Isomería de ionización.

Los dos compuestos de coordinación cuyas fórmulas se muestran a continuación tienen el mismo ion central (Cr³⁺), y cinco de los seis ligandos (moléculas NH₃) son los mismos. La diferencia entre estos compuestos es que uno tiene el ion SO₄^2- como sexto ligando, con un ion Cl^- para neutralizar la carga del ion complejo; el otro tienen el ion Cl^- como sexto ligando y el SO₄^2- para neutralizar la carga del ion complejo.

[CrSO₄(NH₃)₅]Cl [CrCl(NH₃)₅]SO₄

Isomería de coordinación.

Una situación semejante a la que se acaba de describir puede surgir cuando un compuesto de coordinación está formado por cationes y aniones complejos. Los ligandos pueden distribuirse de forma diferente entre los dos iones complejos, como el NH₃ y CN^- en estos dos compuestos.

[Co(NH₃)₆][Cr(CN)₆] [Cr(NH3)₆][Co(CN)₆]

Isomería de enlace

Algunos ligandos pueden unirse de diferentes formas al ion metálico central de un ion complejo. Por ejemplo, el ion nitrito, un ligando monodentado tiene pares de electrones disponibles para la coordinación procedentes de los átomos de N y de O (ver figura 5)

La fórmula del complejo no se ve afectada porque la unión de este ligando sea a través del átomo de N o de O. Sin embargo, las propiedades del ion complejo pueden verse afectadas. Cuando la unión se produce a través del átomo de N, el ligando se nombra como nitro. Si la coordinación se produce a través del átomo de O se forma un complejo nitrito.

[CoCl(NO₂)(NH₃)₄]⁺ [CoCl(ONO)(NH₃)₄]⁺

Isomería geométrica

La isomería geométrica deriva de las distintas posibilidades de disposición de los ligandos en torno al ion central. Se presenta en compuestos de NC = 4, en geometría plano-cuadrada, y en compuestos de NC = 6, en geometría octaédrica.

Para complejos de fórmula general MX₂L₂, sólo existe un isómero si su geometría es tetraédrica, pero si fuera plano cuadradra, entonces podrían darse dos isómeros, los dos iones Cl- pueden estar situados en el mismo lado del cuadrado (cis) o en vértices opuestos, en oposición uno respecto del otro (trans) Para distinguir claramente estas dos posibilidades, debemos dibujar la estructura o indicar el nombre apropiado. Las fórmulas por sí solas no las distinguen. Los dos posibles isómeros son isómeros geométricos

Figura 6. Isomería cis y trans en complejos [PtCl₂(NH₃)₂]

Para complejos octaédricos de composición MA₄B₂ existen dos isómeros que recuerdan a los que se observan en geometría plano-cuadrada. Los dos ligandos B pueden situarse en posiciones contiguas dando lugar al isómero cis- MA₄B₂ o se pueden situar en posiciones diametralmente opuestas, resultando el isómero trans-MA₄B₂, como se muestra en la Figura 7.

Figura 7. Isomería geométrica en MA₄B₂.

Cuando los complejos octaédricos están constituidos por dos grupos de tres ligandos, MA₃B₃, se obtiene otro tipo de isomería geométrica. Existen dos formas de disponer los ligandos en un complejo MA₃B₃. En uno de los isómeros los tres ligandos A se encuentran la misma cara del octaedro. Llamaremos a esta disposición isómero fac (facial) En la otra disposición, los tres ligandos A se encuentran alrededor de un perímetro o meridiano del octaedro. Este es el isómero denominado mer (meridional).

Figura 8. Isomería geométrica en MA₃B₃.

La isomería óptica

Un complejo quiral es aquel cuya geometría no es superponible con la de su imagen especular. Dos complejos quirales, cada uno de los cuales es la imagen especular del otro se conocen como isómeros ópticos. Los dos isómeros ópticos forman un par de enantiómeros. Los isómeros ópticos se denominan así porque son ópticamente activos, es decir, un enantiómero gira el plano de la luz polarizada en una dirección y el otro rota dicho plano el mismo ángulo pero en dirección contraria.

