Изомерия координационных соединений

Под изомерией понимается соответствие одной молекулярной формуле нескольких индивидуальных химических соединений, называемых изомерами. Изомеры имеют одинаковую молекулярную массу, одинаковый качественный и количественный состав, но разное пространственное строение и разные свойства. Для координационных соединений можно выделить около десяти видов изомерии. Остановимся на важнейших из них.

Ионизационная изомерия. Ионизационные изомеры отличаются распределением анионов между внутренней и внешней сферой координационного соединения. Она присуща катионным комплексам с различными лигандами во внутренней (координационной) сфере. Так, формуле CoSO₄Br·5NH₃ соответствуют два соединения. Одно вещество фиолетового цвета, образует BaSO₄ при взаимодействии с BaCl₂ и не реагирует с нитратом серебра. Второе соединение имеет красную окраску, не взаимодействует с BaCl₂ и дает осадок бромида серебра, реагируя с AgNO₃. Эти изомеры отличаются распределением бромид- и сульфат-ионов между внутренней и внешней сферами и соответственно по-разному диссоциируют при растворении:

[Co(NH₃)₅Br]SO₄ ® [Co(NH₃)₅Br]²⁺ + SO₄^2-;

фиолетовый

[Co(NH₃)₅SO₄]Br ® [Co(NH₃)₅SO₄]⁺ + Br^-

красный

Координационная изомерия. Этот вид изомерии присущ катионно-анионным комплексам. Изомеры отличаются различным распределением ЦА между комплексными ионами.. Так, формуле CuPtCl₄·4NH₃ соответствуют два изомера: [Pt(NH₃)₄][CuCl₄] и [Cu(NH₃)₄][PtCl₄]; первое соединение имеет зеленую окраску, второе - фиолетовую. Другим примером изомеров данного типа могут служить соединения [Cr(NH₃)₆][Co(CN)₆] и [Co(NH₃)₆][Cr(CN)₆].

Связевая изомерия (солевая изомерия). Изомеры отличаются тем, что одни и те же лиганды координируются через разные атомы. К таким лигандам можно отнести ион , способный координироваться как через атом азота, так и через атом кислорода. Примером связевых изомеров являются красный [Co(ONO)(NH₃)₅]Cl₂ (координация нитрит-иона происходит через атом кислорода) и желтый [Co(NO₂)(NH₃)₅]Cl₂ (координация происходит через атом азота).

Сольватная (гидратная) изомерия. Этот тип изомерии обусловлен различным распределением молекул растворителя между внутренней и внешней сферами. Например, гексагидрат хлорида хрома(III) образует три гидратных изомера: фиолетовый [Cr(H₂O)₆]Cl₃, светло-зеленый [Cr(H₂O)₅Cl]Cl₂×H₂O и темно-зеленый [Cr(H₂O)₄Cl₂]Cl×2H₂O.

Геометрическая изомерия. Изомеры отличаются различным взаимным расположением лигандов во внутренней (координационной) сфере. Наиболее простым видом геометрической изомерии является цис-транс изомерия, присущая, в частности, квадратным комплексам состава [МА₂В₂]. Координационные соединения, в которых одинаковые лиганды расположены на одной стороне квадрата, называют цис-изомерами (от лат. cis - "вместе"). Комплексы, в которых одинаковые лиганды располагаются на диагонали квадрата, называют транс-изомерами (от лат. trans - "напротив"). Например, диамминдихлороплатина образует два изомера:

цис-изомер транс-изомер

Эти изомеры отличаются по цвету, растворимости и другим свойствам. Цис-транс изомерия наблюдается и для октаэдрических комплексов состава [МА₂В₄]. Примером могут служить изомеры комплексного катиона [Co(NO₂)₂(NH₃)₄]⁺:

оранжевый цис-изомер желтый транс-изомер

Существуют и другие виды геометрической изомерии. Так, октаэдрические комплексы состава [МА₃В₃] образуют гран-изомеры (одинаковые лиганды располагаются на одной грани) и ос-изомеры (три одинаковых лиганда расположены по ребру октаэдра). Такие изомеры возможны для комплексного катиона [PtCl₃(NH₃)₃]⁺:

гран-изомер ос-изомер

Зеркальная изомерия. Изомеры соотносятся как предмет и его зеркальное отражение. Такие изомеры не могут быть совмещены при наложении одной формы на другую подобно правой и левой руке. Такие молекулы называют хиральными (от греческого cheir - рука). Так, цис-изомер [CoCl(en)₂(NH₃)]^2- cуществует в виде двух оптических изомеров: