Изомерия в координационных соединениях

Изомерия — это захватывающая концепция в координационной химии, которая подчеркивает, как структура или расположение атомов могут различаться в соединениях с одинаковой химической формулой. Такие различия могут приводить к различным физическим и химическим свойствам. Понимание типов изомерии в координационных соединениях важно для понимания их реакционной способности и применения в различных областях, таких как катализ и материаловедение. В этой статье мы подробно узнаем о различных типах изомерии, встречающихся в координационных соединениях.

Типы изомерии

Изомерию в координационных соединениях обычно классифицируют на две основные категории: структурная изомерия и стереоизомерия. Каждая категория делится на подтипы, которые мы рассмотрим подробнее.

Структурная изомерия

Структурная изомерия возникает, когда валентность атомов в изомерах различается. Существует несколько типов в этой категории:

1. Координационная изомерия

Координационная изомерия возникает, когда структура комплексного иона изменяется. Этот тип обычно встречается в соединениях, где как катион, так и анион являются комплексными ионами. Рассмотрим координационные соединения [Co(NH3)6][Cr(CN)6] и [Cr(NH3)6][Co(CN)6]. Здесь лиганды сменили позиции между катионными и анионными комплексами, порождая координационную изомерию.

2. Ионизационная изомерия

Ионизационная изомерия возникает, когда противоион в координационном соединении также может связываться непосредственно с центральным металлическим атомом как лиганд. В результате в растворе образуются различные ионные виды. Например, рассмотрим соединения [Co(NH3)5Br]SO4 и [Co(NH3)5SO4]Br. Каждое соединение дает разные ионы при растворении в воде, тем самым представляя ионизационную изомерию.

3. Изомерия связывания

Изомерия связывания возникает, когда лиганд может прикрепляться к центральному атому через несколько связей, образуя изомеры. Общий пример — это лиганд NO2-, который может прикрепляться через азот или кислород, образуя [Co(NO2)(NH3)5]2+ и [Co(ONO)(NH3)5]2+. Это изомеры связывания.

4. Гидратная изомерия

Гидратная или солватная изомерия возникает, когда молекулы воды могут быть в координационной сфере или свободными в кристаллической решетке. Классическим примером является [Cr(H2O)6]Cl3, который теряет воду, превращаясь в [Cr(H2O)5Cl]Cl2.H2O и [Cr(H2O)4Cl2]Cl.2H2O

5. Изомерия положения координации

Изомерия положения координации возникает в соединениях, которые различаются положением лигандов вокруг центрального металлического атома, но содержат одну и ту же группу атомов. Она менее распространена, чем другие типы изомерии, но важна для понимания каталитических и физических свойств.

Стереоизомерия

Стереоизомерия включает в себя соединения, в которых валентность атомов одинакова, но пространственное расположение этих атомов различно. Эта категория далее делится на два основных типа:

1. Геометрическая изомерия

Геометрические изомеры различаются по пространственному расположению лигандов вокруг центрального атома, обычно в квадратнопланарных и октаэдрических комплексах. Хорошим примером является [Pt(NH3)2Cl2], который может существовать в виде цис- или транс-изомеров:

В цис-изомере похожие лиганды находятся рядом, тогда как в транс-изомере они находятся напротив друг друга.

2. Оптическая изомерия

Оптическая изомерия возникает, когда соединения существуют в виде несоответствующих зеркальных изображений, часто называемых энантиомерами. Это свойство важно в таких областях, как фармакология, где разные энантиомеры могут иметь разные биологические активности.

Тетраэдрические комплексы со смешанными лигандами и специфические октаэдрические комплексы, такие как [Co(en)3]3+, проявляют этот тип изомерии. Здесь зеркальные изображения вращают плоскополяризованный свет в различных направлениях, как показано:

Комментарии