12- Para quais dos seguintes complexos octaédricos são possíveis isômeros:
,
? Desenhe todos os isômeros.
Passo 1
O enunciado pede: para cada um dos complexos octaédricos abaixo, dizer se são possíveis isômeros e desenhar todos os isômeros.
Informações dadas (lista explícita):
- Todos os complexos são octaédricos (o centro metálico tem seis sítios de coordenação).
- Os ligantes são os indicados: monodentados (
, , , , , ) ou quelantes bidentados ( , ). - Pergunta: para cada complexo — existem isômeros? Se sim, desenhar todos.
Passo 2
Conceitos e tipos de isomeria importantes para octaedros (mini-aula prática, passo a passo):
- Geométrica cis/trans: quando há dois ligantes iguais, podem estar em posições cis (adjacentes, com um ângulo de
) ou trans (opostos, ). Em notação de posições numéricas: se os sítios opostos são , então ligantes em índices opostos são trans. - fac/mer (para
com três ligantes iguais de cada tipo): - fac (facial): três ligantes iguais ocupam os três vértices de uma face triangular da octaedro — todos cis entre si.
- mer (meridional): os três ligantes iguais ficam em um plano meridiano, havendo um par trans entre eles.
- Isomeria óptica (enantiómeros Δ/Λ): ocorre quando a disposição dos ligantes não é superponível com sua imagem especular (ausência de plano de simetria/inversão). Tris-quelatos (três ligantes bidentados idênticos) costumam ser quirais: há uma forma dextrógira (
) e outra levógira ( ). - Efeito do quelato: ligantes bidentados (como
ou ) ocupam automaticamente duas posições cis adjacentes, o que reduz as possibilidades e pode introduzir quiralidade. - Regra prática para contar isômeros: identifique os tipos de ligantes e quantidades, verifique pares idênticos (podem ser cis/trans ou fac/mer), verifique se a presença de quelatos permite enantiômeros.
Vou aplicar essas regras a cada complexo, mostrando desenhos esquemáticos em termos das posições do octaedro (vou usar um esquema numérico simples: posição
= eixo axial superior, posição
= eixo axial inferior; posições
no “equador” em sequência).
Passo 3
Dados: um
e cinco
todos monodentados e indistinguíveis entre si.
Raciocínio: com apenas um ligante diferente e os outros cinco todos idênticos, não existe distinção geométrica entre possíveis arranjos — qualquer posição ocupada pelo
pode ser rotacionada para qualquer outra posição pela simetria do octaedro. Não há fac/mer (necessita
de cada) nem cis/trans relevante (não há outro
para formar cis/trans). Também não há quelatos para produzir quiralidade.
Desenho (esquemático; todas as águas são idênticas):
Comentário: esse arranjo é único (qualquer troca produz configuração superponível por rotação).
Passo 4
Dados: três
idênticos e três
idênticos, todos monodentados.
Raciocínio: é o caso clássico
em geometria octaédrica — aparecem duas classes geométricas: fac e mer.
- fac: as três
ocupam os vértices de uma face triangular, isto é, cada par de é cis ( ). As três ocupam a outra face. fac é distinto de mer e não produz enantiômeros aqui (ambos fac e mer são superponíveis com sua imagem especular neste caso). - mer: as três
estão em posição meridiana; dois deles ficam trans entre si e o terceiro é cis a ambos os outros — há um par trans.
Desenhos esquemáticos (uso posições
a
, pares opostos
):
fac:
(nesta disposição os três
são todos cis entre si — ocupam uma face)
mer:
(aqui, por exemplo,
e
são trans — um par de
trans — e o terceiro
é cis a ambos)
Conclusão: existem exatamente 2 isômeros geométricos: fac e mer.
Passo 5
Dados: três ligantes idênticos bidentados
(2,2’-bipiridina). Cada
ocupa dois sítios cis formando três quelatos.
Raciocínio: este é o caso clássico do tris-quelato octaédrico com três ligantes bídentados idênticos. Não há isomeria geométrica fac/mer porque cada ligante ocupa dois sítios; em vez disso o complexo é quiral: existem duas formas não superponíveis que são imagens especulares uma da outra — chamadas
(dextrógira) e
(levógira). Essas são enantiômeras, ou seja, um par óptico. Não há isômero geométrico adicional.
