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

Os estereoisómeros dos compostos de coordenação são moléculas que têm a mesma fórmula química e a mesma conectividade dos ligantes para o átomo metálico mas diferem no arranjo das moléculas ligantes em torno do átomo central. Com base na estrutura molecular, os estereoisómeros dos compostos de coordenação são classificados como isómeros geométricos ou isómeros óticos. Os isómeros geométricos são estereoisómeros que têm geometrias moleculares completamente diferentes e têm características físicas e propriedades químicas distintas.Os isómeros cis-trans são um exemplo de isómeros geométricos. Ocorrem em complexos quadrangulares-planares com dois conjuntos de dois ligantes idênticos, ou MA₂B₂, e em complexos octaédricos com um conjunto de quatro ligantes idênticos e um par de outro ligante, ou MA₄B₂. Por exemplo, no isómero cis do complexo quadrangular diamminedichloroplatinum(II)conhecido como cisplatina, os ligantes de cloreto são adjacentes uns aos outros e estão no mesmo lado da molécula.No isómero trans, transplante, os ligantes de cloreto estão em lados opostos da molécula. Os complexos octaédricos com dois conjuntos de três ligantes idênticos, ou MA₃B₃, podem exibir outro tipo de isomerismo geométrico, conhecido como isomerismo fac-mer. Por exemplo, no isómero factual de triamminetrichlorocobalt(III)os três ligantes de aminas e os três ligantes de cloreto estão em lados opostos da molécula e assim são faces opostas do octaedro.No isómero mer, três dos mesmos ligantes formam um arco em torno do átomo metálico central. A outra classe de estereoisómeros é definido como os isómeros óticos. Como as nossas mãos, os isómeros óticos são imagens espelhadas um do outro e não sobrepostos.Estes isómeros, também chamados de enantiómeros, são descritos como chiral e têm poucas diferenças nas suas propriedades físicas e químicas. Os isómeros óticos distinguem-se pela sua interação com a luz polarizada dos planos. A luz polarizada tem vetores de campo elétrico que oscilam num plano único, que é rodado por uma certa quantidade quando a luz polarizada passa através da solução de um enantiómero.Por exemplo, um enantiómero de tris(etilenodiamina)cobalto roda o plano para a direita e é chamado de dextrorotatório, ou o isómero ótico d. O outro enantiómero gira o plano para a esquerda e é chamado de levorotatório, ou o isómero ótico l.

estereoisomerismo

<h3>Isomerismo em Complexos</h3>
Os isómeros são espécies químicas diferentes que têm a mesma fórmula química.
Complexos de metais de transição existem muitas vezes como isómeros geométricos, nos quais os mesmos átomos estão conectados através dos mesmos tipos de ligações, mas com diferenças na sua orientação no espaço. Complexos de coordenação com dois ligandos diferentes nas posições cis e trans de um ligando de interesse forma isómeros. Por exemplo, o ião octaédrico [Co(NH3)4Cl2]+ tem dois isómeros (Figura 1) Na configuração cis, os dois ligandos de cloreto estão adjacentes um ao outro. O outro isómero, a configuração trans, tem os dois ligandos de cloreto diretamente na frente um do outro.
<img alt="Image1" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image1.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />>
Figura 1. Os isómeros cis e trans de [Co(H2O)4Cl2]+ contêm os mesmos ligandos ligados ao mesmo ião de metal, mas o arranjo espacial faz com que estes dois compostos tenham propriedades muito diferentes.
Isómeros geométricos diferentes de uma substância são compostos químicos diferentes. Eles exibem propriedades diferentes, mesmo que tenham a mesma fórmula. Por exemplo, os dois isómeros de [Co(NH3)4Cl2]NO3 diferem na cor; a forma cis é violeta e a forma trans é verde. Além disso, estes isómeros têm diferentes momentos dipolares, solubilidades, e reatividades. Como exemplo de como o arranjo no espaço pode influenciar as propriedades moleculares, considere a polaridade dos dois isómeros de [Co(NH3)4Cl2]NO3. Lembre-se de que a polaridade de uma molécula ou de um ião é determinada pelos dipolos de ligação (que são devidos à diferença na eletronegatividade dos átomos de ligação) e o seu arranjo no espaço. Em um isómero, os ligandos cis de cloreto causam maior densidade de eletrões em um lado da molécula do que no outro, tornando-a polar. Para o isómero trans, cada ligando está diretamente oposto a um ligando idêntico, pelo que os dipolos de ligação cancelam-se, e a molécula é não polar.
Outro tipo importante de isómeros são os isómeros ópticos, ou enantiómeros, nos quais dois objetos são imagens espelhadas exactas um do outro, mas não podem ser alinhados de forma a que todas as partes coincidam. Isto significa que os isómeros ópticos são imagens espelhadas não sobreponíveis. Um exemplo clássico disto é um par de mãos, nas quais a mão direita e esquerda são imagens espelhadas uma da outra, mas não podem ser sobrepostas. Os isómeros ópticos são muito importantes na química orgânica e bioquímica, porque os sistemas vivos incorporam muitas vezes um isómero óptico específico e não o outro. Ao contrário dos isómeros geométricos, os pares de isómeros ópticos têm propriedades quase idênticas (ponto de ebulição, polaridade, solubilidade, etc.). Os isómeros ópticos diferem apenas na forma como afetam a luz polarizada e a forma como reagem com outros isómeros ópticos. Para os complexos de coordenação, muitos compostos de coordenação como [M(en)3]n+ [onde Mn+ é um ião de metal central como ferro(III) ou cobalto(II)] formam enantiómeros, como mostra a Figura 2. Estes dois isómeros irão reagir de forma diferente com outros isómeros ópticos. Por exemplo, as hélices de DNA são isómeros ópticos e a forma que ocorre na natureza (DNA destro) irá ligar-se apenas a um isómero de [M(en)3]n+ e não ao outro.
<img alt="Image2" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image_2.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />
Figura 2. O complexo [M(en)3]n+ (Mn+ = um ião de metal, en = etilenodiamina) tem uma imagem espelhada não sobreponível.
O ião [Co(en)2Cl2]+ apresenta isomerismo geométrico (cis/trans), e o seu isómero cis existe como um par de isómeros ópticos (Figura 3).
<img alt="Image3" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image_3.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />
Figura 3. Existem três formas isoméricas de [Co(en)2Cl2]+. O isómero trans, formado quando os cloros estão posicionados a um ângulo de 180°, tem propriedades muito diferentes dos isómeros cis. As imagens espelhadas do isómero cis formam um par de isómeros ópticos, que têm comportamento idêntico, excepto quando reagem com outros enantiómeros.
Este texto é adaptado de <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/19-2-coordination-chemistry-of-transition-metals">Openstax, Chemistry 2e, Chapter 19.2 Coordination Chemistry of Transition Metals.</a>

Estereoisomerismo

Isomerismo em Complexos
Os isômeros são espécies químicas diferentes que possuem a mesma fórmula química.
Complexos de metais de transição geralmente existem como geométricos ...

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Química

Transition Metals and Coordination Complexes

Metais de Transição e Complexos de Coordenação

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KEY TERMS AND CONCEPTS

TERMOS-CHAVE E CONCEITOS

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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