Composés de coordination — Nomenclature et isomérie

Les composés de coordination sont des complexes métalliques dans lesquels un atome métallique central ou un ion métallique est lié à des ligands qui l’entourent. Pour en nommer un, il faut d’abord séparer la sphère de coordination entre crochets des éventuels contre-ions, puis nommer les ligands, puis le métal et son état d’oxydation. Pour repérer une isomérie, demandez-vous si une même formule globale peut différer par l’agencement ou par les liaisons.

Ce sont les deux questions que les étudiants visent généralement lorsqu’ils cherchent la nomenclature et l’isomérie des composés de coordination. Quel est le nom correct, et une même formule peut-elle représenter plus d’un composé ?

À quoi ressemble un composé de coordination

Dans une formule comme $[Co(NH_3)_6]Cl_3$, la partie entre crochets est la sphère de coordination. Ici, six ligands ammoniac sont directement liés au cobalt. Les trois ions chlorure hors des crochets sont des contre-ions, pas des ligands dans cette formule écrite.

Cette distinction est importante pour la nomenclature. Les ligands à l’intérieur de la sphère de coordination sont nommés comme faisant partie de l’ion complexe. Les ions hors des crochets sont nommés séparément, comme dans les autres composés ioniques.

Comment nommer un composé de coordination étape par étape

Une méthode fiable de nomenclature est la suivante :

• nommer les ligands avant le métal
• utiliser les noms spéciaux des ligands lorsque c’est nécessaire, comme ammine pour $NH_3$ et aqua pour $H_2O$
• utiliser des noms comme chlorido, cyanido ou hydroxido pour les ligands anioniques courants dans la nomenclature IUPAC moderne
• utiliser des préfixes comme di-, tri- et tétra- pour indiquer combien de chaque ligand sont présents
• classer les ligands par ordre alphabétique selon le nom du ligand, et non selon le préfixe
• écrire l’état d’oxydation du métal en chiffres romains

Si l’ion complexe est anionique, le nom du métal prend généralement une forme en $-ate$. Comme ces formes ne sont pas toujours évidentes à première vue, il vaut mieux vérifier le nom standard plutôt que de le deviner.

Pour les composés de coordination complets, on nomme le cation avant l’anion. Si le complexe lui-même est le cation, son contre-anion est nommé ensuite. Si le complexe lui-même est l’anion, l’ion positif est nommé en premier.

Exemple traité : $[Pt(NH_3)_2Cl_2]$

Ce complexe neutre est un bon exemple, car il montre à la fois la nomenclature et l’isomérie géométrique.

Commencez par l’état d’oxydation du platine. L’ammoniac est un ligand neutre, tandis que chaque chlorure coordonné apporte $-1$.

$$x + 2(0) + 2(-1) = 0$$

Donc

$$x = +2$$

Nommez maintenant les ligands. Il y a deux ligands ammine et deux ligands chlorido. Par ordre alphabétique, ammine vient avant chlorido, donc le nom de base est diammine dichloridoplatine(II).

Mais cette formule peut être arrangée de deux façons plan carré différentes :

• cis : les deux ligands chlorido sont adjacents
• trans : les deux ligands chlorido sont opposés

Les deux isomères sont donc cis-diammine dichloridoplatine(II) et trans-diammine dichloridoplatine(II).

Ils ont la même formule et la même connectivité, mais un arrangement spatial différent. C’est une isomérie géométrique. C’est la même idée que derrière les noms usuels cisplatine et transplatin.

Quels types d’isomérie comptent le plus

Isomérie géométrique

C’est l’exemple initial le plus courant. Dans les complexes plan carré et octaédriques, les ligands peuvent occuper des positions relatives différentes même lorsque la formule reste la même. Les désignations familières sont cis et trans, et dans certains cas octaédriques fac et mer.

Ce type d’isomérie dépend de la géométrie. Si la forme du complexe ou la disposition des ligands ne permet pas de positions distinctes, alors les noms cis et trans ne s’appliquent pas.

Isomérie optique

Certains complexes de coordination peuvent former des paires d’images miroir non superposables. Ce sont des isomères optiques. Ils ont la même connectivité et souvent le même schéma de nomenclature de base, mais ils diffèrent par leur chiralité.

On rencontre généralement cela dans certains complexes octaédriques, surtout lorsque la disposition des ligands rend le complexe chiral. La condition clé est la chiralité : si le complexe possède un plan de symétrie ou un autre élément de symétrie qui supprime cette chiralité, l’isomérie optique n’apparaît pas.

Isomérie structurelle

Les isomères structurels ont la même composition globale, mais diffèrent par ce qui est lié à quoi, ou par ce qui se trouve à l’intérieur ou à l’extérieur de la sphère de coordination.

Un cas important est l’isomérie de liaison, où un ligand ambidentate se fixe par des atomes donneurs différents. Un autre est l’isomérie d’ionisation, où un ligand et un contre-ion échangent leur place si la composition le permet. Dans les deux cas, le nom change parce que la description des liaisons change.

Erreurs fréquentes

Traiter tous les chlorures de la même façon

Un ion chlorure hors des crochets se nomme chlorure. Un ligand chlorure coordonné à l’intérieur des crochets se nomme chlorido. Confondre les deux conduit à un nom incorrect.

Utiliser les préfixes pour l’ordre alphabétique

L’ordre alphabétique repose sur les noms des ligands, pas sur di-, tri- ou tétra-. Ainsi, ammine est classé à a, et non à d.

Oublier que certains ligands sont neutres

$NH_3$ et $H_2O$ sont des ligands neutres courants. Si vous les traitez comme chargés lors du calcul de l’état d’oxydation, le nombre d’oxydation du métal sera faux.

Supposer que tout complexe à ligands répétés possède des isomères cis/trans

Cela ne fonctionne que si la géométrie et la disposition des ligands permettent réellement des positions différentes. La formule seule ne suffit pas.

Où apparaissent les composés de coordination

Ce sujet apparaît dans toute la chimie de coordination, la chimie des métaux de transition, l’analyse qualitative, la catalyse et la chimie bioinorganique. Même si vous ne vous spécialisez jamais dans ces domaines, les règles de nomenclature vous aident à lire correctement les formules et à ne pas manquer le fait que deux composés sont en réalité des isomères différents.

Cela développe aussi une habitude utile : ne pas lire une formule comme une simple liste d’atomes. En chimie de coordination, la position, la charge et le mode de liaison comptent tous.

Essayez un problème de nomenclature similaire

Essayez de nommer $[Co(NH_3)_5Cl]Cl_2$. Commencez par séparer la sphère de coordination des contre-ions. Calculez ensuite l’état d’oxydation du cobalt et vérifiez quel chlorure est un ligand et quels chlorures sont hors des crochets. Cet exercice suffit souvent à rendre la notation entre crochets vraiment claire.