Isomeros geometricos (1)

8/10/2019 Isomeros geometricos (1)

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SNTESIS Y CARACTERIZACIN DE COMPUESTOS DECOORDINACIN: ISMEROS GEOMTRICOS I .

Sebastin Tovar Molina (1235115), Christian Rojas De La Cruz (1240148)

[email protected], [email protected] del Valle, Facultad de ciencias naturales y exactas, Departamento de Qumica.Fecha de realizacin: 22 y 29 de Abril de 2014.

Fecha de entrega: 20 de Mayo de 2014

ResumenSe realiz la sntesis de los ismeros geomtricos del Co

3+: trans- y cis-[Co(en)2Cl2]Cl. El ismero transse

sintetiz a partir de la oxidacin del cobalto adicionando perxido de hidrgeno al cloruro de cobaltohexahidratado. Para la estabilidad del complejo se adicion etilendiamina y mediante la evaporacin seelimin el HCl adicionado para precipitar el complejo. Mediante el enfriamiento y filtracin de la disolucin seobtiene 0.1845 g del compuesto con un rendimiento del 48.16% el cual se analiz por espectroscopiainfrarroja encontrando bandas de absorcin entre el enlace Co-N de 586.86 cm

-1. En el ismero cis, semezcl una cantidad del ismero trans con hidrxido de amonio 5M y se obtuvo por cristalizacin 0.1923 gde compuesto con un rendimiento del 190.02%. El anlisis por espectroscopia UV se realiza disolviendo losismeros trans y cis en metanol y agua debido a la polaridad que presentan los ismeros.

Palabras clave: Ismeros geomtricos, compuestos de coordinacin, espectroscopia UV, espectroscopiaIR, cis y trans cloruro de diclorobis (etilendiamina) cobalto (III).

1. Introduccin.

Los ismeros geomtricos son complejosmetlicos en los que los ligandos decoordinacin estn presentes en la mismaproporcin, pero puede variar en la

disposicin de los ligandos alrededor deltomo metlico central.

A pesar de tener siempre las frmulasqumicas idnticas, los ismerosgeomtricos tienen a menudo ampliamentediferentes propiedades, como momentosmagnticos, colores, la fuerza de adhesin,y reactividades [1].En la qumica inorgnica, la seccin deformacin de complejos es muy basta y loscomplejos formados pueden ser muchos,dependiendo de los ligandos y centro

metlico en cuestin, pero teniendo losmismos tomos pueden obtenersediferentes complejos a los que se les llamaismeros, existen varios tipos de ismerospticos y estructurales, aunque son losmismos tomos, las posiciones o las formade enlazarse les proporciona caractersticasmuy diversas entre las ms notables sucolor. En la prctica de laboratorio seestudian un tipo de ismeros estructurales,

los ismeros de enlace, utilizando comocentro metlico el cobalto y como ligandos elcloro y la etilendiamina, la formacin decierto ismero se ve favorecida por lascondiciones a las que es sintetizado, porejemplo el pH, la temperatura o tipo de

disolvente; estos ismeros pueden seridentificados por sus caractersticasevidentes, por espectro IR, en los que sepuede notar la diferencia de los picos quepueden estar desfasados o difusos; tambinlos ismeros tienen gran importancia porquealgunos por su forma tienen actividadbiologa mientras otros no, tomando porejemplo el cisplatino un compuestoantitumoral.


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2. Datos, clculos y resultados.

La sntesis del cloruro de trans-diclorobis(etilendiamina) cobalto (III) se realiz a partirdel cloruro de cobalto hexahidratado

adicionando 2 mL de agua y agitando hastadisolucin completa. Posteriormente seadicion 1.2 mL de etilendiamina al 10%(solucin exotrmica) y al dejar enfriar unpoco la solucin se agreg 1 mL de perxidoal 30%. Despus se agreg 0.8 mL de HClconcentrado y se calent la solucin hastaformar una capa sobre la superficie.Finalmente se enfri la solucin con hielo ylos cristales formados se filtraron a gravedadrealizando lavados con 3 mL de etanol y deter. Se dej secar los cristales obtenidos.

Para la sntesis del cloruro de cis-diclorobis(etilendiamina) cobalto (III) se disolvi unpoco del complejo obtenido anteriormenteen 0.1 mL de hidrxido de amonio 5 M y secalent la solucin hasta separar loscristales adicionando un poco de agua porevaporizacin. Despus se adicion 0.1 mLde hidrxido de amonio 5 M, se dej secar yse enfro con hielo para desde luego filtrar alvaco realizando lavados con muy pocaagua.

A continuacin se muestra los resultados

obtenidos en la experimentacin.Tabla 1.Resultados obtenidos en la sntesis dela sal de Mohr.

Reactivo Peso (1.0x10- g)CoCl26H2O 0.3192

Trans-[Co(en)2Cl2]Clobtenido en sntesis. 0.1845

Trans-[Co(en)2Cl2]Clpara sntesis de

complejo cis-0.1012

Cis-[Co(en)2Cl2]Cl

obtenido en sntesis

0.1923

Para calcular el porcentaje de rendimientode la reaccin es necesario conocer el pesoterico del complejo obtenido. La reaccingeneral que ocurre en la sntesis del ismerotrans- es la siguiente.

[]

Esquema 1. Sntesis del cloruro de trans-diclorobis (etilendiamina) cobalto (III).

Peso terico del ismero trans-.

[]

[]

[]

[]

Se sabe que el porcentaje de rendimiento

describe la relacin de rendimientoexperimental y terico.

Ecuacin 1. Porcentaje de rendimiento.

De acuerdo a lo anterior se tiene:Porcentaje de rendimiento para el ismerotrans-.

La reaccin general que ocurre en la sntesisdel ismero cis- es la siguiente.

[] []

Esquema 2. Sntesis del cloruro de cis-diclorobis(etilendiamina) cobalto (III).

El esquema anterior muestra que la relacinde interconversin de los ismeros es de1:1; para el peso terico se espera obtenerla misma cantidad que se pes del ismerotrans, el valor de 0.1012 g.

Porcentaje de rendimiento para el complejocis-.


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La caracterizacin de los ismeros se realiza partir de la espectroscopia IR y UV.Para la espectroscopia de infrarrojo se utilizla tcnica de la pastilla de KBr. Esta tcnica

implic una mezcla del compuesto trans conpolvo de KBr (10mg Muestra/ 100 mg KBr).Despus se realiz la compresin de lamezcla en un molde para formar una pastillatransparente la cual fue introducida alinstrumento el cual reporto las bandas quese presentan en las grficas anexas.Para la espectroscopia UV-vis se tom una

pequea porcin de los compuestos trans y

cis y para cada uno se disolvi en agua y en

metanol en un matraz aforado de 25 mL. Las

bandas observadas se muestran en lasgrficas anexas.

3. Anlisis de resultados.La sntesis del cloruro de trans-diclorobis(etilendiamina) cobalto (III) implic laoxidacin del cobalto Co2+ a Co3+ por elperxido de hidrgeno. Aqu, el H2O2 actacomo un agente oxidante y se reduce apartir de O-1a O2 - .Sin embargo, el Co3 + es inestable en unentorno acuoso, y por tanto se reduce

fcilmente de nuevo a Co2 +

.

Para evitar estofue necesario adicionar el ligandoetilendiamina para que el Co3+ formado seestabilice y se conserve en el estado deoxidacin ms alto.Dado que uno de los objetivos es obtenerlos cristales correspondientes al compuestotrans, fue necesario agregar a la solucincido clorhdrico concentrado, pues enpresencia de este cido el compuesto transse hace menos soluble y por endeprecipitar ms rpido.

Una vez Co

3+

estuvo coordinado por losligandos Cl- , este es estable frente a lareduccin por el agua en la evaporizacin. Alformarse la capa sobre la superficie lasolucin se enfro en un bao de hielo paraprecipitar tanto complejo como sea posible yas formar los cristales para posteriormentefiltrar y recuperar dichos cristales. En lafiltracin se realiz lavados con etanol y terpara eliminar el solvato de HCl, y eliminar el

exceso de disolvente de agua para as secarlos cristales.

Al observar el porcentaje de rendimiento de48.16% se evidencia posiblemente que en lafiltracin pudo haber quedado parte de

reactivo, adems, probablemente elperxido no oxid completamente el cobaltopuesto que en la obtencin del complejo sepudo observar fsicamente que los cristalesverdes tenan tambin algunos cristalesazules, estos pueden ser del Co2+ que noestaba oxidado por el perxido.El enlace covalente entre el ion metlico ysus ligandos, entre el Co3 + y el Cl- es atravs de coordenadas de enlacescovalentes; los ligandos actan como basesde Lewis y donan pares de electrones al

metal, que acta como un cido de Lewis.Como un ejemplo general de este tipo deunin, se considera la formacin delcomplejo inico [Co(NH3)4Cl2]

+ cuyosismeros geomtricos son los siguientes.

Figura 1.Ismeros geomtricos del[Co(NH3)4Cl2]

+

Para la sntesis del cloruro de cis-diclorobis(etilendiamina) cobalto (III) se vio favorecidomediante la conversin del compuesto transal evaporar dicho compuesto y adicionaramoniaco acuoso. En la reaccin elamoniaco sustituye a un ligandomonodentado (Cl-), lo que permite dar origena un complejo intermedio con una carga 2+.En la evaporacin la concentracin de losiones cloro aumenta y por tanto estos


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desplazan al amoniaco, as ocupando losorbitales vacos del complejo por la nuevadisposicin espacial de la etilendiaminagenerando el compuesto cis que se obtienedespus de precipitarlo completamente con

hielo. Su porcentaje de rendimientofue de 190.02%, posiblemente a que no sesec completamente el complejo realizandopeso sus debidas aguas.En cuanto al anlisis del IR se sabe que laespectroscopia se fundamenta en laabsorcin de la radiacin infrarrojo por lasmolculas en vibracin, su aplicacin msinmediata es en el anlisis cualitativoespecficamente la deteccin de lasmolculas presentes. Una molculaabsorber la energa de un haz de luz

infrarroja cuando dicha energa incidentesea igual a la necesaria para que se d unatransicin vibracional de la molcula. Esdecir, la molcula comienza a vibrar de unadeterminada manera gracias a la energaque se le suministra mediante luz infrarroja.Para absorber radiacin infrarroja, unamolcula debe experimentar un cambio netoen el momento bipolar como consecuenciade su movimiento de vibracin o de rotacin,solo en estas circunstancias, el campoelctrico alternante de la radiacin puede

interaccionar con la molcula, y causar ascambios en la amplitud de alguno de susmovimientos [3]. En estas circunstancias elanlisis de espectro en IR solo se pudoefectuar para el compuesto trans-[Co(en)2Cl2]Cl puesto que el compuesto Cis-[Co(en)2Cl2]Cl se utiliz 0.1012 g delcompuesto Trans que no fue suficiente paraque al sintetizarse el Cis precipitara, solo sepudo obtener una solucin del compuesto ypara el anlisis de IR el instrumento utilizadosolo puede utilizarse con muestras slidas

en forma cristalina. En un espectro infrarrojodel compuesto trans debe aparecer en unnmero de onda cercano a 600 cm-1 elenlace Co-N; en el obtenidoexperimentalmente se encuentra un picomuy cercano a 586.86 cm-1, evidenciandoeste enlace y para el enlace Co-Cl debe deaparecer en 320cm-1, en el obtenidoexperimentalmente est un pico en 321.32cm-1. En el espectro IR aparecen muchos

picos a distintos nmeros de onda, esto sedebe a que se utiliz un ligando orgnicobastante voluminoso, con enlaces C-C, N-C,C-H y N-H, que se muestran a diferentesnmeros de onda ; para la identificacin del

ismeros cis y trans es de gran ayudautilizar la espectroscopia Raman combinadacon los espectro infrarrojos puesto que losismeros trans tienen un centro de simetraque excluye el efecto Raman de todas lasvibraciones anti simtricas y no podra seraplicada a isomera cis porque no tienencentro de simetra. En un espectroinfrarrojo las bandas de absorcin delismero trans sern muy dbiles alcontrario de las bandas del ismero cis quesern muy pronunciadas, al relacionar el

espectro infrarrojo y el espectro Raman seencontrar que las bandas dbiles en elespectro infrarrojo sern ms pronunciadasen el espectro Raman y las bandas fuertesen el espectro infrarrojo sern dbiles en elespectro Raman [2].

Segn los espectros IR encontrados en unanlisis de este mismo complejo [1],semuestra que las diferencias entre el ismerocis y el trans se marca un pico a las 295 cm -1del enlace Co-Cl en el ismero trans,

mientras en el ismero cis este pico Co-Clse ve bifurcado con sus valores mximos de287 cm-1 y 272 cm-1, en los que se puedeconcluir que para el ismero cis el pico sebifurca y presenta un desfase considerable

Analizando otros dos espectro IRencontrados del compuesto [1] de formacuadrado planar [Pd(NH3)2Cl2], los picos deenlace Pd-N y Pd-Cl son bien definidos,mientras que los picos del ismero cis seven bifurcados.


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Figura 2. Espectros de infrarrojo del trans- y cis-[Pd(NH3)2Cl2].

Para esta tcnica se utiliz el mtodo de lapastilla de KBr cuya desventaja msimportante es que el bromuro potsico es denaturaleza higroscpica, dificultando lainterpretacin en el anlisis de la regin deOH y NH. [5]

Otra desventaja de esta tcnica es que nomuestra realmente un enlace con unhalgeno, pues las bandas aparecen enfrecuencias pequeas, cercanas a la reginde las huellas dactilares y por tanto no

puede determinarse con exactitud; es poresto que en los espectros no se indic labanda de enlace con el cloro. [5]

Es por esto que existen otros mtodos quese usan para identificar los compuestos cis ytrans. En estos estn: la espectroscopia demasas una tcnica analtica, basada en laobtencin de iones a partir de molculasorgnicas en fase gaseosa; una vezobtenidos estos iones, se separan deacuerdo con su masa y su carga, y

finalmente se detectan por medio de undispositivo adecuado. Un espectro de masasser, en consecuencia, una informacinbidimensional que representa un parmetrorelacionado con la abundancia de losdiferentes tipos de iones en funcin de larelacin masa/carga de cada de uno deellos. [1]

Resonancia Magntica nuclear (RMN) unatcnica espectroscpica probablemente laque ms informacin suministra para ladeterminacin de la estructura de uncompuesto orgnico. Este mtodo permite

determinar con buena aproximacin elesqueleto hidrocarbonado de una molcula.Es una espectroscopia de absorcin cuyofundamento es la absorcin de energa(radiofrecuencias) por un ncleomagnticamente activo, que est orientadoen el seno de un campo magntico, y quepor efecto de esa energa cambia suorientacin. Las partes fundamentales de unespectrmetro de RMN son un imn,actualmente una bobina superconductora,que suministra el campo magntico

principal, un oscilador de radiofrecuenciasque suministra la energa necesaria paracambiar la orientacin de los ncleos, unabobina detectora que recibe las seales y unsistema informatizado que gobierna todo elaparato y que incluye un sistema deamplificacin y registro. [4]

La espectroscopia UV-vis se fundamenta enla absorcin de radiacin ultravioleta visible por una molcula, causando lapromocin de un electrn de un estado

basal a un estado excitado, liberndose elexceso de energa en forma de calor.La luzvisible o UV es absorbida por los electronesde valencia, stos son promovidos a estadosexcitados (de energa mayor). Al absorberradiacin electromagntica de unafrecuencia correcta, ocurre una transicindesde uno de estos orbitales a un orbitalvaco. Las diferencias entre energas varanentre los diversos orbitales. [5].

En esta tcnica los compuestos trans y cis

se diluyeron en metanol y en agua ya que laestabilidad de estos complejos en dichossolventes depende de la polaridad de loscomplejos. Como se sabe el ismero transno presenta polaridad mientras que el Cis sipresenta polaridad, debido a queexperimentalmente se ha encontrado que elcompuesto cis presenta momento dipolar,por consiguiente el complejo trans esinestable en metanol porque ambos son no


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polares, y por tanto este se disolver en elmetanol. Para el complejo Cis como se dijoes polar, por tanto ser ms inestable en elagua que tambin es polar ya que disolvereste complejo.

Con lo anterior se explica que en losespectros UV para el compuesto cis seobtenga picos de absorbancia muchos msaltos disuelto en agua que en metanoldebido a la inestabilidad. Caso contario pasacon el complejo trans, los picos ms altos seobservan en el que esta disuelto en metanolpuesto que estos dos son no polares, comose dijo anteriormente, y por tanto inestables.

Figura 3.Ismeros geomtricos del [Rh(en)2Br2]+

4. Conclusiones

5. Referencias.

[1]. Organizacin central CSIC.Espectroscopia de masashttp://www.mncn.csic.es. Revisado el 16 deMayo de 2014.

COTTON A.; Advance Inorganic Chemistry:The Chemistry of the Transition Elements.6ta ed. John Wiley & Sons, Reino Unido;1999, pp. 779, 789-791.

[2]. WELLS, A. Qumica Inorgnicaestructural. 1ra ed. Clendon prees, Oxford1978, pp. 992.

[3]. HOUSECROFT, C. Qumica inorgnica.

2da ed. Pearson educacin, S.A; Madrid(Espaa) ,2006. pp. 622

[4]. Universidad de Sevilla. ResonanciaMagntica Nuclear.https://investigacion.us.es. Revisado el 18de Mayo de 2014.

[5]. Annimo. Espectrometra de absorcin.http://www.espectrometria.com. Revisado 20de Abril de 2014.

[6]. HARRIS, D. Qumica analtica. 3ra ed.Iberoamrica, Mxico D.F, 1992, pp. 416-417.

[7]. DOUGLAS, B.McDANIEL, D. Conceptosy modelos de qumica inorgnica. Reverte,S.A, Espaa, 1982, pp. 430

[8.] SKOOG, D. Principios de anlisisinstrumental. Sexta edicin. CengageLearning, Mxico, 2008. pp. 341

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