Preparação e Caracterização do cis e trans-Bis Glicinato de Cobre(II) 1.
Introdução Nos compostos de coordenação existem uma enorme variedade de tipos de isomeria, entre elas podemos destacar os isômeros geométrico e ópticos. Os isômeros ópticos estão estruturalmente ligados como imagem especular e a direção da luz polarizada em diferentes direções. Elas possuem muitas propriedades idênticas tais como, solubilidade, ponto de fusão e cor. Os isômeros geométricos se diferenciam pela distribuição espacial dos ligantes ao redor do átomo central. Temos a formação dos isômeros cis ou trans. Essa isomeria geométrica se refere à posição em que os ligantes se encontram dentro da esfera de coordenação do átomo central. A figura abaixo mostra bem a diferença espacial entre os dois.
Fonte: Wikipedia. Acessado no dia 30/03/2012
A isomeria cis-trans se apresenta principalmente em complexos com geometria quadrática e octaédrica. O cobre no seu estado 2+ pode formar uma grande quantidade de compostos de coordenação, muitos deles são quelatos. Os ligantes bidentados, como a glicina, apresentam isomeria cis-trans quando se coordenam com um íon metal. O cobre, um íon metálico, apresenta maior diversidade no comportamento esterioquímico que qualquer outro metal. As configurações geométricas que o cobre(II) apresenta com mais freqüência são aquelas onde ele tem quatro ligantes coplanares, formando uma geometria octaédrica.
Fonte: Spectral Database for Organic Compounds SDBS.
2.
Parte Experimental i.
Materiais e Métodos:
Acetato de Cobre monohidratado Água destilada Etannol Gelo Becker 250mL Barra Magnética Proveta 100mL Kitassato e funil de Büchner Balão volumétrico 100mL Condensador em bola Placa de aquecimento Método utilizado foi retirado do artigo, “The preparation and Characterization of the Geometric Isomers of a Coordenation Complex: cis-and trans-bis Glycinato copper(II) Monohydrates” do Paul O’Brien. ii. Síntese dos compostos: Cis – Glicinato de Cobre (II) Dissolver em um Becker, 0,01 mol (2g) de acetato de cobre (II) monohidratado em 25mL de água quente. Em seguida, adicionar 25mL de etanol quente. Dissolver em um outro Becker 0,02 mol ( 1,5g) de glicina em 25mL de água quente. Verter a segunda solução em cima da primeira ainda quente, aproximadamente 70°C. Por fim, colocar a solução final em banho de gelo, filtrar o solido precipitado e secar. ATENÇÃO: NÃO JOGUE FORA O FILTRADO. Trans – Glicinato de Cobre (II) Adicionar em uma balão volumétrico, 10 mL do filtrado guardado, 1,5 g do Cis- glicinato de cobre (II) preparado e 1 g da glicina. Deixar essa nova solução em refluxo por 1 hora, filtrar e secar ao ar livre.
3.
Resultados e Discussões Na preparação do isômero cis, no momento que adicionamos uma solução a outra percebeu-se uma mudança de cor na solução de transparente para azul. Quando se colocou o Becker com essa solução no banho de gelo, começou a cristalizar um sólido que após a filtração notamos ser de cor azulada. Esse resultado já indica a formação do complexo de cobre, pois de acordo
com a literatura os complexos de cobre são, geralmente azuis. Claro que não se pode afirmar com certeza que o produto formado seja o cis-bis glicinato de cobre (II), ele apenas é um indicador de que , provavelmente, temos a formação de um complexo de cobre. Com a reação para obtenção do complexo trans, foi necessário deixar em refluxo por 1 hora. O refluxo inciou-se as 10:27 e foi retirado as 11:30. Com o solido desse refluxo devidamente filtrado e seco, observa-se novamente uma mudança de cor de azul para violáceo. Esse resultado também nos indica que houve a formação do complexo trans- bis glicinato de cobre (II), pois na literatura a coloração desse complexo é de cor violáceo. Para se ter certeza se os produtos formado são os complexos cis e trans, mandou-se um amostra para análise em infra-vermelho. Observou-se também que o complexo cis é favorecido pela cinética e que o trans foi favorecido pela termodinâmica. Interpretação e os resultados do IR: Para analisar iremos comparar os espectros obtidos com os dados encontrados na literatura. Primeiramente vamos analisar os espetros do nosso ligante, no caso a glicina, com os espectros das amostras cis e trans – bis Glicinato de Cobre (II) em busca de achar semelhanças e/ou influência do ligante nos espectros do complexos. São eles:
Glicina ( Padrão) Fonte: Spectral Database for Organic Compounds SDBS.
