Dos compuestos que tienen la misma fórmula y la misma conectividad no siempre tienen la misma forma. Hay dos razones por las cuales esto puede suceder. En un caso, la molécula puede ser flexible, de modo que puede girar en diferentes formas mediante la rotación alrededor de enlaces sigma individuales. Este fenómeno se llama conformación y se trata en un capítulo diferente. El segundo caso ocurre cuando dos moléculas parecen estar conectadas de la misma manera en el papel, pero están conectadas de dos maneras diferentes en un espacio tridimensional. Estas dos moléculas diferentes se denominan estereoisómeros .
Un ejemplo simple de estereoisómeros de la química inorgánica es el dicloruro de diamino platino, (NH 3 ) 2 PtCl 2 . Este importante compuesto a veces se llama “platino” para abreviar. Como lo indica la fórmula, contiene un ion platino que se coordina con dos ligandos de amoníaco y dos ligandos de cloruro (recuerde, un ligando en química inorgánica es un donante de electrones que está unido a un átomo de metal, donando un par de electrones para formar un enlace )
Platin es un ejemplo de un compuesto de coordinación. La forma en que las diferentes piezas de compuestos de coordinación se unen se discute en el capítulo de ácidos y bases de Lewis . Por razones que surgen de interacciones orbitales moleculares, el platino tiene una geometría plana cuadrada en el átomo de platino. Esa disposición da como resultado dos formas posibles en que los ligandos podrían estar conectados. Los dos conjuntos de ligandos similares podrían conectarse en el mismo lado del cuadrado o en esquinas opuestas.
Estas dos disposiciones dan como resultado dos compuestos diferentes; son isómeros que difieren solo en el espacio tridimensional.
- El que tiene las dos aminas una al lado de la otra se llama cisplatino.
- Estos dos ligandos están a 90 grados el uno del otro.
- El que tiene las aminas una frente a la otra es el transplatino.
- Estos dos ligandos están a 180 grados el uno del otro.
Los isómeros CIS / TRANS tienen diferentes propiedades físicas
Aunque estos dos compuestos son muy similares, tienen propiedades físicas ligeramente diferentes. Ambos son compuestos amarillos que se descomponen cuando se calientan a 270 grados C, pero el transplatino forma cristales amarillo pálido y es más soluble que el cisplatino en agua.
Los isómeros CIS / TRANS tienen diferentes propiedades biológicas
El cis-platino tiene importancia clínica en el tratamiento de los cánceres de ovario y testicular. Durante mucho tiempo se sospechó que el mecanismo biológico de la acción del fármaco implicaba la unión del platino por el ADN. Más detalles fueron elaborados por el químico del MIT Steve Lippard y la estudiante graduada Amy Rosenzweig en la década de 1990. Dentro del núcleo celular, las dos aminas en cisplatino pueden ser reemplazadas por donantes de nitrógeno de una cadena de ADN. Para donar al platino ácido de Lewis, la molécula de ADN debe doblarse ligeramente. Normalmente esa curva es detectada y reparada por proteínas en la célula. Sin embargo, las células ováricas y testiculares contienen una proteína que tiene la forma correcta para adaptarse a esta cadena de ADN ligeramente doblada. La cadena de ADN se aloja en la proteína y no se puede desplazar, por lo que no puede unirse a otras proteínas utilizadas en la replicación del ADN. La célula se vuelve incapaz de replicarse, por lo que se detiene el crecimiento canceroso.
Isómeros geométricos
La existencia de compuestos de coordinación con la misma fórmula pero diferentes disposiciones de los ligandos fue crucial en el desarrollo de la química de coordinación. Dos o más compuestos con la misma fórmula pero diferentes disposiciones de los átomos se denominan isómeros . Debido a que los isómeros generalmente tienen diferentes propiedades físicas y químicas, es importante saber con qué isómero estamos tratando si es posible más de un isómero. Recuerde que en muchos casos es posible más de una estructura para compuestos orgánicos con la misma fórmula molecular; Los ejemplos discutidos anteriormente incluyen n-butano versus isobutano y cis-2-buteno versus trans-2-buteno. Como veremos, los compuestos de coordinación exhiben los mismos tipos de isómeros que los compuestos orgánicos, así como varios tipos de isómeros que son únicos.
