Stereoisomeria

Isomerismo nei complessi

Gli isomeri sono diverse specie chimiche che hanno la stessa formula chimica.

I complessi metallici di transizione esistono spesso come isomeri geometrici, in cui gli stessi atomi sono collegati attraverso gli stessi tipi di legami ma con differenze nel loro orientamento nello spazio. Complessi di coordinazione con due diversi ligandi nelle posizioni cis e trans da un ligando di interesse formano isomeri. Ad esempio, l’ottaedrico [Co(NH₃)₄Cl₂]⁺ ione ha due isomeri (Figura 1) Nella configurazione cis, i due ligandi cloruro sono adiacenti l’uno all’altro. L’altro isomero, la configurazione trans, ha i due ligandi cloruro direttamente uno di fronte all’altro.

Figura 1. Gli isomeri cis e trans di [Co(H₂O)₄Cl₂]⁺ contengono gli stessi ligandi attaccati allo stesso ione metallico, ma la disposizione spaziale fa sì che questi due composti abbiano proprietà molto diverse.

Diversi isomeri geometrici di una sostanza sono diversi composti chimici. Mostrano proprietà diverse, anche se hanno la stessa formula. Ad esempio, i due isomeri di [Co(NH₃)₄Cl₂]NO₃ differiscono per colore; la forma cis è viola, e la forma trans è verde. Inoltre, questi isomeri hanno diversi momenti di dipolo, solubilità e riattivazione. Come esempio di come la disposizione nello spazio possa influenzare le proprietà molecolari, si consideri la polarità dei due isomeri [Co(NH₃)₄Cl₂]NO_3. Ricorda che la polarità di una molecola o di uno ione è determinata dai dipoli di legame (che sono dovuti alla differenza di elettronegatività degli atomi di legame) e dalla loro disposizione nello spazio. In un isomero, i ligandi cloruro di cis causano più densità di elettroni su un lato della molecola che dall’altro, rendendola polare. Per l’isomero trans, ogni ligando si trova direttamente di fronte a un ligando identico, quindi i dipoli di legame si annullano e la molecola non è polare.

Un altro importante tipo di isomeri sono gli isomeri ottici, o enantiomeri, in cui due oggetti sono immagini speculari esatte l’uno dell’altro ma non possono essere allineati in modo che tutte le parti corrispondano. Ciò significa che gli isomeri ottici sono immagini speculari non sovrapponibili. Un classico esempio di questo è un paio di mani, in cui la mano destra e quella sinistra sono immagini speculari l’una dell’altra ma non possono essere sovrapposte. Gli isomeri ottici sono molto importanti in organico e biochimica perché i sistemi viventi spesso incorporano uno specifico isomero ottico e non l’altro. A differenza degli isomeri geometrici, le coppie di isomeri ottici hanno proprietà quasi identiche (punto di ebollizione, polarità, solubilità, ecc.). Gli isomeri ottici differiscono solo nel modo in cui influenzano la luce polarizzata e nel modo in cui reagiscono con altri isomeri ottici. Per i complessi di coordinazione, molti composti di coordinazione come [M(en)₃]ⁿ⁺ [in cui Mⁿ⁺ è uno ione metallico centrale come il ferro(III) o il cobalto(II)] formano enantiomeri, come mostrato nella figura 2. Questi due isomeri reagiranno in modo diverso con altri isomeri ottici. Ad esempio, gli eliche del DNA sono isomeri ottici e la forma che si verifica in natura (DNA destrorso) si legherà a un solo isomero di [M(en)₃]ⁿ⁺ e non all’altro.

Figura 2. Il complesso [M(en)₃]ⁿ⁺ (Mⁿ⁺ = uno ione metallico, en = etilendiammina) ha un’immagine speculare non sovrappoibile.

Lo ione [Co(en)₂Cl₂]^{+ mostra} isomerismo geometrico (cis/trans), e il suo isomero cis esiste come coppia di isomeri ottici (Figura 3).

Figura 3. Esistono tre forme isomeriche di [Co(en)₂Cl₂^{] +} . L’isomero trans, formatosi quando i cloro sono posizionati con un angolo di 180°, ha proprietà molto diverse dagli isomeri cis. Le immagini speculari dell’isomero cis formano una coppia di isomeri ottici, che hanno un comportamento identico tranne quando reagiscono con altri enantiomeri.

Questo testo è adattato da Openstax, Chemistry 2e, Chapter 19.2 Coordination Chemistry of Transition Metals.