幾何異構(順反與面經異構)
想像一張方桌,有四個座位,你要安排兩位一類客人和兩位另一類客人。你可以讓同類客人並排坐(相鄰),也可以讓他們正對面坐(相隔)。同樣的客人、同樣的桌子——卻是真正不同的座次。配合物的幾何異構正是如此:相同的配體、相同的金屬、相同的連接方式,但在金屬周圍的擺放不同。
最常見的形式是順反異構。在平面正方形的 MA2B2 配合物中(如鉑類藥物),兩個 A 配體可以彼此相鄰(順式 cis,相隔 90 度),也可以彼此相對(反式 trans,相隔 180 度)。八面體的 MA4B2 也一樣:兩個 B 配體相鄰為順式,處在兩極相對為反式。八面體的 MA3B3 出現另一種模式:三個 A 配體可以佔據八面體的一個三角面(面式 facial,縮寫 fac),也可以位於一個從極到極的子午面上(經式 meridional,縮寫 mer)。這些形式不破壞鍵就無法相互轉化,所以是可分離的、不同的化合物。注意完美的四面體配合物不存在順反異構,因為四個位置彼此等價、同樣相鄰。
幾何異構體是一類立體異構體(具體說是非對映異構體——不是鏡像),它們的性質可以差別巨大。最著名的例子是順鉑 cis-[PtCl2(NH3)2],一種重要的抗癌藥物,它的反式異構體對腫瘤的療效遠遜——原子相同、鍵相同,但順式排佈讓它能以關鍵的方式結合 DNA。因此判斷順式還是反式、面式還是經式,絕不是紙上練習;它可能就是一種藥物與一個無活性的「長得一樣」之間的差別。
cis-[PtCl2(NH3)2](順鉑)的兩個氯相鄰,是一線抗癌藥物;trans-[PtCl2(NH3)2] 的兩個氯相對,對順鉑所治療的腫瘤基本無效。原子和鍵完全相同——差別僅在順式與反式的幾何。
順鉑有效而其反式異構體基本無效——僅幾何之差就造成區別。
完美的四面體四配位配合物不存在順反異構,因為四個頂點彼此相鄰且等價。順反異構需要一種存在可區分的「相鄰」與「相對」位點的幾何,例如平面正方形或八面體。