Isómeros planos
Los complejos metálicos que difieren solo en los ligandos adyacentes entre sí ( cis ) o directamente uno frente al otro ( trans ) en la esfera de coordinación del metal se denominan [ 19459040] isómeros geométricos . Son más importantes para los complejos planos cuadrados y octaédricos.
Debido a que todos los vértices de un cuadrado son equivalentes, no importa qué vértice esté ocupado por el ligando B en un complejo plano MA cuadrado 3 B; por lo tanto, solo es posible un solo isómero geométrico en este caso (y en el caso análogo de MAB 3 ). Las cuatro estructuras que se muestran aquí son químicamente idénticas porque pueden superponerse simplemente girando el complejo en el espacio:
Para un complejo MA 2 B 2 , hay dos isómeros posibles: los ligandos A pueden ser adyacentes entre sí (cis), en cuyo caso los ligandos B deben también puede ser cis, o los ligandos A pueden estar uno frente al otro (trans), en cuyo caso los ligandos B también deben ser trans. Aunque es posible dibujar el isómero cis de cuatro maneras diferentes y el isómero trans de dos maneras diferentes, todos los miembros de cada conjunto son químicamente equivalentes:
El medicamento contra el cáncer cisplatino y su isómero trans inactivo. El cisplatino es especialmente efectivo contra los tumores de los órganos reproductivos, que afectan principalmente a las personas de 20 años y son notoriamente difíciles de curar. Por ejemplo, después de ser diagnosticado con cáncer testicular metastatizado en 1991 y tener solo un 50% de posibilidades de supervivencia, Lance Armstrong se curó mediante tratamiento con cisplatino.
Los complejos planos cuadrados que contienen ligandos bidentados simétricos, como [Pt (en) 2 ] 2+ , solo tienen una estructura posible, en la que las líneas curvas que unen los dos N los átomos indican los ligandos de etilendiamina:
Isómeros octaédricos
Los complejos octaédricos también exhiben isómeros cis y trans. Al igual que los complejos planos cuadrados, solo es posible una estructura para los complejos octaédricos en los que solo un ligando es diferente de los otros cinco (MA 5 B). Aunque generalmente dibujamos un octaedro de una manera que sugiere que los cuatro ligandos “en el plano” son diferentes de los dos ligandos “axiales”, de hecho, los seis vértices de un octaedro son equivalentes. En consecuencia, no importa cómo dibujemos una estructura MA 5 B, se puede superponer a cualquier otra representación simplemente girando la molécula en el espacio. Dos de las muchas orientaciones posibles de una estructura MA 5 B son las siguientes:
Si dos ligandos en un complejo octaédrico son diferentes de los otros cuatro, dando un complejo MA 4 B 2 , son posibles dos isómeros. Los dos ligandos B pueden ser cis o trans. Cis- y trans- [Co (NH 3 ) 4 Cl 2 ] Cl son ejemplos de este tipo de sistema:
Reemplazar otro ligando A por B da un complejo MA 3 B 3 para el que también hay dos isómeros posibles. En uno, los tres ligandos de cada tipo ocupan caras triangulares opuestas del octaedro; Esto se llama isómero fac (para facial). En el otro, los tres ligandos de cada tipo se encuentran en lo que sería el meridiano si el complejo fuera visto como una esfera; esto se llama el isómero mer (para meridional):
Resumen
Muchos complejos metálicos forman isómeros, que son dos o más compuestos con la misma fórmula pero diferentes disposiciones de átomos. Los isómeros estructurales difieren en qué átomos están unidos entre sí, mientras que los isómeros geométricos difieren solo en la disposición de los ligandos alrededor del ion metálico. Los ligandos adyacentes entre sí son cis, mientras que los ligandos uno frente al otro son trans.