmes ligands forment un arc autour de l'atome métallique central. L'autre classe de stéréoisomères est définie comme les isomères optiques. Comme nos mains, les isomères optiques sont des images miroir des uns des autres et sont non superposables.Ces isomères, également appelés énantiomères, sont décrits comme chiraux et présentent très peu de différences dans leurs propriétés physiques et chimiques. Les isomères optiques sont distingués par leur interaction avec la lumière polarisée dans le plan. La lumière polarisée a des vecteurs de champ électrique oscillant dans un seul plan, qui est tourné d'une certaine quantité lorsque la lumière polarisée passe par une solution d'un énantiomère.Par exemple, un énantiomère de tris cobalt fait pivoter le plan vers la droite et est appelé dextrogyre, ou l'isomère optique d. L'autre énantiomère fait tourner le plan vers la gauche et est appelé lévogyre, ou isomère optique.

stéréoisomérie

<h3>Isomérisme dans les complexes </h3>
 Les isomères sont des espèces chimiques différentes qui ont la même formule chimique. 
 Les complexes de métaux de transition existent souvent en tant qu'isomères géométriques, dans lesquels les mêmes atomes sont reliés par les mêmes types de liaisons mais avec des différences au niveau de leur orientation dans l'espace. Des complexes de coordination avec deux ligands différents dans les positions cis et trans d'un ligand d'intérêt forment des isomères. Par exemple, l'ion octaédrique [Co(NH3)4Cl2]+ possède deux isomères (figure 1). Dans la configuration cis, les deux ligands chlorure sont adjacents l'un à l'autre. L'autre isomère, la configuration trans, a les deux ligands chlorure directement l'un en face de l'autre. 
 <img alt="Image1" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image1.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />
 Figure 1. Les isomères cis et trans de [Co(H2O)4Cl2]+ contiennent les mêmes ligands liés au même ion métallique, mais la disposition spatiale fait que ces deux composés ont des propriétés très différentes. 
 Les différents isomères géométriques d'une substance sont des composés chimiques différents. Ils présentent des propriétés différentes, même s'ils ont la même formule. Par exemple, la couleur des deux isomères de [Co(NH3)4Cl2]NO3 est différente ; la forme cis est violette et la forme trans est verte. De plus, ces isomères ont des moments dipolaires, des solubilités et des réactivités différentes. Comme exemple de la façon dont la disposition dans l'espace peut influencer les propriétés moléculaires, considérons la polarité des deux isomères de [Co(NH3)4Cl2]NO3. Rappelez-vous que la polarité d'une molécule ou d'un ion est déterminée par les dipôles de liaison (qui sont dus à la différence d'électronégativité entre les atomes liants) et leur disposition dans l'espace. Dans un isomère, les ligands chlorure cis provoquent plus de densité électronique d'un côté de la molécule que de l'autre, ce qui la rend polaire. Pour l'isomère trans, chaque ligand se trouve directement en face d'un ligand identique, de sorte que les dipôles de liaison s'annulent et que la molécule est apolaire. 
 Un autre type important d'isomères sont les isomères optiques, ou énantiomères, dans lesquels deux objets sont les images miroir exactes l'un de l'autre mais ils ne peuvent pas être alignés de sorte que toutes les parties correspondent. Cela signifie que les isomères optiques sont des images dans un miroir non superposables. Un exemple classique de ceci est une paire de mains, dans laquelle la main droite et la main gauche sont les images miroir de l'autre mais ne peuvent pas être superposées. Les isomères optiques sont très importants en organique et en biochimie parce que les systèmes vivants incorporent souvent un isomère optique précis et non l'autre. Contrairement aux isomères géométriques, les paires d'isomères optiques ont des propriétés presque identiques (point d'ébullition, polarité, solubilité, etc.). Les isomères optiques ne diffèrent que dans la façon dont ils impactent la lumière polarisée et dans la façon dont ils réagissent avec d'autres isomères optiques. Pour les complexes de coordination, de nombreux composés de coordination tels que [M(en)3]n+ [dans lequel Mn+ est un ion métallique central comme le fer(III) ou le cobalt(II)] forment des énantiomères, comme le montre la figure 2. Ces deux isomères vont réagir différemment avec d'autres isomères optiques. Par exemple, les hélices de l'ADN sont des isomères optiques, et la forme qui se trouve dans la nature (ADN dextrogyre) se lie à un seul isomère de [M(en)3]n+ et non à l'autre. 
 <img alt="Image2" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image_2.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />
 Figure 2. Le complexe [M(en)3]n+ (Mn+ = un ion métallique, en = éthylènediamine) a une image miroir non superposable. 
 L'ion [Co(en)2Cl2]+ présente un isomérisme géométrique (cis/trans), et son isomère cis existe comme une paire d'isomères optiques (figure 3). 
 <img alt="Image3" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image_3.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />
 Figure 3. Il existe trois formes isomériques de [Co(en)2Cl2]+. L'isomère trans, formé lorsque les chlores sont positionnés à un angle de 180°, a des propriétés très différentes des isomères cis. Les images miroir de l'isomère cis forment une paire d'isomères optiques qui ont un comportement identique, sauf lorsqu'ils réagissent avec d'autres énantiomères. 
 Ce texte est adapté de <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/19-2-coordination-chemistry-of-transition-metals"> Openstax, Chimie 2e, Chapitre 19.2 Chimie de coordination des métaux de transition. </a>

Stéréoisomérie

Isomérie dans les complexes
Les isomères sont des espèces chimiques différentes qui ont la même formule chimique.
Les complexes de métaux de transition existent souvent sous forme géométrique ...

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Transition Metals and Coordination Complexes

Métaux de transition et complexes de coordination

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KEY TERMS AND CONCEPTS

TERMES ET CONCEPTS CLÉS

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.

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Isomer Shapes in Coordination Complexes

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