Estereoisomerismo

Isomerismo en los complejos

Los isómeros son diferentes especies químicas que tienen la misma fórmula química.

Los complejos metálicos de transición a menudo existen como isómeros geométricos, en los que los mismos átomos están conectados a través de los mismos tipos de enlaces pero con diferencias en su orientación espacial. Complejos de coordinación con dos ligandos diferentes en las posiciones cis y trans de un ligando de interés forman isómeros. Por ejemplo, el ion octaedrico [Co(NH₃)₄Cl₂]⁺ tiene dos isómeros (Figura 1) en la configuración cis, los dos ligandos de cloruro son adyacentes entre sí. El otro isómero, el de configuración trans, tiene los dos ligandos de cloruro el uno directamente frente al otro.

Figura 1.Los isómeros cis y trans de [Co(H₂O)₄Cl₂]⁺ contienen los mismos ligandos unidos al mismo ión metálico, pero la disposición espacial hace que estos dos compuestos tengan propiedades muy diferentes.

Los diferentes isómeros geométricos de una sustancia son compuestos químicos diferentes. Presentan propiedades diferentes, aunque tienen la misma fórmula. Por ejemplo, los dos isómeros de [Co(NH₃)₄Cl₂]NO₃ difieren en color; la forma cis es violeta y la forma trans es verde. Además, estos isómeros tienen diferentes momentos dipolares, solubilidades y reactividades. Como ejemplo de cómo la disposición espacial puede influir en las propiedades moleculares, considere la polaridad de los dos isómeros [Co(NH₃)₄Cl₂]NO₃. Recuerde que la polaridad de una molécula o ion está determinada por los dipolos de enlace (que se deben a la diferencia en la electronegatividad de los átomos del enlace) y su disposición espacial. En un isómero, los ligandos de cloruro cis causan más densidad electrónica en un lado de la molécula que en el otro, haciéndola polar. Para el isómero trans, cada ligando está directamente frente a un ligando idéntico, por lo que los dipolos de enlace se cancelan, y la molécula es no polar.

Otro tipo importante de isómeros son los isómeros ópticos, o enantiómeros, en los que dos objetos son imágenes especulares exactas entre sí, pero no pueden alinearse para que todas las partes coincidan. Esto significa que los isómeros ópticos son imágenes especulares no superponibles. Un ejemplo clásico de esto es un par de manos, en las que la mano derecha e izquierda son imágenes especulares una de la otra, pero no pueden superponerse. Los isómeros ópticos son muy importantes en la bioquímica y en la química orgánica porque los sistemas vivos a menudo incorporan un isómero óptico específico y no el otro. A diferencia de los isómeros geométricos, los pares de isómeros ópticos tienen propiedades casi idénticas (punto de ebullición, polaridad, solubilidad, etc.). Los isómeros ópticos sólo difieren en la forma en que afectan a la luz polarizada y en la forma en que reaccionan con otros isómeros ópticos. Para los complejos de coordinación, muchos compuestos de coordinación como [M(en)₃]ⁿ⁺ [en los que Mn⁺ es un ion de metal central como el hierro (III) o el cobalto(II)] forman enantiómeros, como se muestra en la Figura 2. Estos dos isómeros reaccionarán de manera diferente con otros isómeros ópticos. Por ejemplo, las helices del ADN son isómeros ópticos, y la forma presente en la naturaleza (ADN dextrógiro) se unirá a un solo isómero de [M(en)₃]ⁿ⁺ y no al otro.

Figura 2.El complejo [M(en)₃]ⁿ⁺ (Mn⁺ = un ión metálico, en = etilendiamina) tiene una imagen especular no superponible.

El ion [Co(en)₂Cl₂]⁺ exhibe isomerismo geométrico (cis/trans), y su isómero cis existe como un par de isómeros ópticos (Figura 3).

Figura 3.Existen tres formas isoméricas de [Co(en)₂Cl₂]⁺. El isómero trans, formado cuando los cloros se colocan en un ángulo de 180°, tiene propiedades muy diferentes de los isómeros cis. Las imágenes especulares del isómero cis forman un par de isómeros ópticos, que tienen un comportamiento idéntico excepto cuando reaccionan con otros enantiómeros.

Este texto es adaptado de Openstax, Química 2e, Capítulo 19.2 Química de Coordinación de los Metales de Transición.