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ANÁLISIS DE ISÓMEROS GEOMÉTRICOS CIS Y TRANS-Cu(gly)2*H2O POR ESPECTROSCOPÍA
DE INFRARROJO
Luz Karime Aragón Londoño [email protected] Cristian Duarte Osorio [email protected]
Dilver Jhovan Garcés Gómez [email protected]
Universidad del valle, Facultad de Ciencias Naturales y Exactas, Departamento de Química.
RESUMEN Se sintetizaron los isómeros cis y trans-Cu(gly)2*H2O, el
cis resultó de la mezcla en caliente de una solución de
acetato de cobre y una solución de glicina, obteniendo
0.378g, el trans se intentó obtener dejando en reflujo
por una hora con una cantidad del cis-Cu(gly)2*H2O ya
sintetizado con glicina.
PALABRAS CLAVE: isómeros geométricos, cis-trans,
espectro IR.
OBJETIVOS
- Diferenciar los compuestos cis- Cu(gly)2*H2O
y trans- Cu(gly)2*H2O sintetizados utilizando
métodos espectrométricos como el infrarrojo.
- Comparar la facilidad para sintetizar los
compuestos cis- Cu(gly)2*H2O y
trans- Cu(gly)2*H2O.
DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS
Síntesis del isómero geométrico
cis-Cu(gly)2*H2O
Se disolvieron 0,5034 g de acetato de cobre (II)
monohidratado (Cu[(CH3COO)2*H2O]) en 7,5 mL de
agua desionizada caliente aproximadamente a una
temperatura de 65 °C, cuando se disolvió por completo,
se adicionaron 5 mL de etanol lentamente
(Solución 1).
Por otra parte se disolvieron 0,3751 g de glicina
(H2NCH2COOH), este compuesto se adicionó por
cantidades pequeñas a 5 mL de agua desionizada
caliente a una temperatura aproximada de 60°C,
(solución 2).
Reacción 1
Posteriormente se mezclaron las soluciones 1 y 2,
manteniéndose la 2 en caliente y se adicionó la 1
lentamente, se observó que a medida que se agregaba
la solución 1, la mezcla cambiaba su calor de azul claro
a azul rey. Se dejó enfriar en un baño de hielo, después
de un tiempo se empezaron a observar los cristales
(0,3780 g), los cuales posteriormente se filtraron y se
lavaron con 5 mL de etanol frío luego se dejaron secar
durante una semana.
Reacción 2
Para hallar el reactivo límite se hallaron las moles de
los reactivos y con estas se hallaron las moles el
producto, estos valores se observan en la Tabla 1.
Los valores de la siguiente tabla se obtuvieron
mediante las siguientes formulas:
- Moles de reactivo Ec. 1
- Moles producto Ec. 2
Observación: En las Ec. se observara la letra A, la cual
es equivalente a cis-Cu(gly)2*H2O
Gramos teóricos de cis-Cu(gly)2*H2O
Tabla 1. Reactivo limite
Reactivo Cantidad utilizada
Moles de reactivo
P.M (g/mol)
Peso Cis-
Cu(gly)2*H2O
H2NCH2COOH 0,3751 g 4,997*10-3 75,07 0,5738 g
Cu[(CH3COO)2*H2O] 0,5034 g 2,5214*10-3
199,65 0,5791 g
2
% Rendimiento Ec. 3
Síntesis del isómero geométrico trans-Cu(gly)2*H2O
Para este proceso se pesaron 0,0502 g del isómero geométrico cis-Cu(gly)2*H2O y se disolvieron en un balón de fondo redondo con 10 mL de agua y 0,1005 g de glicina, se montó en un sistema de reflujo y se dejo durante aproximadamente 1 hora, luego se dejo enfriar la solución a temperatura ambiente durante 1 semana para la formación del isómero ,pero este no se formó. El valor teórico que se debería obtener del isómero geométrico trans debería ser la misma cantidad que se adicionó del isómero cis, debido a que este es el reactivo limite y la relación es 1:1.
ANÁLISIS DE RESULTADOS
La isomería consiste en que dos o más sustancias que
responden a la misma fórmula molecular pero
presentan propiedades químicas y/o físicas distintas.
1. Isomería estructural
La isomería estructural se debe a diferencias en las
estructuras químicas en los compuestos isómeros,
estas pueden explicarse mediante fórmulas planas o
esquemas.
a. Isomería de cadena: Es la que presentan las
sustancias cuyas fórmulas estructurales
difieren únicamente en la disposición de los
átomos de carbono en el esqueleto carbonado.
b. Isomería de posición: Es la que presentan
sustancias cuyas fórmulas estructurales
difieren únicamente en la situación de su
grupo funcional sobre el esqueleto carbonado.
c. isomería de función: Es la que presentan
sustancias que con la misma fórmula
molecular presentan distinto grupo funcional.