Figura 9. (a) y (b) Isómeros ópticos de cis-CoCl₂(en)₂ . (c) trans-CoCl₂(en)₂

Los complejos de geometría tetraédrica presentan isómeros ópticos si los cuatro ligandos unidos al átomo metálico central son diferentes. Pero la isomería óptica se observa también en aquellos complejos de geometría octaédrica que poseen ligandos bidentados o quelatantes. Un buen ejemplo es el catión [CoCl₂(en)₂]²⁺. Este complejo posee dos isómeros geométricos, el cis y el trans, que exhiben colores diferentes: uno de ellos es violeta y el otro es verde. Como puede observarse en la Figura 9, el isómero cis no puede superimponerse sobre su imagen especular: son dos enantiómeros. Por el contrario, el isómero trans presenta un plano de simetría que hace que las imágenes especulares sean idénticas, por lo que no presenta actividad óptica. De forma general, un compuesto de coordinación presentará quiralidad cuando no posea ningún plano de simetría o centro de inversión.

Los complejos del tipo [M(quelato]₃] también existen como enantiómeros. Es el caso de los complejos [Cr(en)₃]²⁺, [Co(en)₃]²⁺ , etc.

Estereoquimica

La estereoquímica es el estudio de los compuestos orgánicos en el espacio. Para comprender las propiedades de los compuestos orgánicos es necesario considerar las tres dimensiones espaciales.

Molécula e imagen especularLas bases de la estereoquímica fueron puestas por Jacobus van’t Hoff y Le Bel, en el año 1874. De forma independiente propusieron que los cuatro sustituyentes de un carbono se dirigen hacia los vértices de un tetraedro, con el carbono en el centro del mismo. La disposición tetraédrica de los sustituyentes de un carbono sp3 da lugar a la existencia de dos posibles compuestos, que son imágenes especulares no superponibles, llamados enantiómeros. En general a las moléculas que se diferencian por la disposición espacial de sus átomos, se les denomina estereoisómeros.

Clasificación de isómeros

Los isómeros son moléculas que tienen la misma fórmula molecular pero diferente estructura. Se clasifican en isómeros estructurales y estereoisómeros. Los isómeros estructurales difieren en la forma de unión de sus átomos y se clasifican en isómeros de cadena, posición y función. Como ejemplo, dibujemos los isómeros estructurales de fórmula C2H6O .

Solamente existen dos formas de unir los átomos que generan compuestos diferentes. En el etanol, el oxígeno se enlaza a un carbono y a un hidrógeno. En el dimetil éter está unido a dos carbonos. Se trata de isómeros estructurales puesto que los átomos están unidos de forma distinta en ambas moléculas. Al pertenecer a diferentes grupos funcionales (alcohol y éter) se les clasifica como isómeros de función.Pentano y 2-Metilbutano son isómeros se cadena, ambos de fórmula C5H12. El pentano es un alcano con cadena lineal mientras que el 2-Metilbutano presenta una ramificación.

De nuevo obsérvese como los átomos están unidos de forma distinta en ambas moléculas.El 2-Pentanol y el 3-Pentanol son isómeros de posición. El grupo hidroxilo ocupa distinta posición en cada molécula.

En los estereoisómeros los átomos están conectados de igual manera en ambas moléculas. La diferencia radica en la distinta orientación espacial de los átomos o grupos de átomos. Los estereoisómeros se clasifican en isómeros geométricos (cis-trans), enantiómeros y diastereoisómeros.

La isomería cis-trans o geométrica es debida a la rotación restringida entorno a un enlace carbono-carbono.

Esta restricción puede ser debida a la presencia de dobles enlaces o ciclos. Así, el 2-buteno puede existir en forma de dos isómeros, llamados cis y trans. El isómero que tiene los hidrógenos al mismo lado se llama cis, y el que los tiene a lados opuestos trans.

La quiralidad está a menudo asociada a la presencia de carbonos asimétricos. Un carbono asimétrico es aquel que se une a cuatro sustituyentes diferentes. Un ejemplo de carbono asimétrico lo tenemos en la molécula de Bromocloroyodometano. El carbono está unido a bromo, cloro, yodo e hidrógeno, cuatro sustituyentes diferentes que lo convierten en quiral o asimétrico. La molécula y su imagen en un espejo son diferentes, ningún giro permite superponerlas. La relación entre una molécula y su imagen especular no superponible es de enantiómeros.