Номенклатура координационных соединений ИЮПАК: правила и примеры

Номенклатура координационных соединений по ИЮПАК - это набор формальных правил, которые позволяют по формуле комплекса однозначно построить его название и наоборот. На первый взгляд правила кажутся громоздкими: нужно расставить лиганды в правильном порядке, выбрать приставки, не перепутать заряд комплексного иона и определить степень окисления металла. На деле всё сводится к нескольким чётким шагам, которые мы здесь разберём на конкретных примерах от $[\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]\text{Cl}$ до гексацианоферратов.

Из чего состоит координационное соединение

Прежде чем называть комплекс, нужно увидеть его строение. В координационном соединении выделяют центральный атом (комплексообразователь) - обычно ион переходного металла, и окружающие его лиганды - молекулы или ионы, связанные с центром донорно-акцепторной связью. Вместе они образуют внутреннюю сферу, которую в формуле заключают в квадратные скобки. Всё, что вне скобок, - внешняя сфера (противоионы).

Число связей лиганд–металл задаёт координационное число. Например, в $[\text{Cu}(\text{NH}_3)_4]^{2+}$ четыре молекулы аммиака координируются к меди, координационное число равно 4. Самые распространённые координационные числа - 2 (линейная геометрия), 4 (тетраэдр или плоский квадрат) и 6 (октаэдр); геометрия влияет на возможную изомерию, о которой пойдёт речь ниже. Заряд комплексного иона складывается из степени окисления металла и суммы зарядов лигандов - именно это соотношение мы будем использовать дальше для определения степени окисления.

Важно различать внутреннюю и внешнюю сферу не только формально. Лиганды внутренней сферы связаны прочной донорно-акцепторной связью и не диссоциируют в растворе, тогда как противоионы внешней сферы отщепляются как у обычной соли. Именно поэтому в $[\text{Co}(\text{NH}_3)_6]\text{Cl}_3$ хлорид-ионы дают осадок с нитратом серебра, а в $[\text{Pt}(\text{NH}_3)_2\text{Cl}_2]$ хлорид внутри скобок - нет: он часть комплекса. Это различие отражается и в названии: всё, что в скобках, входит в одно слово, внешняя сфера называется отдельно.

Чтобы не собирать название вручную каждый раз, удобно сначала прогнать формулу через инструмент, а потом проверить логику по шагам.

Порядок: сначала катион, потом анион

Как и для обычных солей, в названии координационного соединения сначала идёт катионная часть, затем анионная - независимо от того, какая из них комплексная. В $\text{K}_3[\text{Fe}(\text{CN})_6]$ сначала называют калий (внешняя сфера, катион), затем комплексный анион: гексацианоферрат(III) калия. В $[\text{Co}(\text{NH}_3)_6]\text{Cl}_3$ наоборот: комплексный катион гексаамминкобальт(III), затем хлорид.

Внутри названия самого комплекса порядок другой: сначала перечисляют лиганды, затем центральный атом. Это противоположно записи формулы, где металл стоит первым. Такое «зеркало» - частый источник ошибок у новичков.

Как называть и упорядочивать лиганды

Лиганды в названии перечисляют в алфавитном порядке по их названию (без учёта умножающих приставок). Названия зависят от типа лиганда:

• Анионные лиганды получают окончание -о: $\text{Cl}^-$ - хлоридо, $\text{CN}^-$ - циано, $\text{OH}^-$ - гидроксо, $\text{SO}_4^{2-}$ - сульфато, $\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$ - оксалато.
• Нейтральные лиганды обычно сохраняют название молекулы, но есть важные исключения: $\text{H}_2\text{O}$ - аква, $\text{NH}_3$ - аммин (с двумя «м»), $\text{CO}$ - карбонил, $\text{NO}$ - нитрозил.

Число одинаковых простых лигандов обозначают приставками ди-, три-, тетра-, пента-, гекса-. Для сложных лигандов или тех, чьё название уже содержит такую приставку (например, этилендиамин), используют бис-, трис-, тетракис-, а само название берут в скобки: $[\text{Co}(\text{en})_3]^{3+}$ - трис(этилендиамин)кобальт(III).

Так название $[\text{Cr}(\text{H}_2\text{O})_4\text{Cl}_2]^+$ собирается как: тетрааквадихлоридохром(III) - «аква» по алфавиту раньше «хлоридо», приставки тетра- и ди- умножающие.

Отдельно стоит запомнить хелатные (полидентатные) лиганды, занимающие сразу несколько координационных мест: этилендиамин (en, бидентатный), оксалат (ox), ЭДТА (гексадентатный). Их дентатность напрямую влияет на координационное число и устойчивость комплекса, поэтому в названии их всегда выделяют приставками бис-/трис- и скобками, чтобы не спутать умножающую приставку с частью имени лиганда.

Степень окисления и заряд: способ Штока и способ Эвенса–Бассета

После названия центрального атома указывают его степень окисления римской цифрой в скобках - это способ Штока: гексацианоферрат(III). Степень окисления находят из баланса зарядов: заряд комплексного иона равен сумме степени окисления металла и зарядов всех лигандов.

Для $[\text{Fe}(\text{CN})_6]^{3-}$: пусть степень окисления железа равна $x$. Шесть цианид-ионов несут заряд $6 \cdot (-1) = -6$. Тогда

$x + (-6) = -3 \implies x = +3.$

Существует и альтернативный способ Эвенса–Бассета: вместо степени окисления в скобках указывают заряд комплексного иона арабской цифрой со знаком, например гексацианоферрат(3−) калия. Для учебных задач чаще требуют способ Штока, но оба допускаются ИЮПАК.