Desenho esquemático (esquematizo a ideia de enrolamento dos três quelatos; rotacione mentalmente ao redor do eixo):
- Rotule os três quelatos como
, , . Cada quelato conecta um par de posições adjacentes. Uma representação comum é:
Comentário didático: imagine olhar ao longo de um eixo do octaedro; os três aneis quelatos formam uma hélice que pode ser “para a direita” (
) ou “para a esquerda” (
). Cada uma é quiral, logo o complexo existe como um par de enantiômeros.
Conclusão: existem 2 isômeros (um par de enantiômeros,
e
).
Passo 6
Dados: ligantes presentes: um quelato bidentado
(etilenodiamina), dois
idênticos, e duas
idênticas — todos monodentados exceto
.
Raciocínio passo a passo:
- O quelato
ocupa dois sítios cis adjacentes (por definição de quelato). - Restam quatro sítios para dois
e duas . Os dois podem ser colocados em posições trans entre si (opostos) ou cis (adjacentes). Essas são duas classes geométricas distintas. - Analisar simetria e quiralidade:
- Se as duas
estiverem trans (ocupando um par de sítios opostos), então as duas também ficam trans (nos outros dois opostos). Essa disposição tem um plano de simetria/inversão; é um isômero trans, que é achiral (não produz par de enantiômeros). - Se as duas
estiverem cis (adjacentes), o arranjo geral costuma não possuir plano de simetria nem centro de inversão — o complexo cis pode ser quiral. Assim, o isômero cis normalmente existe como um par de enantiômeros (duas formas não superponíveis, imagens especulares).
- Se as duas
- Portanto, espera-se: um isômero trans (achiral) + um isômero cis que aparece como um par de enantiômeros. No total: três isômeros estereoisoméricos (duas formas para o cis + uma forma trans).
Desenhos esquemáticos (escolha
como par axial;
equatoriais; suponha
ocupa
e
— isto é, dois sítios adjacentes):
Trans (as duas
trans entre si):
Aqui, por exemplo,
e
são trans: as
estão opostas. Este isômero é único (achiral).
Cis (um exemplo de disposição cis; esta configuração gera um par de enantiômeros):
Aqui
e
são adjacentes (cis). Essa disposição não é superponível com sua imagem especular — portanto há duas versões: cis-
e cis-
(enantiômeros). Para visualizar: a imagem especular troca a “orientação” do anel en e as posições relativas dos monodentados, não sendo possível sobrepor sem quebra de ligações.
Conclusão: existem 3 isômeros estereoquímicos totais: 1 trans (achiral) + 1 par enantiomérico cis (2 enantiômeros).
Passo 7
Dados: quatro
idênticos e duas
idênticas (pyridine), todos monodentados.
Raciocínio: é um caso do tipo
, onde
são as duas
. As duas
podem estar em posição trans (opostas) ou cis (adjacentes). Não há quelato para gerar quiralidade, e com ligantes monodentados idênticos não aparece quiralidade aqui (ambas cis e trans são, na prática, superponíveis com suas imagens especulares). Portanto há dois isômeros geométricos possíveis: cis e trans.
Desenhos esquemáticos:
trans:
(aqui
e
são opostos —
trans)
cis:
(aqui
e
adjacentes —
cis)
Conclusão: existem 2 isômeros geométricos: cis e trans.
Passo 8
Resumo das regras aplicadas para cada caso (recapitulando rapidamente para você memorizar antes da prova):
- Se há apenas um ligante diferente (ex.:
) → apenas 1 arranjo (nenhum isômero estereoisomérico). - Para
com todos monodentados iguais por tipo → fac e mer. - Para
→ par óptico . - Para mistura de quelato + pares idênticos de monodentados → verificar cis/trans para os pares; o cis pode ser quiral se a simetria for suficientemente baixa → gera par de enantiômeros além do trans achiral.
- Para
monodentado → cis e trans das duas .