INTRODUÇÃO A TEORIA DE GRUPO: SINTESE E CARACTERIZAÇÃO POR ESPECTROSCOPIA VIBRACIONAL DO CIS E TRANS BISGLICINATO DE COBRE (II) Christian Silva Abreu e ThaysAlvez Cruz Campus JK- Diamantina/MG rodovia MGT 367- km 583, nº5000 – Alto da jacuba Abstract: This report is the synthesis and characterization of cis and trans bisglycinate copper (II) to give the last precipitated Cu (OH-). Was made to analyze the infrared of cis and trans compounds, noting that the cis compound is more active in trans compared to infrared. We analyzed the points showing spectrophotometric absorbance of glycine compounds, copper (II) acetate and cis and trans glycinate the copper (II), noting that the trans absorbs UV-Vis and others in the ultraviolet. Resumo:No presente relatório, consiste na síntese e caracterização do cis e trans bisglicinato de cobre(II), obtendo no ultimo precipitado de Cu(OH -). Foi feita a analise do infravermelho dos compostos cis e trans, observando que o composto cis é mais ativo no infravermelho comparado ao trans. Foi realizada a analise espectrofotométrica mostrando os pontos de absorbância dos compostos glicina, acetato de cobre (II) e o cis e o trans do glicinato de cobre (II) , observando que o trans absorve no UV-Vis e os demais no ultravioleta. Palavras Chaves: cis trans - bis(glicinato) de cobre (II), espectrofotometria, infravermelho
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INTRODUÇÃO
Muitos organismos vivos utilizam íons de cobre em seus metabolismos. Para ajudar no entendimento de fluidos fisiológicos, os compostos de íons cúpricos, como aminoácidos, têm sido extensivamente estudados. O cobre no estado de oxidação 2 + forma uma grande quantidade de compostos de coordenação, muitos dos quais são ligantes quelantes (polidentados). Esse composto foi sintetizado a primeira vez em 1841 e foram os primeiros isômeros geométricos descobertos.
Sendo a glicina bidentada de formula:
[1-2]
O Cobre (II) tem uma das maiores estequiometrias de comportamento para complexos do que qualquer outro elemento. O Cu+2 pode apresentar complexos de quadro, cinco ou seis ligantes. Os com quatro ligantes apresentam configuração quadrados e distorcida tetraédrico (coordenação tetraédrica não regular), o que é o caso do complexo isômero, cis e trans-bis(glicinato) de cobre (II), de geometria quadrática:
Estes compostos de Cu2+ são isoméricos porque apresentam a mesma fórmula empírica, mas diferem nas suas propriedades físicas e químicas. Isómeros geométricos diferem na distribuição espacial nos ligantes em torno do átomo central. A isomeria cis trans ocorre principalmente em complexos com geometria quadrada e octaédrica. Ambos os compostos apresentam estabilidade diferente, por exemplo , a isómero trans perde a sua molécula de água de cristalização muito mais facilmente , 1001270ºC , o isómero cis , entre 145 e 181 °C. Na preparação destes isómeros é estabelecido o equilíbrio de ambos , mas como a cristalização do isómero cis é
favorecida pela cinética , ele precipita, porém o trans. (que é mais estável) é favorecido pela termodinâmica.[3]
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OBJETIVOS
Este trabalho tem como objetivo a síntese e caratcterização dos isômeros geométricos cis e trans bis(glicinato) de cobre (II), assim como uma análise de interpretação dos seus espectros de infravermelho com base na teoria de grupo.
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EXPERIMENTAL
3.1
Repetiu o mesmo procedimento, porem, utilizando acetato de cobre. Foi feita a segunda observação. Foi obtido o espectro do UV-Vis de uma solução de glicina, de acetato de cobre (II) e glicinato de cobre (II) na janela de 200 a 600nm.
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Procedimentos
Em um tubo de ensaio, preparou-se a solução de glicinato de cobre (II), dissolvendo-se uma pequena porção dos cristais obtidos em aproximadamente 5 ml de água. Foi adicionado, posteriormente, cinco gotas de solução 0,1 mol/L de hidróxido de sódio. Foi feita a primeira observou-se.
