Стереоизомерия

Изомеризм в комплексах

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.

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.

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).

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 Openstax, Химия 2е изд., Chapter 19.2 Coordination Chemistry of Transition Metals.