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En chimie, un ligand est un atome, une molécule ou un ion, qu’il soit monoatomique ou polyatomique, qui donne une paire non partagée d’électrons (paire lâche d’électrons) pour former une liaison covalente dative ou coordonnée avec un atome neutre ou un cation central . Le composé ainsi formé est souvent appelé complexe de coordination.
En fonction de la charge électrique du ligand et de l’atome ou de l’ion central, le complexe coordonné peut ou non avoir une charge électrique nette. S’il est neutre, il est généralement considéré comme un composé de coordination , et s’il est ionique, il est appelé ion complexe . En outre, tout sel formé par un ion complexe avec un contre-ion approprié est appelé « sel complexe » .
Les ligands peuvent avoir des structures et des compositions très diverses. Cependant, chaque ligand doit avoir au moins un atome qui a une paire libre ou non partagée d’électrons de valence disponibles pour la formation de liaisons coordonnées. Cet atome (ou ces atomes, puisque certains ligands en ont plus d’un) est appelé l’atome donneur puisque c’est celui qui apporte les électrons de la liaison covalente dative.
Ligands comme bases de Lewis
Comme le montre leur définition, les ligands sont en fait des bases de Lewis , car ce sont des espèces riches en électrons qui possèdent des paires d’électrons isolées et ont la capacité de donner des électrons isolés à un acide de Lewis. Pour cette raison, les réactions chimiques entre un ligand et un atome central (presque toujours un élément métallique) ou un cation ne sont rien d’autre que des réactions acide-base.
Classement des ligands
Comme dans de nombreux cas, il existe plusieurs façons de classer les ligands. Les critères les plus utilisés sont :
- Le nombre d’atomes qui les composent.
- La charge électrique.
- Le nombre d’atomes donneurs de paires d’électrons.
- Selon le type d’orbitale atomique ou moléculaire dans laquelle se trouvent les électrons donnés.
Classification selon le nombre d’atomes qui les composent
ligands monoatomiques
Comme leur nom l’indique, ce sont ceux qui sont formés d’un seul atome. Ce sont généralement des anions monoatomiques tels que l’ ion fluorure (F – ) ou chlorure (Cl – ) .
ligands polyatomiques
Ce sont les ligands formés par deux atomes ou plus. Ils sont de loin les plus courants et comprennent des ligands tels que la molécule d’eau (H 2 O), l’oxygène moléculaire (O 2 ), l’ion hydroxyde (OH – ) etc.
Classification selon sa charge électrique
ligands neutres
Ce sont des ligands qui n’ont pas de charge électrique nette. Autrement dit, ce sont des espèces moléculaires qui ont des groupes avec des atomes tels que O, N, S, P ou certains des halogènes.
Exemples de ligands neutres
| Eau ( H2O ) | Ammoniac ( NH3 ) | Les éthers (RO-R’) | Amines (R 3 N) |
| Phosphine (PH 3 ) | Thioéthers (RS-R’) | Monoxyde de carbone ou carbonyle (CO) |
Ligands anioniques ou chargés négativement
De nombreux ligands sont des groupes qui ont un excès d’électrons et ont donc une charge nette négative. Ces anions sont des ligands très courants et se caractérisent par une charge négative généralement sur un atome très électronégatif tel que O, N ou un halogène, qui est à son tour l’atome donneur. Ils peuvent avoir une ou plusieurs charges négatives.
Exemples de ligands anioniques ou chargés négativement
| Ion chlorure (Cl – ) | Ion fluorure (F – ) | Ion bromure (Br – ) | Iodure (I – ) |
| Ion hydroxyde (OH – ) | Ion cyanure (CN – ) | Ion carbonate (CO 3 2- ) | Alcoxydes (RO – ) |
Classification selon le nombre d’atomes donneurs de paires d’électrons (hapticité)
Certains ligands ne peuvent se lier à un centre métallique que par une liaison coordonnée, tandis que d’autres par 2 ou plus. Cela donne naissance aux types de ligands suivants :
ligands monodentés
Ce sont les ligands qui n’ont qu’un atome donneur, ils ne peuvent donc former qu’une liaison covalente coordonnée avec le centre métallique.