Окончание -ат для комплексных анионов

Если комплексный ион несёт отрицательный заряд (стоит в анионной части), к названию металла добавляют суффикс -ат, а для ряда металлов используют латинский корень:

• железо → феррат, медь → купрат, свинец → плюмбат, олово → станнат, серебро → аргентат, золото → аурат.

Например, $[\text{Al}(\text{OH})_4]^-$ - тетрагидроксоалюминат, $[\text{Zn}(\text{OH})_4]^{2-}$ - тетрагидроксоцинкат. Если же комплекс - катион или нейтрален, металл называют по-русски без суффикса: $[\text{Cu}(\text{NH}_3)_4]^{2+}$ - тетраамминмедь(II).

Эта логика тесно связана с устойчивостью комплекса в растворе - насколько прочно лиганды удерживаются центром, описывает константа устойчивости и её ступенчатые значения.

Разбор готовых примеров

Закрепим правила на четырёх типичных формулах - от простого к составному.

$\text{K}_4[\text{Fe}(\text{CN})_6]$. Внешняя сфера - четыре иона калия (катион), внутренняя - комплексный анион $[\text{Fe}(\text{CN})_6]^{4-}$. Шесть цианид-лигандов: гексациано-. Комплекс анионный, металл железо → феррат. Степень окисления: $x + 6\cdot(-1) = -4$, откуда $x = +2$. Итог: гексацианоферрат(II) калия.

$[\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]\text{Cl}$. Комплексный катион $[\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]^+$ и хлорид-противоион. Два нейтральных лиганда аммин: диаммин-. Серебро в катионе называется по-русски без суффикса -ат. Степень окисления: $x + 0 = +1$, $x = +1$. Итог: хлорид диамминсеребра(I).

$[\text{Co}(\text{NH}_3)_5\text{Cl}]\text{SO}_4$. Внутри пять амминов и один хлоридо. По алфавиту «аммин» раньше «хлоридо»: пентаамминхлоридо-. Заряд внутренней сферы: $+3 + 5\cdot 0 + (-1) = +2$, что уравновешивается сульфатом $\text{SO}_4^{2-}$. Степень окисления кобальта $+3$. Итог: сульфат пентаамминхлоридокобальта(III).

$\text{Na}_2[\text{Zn}(\text{OH})_4]$. Анионный комплекс с четырьмя гидроксо-лигандами: тетрагидроксо-, металл цинк → цинкат. Степень окисления: $x + 4\cdot(-1) = -2$, $x = +2$. Итог: тетрагидроксоцинкат(II) натрия.

Изомерия и уточнения в названиях

Для комплексов с разной геометрией ИЮПАК предусматривает приставки, фиксирующие изомерию:

• цис-/транс- для плоскоквадратных и октаэдрических комплексов: цис-$[\text{Pt}(\text{NH}_3)_2\text{Cl}_2]$ (цисплатин) и транс-изомер.
• фац-/мер- (facial/meridional) для октаэдрических комплексов типа $[\text{MA}_3\text{B}_3]$.
• Δ/Λ для оптических изомеров хелатов вроде $[\text{Co}(\text{en})_3]^{3+}$.

Амбидентатные лиганды, способные связываться разными атомами, уточняют по донорному атому: $\text{NO}_2^-$ через азот - нитрито-$\kappa N$ (старое «нитро»), через кислород - нитрито-$\kappa O$ (старое «нитрито»). Геометрия и тип расщепления уровней, в свою очередь, разбираются в теории кристаллического поля для октаэдрического комплекса.

Частые ошибки

• Перепутан порядок металл/лиганды. В формуле металл первый, в названии - последний. Сначала всегда лиганды.
• Лиганды не по алфавиту. Сортируют по названию лиганда, игнорируя приставки ди-/три-: «аква» идёт раньше «хлоридо», хотя приставки тетра- и ди-.
• Забыто окончание -ат у аниона. Если комплекс заряжен отрицательно, металл получает суффикс -ат и часто латинский корень (феррат, а не железо).
• Неверно посчитана степень окисления. Нужно учитывать заряды всех лигандов и общий заряд иона; нейтральные лиганды (аква, аммин) заряда не вносят.
• «Аммин» написан с одной «м». Лиганд $\text{NH}_3$ - аммин (две «м»); амин с одной «м» - это органическое соединение.

FAQ

Когда использовать бис-/трис- вместо ди-/три-? Когда название лиганда само содержит умножающую приставку или является сложным (этилендиамин, бипиридин). Тогда берут бис-, трис-, тетракис-, а название лиганда заключают в скобки: бис(этилендиамин).

Как определить степень окисления металла в комплексе? Из уравнения баланса: степень окисления металла равна заряду комплексного иона минус сумма зарядов всех лигандов. Для $[\text{PtCl}_6]^{2-}$ это $-2 - 6\cdot(-1) = +4$.

Чем способ Штока отличается от способа Эвенса–Бассета? Способ Штока указывает степень окисления металла римской цифрой - феррат(III). Способ Эвенса–Бассета указывает заряд всего комплексного иона арабской цифрой со знаком - феррат(3−). Оба варианта разрешены ИЮПАК.

Коротко

Чтобы назвать координационное соединение по ИЮПАК, сначала называют катион, затем анион; внутри комплекса - лиганды в алфавитном порядке (с приставками ди-/три- или бис-/трис-), затем центральный атом со степенью окисления в скобках. Анионные лиганды получают окончание -о, ключевые нейтральные - аква, аммин, карбонил. Если комплекс заряжен отрицательно, металл получает суффикс -ат и нередко латинский корень. Степень окисления находят из баланса зарядов, а изомерию фиксируют приставками цис-/транс-, фац-/мер- и Δ/Λ.