Cis- bis Glicinato de Cobre (II) Fonte: Propria. Gráfico: (Cm-1 vs % transmittance)
Trans- bis Glicinato de Cobre (II) Fonte: Propria. Gráfico: (Cm-1 vs % transmittance) Ao observar os três espectros cis e trans – bis glicinato de cobre (II) (quelato) e da glicina (quelante) encontrados na literatura, conseguimos observar claramente a influência do ligante nos isômeros cis e trans. Por exemplo, entre o comprimento de onda de 4000-3000 cm-1(onde estão as setas) observamos a influência da glicina. A largura bem extensa dessa banda é notada no espectro da glicina e também nos espectros cis e trans. Indicando assim a presença da glicina, já que esse mesmo alargamento se observa no espectro da glicina variando entre 2500-3500 (comprimento de onda). Outro fator bem relevante é o pico nesses pontos, eles são aproximadamente 3265 o que corresponde a ligação N-H presente na glicina. Outro ponto importante no gráfico é o ponto de 1605 no isômero cis e 1587 no isômero trans observado nos espectros. Essa banda é correspondente a ligação (COO-) do ligante de acordo com a literatura [2], os valores são diferentes e isso nos diz que houve outro tipo de ligação. Melhor dizendo, sabemos que as energias vibracionais são diferentes em cada tipo ligação, elas absorvem um comprimento de onda e emitem outro. Então essa diferença de valores nos indicaria que a ligação (COO-) é diferente no cis e trans Cu(Gly). H2O, isso se deve provavelmente pela posição da ligação com o Cobre. Esse seria outro indicio que conseguimos sintetizar os dois complexos. Podemos destacar outro fator importante para diferenciar os dois complexos. Aqui observamos o número de bandas nos dois complexos. Conseguimos ver claramente que no espectro do trans(T-Cugy1A) há menos números de bandas que no espectro do cis( C-Cugy1). Sabemos que quanto mais simétrico é o complexo menor será o número seu de bandas no espectro, isso nos diz que a molécula do trans deveria ter um número menor de bandas, pois ele é mais simétrico e foi exatamente isso que foi observado. Isso acontece em todo espectro como pode ver na figura a
seguir.
Observe que os números de bandas do complexo trans é muito menor que no complexo cis. Algumas bandas observadas diminuíram de tamanho até ficaram quase imperceptíveis, isso é porque provavelmente ainda resta um pouco do complexo cis no solido do trans mas numa concentração ínfima.
Comparando os espectros padrão com os sintetizados no laboratório: Se compararmos o espectro do cis-Cu(Gly) padrão com o sintetizado, podemos ver nitidamente a semelhança entre os dois. Ao comparar o espectro do Cis-Cu(gly) do experimento com o padrão encontrado em Spectral Database for Organic Compounds SDBS[3] , temos os números de bandas e aonde cada banda se encontra muito próximos. Veja abaixo as setas que mostram as bandas semelhantes: Cis – bis Glicinato de Cobre (II) padrão:
Cis – bis Glicinato de Cobre (II) sintetizado:
A mesma semelhança é observada com o complexo trans, veja que os picos estão aproximadamente com vibrações iguais: Cis – bis Glicinato de Cobre (II) padrão:
Cis – bis Glicinato de Cobre (II) sintetizado:
Com todas essas semelhanças acredita-se que realmente tenham se sintetizados os dois isômeros Cis e Trans – bis Glicinato de Cobre (II)
4.
Conclusão
Pode-se concluir que os produtos cis e trans Cu(Gly). H2O foram obtidos com sucesso através da análise dos espectros. Observou-se a diferença dos isômeros cis e trans pela comparação dos espectros do ligante e dos espectros padrões desses isômeros. Foi possível aprender a técnica para se obter dois isômeros, observar e interpretar um gráfico de IR. Esse experimento também mostrou quando uma reação poder ser facilitada pela cinética ou facilitada pela termodinâmica.
5.
Referências Bibliográficas
[1] P. O’Brien, J. Chem.Educ., 59(12), 1052-1053 (1982) [2] Nakamoto, Kazuo, INFRARED SPECTRA OF INORGANIC AND COORDINATION COMPOUNDS, John Wiley ~ Sons, New York,1963. [3] Spectral Database for Organic Compounds SDBS. Site: http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi [4] Wikipedia