Exemples de ligands monodentés
| Eau ( H2O ) | Ammoniac ( NH3 ) | Les éthers (RO-R’) | Ion chlorure (Cl-) |
| Phosphine (PH 3 ) | Thioéthers (RS-R’) | Amines (R 3 N) | Ion hydroxyde (OH-) |
Ligands polydentés ou agents chélatants
De nombreux ligands ont plus d’un atome donneur et leur structure permet au ligand de se lier au centre métallique avec plus d’une liaison coordonnée. Dans la structure finale, le ligand entoure l’atome central comme une bouche qui le mord, les atomes donneurs agissant comme des dents (d’où le nom polydenté). Les complexes formés par l’union d’un ligand polydenté avec un centre métallique sont appelés chélates, de sorte que le ligand est également appelé agent chélatant (celui qui forme un chélate).
Certains agents chélateurs ont deux atomes donneurs, auquel cas ils sont appelés ligands bidentés (le préfixe bi- signifie 2).
Ceux avec trois atomes donneurs sont appelés ligands tridentés, ceux avec quatre tétradentés, etc.
Exemples de ligands polydentés
| Éthylènediamine (H 2 N-CH 2 -CH 2 -NH 2 ) | acide éthylènediaminetétraacétique (EDTA) | L’anneau de porphyrine hémique dans l’hémoglobine | éthers couronnes |
Ligands ambidentés
Ce sont des ligands qui ont deux atomes donneurs ou plus mais dont la structure ne permet pas aux deux atomes d’être attachés simultanément au même centre métallique. Dans ces cas, deux complexes différents peuvent être formés avec le même centre métallique selon lequel des deux « côtés » du ligand se lie au métal. Dans ces cas, le même ligand reçoit des noms différents selon lequel des atomes est le véritable donneur.
Exemples de ligands ambidentés
| Ion cyanure ou ligand cyano avec C comme donneur (–CN – ) | Ion isocyanure ou ligand isocyan avec N comme donneur (–NC – ) | Ion thiocyanate ou ligand thiocyanate avec S comme donneur (–SCN – ) |
| Ion isothiocyanate ou ligand isothiocyan avec N comme donneur (–NCS – ) | Nitro avec N comme donneur (–NO 2 – ) | Nitrite avec O comme donneur (–ONO – ) |
ligands de pontage
Enfin, nous avons des ligands qui peuvent se lier simultanément à plus d’un centre métallique, soit par deux atomes donneurs distincts, soit par le même atome donneur lorsqu’il a plus d’une paire d’électrons non partagés. Ce dernier cas est particulièrement courant dans les ligands qui ont O, S ou certains atomes d’halogène, ou dans le cas des amides qui ont un azote négatif avec deux paires d’électrons libres.
En se liant simultanément à deux métaux, ces ligands forment un pont entre les deux centres et c’est de là que vient leur nom.
Exemples de ligands de pontage
| Ion hydroxyde (OH – ) | Ion oxyde (O 2 2- ) | Ion amido (NH 2 2- ) |
| Ion cyanure (CN – ) | Monoxyde de carbone ou carbonyle (CO) | Ion chlorure (Cl – ) |
Classification selon le type d’orbitale atomique ou moléculaire impliquée
Ligands donneurs σ (sigma)
Ce sont des ligands qui n’ont qu’une seule paire d’électrons libres et le donnent via une liaison covalente σ. Ils stabilisent généralement les cations à faible degré d’oxydation . Des exemples de ces ligands sont l’ammoniac et les amines.
Ligands donneurs π (pi)
Ces ligands se lient au centre métallique via le nuage d’électrons π. Ceux-ci comprennent les oléfines et les aromatiques.
ligands donneurs σ et π
Ce sont des ligands avec des éléments très électronégatifs et une densité électronique élevée, c’est-à-dire que ce sont des bases dures de Lewis. En se liant au centre métallique, ils sont capables de stabiliser des états d’oxydation élevés dans lesquels le métal a toutes ou la plupart de ses orbitales d vides, permettant au ligand de donner une densité électronique à travers les liaisons π et σ. Des exemples typiques sont les halogènes.
Les références
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