Desenhe todos os possíveis isômeros dos complexos apresentados abaixo:
(gly
glicinato)
Passo 1
O enunciado pede: desenhar todos os possíveis isômeros do complexo
, onde
é o ligante glicinato. Informações relevantes fornecidas ou deduzidas do enunciado:
- O ligante glicinato é a base conjugada da glicina e tem fórmula
. Vou representar o glicinato como . - O glicinato coordena como ligante bidentado N,O (um par do nitrogênio
e um do oxigênio carboxilato ), formando um anel de quelato. - Três ligantes bidentados ocupam as seis posições do octaedro ao redor do cobalto; portanto a geometria ao redor do metal é octaédrica.
- Não há figura adicional fornecida; toda a resolução usa apenas a informação acima.
O objetivo: listar e descrever todos os isômeros estereoquímicos possíveis desse arranjo (geometria + estereoquímica), explicando passo a passo.
Passo 2
Vou explicar os conceitos básicos necessários (devagar e sem pular etapas), porque entender isso é o que te permite “desenhar” os isômeros na prova.
Conceito 1 — denticidade e quelato:
- Um ligante bidentado usa dois átomos do mesmo ligante para ligar ao metal. No nosso caso cada
usa o átomo e um átomo (do ). - Cada ligante ocupa duas posições cis (vizinhas) do octaedro, formando um anel de 5 átomos (o que é comum para glicinato/etilenodiamina etc).
Conceito 2 — porque a geometria é octaédrica:
- Co(III) com três ligantes bidentados tem número de coordenação 6 (cada ligante dá dois pares de elétrons), então os seis pares ficam distribuídos como vértices de um octaedro. Isso é padrão; então pensa sempre em um octaedro com 6 posições.
Conceito 3 — ligantes assimétricos e orientação:
- O glicinato é assimétrico quanto aos átomos doadores:
e são diferentes quimicamente. Assim, cada quelato tem duas maneiras de se “virar” ao redor do metal: a extremidade pode ficar numa dada posição e a na outra (chamo isso de orientação do quelato). - Para três ligantes idênticos, essas orientações relativas podem dar formas geometricamente diferentes — e algumas são imagens especulares não sobreponíveis (enantiómeros), outras são achirais.
Passo 3
Como enumerar as possibilidades sem desenhar tudo a esmo? Um truque mental simples e robusto:
- Considere o eixo trigonal (eixo de ordem 3) do octaedro que passa por dois vértices opostos; projetando o complexo sobre esse eixo, você vê uma roda com 6 sítios alternados (N, O, N, O, N, O) se seguir os doadores em volta.
- Para cada ligante
marque uma seta que vai do doador para o doador seguindo a ordem em que aparecem ao redor do anel. Essa seta tem um sentido (horário ou anti-horário) quando vista ao longo do eixo trigonal. - A configuração global do complexo é determinada pelos sentidos dessas três setas (uma por ligante).
Passo 4
Agora as combinações possíveis (mas pense: muitas combinações são equivalentes por rotação do octaedro):
- Caso A — todas as três setas têm o mesmo sentido (todas horário ou todas anti-horário). Esse arranjo dá um complexo quiral sem plano de simetria (tem uma hélice de doadores) e existe como um par de enantiômeros: uma forma “mão-direita” e a sua imagem especular “mão-esquerda”. Esses são chamados convencionalmente de isômeros
(direita) e (esquerda). - Intuição: se todas as setas seguem o mesmo sentido, os três quelatos formam uma hélice ao redor do eixo, daí a quiralidade.
- Caso B — uma das setas tem sentido oposto às outras duas (isto é, duas setas horário e uma anti-horário, ou vice-versa). Esse arranjo, surpreendentemente, é achiral: ele possui um plano de simetria (ou um elemento que torna a imagem especular superponível), portanto não gera um par de enantiômeros distintos — existe apenas uma configuração desse tipo (chamamos às vezes de isômero “meso”, embora o termo meso venha mais de compostos com centros quirais; aqui serve para indicar uma forma interna-reflexiva/achiral).
- Caso C — duas setas de um sentido e a terceira do outro é o mesmo que B (já enumerado). Caso de todas setas diferentes não existe porque só há dois sentidos possíveis; e caso todas três iguais é A. Portanto, até agora só A e B são distintos (A gera 2 enantiômeros; B é único e achiral).
Passo 5
Vou explicar detalhadamente por que não existem outros isômeros estereoquímicos além desses (uma justificativa que dá segurança na prova):
- Qualquer permutação das três ligas
que resulte apenas em rotacionar o complexo não produz um isômero novo (rotacões do octaedro equivalem estruturalmente). Ou seja, muitas configurações aparentemente diferentes são na verdade a mesma se pudermos rotacionar o octaedro. - O que realmente distingue isômeros é o padrão relativo dos sentidos das três setas (todas iguais ou uma diferente). Não existe um padrão “duas diferentes e uma igual” que seja distinto do caso “uma diferente e duas iguais” — é o mesmo caso B só que rotacionado.
- Logo, só há duas classes: (i) classe helicoidal (A) que se divide em duas imagens especulares não sobreponíveis (
e ); (ii) classe com um ligante “invertido” (B), que é achiral (uma única forma).
Passo 6
Ainda preciso comentar rapidamente sobre outros tipos de isomeria que poderias imaginar e por que não aparecem aqui:
- Isomeria de ligação (linkage isomerism): acontece quando um ligante ambidentado pode ligar por átomos diferentes (ex.:
liga por N ou O). No nosso caso, o glicinato já está ligado simultaneamente por N e por O (bidentado), não existe alternativa “ligar só por O” ou “só por N” preservando o mesmo complexo; portanto não há isomeria de ligação relevante aqui. - Isomeria geométrica tipo fac/mer não se aplica da maneira usual porque cada ligand é bidentado e ocupa cis pares; o arranjo tridimensional desses três quelatos é exatamente o que discutimos nas classes A e B.
Passo 7
Vou descrever explicitamente como “desenhar” (ou representar) cada isômero na prova, com indicações práticas:
- Como convenção prática para desenhar: faça um octaedro simplificado (ou apenas um esqueleto trigonal) com três pares cis ocupados por três quelatos. Em cada quelato desenhe o átomo
e o átomo , e desenhe uma pequena seta ao longo do quelato do para o (ou rotacione mentalmente a ordem dos doadores). - Para o par
(caso A): desenhe as três setas todas no mesmo sentido (por exemplo todas no sentido horário). Essa figura representará o isômero . A imagem especular (trocar lado esquerdo por direito) dará a . Assim tens os dois enantiômeros. - Para o isômero achiral (caso B): desenhe duas setas com um sentido e a terceira com sentido oposto. Verás que existe um plano que reflete o desenho em si mesmo; por isso é achiral. Esse é o terceiro isômero.
Passo 8
Resumo prático para decorar e usar na prova (leva isso como regra mnemônica):
- Para
com AB sendo bidentado assimétrico (A ≠ B), o número total de estereoisômeros é 3: um par de enantiômeros ( e ) + um isômero achiral (o “meso” do caso). - Aplicando ao nosso caso:
obedece exatamente essa regra, porque é um ligante N,O assimétrico.
Resposta
Par de enantiômeros
e
(helicoidal, todas as orientações dos quelatos no mesmo sentido)
Um isômero achiral (configuração com um quelato invertido em relação aos outros dois, “meso”)
Um isômero achiral (configuração com um quelato invertido em relação aos outros dois, “meso”)