Isomería
Resumen: Los isómeros son compuestos que presentan una misma composición química pero diferente estructura. Los compuestos de coordinación presentan diferentes tipos de isómeros, por ejemeplo, isómeros geométricos, isómeros cis- trans-, isómeros fac- mer-, isómeros ópticos, isómeros de enlace, isómeros de ionización, entre otros.
La isomería es una propiedad general que depende fundamentalmente de la simetría y como tal, puede estar presente en objetos, en seres y en estructuras químicas; por lo tanto se puede encontrar en la Química Orgánica, Inorgánica, ganometálica, o de Coordinación. Como el tema del presente texto es el de los complejos, sólo se presentarán ejemplos de la química de coordinación. En las entidades de coordinación se presentan diferentes tipos de isomería, dependiendo del número de coordinación y de la estructura espacial de la entidad. Los tipo de isomería más comunes y que se describirán brevemente son:
Isomería Geométrica
Se presenta frecuentemente en entidades con NC 4 y estructura cuadrado planar, o con NC 6 y estructura octaédrica, cuando existen dos o tres ligantes monodentados iguales entre sí y diferentes a los demás, o cuando existen ligantes didentados asimétricos. En el caso de dos ligantes iguales, los isómeros se diferencian mediante los prefijos cis- y trans-. El prefijo cis- corresponde a dos ligantes iguales en posiciones vecinas, es decir, sobre el mismo lado en la estructura cuadrado planar, o sobre la misma arista en la estructura octaédrica; el prefijo trans- indica que ocupan vértices o posiciones opuestas entre sí.
cis
trans
cis
trans
En un complejo cuadrado planar se presentan tres isómeros geométricos cuando los cuatro grupos ligantes son todos diferentes. Vale la pena determinar cuántos isómeros geométricos se presentarán cuando los seis grupos ligantes de una unidad octaédrica son todos diferentes entre sí. Cuando existen dos ligantes didentados asimétricos, tipo glicinato H2N-CH-COO-; el isómero cis- se presenta cuando los átomos donores idénticos quedan del mismo lado, y el trans-, cuando estan en posiciones opuestas
cis diglicinatocobre(II)
trans diglicinatocobre (II)
En general, la isomería cis, trans- se refiere a dos grupos iguales entre sí pero diferentes a los demás, colocados en posiciones vecinas (cis), u opuestas (trans-). Otro tipo de isomería geométrica se presenta en complejos octaédricos cuando se tienen tres ligantes monodentados iguales entre sí o tres ligantes didentados asimétricos idénticos. Si los ligantes idénticos o los átomos donores iguales de los ligantes didentados se encuentran sobre la misma cara del octaedro, el isómero se llama facial fac-; por el contrario, cuando los ligantes idénticos no pueden verse sobre una sola cara, el isómero se denomina meridional mer-. Actualmente la IUPAC recomienda mantener el uso de estos prefijos para casos de discusión y nombrar los isómeros utilizando el símbolo poliédrico y el índice de configuración.
Isomería geométrica fac y mer
(OC-6-22)-triammintriclorocobalto(III)
(OC-6-21)-triammintriclorocobalto(III)
En compuestos de coordinación del tipo [MX2A2] de estructura tetraédrica no se presenta isomería geométrica ya que todas las posiciones son vecinas entre sí. Es conveniente comprobar este hecho con modelos espaciales.
Isomería Óptica
Un isómero óptico es aquel que en forma cristalina o en solución tiene la propiedad de hacer girar el plano de la luz monocromática (de una sola longitud de onda) o polarizada (oscila en un solo plano), hacia la derecha o hacia la izquierda. Esta propiedad se mide en un aparato llamado polarímetro. Si uno de los isómeros hace girar la luz hacia la derecha, se denomina dextrorrotatorio; el otro isómero lo hará hacia la izquierda y se denomina levorrotatorio. En una mezcla de concentraciones iguales de cada isómero, el ángulo de giro en uno y otro sentido también es igual, luego el efecto se neutraliza y no se presenta desviación del plano de la luz. A esta mezcla equimolecular se la llama racémica; la tarea de separar los isómeros ópticos de una mezcla racémica se llama resolución.
