Isomerie von Komplexverbindungen

Komplexe (Koordinationsverbindungen) bestehen aus einem Zentralteilchen und anorganischen oder organischen Liganden, die die Ligandenhülle bilden.
Die Koordinationszahl (KZ) gibt die Anzahl der Liganden an, die an das Zentralteilchen gebunden sind und bedingt die räumliche Anordnung der Liganden um das Zentralteilchen. Die häufigsten Koordinationszahlen sind 2 (linear), 4 (tetraedrisch oder quadratisch-planar) und 6 (oktaedrisch).
Bildet sich eine Komplexverbindung aus verschiedenen Liganden, oder liegen verschiedene Liganden in einem Komplex vor, können unterschiedliche Isomere auftreten.

Konfigurationsisomerie (Stereoisomerie)

Stereoisomere Komplexe besitzen dieselbe Konstitution (Verknüpfung der Atome), aber einen unterschiedlichen räumlichen Aufbau. Der Konfigurationsisomerie werden drei Untergruppen zugeordnet.
Bei quadratisch-planaren und oktaedrischen Komplexen kann die cis/trans-Isomerie auftreten, wenn in dem Komplex verschiedene Liganden gebunden sind, von denen einer doppelt vorhanden ist (Bild 3). Stehen die gleichen Liganden sich gegenüber, handelt es sich um die trans-Form, stehen sie nebeneinander, liegt die cis-Form vor. ${\text{[Pt(NH}}_{\text{3}}{\text{)}}_{\text{2}}{\text{Cl}}_{\text{2}}{\text{] und [Cr(NH}}_{\text{3}}{\text{)}}_{\text{4}}{\text{Cl}}_{\text{2}}{\text{]}}^{\text{+}}$ sind zwei Beispiele für diese Art der Isomerie. Bei tetraedrischen Komplexen ist die cis-trans-Isomerie unmöglich.

Die dritte Untergruppe der Stereoisomerie ist die Spiegelbildisomerie (optische Isomerie), welche eine wichtige Form der Isomerie bei organischen Molekülen ist, zum Beispiel bei den Aminosäuren und den Kohlenhydraten. Die optische Isomerie tritt in tetraedrischen und oktaedrischen Komplexen auf, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten und nicht zur Deckung gebracht werden können. In der richtigen räumlichen Orientierung kann man eine Spiegelebene zwischen beide Komplexe legen (Bild 5). Die Vertreter der optischen Isomere sind die einzigen, welche identische physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen, bis auf die Tatsache, dass sie die Schwingungsebene von linear polarisiertem Licht in entgegengesetzte Richtungen, aber um den gleichen Betrag drehen.

Ionenisomerie

In einem auskristallisierten Komplexsalz, das unterschiedliche Anionen enthält, können diese sowohl koordinativ als Liganden gebunden sein als auch als Gegenionen zum Komplexkation fungieren. Je nachdem, welche Anionen wie gebunden sind, liegen unterschiedliche Ionenisomere vor (Bild 7). Die Eigenschaften des Komplexes (z. B. Farbe) sind davon abhängig, welches der Ionen als Ligand gebunden ist. Das andere Ion liegt dissoziiert vom Komplex vor, wenn man die Kristalle in Wasser löst. Durch Fällungsreaktionen lässt sich untersuchen, welches der Ionen koordinativ gebunden ist.

Koordinationsisomerie

Es gibt komplexe Salze, bei denen es sich sowohl beim Anion als auch beim Kation um eine Komplexion handelt. Ein Beispiel dafür ist Tetraamminplatin(II)-tetrachloroplatinat(II) ${\text{[Pt(NH}}_{\text{3)}}{}_{\text{4}}{\text{][Pt(Cl)}}_{\text{4}}\text{]}\text{.}$.
Koordinationsisomere sind Salze, bei denen Kation und Anion Komplexe sind, die aber unterschiedliche Liganden (oder Ligandenkombinationen) gebunden haben (Bild 9).
Von dem erwähnten Platinsalz gibt es zwei verschiedene Isomere: Im ersten Fall haben beide Platin-Ionen vier gleiche Liganden. Im zweiten Fall ist ein Ligand ausgetauscht, man erhält Triamminmonochloroplatin(II) und Monoammintrichloroplatinat(II).
Werden zwei Liganden ausgetauscht, sind die entstehenden Teilchen elektrisch neutral, sie bilden also kein Salz.

Auch wenn die Zentralteilchen unterschiedlich sind, können Koordinationsisomere auftreten. Ein Beispiel hierfür sind die isomeren Komplexsalze Hexaammincobalt(III)-hexacyanochromat(III) ${\text{[Co(NH}}_{\text{3}}{\text{)}}_{\text{6}}{\text{][Cr(CN)}}_{\text{6}}\text{]}$ und Hexaamminchrom(III)-hexacyanocobaltat(III) ${\text{[Cr(NH}}_{\text{3}}{\text{)}}_{\text{6}}{\text{][Co(CN)}}_{\text{6}}\text{]}$.