Legante: composti di coordinazione

Il legante o ligando è uno ione o una molecola che si lega a un metallo per dare un composto di coordinazione la cui chimica si basa in gran parte sul lavoro di Alfred Werner, Premio Nobel per la Chimica nel 1913
Abitualmente il legante si comporta come una base di Lewis mentre l’atomo o lo ione metallico si comporta come un acido di Lewis. Tra loro tra loro avviene una reazione acido-base per formare un composto di coordinazione

Le caratteristiche tipiche del legante sono:

• Presenza di almeno una coppia solitaria di elettroni
• Capacità di donare la coppia solitaria di elettroni all’atomo o allo ione metallico centrale e formare con esso legami covalenti coordinati

Vi sono vari modi per classificare un legante sulla base della sua:

• Denticità
• Struttura molecolare complessa del composto di coordinazione
• Natura chimica

Denticità del legante

Un legante può coordinare l’atomo centrale utilizzando una coppia di elettroni o più di una coppia elettronica. Nel primo caso si dirà monodentato mentre nel secondo caso si dirà polidentato.

Esempi di leganti monodentati sono gli alogenuri X^–, l’ammoniaca, il monossido di carbonio, l’acqua, lo ione idrossido, cianuro e tiocianato.

Leganti bidentati come la etilendiammina, lo ione ossalato,  la fenantrolina e lo ione acetilacetonato sono basi di Lewis che donano due coppie  di elettroni a un atomo metallico.

L’etilendiammina è una molecola neutra contenente due atomi di N, ciascuno dei quali può donare una coppia di elettroni a un atomo di metallo.

La teoria VSEPR ci spiega la relazione tra geometria molecolare e ibridazione orbitale. Questo è il modo in cui abbiamo proceduto quando abbiamo descritto gli atomi di carbonio come ibridi sp, sp²  o sp³. Pertanto, se un metallo di transizione in un complesso di coordinazione ha un numero di coordinazione pari a 2 e se il complesso è lineare, l’atomo centrale è ibridato sp. Ad esempio, Ag[NH₃]₂ ⁺ , il cui numero di coordinazione è 2, ha orbitali s e p liberi disponibili per il legame. L’atomo d’argento è ibridato sp e il suo stato di ossidazione è +1  .

Il palladio metallico, Pd(0), ha una configurazione elettronica [Kr]4d¹⁰ . Pertanto, il livello energetico 4d è pieno e gli orbitali 5s e 5p sono vacanti. I complessi di coordinazione di Pd(0) che hanno quattro ligandi hanno una geometria tetraedrica in cui i ligandi sono collegati da orbitali ibridi sp³

Quelli a denticità mista  sono estremamente comuni e sono molecole lineari, ramificate o cicliche che contengono almeno due diversi gruppi donatori capaci di chelazione agli ioni metallici da parte di quei gruppi come leganti polidentati. Gli atomi donatori più comuni incontrati sono N, O, S e P, sebbene siano noti altri donatori come gli elementi del gruppo 14 (incluso C).

La chimica di coordinazione dei leganti donatori misti è molto estesa; tutti gli ioni metallici formano complessi donatori misti e il numero di isomeri possibili per complessi con donatori misti è solitamente maggiore rispetto ai leganti simmetrici di denticità comparabile.

Struttura molecolare complessa del composto di coordinazione

Un’altra classificazione dei leganti si basa sulla struttura molecolare complessa che formano nei composti di coordinazione. Secondo questa classificazione, i leganti sono divisi in:

• agenti chelanti che sono legati con lo stesso atomo o ione di metallo centrale formando una struttura di tipo ad anello. I leganti chelanti, infatti, generalmente formano una struttura ad anello attorno all’atomo o allo ione metallico centrale. L’esempio più comune è l’EDTA
• ambidentati che si legano all’atomo o ione metallico centrale attraverso più di un sito. L’esempio più comune è il tiocianato. Infatti sia lo zolfo che l’azoto possono legarsi all’atomo o ione metallico centrale dando MeSCN o MeNCS. Un altro esempio è lo ione nitrito NO₂^– che può legarsi tramite l’azoto o l’ossigeno

Natura chimica

Secondo questa classificazione,  sono suddivisi in leganti:

• organici neutri come la pirazina
• inorganici come il fluoruro
• organici anionici come l’ossalato
• organici cationici come i derivati della piridina