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20.6: 立体异构
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立体异构
 
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20.6: 立体异构

复合物中的异构

同分异构体是不同的化学物种,具有相同的化学公式。

过渡金属波群通常以几何同分异构体形式存在,在这种情况下,相同原子通过相同类型的键连接,但它们在空间中的方向不同。 在 CIS 中使用两种不同配体的协调复合物,并从感兴趣的配体同分异构体中转移位置。 例如,八面体 [Co (NH3) 4Cl2] + 离子在 CIS 配置中有两个同分异构体 (图 1) ,两个氯化物配体彼此相邻。 另一个同分异构体是 TRANS 配置,两个氯化物配体直接相互交叉。

Image1

图 1. [Co (H2O) 4Cl2]+ 的 CIS 和 Trans 同分异构体包含与同一金属离子相连的相同配体,但空间排列会导致这两种化合物的性质差异很大。

物质的不同几何同分异构体是不同的化学化合物。 尽管采用相同的公式,但它们展示的性质有所不同。 例如, [Co (NH3) 4Cl2] NO3 的两个同分异构体的颜色不同; CIS 表单为紫色,而 TRANS 表单为绿色。 此外,这些同分异构体具有不同的偶极点,溶解性和反应性。 作为空间中排列如何影响分子性质的示例,请考虑两个 [Co (NH3)4Cl2] NO3 同分异构体的极性。 请记住,分子或离子的极性由键偶极 (这是由于键原子的电负性差异) 及其空间中的排列决定。 在一个同分异构体中, CIS 氯化配体会导致分子一侧的电子密度高于另一侧,从而使其具有极性。 对于 TRANS 同分异构体,每个配体都直接与相同配体交叉,因此键偶极会被取消,分子为非极性。

另一种重要的同分异构体类型是光学同分异构体,或对等器,其中两个对象是彼此的精确镜像,但不能对齐以使所有部件匹配。 这意味着光学同分异构体是不可叠加的镜像。 这方面的一个典型例子是一对手,其中右手和左手是彼此的镜像,但不能叠加。 Optical 同分异构体在有机和生物化学中非常重要,因为生活系统通常包含一个特定的光学同分异构体,而不是另一个。 与几何同分异构体不同,光学同分异构体对具有几乎相同的性质 (沸点,极性,溶解度等)。 光同分异构体只有在影响极化光的方式以及它们与其他光同分异构体的反应方式上有所不同。 对于协调复合物,许多配位化合物 (如 [M(en)3]n+ [ 其中 Mn+ 是中心金属离子 (如铁 (III) 或钴 (II)))) 形成对聚物,如图 2 所示。 这两个同分异构体与其它光学同分异构体的反应会有所不同。 例如, 脱氧核糖核酸(DNA) 氦是光学同分异构体,自然形成的形式 (右手 脱氧核糖核酸(DNA)) 将仅绑定到 [M(en)3]n+ 的一个同分异构体,而不是另一个。

Image2

图 2. 复数 [M(en)3]n+ (Mn+ = 金属离子, en = 乙二胺) 有一个不可叠加的镜像。

[Co (en) 2Cl2]+ 离子显示几何异构 (CIS/Ctrans) ,其 CIS 同分异构体以一对光学同分异构体的形式存在 (图 3)。

Image3

图 3. 存在三种异构形式的 [Co (en) 2Cl2] +氯处于 180° 角时形成的 Trans 同分异构体与性质 CIS 同分异构体有很大不同。 CIS 同分异构体的镜像图像形成一对光学同分异构体,其行为与其他对等反应不同。

本文改编自 Openstax, 化学 2e, 第19.2章节:过渡金属的配位化学。

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