Síntese do acetato de cobre (II) monohidratado
Em um bequer de 100mL dissolveu-se2,5g de Cu(SO4). 5H2O em 50mL de agua sobre constante agitação magnética e aquecimento de 40º - 50ºC e controle desda temperatura.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O equipamento utilizado para análise dos espectros , foi o espectrofotômetro, UV/Visível da Varian, modelo Cary 50 - figura 2 (a)- e uma cubeta de quartzo com caminho óptico de 1 cm -figura (1).
Utilizando de um conta gotas, adicionou-se NH4OH concentrado a solução até esta ficar com a coloração azul intensa. uma temperatura de 55º- 65ºC até ocorrência de precipitado. A solução foi esfriada ate temperatura ambiente e filtrado. O solido resultante foi lavado com 20ml de água quente três vezes. Este solido foi transferido para um novo béquer e dissolvido com aproximadamente 5mL de ác. Acético 20%. Novamente, o solido é filtrado a vácuo.
Síntese do Cis-bis(glicinato) de cobre (II)
Dissolveu-se 500mg de acetato de cobre monohidratado em 7,5mL de água quente (70ºC).
(II)
Adicionou-se 5mL de etanol 95% quente (70º - 75ºC), mantendo a temperatura em banho maria. Em um outro béquer dissolveu-se 375mg de glicina em 5mL de água quente e está solução foi adicionada ao acetato de cobre vagarosamente sobre agitação com um conta-gostas. Terminada a adição, a agitação foi cessada e deixado esfriar a temperatura ambiente. A precipitação do complexo foi feita com banho de gelo, com a formação do solido foi filtrado a vácuo e lavado com 10mL de etanol gelado.
Síntese de Trans-bis(glicinato) de cobre (II)
Para síntese do complexo da formação trans foi adicionado 35mg do isômero cis obtido em um vidro de relógio e colocar em estufa a 200º - 220ºC e deixado esfriar em temperatura ambiente.
Caracterização
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(b)
(a
Figura 1: (a)Espectrofotômetro ; (b) cubeta quartzo
Na primeira observação da caracterização foi visualizado a formação do precipitado Cu(OH)2 segundo a equação 1 . CIS Cu(Gly O-)2. H2O + 2NaOH Cu(OH-)2 + 2Na(Gly O-) (eq.1) Na segunda observação foi visualizado a formação de precipitado gelatinoso azul pálido Cu(OH-)2 segundo a equação 2 . Cu(CH3COO)2 + NaOH Cu(OH-)2(s)
NaCH3COO(aq) + (eq.2)
Y1 E 1 Z1 E 1 Após analise soma-se os caracteres e multiplica-se pelo numero de átomos inalterados: (1+1+1) x 5 = 15 Portanto para o elemento de simetria E, temos ᴦ total igual 15. Depois de realizadas todas as analises de todos os elementos de simetria obteve-se:
ᴦtotal E C2V
15
C2 -1
ᵹV
ᵹV’
5
h=4
1
Após calcular a matriz redutivel foi aplicada a formula
ai=
1 g . x ( R ) . x( I ) h∑
Obtendo assim, ᴦtotal = 5A1 + 2A2 + 5B1 + 3B2
Por meio do artigo “The preparation and characterization of the geometric isomers of a coordination complex: cis-and trans-bis glycinato copper(II) monohydrates” foi obtido o gráfico (figura 1) referente a analise no infravermelho dos compostos cis-bis glicinato de cobre (II) e trans-bis glicinato de cobre(II).
Analisando a penultima coluna da tabela do grupo pontual C2V, verificamos os rotulos ativos no infravermelho. A tabela fornece os modos rotacionais e translacionais, os modos vibracionais são adiquiridos com a soma dos modos rotocionais e vibracionais subtraidos do ᴦtotal , como mostra a seguir . R= OA1 + 1A2 + 1B1 + 1B2 T= 1A1 + 0A2 + 1B1+ 1B2 1A1 + 1 A2 + 2B1 + 2B2 ᴦtotal = 5A1 + 2A2 + 5B1 + 3B2 V= 4A1 + 1A2 + 3B1 + 1B2 Usando o mesmo procedimento de calculos anterior foi calculado o ᴦtotal da molecula trans-bis glicinato de cobre(II) que pertence ao grupo pontual C2h
Figura 2: O M-N se estende na região (6,8) 450-500 cm -1. M-O na região em 250-350 cm-1.
