결합 이성질체

1. 개요

결합 이성질체는 배위 화합물에서 리간드가 중심 금속 이온에 결합하는 방식이 다른 이성질체 현상을 의미한다. 이러한 현상은 니트로펜타암민코발트(III) 염화물([Co(NH₃)₅(NO₂)]Cl₂)에서 처음 관찰되었으며, 이 화합물은 니트로기가 질소 또는 산소를 통해 배위하는 두 가지 이성질체를 갖는다. 1800년대 후반에 이들의 존재가 알려졌지만, 구조적 차이는 1907년에 밝혀졌으며, 붉은색 이성질체가 자외선 조사에 의해 노란색 이성질체로 변환되는 현상도 확인되었다.

2. 역사

결합 이성질체 현상은 니트로펜타암민코발트(III) 염화물에서 처음 관찰되었다. 1800년대 후반부터 이러한 이성질체의 존재는 알려져 있었지만, 그 구조적 차이는 1907년에 이르러서야 설명되었다. 이후 자외선 조사 시 붉은색 이성질체가 노란색 이성질체로 변환된다는 것이 밝혀졌다. 이 현상은 니트리토 이성질체(Co-ONO^영어)에서 니트로 이성질체(Co-NO2^영어)로의 분자 내 재배열을 통해 일어난다.

2.1. 니트로펜타암민코발트(III) 염화물

이 양이온성 코발트 착물은 두 가지 결합 이성질체로 분리될 수 있다. 노란색 이성질체에서는 니트로 리간드가 질소를 통해 중심 금속 이온(Co)에 배위 결합한다. (Co-NO₂) 붉은색 이성질체는 니트리토 리간드가 산소 원자를 통해 중심 금속 이온(Co)에 배위 결합한다. (Co-ONO) O-결합 이성질체는 [Co(NH₃)₅(ONO)]²⁺로도 표현된다. 이러한 이성질체의 존재는 1800년대 후반부터 알려졌지만, 그 차이점은 1907년에야 설명되었다. 이후 자외선 조사 시 붉은색 이성질체가 노란색 이성질체로 변환된다는 것이 밝혀졌다. 이 특정 예에서, 니트리토 이성질체(Co-ONO)로부터 니트로 이성질체(Co-NO₂)의 형성은 분자 내 재배열에 의해 일어난다.

2.2. 발견 및 연구

[[Co(NH₃)₅(NO₂)]Cl₂]는 결합 이성질체가 처음으로 보고된 화합물이다. 코발트 중심 금속 양이온의 배위 화합물은 두 개의 다른 결합 이성질체를 가진다. 노란색 이성질체에서 나이트로(nitro) 리간드는 질소 원자를 통해 배위 결합하며, 붉은색 이성질체에서 나이트리토(nitrito) 리간드는 산소 원자를 통해 배위 결합한다. 산소가 결합한 이성질체는 [Co(NH₃)₅(ONO)]²⁺로도 표현된다. 이러한 구조 이성질체의 존재는 1800년대에도 알려져 있었지만, 그 구조적 차이는 1907년에 이르러서야 설명되었다. 붉은색 이성질체가 자외선을 받으면 노란색 이성질체로 변환된다는 사실이 밝혀졌으며, 이는 나이트로 이성질체(Co-NO₂)가 나이트리토 이성질체(Co-ONO)의 분자 구조 재배열을 통해 형성되기 때문이다. 따라서 이성질체화 과정 동안 결합이 깨지지는 않는다.

2.3. 구조 예시