Esboce todos os possíveis estereoisômeros de
octaédrico.
Passo 1
O enunciado pede para esboçar todos os possíveis estereoisômeros do complexo octaédrico
. Informações dadas (ou óbvias a partir da fórmula) que vamos usar:
- O metal é
em geometria octaédrica (seis sítios de coordenação). - Há dois ligantes bidentados idênticos
(o-fenantrolina), cada um ocupando dois sítios adjacentes por quelato. - Há dois ligantes monodentados idênticos
. - Pedido: esboçar “todos os possíveis estereoisômeros” — isto inclui isômeros geométricos (cis/trans) e possíveis isômeros ópticos (enantiômeros) se existirem.
Passo 2
Estratégia (o que vamos fazer, sem cálculos neste passo):
- Identificar as maneiras geométricas distintas de colocar as duas
num octaedro: elas podem ser trans (opostas) ou cis (adjacentes). Essas são as duas classes geométricas principais. - Para cada configuração geométrica, analisar se há quiralidade (isto é, se a disposição dos dois ligantes bidentados produz enantiômeros
/ ou se o isômero é achiral). - Concluir a lista completa de estereoisômeros e explicar como desenhá-los (esboços) e como reconhecê-los.
Passo 3
Breve revisão prática da geometria octaédrica e do efeito de quelatos (aula compacta):
- Um octaedro tem seis vértices/sítios de coordenação. Uma representação simples e útil para esboçar é:
- dois sítios axiais (um “para cima” e um “para baixo”),
- quatro sítios equatoriais formando um quadrado ao redor do metal.
- Um ligante bidentado como
conecta dois sítios adjacentes (não opostos), formando um laço (quelato). Na prática isso significa que cada ocupará dois vértices vizinhos do octaedro. - Quando existem dois ligantes bidentados idênticos e dois monodentados idênticos, as posições relativas dos monodentados (cloro) definem isomeria geométrica: “trans” = cloros em posições opostas; “cis” = cloros em posições adjacentes.
Passo 4
Como desenhar (esquema de posições) — convenção útil para esboço:
- Desenhe o metal no centro como um ponto.
- Trace um eixo vertical com um sítio axial em cima e outro em baixo.
- Trace quatro sítios ao redor no plano equatorial, numerando-os sequencialmente no sentido horário: use
no quadrado equatorial e (axial up), (axial down). - Um quelato
liga dois números adjacentes (por exemplo um quelato pode ligar – , outro ligar – , ou um pode ligar – , etc.). Isso ajuda a visualizar e desenhar cada caso.
Passo 5
Caso A — isômero trans das
:
- Colocação: ponha
em posições opostas, por exemplo em (axial cima) e (axial baixo) — ou qualquer par oposto equivalente. - Os dois
ocuparão os quatro sítios equatoriais (cada liga dois sítios adjacentes: um pode ligar – e o outro – ). - Esboço prático: desenhe o eixo vertical com
em cima e em baixo; ao redor desenhe dois arcos que representam os dois quelatos ocupando os quatro lugares do quadrado. - Simetria e quiralidade: este arranjo trans tem elementos de simetria (por exemplo um centro de inversão ou plano reflexivo dependendo da orientação dos quelatos) e, para ligantes bidentados idênticos como
, o isômero trans é achiral. Logo não há par de enantiômeros para o caso trans — há somente um isômero trans.
Passo 6
Caso B — isômero cis das
:
- Colocação: ponha as duas
em posições adjacentes. Exemplos concretos de posições adjacentes: ( e ), ( e ), ( e ), etc. Para conveniência, escolha (axial cima) e (um equatorial) como representação de cloros cis. - Os dois
devem cobrir os quatro sítios restantes de modo que cada quelato ainda una dois sítios adjacentes. Haverá uma envoltura helicoidal dos quelatos em torno do metal. Escrevendo de forma prática: um quelato pode ligar – (mas note que aqui está ocupada por no exemplo; então escolha por exemplo um arranjo como cloros em e e quelatos ligando – e – etc.). O importante é que os cloros estão lado a lado. - Propriedade crítica: o arranjo cis com dois quelatos idênticos costuma formar uma hélice — ou seja, os dois quelatos podem envolver o metal em sentido horário ou sentido anti-horário. Esses dois sentidos são imagens especulares não sobreponíveis: formam um par de enantiômeros.
- Nomeação dos enantiômeros: como é habitual na quiralidade octaédrica, rotinas de química inorgânica chamam estes enantiômeros de
(hélice direita, “right-handed”) e (hélice esquerda, “left-handed”). - Esboço prático de
e : - Para
: ao olhar ao longo de um eixo apropriado (por exemplo ao olhar do cloro conjunto para o metal ou ao olhar de cima), os donors dos quelatos descrevem uma passagem em sentido horário; desenhe os dois anéis de de modo que pareçam formar uma hélice para a direita. - Para
: faça a imagem especular: mesma geometria, hélice para a esquerda.
- Para
- Conclusão: o isômero cis existe como um par de enantiômeros
e .
Passo 7
Resumo e contagem final (explicando por que não há mais isômeros):
- Geometricamente há duas classes principais: cis e trans das
. - O trans é único (achiral) — desenhe com as
opostas e os dois ocupando os quatro sítios remanescentes. - O cis gera quiralidade porque os dois quelatos idênticos podem envolver o metal em sentidos opostos; portanto existe um par de enantiômeros
e . - Não há outros isômeros distintos porque trocar os dois quelatos entre si não dá um novo isômero (são idênticos) e não há isomeria de ligação nem outro arranjo geométrico além de cis/trans para os dois
em um octaedro com dois ligantes bidentados idênticos.
Passo 8
Como esboçar passo a passo no papel (instrução prática final para fazer o desenho rápido na prova):
- Desenho do trans:
- Desenhe um ponto central (Fe).
- Trace um eixo vertical; marque
em cima e em baixo. - Desenhe quatro ligações ao redor no plano equatorial e una os pares adjacentes com laços para representar os dois
(um laço ligando os dois sítios à esquerda do quadrado, outro ligando os dois sítios à direita). - Rotule como “trans — achiral”.
- Desenho do cis (
e ): - Desenhe o ponto central.
- Coloque as duas
em posições adjacentes (por exemplo uma axial cima e outra numa posição equatorial à direita). - Desenhe os dois quelatos ocupando os quatro sítios restantes, traçando-os de modo que os laços formem uma aparência helicoidal direita (para
) ou helicoidal esquerda (para ). - Verifique que um é a imagem especular do outro; escreva
e respectivamente.
Resposta
trans (isômero com as
opostas) — achiral
cis — (hélice direita, enantiômero)
cis — (hélice esquerda, enantiômero)
cis —
cis —