Stereoizomeria

Izomeria w kompleksach

Izomery to różne rodzaje chemiczne, które mają ten sam wzór chemiczny.

Kompleksy metali przejściowych często występują jako izomery geometryczne, w których te same atomy są połączone tymi samymi typami wiązań, ale z różnicami w ich orientacji w przestrzeni. Kompleksy koordynacyjne z dwoma różnymi ligandami w pozycjach cis i trans z liganda będącego przedmiotem zainteresowania tworzą izomery. Na przykład jon oktaedryczny [Co(NH₃)₄Cl₂]⁺ ma dwa izomery (ryc. 1) W konfiguracji cis dwa ligandy chlorkowe przylegają do siebie. Drugi izomer, konfiguracja trans, ma dwa ligandy chlorkowe naprzeciwko siebie.

Rysunek 1. Izomery cis i trans [Co(H₂O)₄Cl₂]⁺ zawierają te same ligandy przyłączone do tego samego jonu metalu, ale układ przestrzenny powoduje, że te dwa związki mają bardzo różne właściwości.

Różne izomery geometryczne substancji to różne związki chemiczne. Wykazują różne właściwości, mimo że mają tę samą formułę. Na przykład dwa izomery [Co(NH₃)₄Cl₂]NO₃ różnią się kolorem; Forma cis jest fioletowa, a forma trans jest zielona. Ponadto izomery te mają różne momenty dipolowe, rozpuszczalności i reaktywności. Jako przykład tego, jak układ w przestrzeni może wpływać na właściwości molekularne, rozważmy polarność dwóch izomerów [Co(NH₃)₄Cl₂]NO₃. Pamiętaj, że biegunowość cząsteczki lub jonu zależy od dipoli wiązań (które wynikają z różnicy elektroujemności atomów wiążących) i ich rozmieszczenia w przestrzeni. W jednym izomerze ligandy chlorku cis powodują większą gęstość elektronów po jednej stronie cząsteczki niż po drugiej, co czyni ją polarną. W przypadku izomeru trans każdy ligand znajduje się bezpośrednio naprzeciwko identycznego liganda, więc dipole wiązania znoszą się, a cząsteczka jest niepolarna.

Innym ważnym rodzajem izomerów są izomery optyczne lub enancjomery, w których dwa obiekty są dokładnymi lustrzanymi odbiciami siebie nawzajem, ale nie można ich ustawić tak, aby wszystkie części do siebie pasowały. Oznacza to, że izomery optyczne są nienakładalnymi odbiciami lustrzanymi. Klasycznym tego przykładem jest para rąk, w której prawa i lewa ręka są swoimi lustrzanymi odbiciami, ale nie mogą być nakładane na siebie. Izomery optyczne są bardzo ważne w chemii organicznej i biochemii, ponieważ żywe systemy często zawierają jeden określony izomer optyczny, a nie drugi. W przeciwieństwie do izomerów geometrycznych, pary izomerów optycznych mają prawie identyczne właściwości (temperatura wrzenia, polarność, rozpuszczalność itp.). Izomery optyczne różnią się jedynie sposobem, w jaki wpływają na światło spolaryzowane i jak reagują z innymi izomerami optycznymi. W przypadku kompleksów koordynacyjnych wiele związków koordynacyjnych, takich jak [M(en)₃]ⁿ⁺ [w którym Mⁿ⁺ jest centralnym jonem metalu, takim jak żelazo(III) lub kobalt(II)] tworzy enancjomery, jak pokazano na rysunku 2. Te dwa izomery będą reagować inaczej z innymi izomerami optycznymi. Na przykład helisy DNA są izomerami optycznymi, a forma występująca w naturze (prawoskrętne DNA) wiąże się tylko z jednym izomerem [M(en)₃]ⁿ⁺, a nie z drugim.

Rysunek 2. Kompleks [M(en)₃]ⁿ⁺ (Mⁿ⁺ = jon metalu, en = etylenodiamina) ma nienakładalne odbicie lustrzane.

Jon [Co(en)₂Cl₂]⁺ wykazuje izomerię geometryczną (cis/trans), a jego izomer cis występuje jako para izomerów optycznych (ryc. 3).

Rysunek 3. Istnieją trzy formy izomeryczne [Co(en)₂Cl₂]⁺. Izomer trans, powstający, gdy chlor jest ustawiony pod kątem 180°, ma bardzo różne właściwości od izomerów cis. Lustrzane odbicia izomeru cis tworzą parę izomerów optycznych, które zachowują się identycznie, z wyjątkiem reakcji z innymi enancjomerami.

Ten tekst jest adaptacją <a href=”https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/19-2-coordination-chemistry-of-transition-metals”>Openstax, Chemia 2e, Rozdział 19.2 Koordynacja chemii metali przejściowych.