Compuestos de coordinación. Breve introducción a ese gran desconocido.

Una parte muy importante, interesante y bonita de la química es la conocida como química de la coordinación, encargada del estudio de los compuestos de coordinación o complejos, compuestos de gran importancia en diversas ramas de la ciencia, como pueden ser por ejemplo la bioquímica, y biología en general, la catálisis, o la ciencia de materiales. Sin embargo, por lo general, y exceptuando el grado en química, no se estudian como tal en la universidad. Por ello me dispongo a dar a conocer algunos conceptos básicos sobre estos compuestos.

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Alfred Werner, Premio Nobel de Química, en 1893 publica un estudio teórico sobre la estructura y las propiedades de unos compuestos amoniacales de Co(III) en presencia de aniones cloruro. El postulado fundamental de Werner sobre la teoría de la coordinación queda perfectamente definido mediante sus propias palabras:

“Aún cuando, a juzgar por el número de valencia, el poder de combinación de algunos átomos quede agotado, en la mayoría de los casos todavía poseen la capacidad de participar, además, en la construcción de moléculas complejas con la formación de enlaces atómicos bien definidos. La posibilidad de actuar de esta forma nos hace llegar a la conclusión de que, además de los enlaces de afinidad designados como valencias principales, los átomos son capaces de formar otros enlaces denominados valencias auxiliares.”

Sus postulados sobre la teoría de la coordinación establecen que un átomo metálico puede tener dos tipos de valencia. La valencia principal o ionizable se trata del conocido como estado de oxidación, +III en el Co(III) por ejemplo, y se satisface con contraiones negativos. La valencia secundaria, llamada número o índice de coordinación, se trata del número de especies que rodean al catión metálico, llamados ligandos. Dichos ligandos pueden ser especies con carga o neutras, monodentados o polidentados (conocidos como quelatos), y se dirigen de forma simétrica en el espacio alrededor del átomo metálico central. Por ejemplo, para un número de coordinación 6, estas valencias están dirigidas hacia los vértices de un octaedro, mientras que si es 4, la orientación es plano-cuadrada o tetraédrica, dependiendo de la naturaleza del átomo metálico.

Existe gran variedad de posibles figuras geométricas que puede tomar este tipo de compuestos, y, cuando hay varios tipos de ligando, se pueden dar bastantes tipos de isomerías, tanto estructurales como esteroisomería.

molecula rosado

Lo cierto es que si el lector ha estudiado una carrera como biología o bioquímica, aunque aún no se haya dado cuenta, conoce muchos compuestos de coordinación, sólo que nunca le habrán hablado de ellos como tal, por ejemplo la hemoglobina, donde el catión metálico se trataría del hierro II y sería el centro de un octaedro, con el anillo tetrapirrólico como ligando quelato formando la base del octaedro, y, según si se encuentra oxigenada o no, dos histidinas o una histidina y el oxígeno como “puntas” del octaedro.

Otros ejemplos serían el cobalto en la cianocobalamina (vitamina B12), o el magnesio en la clorofila. Básicamente, cualquier biomolécula en el que se encuentre presente un catión metálico se trata de un complejo, incluyendo una enorme cantidad de enzimas, debido a ello la gran importancia del estudio de este tipo de compuestos que comentaba al principio del artículo. Y de dicho estudio se encarga una rama de la química cuyo nombre en principio puede sonar algo contradictorio, la bioinorgánica, encargada, como su nombre indica, del estudio de las especies inorgánicas que intervienen en la vida, como el estudio de toxicidad por especies como el mercurio o el arsénico, biomineralización, o los propios compuestos de coordinación.

Aunque el estudio de las propiedades de los compuestos de coordinación es propio de textos especializados, y debido a la complejidad y extensión no trataremos dicho tema en este artículo, decir que dependiendo de la simetría e isomería del complejo, la naturaleza del catión metálico, la naturaleza de los ligandos, y el medio, propiedades como la estabilidad del complejo, la cinética, la química y la estructura electrónica (orbitales moleculares) del sistema pueden cambiar en gran medida, dando una infinidad de posibilidades. Debido a ello la importancia del uso de los compuestos de coordinación en ingeniería, catálisis, ciencia de materiales, medicina, etc.

Un ejemplo de esto serían las MOFs (metal-organic frameworks), polímeros de coordinación con ligandos de naturaleza orgánica, de gran popularidad actualmente en la investigación debido a su utilidad y potencial en aplicaciones como almacenamiento de gases, para motores de hidrógeno por ejemplo, purificación de gases, separación de gases, catálisis, sensores o supercondensadores.

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