配位化學:結構與異構

配合物的結構異構

兩個盒子可以裝著同一套玩具,卻以不同方式擺放——一個玩具放在蓋子裡,另一個放在蓋子外。配位化合物也是如此:兩個化合物可以含有完全相同的原子、相同的總化學式,卻把這些原子連接得不一樣。當差別在於哪些原子與哪些原子成鍵(即連接方式本身)時,這兩者就是結構異構體。

配合物的結構(構造)異構主要有四種,每種都關乎什麼放在什麼位置。電離異構體把一個基團在配位球內與作為外界抗衡離子之間互換,因而在溶液中給出不同的離子:[Co(NH3)5Br]SO4 對 [Co(NH3)5SO4]Br——前者釋放硫酸根,後者釋放溴。水合(或溶劑合)異構體的差別在於水是結合的配體還是僅僅是晶格結晶水,著名例子是 CrCl3·6H2O 的三種形式,分別結合零、一、二個氯,其餘為自由水。配位異構出現在陽離子和陰離子都是配合物、且配體在兩個金屬之間分佈不同時,如 [Co(NH3)6][Cr(CN)6] 對 [Cr(NH3)6][Co(CN)6]。鍵合異構來自兩可配體,差別僅在於某個配體的哪個配位原子被結合(硝基 M-NO2 對亞硝酸根 M-ONO)。

結構異構之所以重要,是因為這些異構體是真正不同的物質——顏色、溶解度、電導和化學檢驗各不相同——儘管一個簡單的化學式無法區分它們。在歷史上,辨認電離異構體和水合異構體(通過沉澱出自由離子,或測量電導)是維爾納證明配位球真實存在的方法之一。它不同於立體異構,後者連接方式相同、僅空間排佈不同。

電離異構體 [Co(NH3)5Br]SO4 和 [Co(NH3)5SO4]Br 化學式相同,行為卻不同:前者釋放出自由硫酸根(與鋇生成沉澱),同時把溴保持在內界;後者釋放出自由溴(與銀生成沉澱),同時把硫酸根保持在內界。一個簡單的檢驗就能把它們區分開。

電離異構體在溶液中釋放不同的離子,因此沉澱檢驗可將其區分。

結構異構體在連接方式上不同(什麼與什麼成鍵,或在配位球內還是外);立體異構體連接方式完全相同,僅空間排佈不同。在歸類任何一對異構體時,要把這兩大類分開。

又稱
constitutional isomerism of complexes结构异构现象构造异构