配位化学:结构与异构

几何异构(顺反与面经异构)

想象一张方桌,有四个座位,你要安排两位一类客人和两位另一类客人。你可以让同类客人并排坐(相邻),也可以让他们正对面坐(相隔)。同样的客人、同样的桌子——却是真正不同的座次。配合物的几何异构正是如此:相同的配体、相同的金属、相同的连接方式,但在金属周围的摆放不同。

最常见的形式是顺反异构。在平面正方形的 MA2B2 配合物中(如铂类药物),两个 A 配体可以彼此相邻(顺式 cis,相隔 90 度),也可以彼此相对(反式 trans,相隔 180 度)。八面体的 MA4B2 也一样:两个 B 配体相邻为顺式,处在两极相对为反式。八面体的 MA3B3 出现另一种模式:三个 A 配体可以占据八面体的一个三角面(面式 facial,缩写 fac),也可以位于一个从极到极的子午面上(经式 meridional,缩写 mer)。这些形式不破坏键就无法相互转化,所以是可分离的、不同的化合物。注意完美的四面体配合物不存在顺反异构,因为四个位置彼此等价、同样相邻。

几何异构体是一类立体异构体(具体说是非对映异构体——不是镜像),它们的性质可以差别巨大。最著名的例子是顺铂 cis-[PtCl2(NH3)2],一种重要的抗癌药物,它的反式异构体对肿瘤的疗效远逊——原子相同、键相同,但顺式排布让它能以关键的方式结合 DNA。因此判断顺式还是反式、面式还是经式,绝不是纸上练习;它可能就是一种药物与一个无活性的“长得一样”之间的差别。

cis-[PtCl2(NH3)2](顺铂)的两个氯相邻,是一线抗癌药物;trans-[PtCl2(NH3)2] 的两个氯相对,对顺铂所治疗的肿瘤基本无效。原子和键完全相同——差别仅在顺式与反式的几何。

顺铂有效而其反式异构体基本无效——仅几何之差就造成区别。

完美的四面体四配位配合物不存在顺反异构,因为四个顶点彼此相邻且等价。顺反异构需要一种存在可区分的“相邻”与“相对”位点的几何,例如平面正方形或八面体。

又称
cis-trans isomerismfac-mer isomerismdiastereomerism顺反异构面式经式异构