입체이성질체

복합체의 이성질체

이성질체는 동일한 화학식을 갖는 서로 다른 화학종입니다.

전이 금속 착물은 종종 동일한 원자가 동일한 유형의 결합을 통해 연결되지만 공간에서의 방향이 다른 기하학적 이성질체로 존재합니다. 관심 있는 리간드의 cis 및 trans 위치에 두 개의 서로 다른 리간드가 있는 배위 복합체는 이성질체를 형성합니다. 예를 들어, 팔면체 [Co(NH_3)_4Cl_2]^+ 이온은 두 개의 이성질체를 가지고 있습니다(그림 1). cis 배열에서는 두 개의 염화물 리간드가 서로 인접해 있습니다. 다른 이성질체인 트랜스 배열은 두 개의 염화물 리간드가 서로 직접적으로 마주보고 있습니다.

Figure 1. [Co(H_2O)_4Cl_2]+의 시스 및 트랜스 이성질체는 동일한 금속 이온에 부착된 동일한 리간드를 포함하지만 공간 배열로 인해 이 두 화합물은 매우 다른 특성을 갖게 됩니다.

물질의 다른 기하 이성질체는 다른 화합물입니다. 동일한 공식을 가지고 있어도 서로 다른 특성을 나타냅니다. 예를 들어, [Co(NH_3)_4Cl_2]NO_3의 두 이성질체는 색상이 다릅니다. 시스 형태는 보라색, 트랜스 형태는 녹색입니다. 게다가, 이 이성질체는 쌍극자 모멘트, 용해도 및 반응성이 다릅니다. 공간의 배열이 분자 특성에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지에 대한 예로서 두 [Co(NH_3)_4Cl_2]NO_3 이성질체의 극성을 고려하십시오. 분자 또는 이온의 극성은 결합 쌍극자(결합 원자의 전기 음성도 차이로 인해 발생)와 공간에서의 배열에 의해 결정된다는 점을 기억하십시오. 한 이성질체에서 염화시스 리간드는 분자의 한쪽 면에서 다른 쪽 면보다 더 많은 전자 밀도를 유발하여 분자를 극성으로 만듭니다. 트랜스 이성질체의 경우 각 리간드는 동일한 리간드 바로 건너편에 있으므로 결합 쌍극자가 상쇄되고 분자는 비극성이 됩니다.

이성질체의 또 다른 중요한 유형은 광학 이성질체 또는 거울상 이성질체입니다. 여기서 두 물체는 서로 정확히 거울상이지만 모든 부분이 일치하도록 정렬될 수는 없습니다. 이는 광학 이성질체가 겹쳐질 수 없는 거울상임을 의미합니다. 이에 대한 전형적인 예는 한 쌍의 손으로, 오른손과 왼손은 서로 거울상이지만 겹쳐질 수는 없습니다. 광학 이성질체는 유기 및 생화학에서 매우 중요합니다. 생명체는 종종 하나의 특정 광학 이성질체를 포함하고 다른 광학 이성질체는 포함하지 않기 때문입니다. 기하 이성질체와 달리 광학 이성질체 쌍은 거의 동일한 특성(끓는점, 극성, 용해도 등)을 갖습니다. 광학 이성질체는 편광에 영향을 미치는 방식과 다른 광학 이성질체와 반응하는 방식만 다릅니다. 배위 착물의 경우, [M(en)_3]^n+ [여기서 Mn^+는 철(III) 또는 코발트(II)와 같은 중심 금속 이온임]과 같은 많은 배위 화합물이 그림 2에 표시된 대로 거울상 이성질체를 형성합니다. 이 두 이성질체 다른 광학 이성질체와 다르게 반응합니다. 예를 들어, DNA 나선은 광학 이성질체이며 자연에서 발생하는 형태(우측 DNA)는 [M(en)_3]^n+의 한 이성질체에만 결합하고 다른 이성질체에는 결합하지 않습니다.

Figure 2. 착물 [M(en)_3]^n+(Mn^+ = 금속 이온, en = 에틸렌디아민)은 겹쳐질 수 없는 거울 이미지를 갖습니다.

[Co(en)_2Cl_2]^+ 이온은 기하학적 이성질체(cis/trans)를 나타내며, 그 cis 이성질체는 한 쌍의 광학 이성질체로 존재합니다(그림 3).

Figure 3. [Co(en)_2Cl_2]^+의 세 가지 이성체 형태가 존재합니다. 염소가 180° 각도로 위치할 때 형성되는 트랜스 이성질체는 시스 이성질체와 매우 다른 특성을 갖습니다. Cis 이성질체의 거울상은 다른 거울상 이성질체와 반응할 때를 제외하고는 동일한 거동을 갖는 한 쌍의 광학 이성질체를 형성합니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e, Chapter 19.2 Coordination Chemistry of Transition Metals.