A molécula cis-bis glicinato de cobre(II) pertence ao grupo C2v [4], com a finalidade de adquirir os modos vibracionais dessa molécula realizou-se o estudo os orbitais p com aplicação de cada um dos elementos de simetria referente ao grupo analisado, afim de encontrar o gama total da matriz redutível do grupo pontual. Exemplo estudo dos orbitais p aplicando a operação de simetria identidade (E) . Quanto se aplica a operação de simetria E cinco átomos permanecem inalterados, analisando todos os eixos cartesianos temos: X1 E 1
ᴦtotal E
C2
C2h
-1
15
i -3
ᵹh
h=4
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Utilizando a tabela do grupo pontual C2h obteve-se: ᴦtotal = 4Ag + 2Bg + 3AU + 6BU Deste modo obteve-se o modo vibracional, V= 3Ag + 0Bg + 2AU + 4BU Ao observar o grafico referente ao infravermelho observa-se cinco picos referente a molecula cis e tres picos referente a molecula trans. Essa diferença de detecção do infravermelho pode ser explicada pelos modos vibracionais encontrados anteriomente com auxilo do grupo pontual de cada uma das moleculas, foi verificado que tanto a molecula cis como a molecula trans apresentam nove modos vibracionais, porem na
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molecula trans foi encontrado 3 modos vibracionais no rotulo Ag. Segundo a literatura moleculas que apresentam inversão não pode ser ativas no infravermelho e no Raman simultaneamente. Como o composto trans possui operação de inversão (grupo pontual D2h)ele não possui ao mesmo tempo modulos vibracionais no RAMAN e no IV. A vibração altera o momento dipolar do composto fazendo com que ele fique visivel no infravermelho, porém como existem 3 modulos de vibração no rótulo Ag ele so pode ser ativo no RAMAN, pois como o rótulo indica, a operação não muda os eixos da molecula fazendo permanecer o mesmo, e assim sendo, quando ocorre a vibração da molecula não ira alterar o momento dipolar, não aparecendo na análise do infavermelho. Deste modo a molecula trans apresenta 2 modos vibracionais ativos no infravermelho a menos em relação a molecula cis. Foi realizada a analise espectrofotométrica dos compostos glicina, acetato de cobre (II), cis e trans bis(glicinato) de cobre (II) na janela de 200 a 600nm, obtendo o gráfico (figura 3).
A diferenciação entre os dois compostos faz através de sua espectro de infravermelho, que mostra a forma cis de um par de 450 e 500 cm-1, devido a vibrações de simétrica e anti-simétrica de estiramento o Cu-N. O isômero trans tem apenas uma banda na região devido a assimétria no alongamento do Cu-N.
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CONCLUSÕES
Conclui-se que os compostos isomeros geometricos no caso cis e trans bis(glicinato) de cobre (II) apresentam diferenças tanto na absorbancia na UV-Vis quanto no infravermelho, este pode ser explicado pelos grupos pontuais de simetria de cada molecula. Esta pratica foi de suma importancia para aplicação do conteudo teorico estudado anteriomente sobre simetria molecular ou teoria de grupo.
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REFERÊNCIAS
1 - Apostila Disciplina – Laboratorio de Química Inorgânica II. Prof. Dr. João paulo Mesquita, Diamantina, p. 19-20. 2013 1 Glicina 2 Acetato de Cobre 3 Cis 4 Trans
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Figura 3: espectro do UV-Vis dos compostos glicina, acetato de cobre (II) , cis e trans bis(glicinato) de cobre (II)
2 Química de coordenação. Trabalhos feitos.com. Acesso em: 01 dez. 2013 3 Acesso em: 02/12/2013 4A cesso em: 01 de dez. 2013
Os espectros desses isómeros em solução, medido na região visível, mostra uma banda em 630 nm, com ε = 48,1 para os cis e ε = 47,9 para trans.
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