Legami metallo-leganti

L’emoglobina nel sangue, la clorofilla nelle piante verdi, la vitamina B-12 e il catalizzatore utilizzato nella produzione di polietilene contengono tutti composti di coordinazione. È probabile che gli ioni dei metalli, in particolare i metalli di transizione, formeranno complessi.

In questi complessi, i metalli di transizione formano legami covalenti coordinati, una sorta di interazione acido-base di Lewis in cui entrambi gli elettroni nel legame sono forniti da un donatore (base di Lewis) ad un accettore di elettroni (acido di Lewis). L’acido di Lewis nei complessi di coordinazione, spesso chiamato ione metallico centrale (o atomo), è il metallo di transizione o metallo di transizione interno. I donatori di base di Lewis, chiamati ligandi, possono essere un’ampia varietà di sostanze chimiche: atomi, molecole o ioni. L’unico requisito è che abbiano una o più coppie di elettroni, che possono essere donate al metallo centrale. Molto spesso, questo coinvolge un atomo donatore con una coppia solitaria di elettroni che possono formare un legame di coordinate con il metallo. La sfera di coordinazione è costituita da ioni metallici centrali o atomi più i suoi ligandi attaccati. Le parentesi quadre in una formula racchiudono la sfera di coordinazione; le specie al di fuori delle parentesi non fanno parte della sfera di coordinazione.

I ligandi sono monodentati, dal greco per “un dente”, quando si connettono con il metallo centrale attraverso un solo atomo. Qui, il numero di ligandi e il numero di coordinazione sono uguali. I ligandi con un atomo donatore, come NH₃, Cl⁻e H₂O, sono ligandi monodentati. Molti altri ligandi si coordinano al metallo in modo più complesso.

I ligandi bidentati sono quelli in cui due atomi si coordinano con il centro metallico. Ad esempio, l’etilendiammina (en, H_{2NCH 2}CH₂NH₂) contiene due atomi di azoto, ognuno dei quali ha una coppia solitaria e può servire come base di Lewis (Figura 1a). Entrambi gli atomi possono coordinarsi con un singolo centro metallico. Nel complesso [Co(en)₃]³⁺, ci sono tre bidentati en ligandi e il numero di coordinazione dello ione cobalto(III) è sei (Figura 1b). I numeri di coordinamento più comuni sono due, quattro e sei, ma sono noti esempi di tutti i numeri di coordinamento da 1 a 15.

Figura 1. (a) l’etilendiammina (en) contiene due atomi di azoto, con una coppia solitaria ciascuno, che possono coordinarsi con uno ione metallico. (b) Tre bidentati en ligandi si coordinano con un singolo ione cobalto.

Ogni ligando che si lega ad uno ione metallico centrale da più di un atomo donatore è un ligando polidentato (o “molti denti”) perché può mordere nel centro metallico con più di un legame. Il termine chelato dal greco per “artiglio” è anche usato per descrivere questo tipo di interazione. Molti ligandi polidentati sono ligandi chelanti, e un complesso costituito da uno o più di questi ligandi e un metallo centrale è un chelato. Un ligando chelatante è anche noto come agente chelatante. Un ligando chelatante tiene lo ione metallico un po ‘come se l’artiglio di un granchio tenesse un marmo. I ligandi polidentati sono talvolta identificati con prefissi che indicano il numero di atomi donatori nel ligando. Il complesso dell’eme nell’emoglobina è un altro esempio importante (Figura 2). Contiene un ligando polidentato con quattro atomi donatori che si coordinano con il ferro.

Figura 2: L’eme del singolo ligando contiene quattro atomi di azoto che si coordinano con il ferro nell’emoglobina per formare un chelato.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Chapter 19.2 Coordination Chemistry of Transition Metals.