Quais dos seguintes complexos são quirais? Desenhe as estruturas para justificar suas respostas:
[\mathrm{Pt}(\mathrm{dien}) \mathrm{Cl}]^{-}\).

Passo 1

O enunciado pede que eu identifique se o complexo [\mathrm{Pt}(\mathrm{dien})\mathrm{Cl}]^{-} é quirAL ou não e que desenhe/justifique a resposta.
Informações fornecidas (e óbvias a partir da fórmula):
  • Complexo: [\mathrm{Pt}(\mathrm{dien})\mathrm{Cl}]^{-}.
  • O ligante “dien” é a di(etilen)triamina (diethylenetriamine), uma base de Lewis tridentada que doa três pares de elétrons por três átomos de azoto (tridentado).
  • Há um íon cloreto monodentado ligado ao Pt.
  • Não foi dado explicitamente o número de oxidação do Pt, mas para Pt com ligandagem assim espera-se \mathrm{Pt}^{2+} em geometria com número de coordenação 4.
O que é pedido:
  • Determinar se o complexo é quiral (tem imagem especular não sobreponível) ou não.
  • Mostrar a estrutura (um desenho/esquematização) que justifique a conclusão.

Passo 2

O que significa “quiral” em química (lição rápida e prática pra prova).
  • Uma molécula é quiral se sua imagem no espelho NÃO for sobreponível a ela mesma.
  • Em termos de elementos de simetria, uma molécula é aquiral se possuir qualquer elemento de simetria impróprio: plano espelho \sigma, centro de inversão i ou um eixo de rotação-reflexão S_n. Se o único(s) elemento(s) de simetria forem eixos de rotação próprios C_n (incluindo C_1 identidade), a molécula pode ser quiral.
  • Portanto, estratégia prática numa prova: desenhar a geometria do complexo, procurar um plano de espelho \sigma (ou inversão i etc.). Se existir \sigma (ou i ou S_n) a molécula é aquiral.
Exemplos rápidos para memorizar:
  • Tetraédrico com quatro ligantes diferentes → quiral (análogo ao carbono assimétrico).
  • Octaédrico com três ligantes bidentados apropriados → pode ter enantiômeros \Delta/\Lambda.
  • Complexos quadrados-planos costumam ser aquirais, salvo casos muito especiais envolvendo substituintes volumosos em conformações bloqueadas (raros).

Passo 3

Determinar a geometria do centro metálico e como o dien se liga (passo operacional).
  • Pt(II) de complexos com denticidade e número de coordenação 4 geralmente adota geom. quadrado-planar. Vou assumir aqui geometria quadrado-planar (isso é padrão para \mathrm{Pt}^{2+} com três doadores N + 1 doador Cl). Escrevo isso como d^8 / coordenação 4 para lembrar: \mathrm{Pt}^{2+} com configuração efetiva d^8 favorece a geometria quadrado-planar.
  • O ligante dien é tridentado: ocupa três posições adjacentes do quadrado-planar, deixando a quarta posição para o Cl. Assim a disposição no quadrado é “3 + 1”: três sítios ocupados pelo dien, o quarto ocupado por Cl.

Passo 4

Desenho-esquemático da disposição dos doadores ao redor do Pt (vista superior, quadrado planar). Vou representar os quatro sítios ao redor do Pt como os quatro pontos cardeais; os três doadores N do dien ocupam três posições adjacentes e o Cl ocupa a posição restante. Um esquema simples (vista de cima):
  (N1)
   |
(N3)- Pt - (Cl)
|
(N2)
Explicação do esquema:
  • \mathrm{N1},\\ \mathrm{N2},\\ \mathrm{N3} são os três átomos de N do ligante dien, ligados em cadeia (N1—(CH2CH2)—N2—(CH2CH2)—N3). Eles coordenam ao Pt ocupando três vértices adjacentes do quadrado.
  • O \mathrm{Cl} ocupa o quarto vértice (é monodentado).
  • Os dois anéis quelato formados (Pt—N1—C—C—N2 e Pt—N2—C—C—N3) serão aproximadamente cinco-membros cada.
Observação útil: o dien é um ligante que tem simetria praticamente “refletível” entre as duas extremidades terminais (os dois grupos —NH2 terminais são equivalentes quimicamente). O átomo de N do meio (N2) é o “centro” da sequência das três N.

