20.5
錯体における異性体
異性体とは、同じ化学式を持つ異なる化学種のことです。配位化合物の構造異性体は、結合異性体と配位圏異性体の2つに分類されます。
結合異性体 は、配位子を構成する異なる原子が遷移金属中心に結合できるような配位化合物にて見られます。例えば、CN−配位子は、炭素原子または窒素原子のいずれ…
異性体は、分子式が同じで構造配列が異なる化合物です。各異性体には、異なる物理的および化学的特性があります。配位化合物において観察される異性体の1つに構造異性があります。
構造異性では、同じ分子式にもかかわらず、原子と中央の金属原子との結合性は異なります。さらに、配位球異性体と結合異性体に分類できます。
配位球異性体は、配位球内の中心金属と配位した配位子が格子内の対イオンと場所を交換するときに発生します。したがって、金属イオンの配位数は一定のままですが、配位球と化合物の組成は変化します。
コバルトの配位錯体では、配位子としての臭素または塩素のいずれかを用いて、2つの配位球異性体が存在する可能性がある。化合物の組成が異なるため、これらの異性体のそれぞれは異なる化学的性質を持っています。水に溶解すると、ペンタアンミンブロモコバルト(II)は塩化物イオンを生成し、ペンタアンミンクロロコバルト(II)臭化物は溶液中に臭化イオンを生成します。
一方、結合異性は、配位子が中心の金属原子と2つの異なる配向で配位できる場合に発生します。したがって、複数の潜在的なドナー原子を持つ単座配位子は、結合異性化が可能です。どのドナー原子が金属イオンと配位するかによって、配位子の名前は変わります。
亜硝酸イオンには、窒素原子と酸素原子に1つずつ、2つの孤立電子対があります。これらのいずれも、中心の金属イオンと配位共有結合を形成することができます。
亜硝酸イオンが窒素原子上の孤立電子対を介して配位するとき、それはニトロ配位子として知られています。酸素原子がドナーとして作用するとき、それはニトリト配位子として知られています。
コバルト金属と亜硝酸イオンの配位錯体には、黄色のペンタンミンニトロコバルト(III)とオレンジ色のペンタアンミンニトリトコバルト(III)の2つの結合異性体があります。
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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.