Isomeria nei complessi: stessa formula, sostanze diverse

Due complessi con la stessa identica formula possono essere sostanze diverse, con colori, reattività e perfino effetti farmacologici opposti. La causa è l’isomeria: lo stesso «contenuto» disposto in modo diverso nello spazio o connesso in modo diverso. Il caso del cisplatino, farmaco salvavita la cui forma «gemella» è inattiva, mostra quanto questa differenza possa essere decisiva.

Vediamo quali tipi di isomeria esistono nei complessi, in che cosa differiscono gli isomeri geometrici e ottici e perché la disposizione dei leganti cambia le proprietà.

Stessa formula, sostanze diverse

Si dicono isomeri due o più composti che hanno la stessa formula ma struttura diversa, e quindi proprietà diverse. Nei complessi l’isomeria è particolarmente ricca, perché i leganti possono disporsi attorno al metallo in vari modi e perfino legarsi attraverso atomi diversi. Si distinguono due grandi famiglie: l’isomeria strutturale (diverso modo di connettere gli atomi) e la stereoisomeria (stessa connessione, diversa disposizione nello spazio).

L’isomeria geometrica: cis e trans

La stereoisomeria geometrica riguarda la posizione relativa dei leganti. In un complesso planare quadrato o ottaedrico con leganti diversi, due leganti uguali possono trovarsi adiacenti (isomero cis) oppure opposti (isomero trans). Sembra una differenza minima, ma cambia forma, momento dipolare, colore e reattività. Il cisplatino [Pt(NH₃)₂Cl₂] ne è l’esempio principe: l’isomero cis è un potente antitumorale, il trans è inattivo, pur avendo identica formula.

L’isomeria ottica: complessi «mancini»

Alcuni complessi esistono in due forme che sono l’una l’immagine speculare dell’altra e non sono sovrapponibili, come la mano destra e la sinistra. Sono isomeri ottici (o enantiomeri), e la proprietà si chiama chiralità. Tipici sono i complessi ottaedrici con tre leganti bidentati, come [Co(en)₃]³⁺. I due enantiomeri hanno proprietà fisiche identiche, tranne il modo in cui ruotano la luce polarizzata e il comportamento verso altre molecole chirali — un aspetto cruciale in biologia e in farmacologia.

isomero cis ≠ isomero trans  |  enantiomero destro ≠ enantiomero sinistro

L’isomeria strutturale

Accanto alla stereoisomeria (cis/trans e ottica), che riguarda la disposizione nello spazio, esiste l’isomeria strutturale, in cui cambia proprio il modo in cui gli atomi sono connessi. Ne abbiamo già visto un caso, l’isomeria di legame. Un’altra forma comune è l’isomeria di ionizzazione: uno stesso insieme di atomi può dare composti diversi a seconda di quale ione sta dentro la sfera di coordinazione e quale fuori, come controione. Per esempio [Co(NH₃)₅Br]SO₄ e [Co(NH₃)₅SO₄]Br hanno la stessa formula complessiva, ma nel primo il bromuro è legato al metallo e il solfato è libero, nel secondo è il contrario: sciolti in acqua liberano ioni diversi e danno reazioni diverse. Esiste anche l’isomeria di idratazione, in cui cambia il numero di molecole d’acqua dentro o fuori la sfera di coordinazione. In tutti questi casi la formula «grezza» è identica, ma le sostanze sono chimicamente distinte, hanno proprietà differenti e vanno trattate, etichettate e registrate come composti diversi a tutti gli effetti.

Perché conta nella pratica

L’isomeria nei complessi non è una sottigliezza accademica: ha conseguenze concrete e a volte enormi. In farmaceutica, come per il cisplatino, solo un isomero è attivo e l’altro inutile o tossico, quindi la sintesi deve produrre e controllare l’isomero giusto. In catalisi, isomeri diversi hanno attività diverse. In analisi e nella produzione di pigmenti, gli isomeri mostrano colori diversi. Riconoscere che due sostanze con la stessa formula possono essere profondamente diverse, e saper distinguere gli isomeri, è una competenza importante per chi sintetizza, controlla o utilizza composti di coordinazione.

Domande frequenti

Che cosa sono gli isomeri di un complesso?

Sono complessi che hanno la stessa formula chimica ma struttura diversa, e quindi proprietà diverse. Si dividono in isomeri strutturali (gli atomi sono connessi in modo diverso) e stereoisomeri (stessa connessione, ma diversa disposizione nello spazio). L’isomeria è molto frequente nei complessi per la varietà di modi in cui i leganti possono disporsi attorno al metallo.

Qual è la differenza tra isomeri cis e trans?

Riguarda la posizione relativa di due leganti uguali attorno al metallo: nell’isomero cis sono adiacenti, nel trans sono opposti. Pur avendo la stessa formula, i due isomeri hanno forma, polarità, colore e reattività diversi. L’esempio più noto è il cisplatino: la forma cis è un farmaco antitumorale, la trans è inattiva.

Che cosa sono gli isomeri ottici?

Sono coppie di complessi che sono l’uno l’immagine speculare dell’altro e non si possono sovrapporre, come le due mani. Si chiamano anche enantiomeri e la proprietà è la chiralità. Hanno proprietà fisiche identiche tranne il modo in cui ruotano la luce polarizzata e il comportamento verso altre molecole chirali, importante in biologia e farmacologia.

Che cos’è l’isomeria di legame?

Si ha quando uno stesso legante può attaccarsi al metallo attraverso atomi donatori diversi. Per esempio lo ione nitrito può legarsi tramite l’azoto (forma «nitro») o tramite un ossigeno (forma «nitrito»), dando due complessi diversi, spesso di colore diverso. Dimostra che conta non solo quali leganti ci sono, ma anche da quale atomo si legano.

Perché l’isomeria è importante in farmacologia?

Perché isomeri diversi possono avere effetti biologici completamente diversi: uno può essere un farmaco efficace e l’altro inattivo o tossico. Il cisplatino lo dimostra: solo la forma cis si lega al DNA delle cellule tumorali ed è terapeutica. Per questo la sintesi dei farmaci a base di complessi deve produrre e controllare con precisione l’isomero corretto.