Existen métodos y aparatos sofisticados para medir y estudiar las propiedades ópticas de las sustancias, pero los mismos no son competencia de este texto no especializado. La relación existente entre las estructuras de dos isómeros ópticos es la de que una es la imagen especular de la otra, y no son superponibles entre sí. Estrictamente hablando, esta isomería existe en moléculas disimétricas, cuando la entidad no presenta un eje impropio de simetría y tanto el centro de inversión como el plano de simetría corresponden a los ejes impropios S1 y S2. En esta introducción es suficiente con saber que la isomería óptica se presenta cuando las estructuras no poseen plano de simetría o centro de inversión.
El plano a que se hace referencia es imaginario (como un espejo de doble faz) que divide la molécula en dos partes iguales, de tal manera que al mirarse media molécula en él se ve exactamente la otra media. Si no se cumple esta condición, la estructura no posee plano de simetría y por lo tanto puede presentar isomería óptica. El centro de inversión es un punto en el centro de la entidad, de tal manera que al trazar una recta desde cualquier punto de la estructura a través de él, y continuando en la misma dirección, se encuentra a la misma distancia otro punto equivalente al de partida. Si esta condición no se cumple para todo punto de la estructura, la entidad no posee centro de inversión y por lo tanto también puede presentar osomería óptica.
Este tipo de isomería es poco común en compuestos cuadrados planares, ya que por lo general el plano de la entidad es a la vez un plano de simetría. En compuestos tetraédricos se presenta isomería óptica solamente cuando los cuatro ligantes, o en general los cuatro sustituyentes, son diferentes entre sí. La isomería óptica también puede presentarse en entidades octaédricas; como especies del tipo [M(AA)3], cis-[M(AA)2X2], cis-[M(AA)2XY], o trans-[M(AB)2XY], etc. Es fácil notar que estas estructuras no presentan ni plano de simetría ni tampoco centro de inversión.
Isómeros ópticos
l-trans-[CoCl(gli)2CO]
d-trans-[CoCl(gli)2CO]
Isomería de Coordinación
Esta se presenta generalmente en sales complejas en donde tanto el catión como el anión son entidades de coordinación y por lo tanto existe la posibilidad de obtener complejos en donde los iones centrales de las entidades se encuentren con unos ligantes en un caso y con ligantes intercambiados en el otro, por ejemplo:
[Co(NH3)6[CrCl6], [CoCl(NH3)5][CrCl5(NH3)], [CrCl2(NH3)4][CoCl4(NH3)2], [Cr(NH3)6][CoCl6]
Isomería de Enlace
Esta isomería no es muy común y puede presentarse con ligantes monodentados que tienen más de un átomo donor como SCN- o NO2-, en donde el ligante se puede unir al ion central por el S o por el N, en el primer caso, y por el N o por el O en el segundo.
[(NH3)5Co-(NO2)]2+
[(NH3)5Co-(ONO)]2+
[(H2O)5Cr-(SCN)]2+
[(H2O)5Cr-(NCS)]
Isomería de Ionización
Hace referencia por lo general a sales complejas en donde la parte aniónica puede ser un ligante potencial, lo cual ocasiona que el isómero se intercambie con ligantes pertenecientes al catión complejo. En solución, los isómeros dan lugar a iones diferentes.
[CoBr(NH3)5]SO4
[CoSO4(NH3)5]Br
Isomería de Hidratación
Se considera como un caso particular de la isomería de ionización en donde las aguas de cristalización pueden intercambiarse con ligantes para coordinarse ellas al ion. El ejemplo por excelencia es:
[Cr(H2O)6]Cl3, [CrCl(H2O)5]Cl2.H2O, [CrCl2(H2O)4]Cl.2H2O
Isomería de Conformación
Se presenta cuando una entidad de coordinación de NC 4 puede adquirir la estructura cuadrado planar o la tetraédrica. En algunos casos esta modificación se lleva a cabo por cambio en la temperatura y puede notarse por un cambio de color, como en algunos termocromos. Por ejemplo, el tetraclorocuprato(II) de dietilamonio, ((C2H5)2NH2)2[CuCl4], el cual a temperatura inferior a la ambiente, es cuadrado planar y presenta un color verde brillante. Al aumentar la temperatura hasta aproximadamente 52-53°C, la estructura cambia a tetraédrica distorsionada y el color del complejo es amarillo.