Ligandos quelantes: definición, modelos y ejemplos

¿Qué son los ligandos quelantes?

Los ligandos con dos o más puntos de unión a átomos metálicos se denominan ligandos quelantes y los compuestos que producen se denominan quelatos , un nombre derivado de la palabra griega khele, o garra de cangrejo. Los ligandos no quelantes como el amoníaco (NH 3 ) son monodentados , con un punto de unión (un diente). Otros ligandos se describen como bidentados porque tienen dos puntos de unión. Un buen ejemplo es la etilendiamina (NH 2 CH 2 CH 2 NH 2 ), que puede unirse a un ión metálico a través de cada uno de los dos nitrógenos. Los ligandos quelantes pueden tener varios puntos de unión.

Etilendiamina

Los anillos quelantes pueden tener cualquier número de átomos. Los más comunes contienen cinco o seis átomos, incluido el ion metálico. Los anillos más pequeños tienen ángulos y distancias que provocan tensión, mientras que los anillos más grandes con frecuencia resultan en apiñamientos. Algunos ligandos pueden formar más de un anillo. El ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) puede formar cinco anillos utilizando los cuatro grupos carboxilato y los dos nitrógenos amínicos.

Complejo metal-EDTA

Aquí hay un breve vistazo a algunos ligandos quelantes comunes, incluidos sus nombres, abreviaturas, estructuras, sitios de unión y anillos quelantes:

Nombre	Abreviatura	Estructura	Sitios de encuadernación	Anillo de quelato
Etilendiamina (NH 2 CH 2 CH 2 NH 2 )	en		dos átomos de nitrógeno	Complejo con anillo de quelato de 5 miembros
Acetilacetona (CH 3 COCH 2 COCH 3 )	acac		dos átomos de oxígeno	Complejo con anillos quelatos de 6 miembros
Ácido etilendiaminotetraacético (C 10 H 16 N 2 O 8 )	EDTA		cuatro átomos de oxígeno y dos de nitrógeno	complejo de metal-EDTA con anillos de 6 miembros
Dimetilglioximato (C 4 H 8 N 2 O 2 )	DMG		dos átomos de oxígeno	Complejo de NiDMG con anillos de 5 miembros
Oxalato (C 2 O 4 2- )	buey		dos átomos de oxígeno	Oxalato
1,10 fenantrolina (C 12 H 8 N 2 )	Fen		dos átomos de nitrógeno	Complejo con anillos de 5 miembros
2,2 ‘bipiridina (C 10 H 8 N 2 )	bpy		dos átomos de nitrógeno	Complejo con anillos de 5 miembros

Nomenclatura: reglas y ejemplos

Los complejos quelantes pueden ser, bueno, complejos, por lo que a veces se necesitan prefijos especiales para evitar confusiones. Los prefijos bis-, tris-, tetrakis-, etc. se sustituyen por di-, tri-, tetra-, etc. Los nombres de los ligandos se colocan entre paréntesis después del prefijo.

Un buen ejemplo es la dimetilamina. Si no utilizamos bis- y tris-, la dimetilamina podría ser ” dos metilos conectados a una amina ((CH 3 ) 2 NH) ” o ” dos metilaminas ((CH 3 NH 2 ) 2 ) ” . Obviamente, eso no es suficiente, por lo que usamos dimetilamina para significar “dos metilos, una amina” y bis (metilamina) para significar “dos metilaminas”.

Aunque son útiles en cualquier complejo potencialmente ambiguo, bis- y tris- siempre se utilizan cuando di-, tri-, etc. ya están presentes en el nombre del ligando. Recuerde que los ligandos se nombran en orden alfabético y al metal se le asigna su estado de oxidación entre paréntesis.

Considere, por ejemplo, [Co ((NH 2 CH 2 CH 2 NH 2 ) 2 Cl 2 ] + – diclorobis (etilendiamina) cobalto (III). En este complejo, hay dos ligandos presentes: el ligando aniónico cloro y el etilendiamina ligando quelante neutro. El nombre “etilendiamina” en sí mismo contiene el término “di-“, por lo que “dos ligandos de etilendiamina” se escribe como “bis (etilendiamina)”.

Complejos metálicos internos

Los ligandos quelantes que tienen sitios donantes aniónicos pueden satisfacer simultáneamente la valencia secundaria (sitio de coordinación) y la valencia primaria (carga) en el ion metálico. Los complejos de quelatos de este tipo se denominan complejos metálicos internos o complejos internos.

Los complejos se denominan complejos internos de primer orden si el número de coordinación y la carga del ion metálico están exactamente equilibrados por el ligando. Son neutrales. Veamos bis (acetilacetonato) dihidroxoNi (II) para ver qué significa esto. La acetilacetona (acac) es un ligando aniónico bidentado que forma un anillo de quelato de seis miembros con un ion metálico. Como los otros metales de transición, el Ni tiene un número de coordinación (o valencia secundaria) de 6; aquí, tiene una carga +2 (esa es su valencia primaria), por lo que la valencia primaria del metal se satisface con los dos ligandos acac aniónicos, y la valencia secundaria se satisface con los 6 enlaces.

Ni (acac)
2 (H
2 O)
2

Los ligandos con sitios donantes aniónicos también pueden formar complejos en los que la carga aniónica total del ligando no equilibra exactamente la carga del ión metálico. Estos complejos con carga residual se denominan complejos metálicos internos de segundo orden . Algunos ejemplos son Na + [(acac)Co (II)] y K + [(acac)Pt (II) Cl 2 ]. En estos complejos, se satisface el número de coordinación (valencia secundaria) del metal, pero no se satisface la carga (valencia primaria) del metal.

Los complejos internos son volátiles y en su mayoría insolubles en agua, pero solubles en disolventes orgánicos. Tienen puntos de fusión bajos y colores intensos. Estas propiedades los hacen muy útiles en química analítica.

Resumen de la lección

Los ligandos con múltiples sitios donantes que pueden formar anillos estables de cinco a seis miembros con metales se denominan ligandos quelantes . Algunos ligandos quelantes comunes incluyen etilendiamina (en), acetilacetona (acac) y ácido etilendiaminotetraacético (EDTA). Cuando la valencia primaria (carga) y la valencia secundaria (el número de coordinación) del metal se satisfacen y el complejo es neutro, el complejo se denomina complejo metálico interno de primer orden . Cuando la valencia primaria (carga) y la valencia secundaria (el número de coordinación) del metal no se satisfacen internamente y el complejo tiene una carga residual, el complejo se denomina complejo metálico interno de segundo orden .