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

Стереоизомеры координационных соединений это молекулы, которые имеют одинаковую химическую формулу и одинаковую связь лигандов с атомом металла, но отличаются расположением молекул лиганда вокруг центрального атома. По молекулярной структуре стереоизомеры координационных соединений классифицируются как геометрические изомеры или оптические изомеры. Геометрические изомеры это стереоизомеры, которые имеют совершенно различную молекулярную геометрию и существуют с различными физическими и химическими свойствами.Цис-транс-изомеры являются примером геометрических изомеров. Они встречаются в плоскоквадратных комплексах с двумя наборами из двух идентичных лигандов, или MA-два-B-два, и в октаэдрических комплексах с набором из четырех идентичных лигандов и парой другого лиганда, или MA-четыре-B-два. Например, в цис-изомере плоскоквадратного комплекса диамминдихлорплатины(II)известного как цисплатин, хлоридные лиганды находятся рядом друг с другом и на одной стороне молекулы.В транс-изомере трансплатине хлоридные лиганды находятся на противоположных сторонах молекулы. Октаэдрические комплексы с двумя наборами из трех идентичных лигандов, или MA-три-B-три, могут демонстрировать другой тип геометрической изомерии, известный как фац-мер-изомерия. Например, в фац-изомере триамминетрихлорокобальта(III)три аминных лиганда и три хлоридных лиганда находятся на противоположных сторонах молекулы и составляют противоположные грани октаэдра.В мер-изомере три одинаковых лиганда образуют дугу вокруг центрального атома металла. Другой класс стереоизомеров определяется как оптические изомеры. Как и наши руки, оптические изомеры являются зеркальным отображением друг друга и не могут совмещаться.Эти изомеры, также называемые энантиомерами, описываются как хиральные и имеют очень мало различий в своих физических и химических свойствах. Оптические изомеры отличаются своим взаимодействием с плоскополяризованным светом. Поляризованный свет имеет векторы электрического поля, колеблющиеся в одной плоскости, которая поворачивается на определенную величину при прохождении поляризованного света через раствор энантиомера.Например, один энантиомер трис(этилендиамин)кобальта(III)вращает плоскость вправо и называется правовращающим или d-оптическим изомером. Другой энантиомер поворачивает плоскость влево и называется левовращающим или l-оптическим изомером.

Стереоизомерия

<h3>Изомеризм в комплексах </h3>
 Изомеры — это различные химические виды, которые имеют одинаковую химическую формулу. 
 Комплексы переходных металлов часто существуют как геометрические изомеры, в которых одни и те же атомы соединены через одни и те же типы связей, но с различиями в их ориентации в пространстве. Координационные комплексы с двумя различными лигандами в снг и транс-позиции из интересующей лиганды образуют изомеры. Например, октаэдрический ион [Co(NH3)4Cl2]+ имеет два изомера (рис. 1) в конфигурации cis, две хлоридные лиганды примыкают друг к другу. Другой изомер, транс-конфигурация, имеет две хлоридные лиганды непосредственно друг от друга. 
 <img alt="Image1" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image1.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />
 Рисунок 1. Изомеры снг и транс-изомеры [Co(H2O)4Cl2]+ содержат те же лиганды, присоединенные к одному и тому же иону металлов, но пространственное расположение заставляет эти два соединения иметь очень разные свойства. 
 Различные геометрические изомеры вещества являются различными химическими соединениями. Они отличаются друг от друга свойствами, даже если у них одна и та же формула. Например, два изомера [Co(NH3)4Cl2]NО3 различаются по цвету; форма cis фиолетовая, а транс-форма зелёная. Кроме того, эти изомеры имеют разные дипольных моментов, растворимость и реактивность. В качестве примера того, как расположение в пространстве может повлиять на молекулярные свойства, рассмотрите полярность двух изомеров [Co(NH3)4Cl2]No3. Помните, что полярность молекулы или иона определяется диполами связи (которые обусловлены разницей в электронегивности связующего атома) и их расположением в пространстве. В одном изомере лиганды хлорида снг вызывают больше электронной плотности на одной стороне молекулы, чем на другой, делая ее полярной. Для транс-изомера каждая лиганда пересекают непосредственно от идентичной лиганды, поэтому диполи связи отменяются, и молекула неполярная. 
 Другим важным типом изомеров являются оптические изомеры, или энантиомеры, в которых два объекта являются точными зеркальными изображениями друг друга, но не могут быть выровнены таким образом, чтобы все части совпадали. Это означает, что оптические изомеры являются зеркальными изображениями, не являющимися суперпозильными. Классическим примером этого является пара рук, в которых правая и левая рука являются зеркальными изображениями друг друга, но не могут быть наложены друг на друга. Оптические изомеры очень важны в органической и биохимии, поскольку в живых системах часто используется один оптический изомер, а не другой. В отличие от геометрических изомеров, пары оптических изомеров обладают почти идентичными свойствами (точка кипения, полярность, растворимость и т. д.). Оптические изомеры отличаются только тем, как они влияют на поляризованный свет и как они реагируют с другими оптическими изомерами. Для координационных комплексов многие координационные соединения, такие как [M(en)3]n+ [в которых MN+ является центральным ионом металла, таким как железо(III) или кобальт(II)], образуют энантиомеры, как показано на рисунке 2. Эти два изомера будут по-разному реагировать на другие оптические изомеры. Например, гели ДНК являются оптическими изомерами, и форма, которая происходит в природе (ДНК правой руки), привязывается только к одному изомеру [M(en)3]n+, а не к другому. 
 <img alt="Image2" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image_2.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />
 Рисунок 2. Комплекс [M(en)3]n+ (MN+ = металлический ион, en = этилендиамин) имеет ненакладное зеркальное изображение. 
 Ион [Co(en)2Cl2]+ демонстрирует геометрический изомеризм (cis/TRANS), а его изомер cis существует как пара оптических изомеров (рис. 3). 
 <img alt="Image3" src="/files/ftp_upload/11459/11459_Image_3.svg" style="text-align: center; height: 200px;" />
 Рисунок 3. Существуют три изомерных формы [Co(en)2Cl2]+. Транс-изомер, образованный при расположении хлорин под углом 180°, имеет очень разные свойства по сравнению с изомерами снг. Зеркальные изображения изомера cis образуют пару оптических изомеров, которые имеют одинаковое поведение, за исключением случаев реакции с другими энантиомерами. 
 Этот текст адаптирован из <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/19-2-coordination-chemistry-of-transition-metals"> Openstax, Химия 2е изд., Chapter 19.2 Coordination Chemistry of Transition Metals. </a>

Изомерия в комплексах
Изомеры — это разные химические вещества, которые имеют одинаковую химическую формулу.
Комплексы переходных металлов часто существуют в виде геометрических...

Education

JoVE Core

Chemistry

Химия

Один

Transition Metals and Coordination Complexes

Переходные металлы и координационные комплексы

transition-metals-and-coordination-complexes

KEY TERMS AND CONCEPTS

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ

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

chemistry

JoVE Core Chemistry brings general chemistry concepts to life using concise and easy-to-understand animated video lessons. Plus, in the scientist-in-action videos, we demonstrate classical and original research experiments performed in today's laboratories worldwide.

Isomer Shapes in Coordination Complexes

Description

Transcript