配位化學:結構與異構

配合物的旋光異構

舉起你的兩隻手。它們互為鏡像,可無論怎麼轉,你都無法把一隻完全疊在另一隻上面——左手套永遠戴不進右手。某些配合物正是如此:它們以兩種互為鏡像、卻不能重疊的形式存在。這就是旋光異構,這兩種形式稱為對映體(enantiomer)。

當一個配合物沒有內部鏡面、也沒有對稱中心——沒有任何能讓它的鏡像轉回到自身的內部對稱——它就是手性的(有「左右手之分」)。在配位化學中最常見的成因是螯合:帶三個雙齒配體的八面體配合物,如 [Co(en)3]3+,會擰成一個螺旋槳,分為左旋和右旋兩種形式,標記為 lambda 和 delta。某些 MA2B2 型螯合配合物的順式異構體也是手性的,而相應的反式異構體(含一個鏡面)則不是。「旋光」這個名字來自我們檢測它們的方式:兩個對映體在幾乎所有普通性質上都相同,但它們使偏振光的平面向相反方向等量旋轉,一個順時針(右旋),一個逆時針(左旋)。正是這樣一次對不含碳的手性配合物的旋光拆分,讓維爾納證明了他的幾何是真實的,堵住了那些聲稱只有碳才能成為手性來源的批評者的口。

旋光異構的意義遠不止是一樁奇聞:手性支配著分子如何與生物體那個「有手性」的環境相互作用,因此一個金屬配合物的兩個對映體可以有不同的生物效應,而手性金屬催化劑被工業用來選擇性地製造一種藥物的某一鏡像形式。重要的是:即便完全沒有螯合環,只要配合物的整體排佈缺乏任何鏡面對稱,它也可以是手性的;螯合只是讓手性變得常見而已。

[Co(en)3]3+ 沒有鏡面:它的三個乙二胺環像螺旋槳的槳葉一樣繞著鈷盤旋,而螺旋槳有左旋和右旋兩個版本。兩個對映體(lambda 和 delta)在其他方面完全相同,但使偏振光向相反方向旋轉。

三個螯合環使 [Co(en)3]3+ 成為一個螺旋槳,有不能重疊的左旋和右旋兩種形式。

旋光異構體(對映體)互為鏡像;幾何異構體(非對映體)則不是。反式 MA2B2 螯合物通常有一個鏡面、是非手性的,而其順式則可能是手性的——所以幾何與手性必須一起考察。

又稱
chirality of complexesenantiomerism对映异构手性配合物