Passo 5

Procurando elementos de simetria na estrutura desenhada (o teste decisivo).
  • Considere um plano vertical que passa pelo átomo de Pt e pelo átomo de nitrogénio central \mathrm{N2} e também contém o ligante \mathrm{Cl} (ou seja, um plano que corta o desenho na linha Pt–Cl–N2). Esse plano espelho reflete o braço que contém \mathrm{N1} no braço que contém \mathrm{N3}.
  • Como os dois braços terminais do dien são idênticos (mesma sequência —CH2CH2—NH2) e estão ligados simetricamente ao nitrogénio central, a reflexão pelos dois lados do plano mapeia \mathrm{N1} \mathrm{N3} mantendo Pt, \mathrm{N2} e \mathrm{Cl} no plano.
  • Logo existe um plano espelho \sigma que transforma a molécula nela mesma. Pelo critério de simetria, a existência desse \sigma torna a molécula aquiral.
Para reforçar com o esquema mostrando o plano (linha vertical “|”):
  (N1)
   |
(N3)- Pt - (Cl) ← plano \sigma vertical passa por Pt e pelo eixo Pt–Cl–N2
|
(N2)
A reflexão troca (N1) ⇄ (N3) e deixa Pt e Cl inalterados.

Passo 6

Discussão sobre conformações e possíveis dúvidas (prevenção de pegadinhas de prova).
  • Pode alguém argumentar que, por serem anéis quelatos, a conformação 3D do dien poderia dobrar fora do plano e assim eliminar o plano espelho? Sim, o ligante é flexível e em princípio diferentes conformações 3D existem. Porém:
    • A conformação mais estável e a forma média do complexo deixam os dois braços terminais quimicamente equivalentes, de modo que existe uma operação de reflexão que relaciona as duas extremidades.
    • Mesmo que uma conformação assimétrica momentânea ocorra (um “twist”), os movimentos internos tipicamente permitem interconversão rápida entre as conformações imagens uma da outra — isto leva a mistura racêmica se houvesse enantiômeros conformacionais, mas na prática não há um isômero estável isolável que seja quiral neste caso.
  • Portanto, para fins de prova e química inorgânica básica, consideramos [\mathrm{Pt}(\mathrm{dien})\mathrm{Cl}]^{-} aquiral (não quiral).

Passo 7

Resumo do método que você deve aplicar em prova (passo-a-passo prático, salva-vidas):
  1. Identificar número de coordenação e geometria provável (aqui: 4, quadrado-planar, d^8).
  2. Ver quantos sítios cada ligante ocupa (denticidade). Colocar no desenho os doadores ao redor do metal.
  3. Procurar elementos de simetria: plano espelho \sigma, centro i, eixos S_n. Se existir \sigma ou i ou S_n a molécula é aquiral.
  4. Se não encontrar nenhum deles, procurar se a molécula tem apenas eixos de rotação próprios C_n — aí pode ser quiral.
  5. Lembre-se de que ligantes idênticos ou braços simétricos (como os dois terminais do dien) facilitam a existência de um \sigma e tornam o complexo aquiral.
Exemplos para memorizar:
  • Tetraédrico com quatro ligantes diferentes → quiral.
  • Octaédrico com três ligantes bidentados apropriados (ex.: tris(ethylenediamine) metálico) → forma Δ/Λ (quiral).
  • Quadrado-planar com 3+1 (tridentado + monodentado) como aqui → normalmente aquiral se o tridentado é simétrico entre os dois braços.

Resposta

O complexo [\mathrm{Pt}(\mathrm{dien})\mathrm{Cl}]^{-} é aquiral (não é quiral).

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