Etilenodiamina (abreviada como “en”) forma um complexo [
]Cl com cloreto de cobalto. Desenhe as possíveis estruturas do complexo em um arranjo octaédrico e um arranjo hexagonal planar dos ligantes.
Passo 1
O enunciado pede que eu desenhe as possíveis estruturas do complexo
considerando dois arranjos de coordenação dos seis átomos doadores ao redor do cobalto: (a) um arranjo octaédrico e (b) um arranjo hexagonal planar.
Informações dadas e implicadas no enunciado:
Informações dadas e implicadas no enunciado:
- O complexo interno é
e há um contra-íon fora da esfera de coordenação. - O ligante etilenodiamina (abreviado
) é bidentado: cada fornece duas doadoras que coordenam ao metal formando um anel de quelato. - A coordenação total em torno do cobalto é de seis átomos doadores (dois
× 2 + dois = 6).
As perguntas que preciso responder (desenhos/estruturas a fornecer): - Quais e como são as estruturas possíveis quando os seis átomos doadores estão em geometria octaédrica?
- Quais e como são as estruturas possíveis quando os seis átomos doadores estão em geometria hexagonal planar?
Passo 2
Entender o básico que vamos usar (conceitos e dados numéricos simples).
- Oxidação do cobalto: escrever balanço de cargas para o cátion complexo
. Cada é neutro e cada coordenado tem carga . Assim, se a carga do cobalto for ,
Portanto o metal é
.
- Dentilidade:
é bidentado (dois átomos por ligante), então cada ocupa dois sítios de coordenação adjacentes. Na prática isso força os pares de doadores de cada a estarem em posições cis (adjacentes) na esfera de coordenação. - Coordenação = 6: geometria octaédrica é a mais comum para
. A geometria hexagonal planar é hipotética/menos comum, mas o enunciado pede examiná-la; trata-se de seis sítios coplanares distribuidos como os vértices de um hexágono em torno do metal.
Passo 3
Como representar posições na octaédrica para desenhar: numerar seis sítios em pares de opostos. Uma convenção útil:
- pares opostos:
, , .
Em um desenho plano típico, imagine um octaedro com três pares de vértices opostos; sítios adjacentes (cis) são, por exemplo,com ou com , etc. Lembre: um ligante bidentado como só pode ligar a dois sítios adjacentes (cis), não a sítios trans (opostos). Vou usar essa numeração para descrever onde cada e cada ocupam os sítios.
Passo 4
Estruturas possíveis na geometria octaédrica — enumeração qualitativa:
- trans-dicloro octaédrico: os dois átomos
ocupam um par oposto (por exemplo e ). As duas moléculas de ocupam os quatro sítios restantes: um liga, por exemplo, aos sítios e ; o outro liga aos sítios e . Esse arranjo é geométricamente achiral (possui plano de simetria ou centro). - cis-dicloro octaédrico: os dois
ocupam sítios adjacentes (por exemplo e ou e ). As duas ocupam os quatro sítios restantes em pares adjacentes. No caso cis, há quiralidade: os dois isômeros cis são enantiômeros (convencionados como e em complexos octaédricos com ligantes quelantes que fazem um “twist” espacial). Vou explicar como desenhar cada um com instruções passo a passo.
Passo 5
Desenhando o trans octaédrico (passo a passo para você reproduzir no papel):
- Desenhe um esboço simples de um octaedro ou apenas um símbolo de 6 sítios com pares opostos: coloque os pares
verticalmente, em profundidade, horizontalmente. - Coloque os dois
em sítios opostos, por exemplo e . Indique-os como . Escreva em TeX se quiser anotar: em e em . - Restam os sítios
. Coloque uma molécula de ligando – (isto é, as duas nitrogênios da primeira nos sítios e ) e a outra ligando – . - Verifique: cada
fecha um anel de quelato de cinco membros com o metal e os dois estão trans (opostos). Este isómero normalmente é achiral.
Passo 6
Desenhando o cis octaédrico e mostrando a quiralidade (instruções para obter
e
):
- Novamente esboce a octaédrica com os pares opostos
, , . - Coloque os dois
em sítios adjacentes, por exemplo e (qualquer escolha cis equivalente por rotação). Escreva isso como em e em . - Agora restam
para as duas . Existem duas maneiras de cozinhar a orientação espacial dos dois quelatos que são imagens especulares uma da outra (essas são as enantiômeros e ). Para desenhar: - Para a forma que chamamos
: disponha os dois laços de de modo que, ao olhar ao longo de um eixo apropriado, os enlaces formem um giro dextrógiro (à direita) — um jeito prático no desenho é cruzar ligeiramente os dois laços de modo a dar um “senso de torção” horário quando visto do topo do octaedro. - Para a forma
: faça o giro no sentido contrário (levógiro).
- Para a forma que chamamos
- Intuitivamente: o isómero cis gera dois quelatos que podem se enroscar em volta do metal em duas direções opostas; isso produz um par de enantiômeros. Então o cis dá origem a duas estruturas óticamente ativas (
e ), enquanto o trans é único (achiral).
Passo 7
Agora o arranjo hexagonal planar — como pensar e desenhar os sítios:
- Imagine seis sítios igualmente espaçados sobre um mesmo plano, numerados circularmente em sentido horário
, formando um hexágono ao redor do metal. Sítios adjacentes (cis) são – , – , etc.; pares opostos (trans) são – , – , – . - Cada
como ligante bidentado também tem que ocupar dois sítios adjacentes no hexágono (por exemplo – ). Portanto, como antes, as podem ser colocadas em posições trans ou cis.
Passo 8
Desenhando as possibilidades na hexagonal planar:
- trans-planar: coloque
em e (opostos no hexágono). Coloque as duas ligando pares adjacentes nos quatro sítios restantes; por exemplo, uma em – e a outra em – . Esse arranjo é plano e tem um eixo de simetria inverso; é achiral. - cis-planar: coloque
em dois sítios adjacentes, por exemplo e . As duas preencherão os outros quatro sítios, por exemplo uma em – e outra em – , ou em outra combinação de pares adjacentes que deixe e livres para os . Neste caso a molécula inteira fica no plano e possui um plano de simetria (o próprio plano do hexágono) — portanto é, em geral, achiral. (Observação: a quiralidade típica que aparece no cis octaédrico vem do enrolamento tridimensional dos quelatos; num arranjo estritamente planar esse enrolamento tridimensional não existe, e a quiralidade desaparece.)
Passo 9
Comparações e observações práticas para a prova (dicas rápidas e o que lembrar):
- Em geometria octaédrica com ligantes bidentados, sempre verifique se os dons de cada quelato ocupam posições cis (adjacentes) — um quelato não aparece ligando sítios trans.
- Para
há, na octaédrica, os isômeros principais: trans (um) e cis (dois enantiômeros, e ). Então contando: trans = 1 forma; cis = 2 formas enantioméricas. - Para uma hipótese hexagonal planar (menos realística para
, mas pedida), as duas possibilidades análogas são trans-planar e cis-planar; ambas são tipicamente achirais por estarem coplanares.
Resposta
Octaédrico: trans-dicloro (um isómero, achiral)
Octaédrico: cis-dicloro (dois enantiômeros, e
)
Hexagonal planar: trans-planar (achiral)
Hexagonal planar: cis-planar (achiral)
Octaédrico: cis-dicloro (dois enantiômeros,
Hexagonal planar: trans-planar (achiral)
Hexagonal planar: cis-planar (achiral)