配合物的旋光异构
举起你的两只手。它们互为镜像,可无论怎么转,你都无法把一只完全叠在另一只上面——左手套永远戴不进右手。某些配合物正是如此:它们以两种互为镜像、却不能重叠的形式存在。这就是旋光异构,这两种形式称为对映体(enantiomer)。
当一个配合物没有内部镜面、也没有对称中心——没有任何能让它的镜像转回到自身的内部对称——它就是手性的(有“左右手之分”)。在配位化学中最常见的成因是螯合:带三个双齿配体的八面体配合物,如 [Co(en)3]3+,会拧成一个螺旋桨,分为左旋和右旋两种形式,标记为 lambda 和 delta。某些 MA2B2 型螯合配合物的顺式异构体也是手性的,而相应的反式异构体(含一个镜面)则不是。“旋光”这个名字来自我们检测它们的方式:两个对映体在几乎所有普通性质上都相同,但它们使偏振光的平面向相反方向等量旋转,一个顺时针(右旋),一个逆时针(左旋)。正是这样一次对不含碳的手性配合物的旋光拆分,让维尔纳证明了他的几何是真实的,堵住了那些声称只有碳才能成为手性来源的批评者的口。
旋光异构的意义远不止是一桩奇闻:手性支配着分子如何与生物体那个“有手性”的环境相互作用,因此一个金属配合物的两个对映体可以有不同的生物效应,而手性金属催化剂被工业用来选择性地制造一种药物的某一镜像形式。重要的是:即便完全没有螯合环,只要配合物的整体排布缺乏任何镜面对称,它也可以是手性的;螯合只是让手性变得常见而已。
[Co(en)3]3+ 没有镜面:它的三个乙二胺环像螺旋桨的桨叶一样绕着钴盘旋,而螺旋桨有左旋和右旋两个版本。两个对映体(lambda 和 delta)在其他方面完全相同,但使偏振光向相反方向旋转。
三个螯合环使 [Co(en)3]3+ 成为一个螺旋桨,有不能重叠的左旋和右旋两种形式。
旋光异构体(对映体)互为镜像;几何异构体(非对映体)则不是。反式 MA2B2 螯合物通常有一个镜面、是非手性的,而其顺式则可能是手性的——所以几何与手性必须一起考察。