Quando o complexo quadrático plano tetracoordenado \left[\mathrm{IrCl}\left(\mathrm{PMe}_{3}\right)_{3}\right] (Onde \mathrm{PMe}_{3} é a trimetilfosfina) reage com \mathrm{Cl}_{2}, são formados dois produtos hexacoordenados de fórmula \left[\mathrm{Ir}(\mathrm{Cl})_{3}\left(\mathrm{PMe}_{3}\right)_{3}\right]. Quais são os isômeros possíveis?

Passo 1

O enunciado dá as seguintes informações e faz esta pergunta:
  • Dado o complexo quadrado-planar tetracoordenado \left[\mathrm{IrCl}\left(\mathrm{PMe}_{3}\right)_{3}\right] que reage com \mathrm{Cl}_{2}.
  • O produto(es) formado(s) têm fórmula \left[\mathrm{Ir}(\mathrm{Cl})_{3}\left(\mathrm{PMe}_{3}\right)_{3}\right], ou seja, três ligantes \mathrm{Cl} e três ligantes \mathrm{PMe}_{3} ao redor do Ir em geometria hexacoordenada.
  • A pergunta: quais são os isômeros possíveis para \left[\mathrm{Ir}(\mathrm{Cl})_{3}\left(\mathrm{PMe}_{3}\right)_{3}\right]?

Passo 2

Primeiro, entenda o que significa “três ligantes de um tipo e três de outro em geometria octaédrica”. Em um octaedro há seis posições e cada posição tem um ligante trans (a 180°) e quatro cis (a 90°). Quando temos um complexo do tipo \mathrm{ML}_{3}\mathrm{X}_{3} (três ligantes L iguais e três X iguais) existem duas disposições geométricas distintas em octaedro que são geralmente possíveis:
  • fac (facial)
  • mer (meridional)
Vou explicar bem devagar o que cada uma significa, porque é o ponto central da questão.

Passo 3

Definição e intuição para o isômero fac:
  • Em fac (abreviação de facial), as três ligantes idênticas ocupam os vértices de uma “face” triangular do octaedro.
  • Consequência prática: as três ligantes idênticas são todas mutuamente cis entre si (cada par está a 90°). Nenhuma delas está trans a outra idêntica.
  • Exemplo concreto para \left[\mathrm{Ir}(\mathrm{Cl})_{3}\left(\mathrm{PMe}_{3}\right)_{3}\right]: em fac, os três \mathrm{PMe}_{3} ocupam uma face triangular; cada \mathrm{PMe}_{3} está trans a um \mathrm{Cl}. Simetricamente, cada \mathrm{Cl} também está trans a um \mathrm{PMe}_{3}.

Passo 4

Definição e intuição para o isômero mer:
  • Em mer (meridional), as três ligantes idênticas ocupam posições ao longo de um “meridiano” do octaedro — pense numa linha que passa pelo centro e conecta três posições formando um arco de 180° (duas posições trans e uma adjacente).
  • Consequência prática: dentre as três ligantes idênticas, duas estão em posições trans entre si (180°) e a terceira está cis às outras duas.
  • Exemplo concreto para \left[\mathrm{Ir}(\mathrm{Cl})_{3}\left(\mathrm{PMe}_{3}\right)_{3}\right]: em mer pode ocorrer que duas \mathrm{PMe}_{3} sejam trans entre si (par P–P trans) enquanto duas \mathrm{Cl} também acabam formando um par trans em outra direção; a terceira \mathrm{PMe}_{3} fica trans a uma \mathrm{Cl}. Em palavras simples: em mer há ao menos um par de ligantes idênticos trans.

Passo 5

Comparando fac e mer e aplicando ao complexo pedido:
  • Só existe, para \mathrm{ML}_{3}\mathrm{X}_{3} em geometria octaédrica, exatamente dois arranjos estereoquímicos não sobreponíveis: fac e mer.
  • Ambos são isômeros geométricos (não se trocam por simples rotação) e ambos são constituídos por ligantes monodentados \mathrm{PMe}_{3} e \mathrm{Cl}.
  • Sobre quiralidade: tanto fac quanto mer, no caso de três ligantes iguais e três outros iguais, são tipicamente acometidos de simetria (fac tem simetria C_{3v}, mer tem C_{2v}), portanto não são ópticamente ativos (não há enantiômeros aqui).
  • Relação trans/cis resumida:
    • fac: todas as três \mathrm{PMe}_{3} são mutuamente cis; cada \mathrm{PMe}_{3} está trans a um \mathrm{Cl}.
    • mer: existe um par trans de \mathrm{PMe}_{3} (ou, simetricamente, um par trans de \mathrm{Cl}); portanto há pelo menos um par P–P trans e um par Cl–Cl trans em arranjos possíveis, e uma posição P trans a Cl.

Passo 6

Como identificar experimentalmente (dica de prova / NMR):
  • No espectro {}^{31}\mathrm{P} NMR:
    • fac: por simetria C_{3v} todos os três \mathrm{PMe}_{3} são equivalentes → espera-se um único sinal de {}^{31}\mathrm{P}.
    • mer: por simetria C_{2v} normalmente dois fósforos são equivalentes e o terceiro distinto → espera-se dois sinais de {}^{31}\mathrm{P} (um com intensidade dupla relativa ao outro).
      Essa diferença é frequentemente usada para distinguir fac/mer na prática.

Passo 7

Resumo aplicado ao enunciado e conclusão pronta para a prova:
  • O produto \left[\mathrm{Ir}(\mathrm{Cl})_{3}\left(\mathrm{PMe}_{3}\right)_{3}\right] pode existir em duas formas geométricas: fac e mer.
  • Não há outros isômeros geométricos diatópicos ou enantioméricos adicionais para este caso (com três ligantes de cada tipo monodentados).

Resposta

fac- \left[\mathrm{IrCl}_{3}\left(\mathrm{PMe}_{3}\right)_{3}\right]
mer- \left[\mathrm{IrCl}_{3}\left(\mathrm{PMe}_{3}\right)_{3}\right]

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