Enlaces Metal-Ligando

La hemoglobina en la sangre, la clorofila en las plantas verdes, la vitamina B-12, y el catalizador usado en la fabricación del polietileno contienen compuestos de coordinación. Es probable que los iones de los metales, especialmente los metales de transición, formen complejos.

En estos complejos, los metales de transición forman enlaces covalentes coordinados, un tipo de interacción ácido-base de Lewis en la cual ambos electrones en el enlace son aportados por un donante (base de Lewis) a un aceptor de electrones (ácido de Lewis). El ácido de Lewis en los complejos de coordinación, a menudo llamado un ion de metal central (o átomo), es el metal de transición o el metal de transición interna. Los donantes de base de Lewis, llamados ligandos, pueden ser una amplia variedad de químicos—átomos, moléculas o iones. El único requisito es que tengan uno o más pares de electrones, que puedan ser donados al metal central. Más a menudo, esto implica un átomo donante con un par solitario de electrones que pueden formar un enlace de coordinación con el metal. La esfera de coordinación consiste en el ion o átomo del metal central más sus ligandos unidos. Los corchetes en una fórmula encierran la esfera de coordinación; las especies fuera de los corchetes no forman parte de la esfera de coordinación.

Los ligandos son monodentados, del griego para “un diente”, cuando se conectan con el metal central a través de un solo átomo. Aquí, el número de ligandos y el número de coordinación son iguales. Los ligandos con un átomo donante, como NH₃, Cl⁻ y H₂O, son ligandos monodentados. Muchos otros ligandos se coordinan con el metal en formas más complejas.

Los ligandos bidentados son aquellos en los que dos átomos se coordinan con el centro de metal. Por ejemplo, la etilenodiamina (en, H₂NCH₂CH₂NH₂) contiene dos átomos de nitrógeno, cada uno de los cuales tiene un par solitario y puede servir como base de Lewis (Figura 1a). Ambos átomos pueden coordinarse a un único centro de metal. En el complejo [Co(en)₃]³⁺, hay tres ligandos en bidentados, y el número de coordinación del ión cobalto (III) es seis (Figura 1b). Los números de coordinación más comunes son dos, cuatro y seis, pero se conocen ejemplos de todos los números de coordinación de 1 a 15.

Figura 1. (a) la etilenodiamina (en) contiene dos átomos de nitrógeno, con un par solitario cada uno, que pueden coordinarse con un ión metálico. (b) Tres ligandos bidentados se coordinan con un solo ión cobalto.

Cualquier ligando que se une a un ion central de metal por más de un átomo donante es un ligando polidentato (o “muchos dientes”) porque puede morder el centro de metal con más de un enlace. El término quelato del griego para “garra” también se utiliza para describir este tipo de interacción. Muchos ligandos polidentatos son ligandos quelantes, y un complejo que consiste en uno o más de estos ligandos y un metal central es un quelato. Un ligando quelante también se conoce como un agente quelante. Un ligando quelante sostiene el ión de metal como una pinza de cangrejo sostendría un mármol. Los ligandos polidentados a veces se identifican con prefijos que indican el número de átomos donantes en el ligando. El complejo hemo en la hemoglobina es otro ejemplo importante (Figura 2). Contiene un ligando polidentado con cuatro átomos donantes que se coordinan con el hierro.

Figura 2: El único heme ligando contiene cuatro átomos de nitrógeno que se coordinan con el hierro en la hemoglobina para formar un quelato.

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