2. Estereoisomería
La estereoisomería la presentan sustancias que con la
misma estructura tienen una diferente distribución
espacial de sus átomos.
a. Isomería geométrica: La isomería geométrica
desde un punto de vista mecánico, se debe en
general a que no es posible la rotación libre
alrededor del eje del doble enlace. Es
característica de sustancias que presentan un
doble enlace carbono-carbono, así como de
ciertos compuestos cíclicos. Para que pueda
darse en los compuestos con doble enlace, es
preciso que los sustituyentes sobre cada uno de
los carbonos implicados en el doble enlace sean
distintos. Es decir, que ninguno de los carbonos
implicados en el doble enlace tenga los dos
sustituyentes iguales.
- Forma cis; en ella los sustituyentes iguales de los
dos átomos de carbono afectados por el doble
enlace se encuentran situados en una misma
región del espacio con respecto al plano que
contiene al doble enlace carbono-carbono.
- Forma trans; en ella los sustituyentes iguales de
los dos átomos de carbono afectados por el doble
enlace se encuentran situados en distinta región
del espacio con respecto al plano que contiene al
doble enlace carbono-carbono, como se observa
en la fig. 2.
Normalmente resulta más fácil transformar la forma cis
en la trans que a la inversa, debido a que en general la
forma trans es la más estable.
b. Isomería óptica: Existen sustancias que al ser
atravesadas por luz polarizada plana producen un giro del plano de vibración de la luz, se dice que estas sustancias presentan actividad óptica. La causa de la actividad óptica radica en la asimetría molecular
[1].
La síntesis del isómero geométrico cis-Cu(gly)2*H2O se realizó partiendo de la mezcla de la solución 1 “disociación del acetato de cobre (II) monohidratado” y la solución 2 “disociación de la glicina” en esta segunda disociación se forma el anión glicinato, como se muestra en la reacción 1, ligandos bidentados asimétricos queda lugar a isómeros estructurales como lo son el cis y trans-Cu(gly)2*H2O
[2].
Fig.1 Anión glicinato
3
Fig. 2. Isómeros geométricos del cis y trans-Cu(gly)2*H2O[3]
.
Estos isómeros se diferencian entre sí por sus propiedades físicas y químicas, como por ejemplo el pka y el punto de ebullición que para el cis es entre 145 y 181°C el cual es relativamente alto comparo con el del trans el cual está comprendido entre 100 y 127 °C. Su
interconversión solo es posible químicamente [4]
.
Al momento de sintetizar el compuesto se obtiene en primer lugar la cristalización del compuesto cis debido a
que este compuesto es favorecido por la cinética [5]
.
Fig.3. Trans bis glicinato de cobre (II), donde el color rojo es oxigeno, el azul es nitrógeno, gris oscuro es el cobre, gris claro es carbono y blanco son los hidrógenos.
Es compuesto tiene el ion Cu (II) que tiene una estructura atómica 3d
9, disponiendo esos 9 electrones
en dos niveles (t2g)6 (eg)
3, que debido a las distorsiones
se desdoblan a su vez según la fig.4.
Fig.4. Estructura atómica
Los complejos de este ion metálico tienden a sufrir distorsión de Janh-Teller, enunciado en 1937 implica una mayor repulsión de los ligandos en coordinación octaédrica sobre el eje z, que tiende a alejarlos, hasta tal punto que esos dos ligandos, en
algunos casos se pierden, por ello es difícil encontrar complejos hexacoordinados del Cu(II)
[6].
ESPECTRO INFRARROJO DE LOS ISÓMEROS CIS
Y TRANS
La espectroscopia IR, es de gran utilidad en análisis
cualitativo orgánico. Con una gran experiencia en la
técnica, la persona, con solo visualizar puede ubicar
cualquier grupo funcional y observar algunos detalles
de estos que le permiten ubicar el compuesto. También
reconocer su estequiometria y la estereoquímica de los
dobles enlaces que posea dicha sustancia.
La región infrarroja del espectro electromagnético se
puede clasificar en dos; entre 0.75 µm
aproximadamente se encuentra la región visible y la de
microondas cerca de 1000 µm. pero esta región
también se subdivide en la región lejana (10-400 cm-1
),
la región IR cercana (1000-13333 cm-1
) y la región
fundamental o normal, que es la que normalmente nos
da la información requerida relacionada con la
estructura molecular y grupos funcionales.
Se encuentra dos clases fundamentales de vibración
para las moléculas, las vibraciones de flexión o de
formación, y los de tensión, elongación o estiramiento,
donde las de flexión generalmente necesitan menor
energía y ocurren a longitud de onda mayor que las
vibraciones de tensión, esto es (menor frecuencia y
menor número de onda); las de tensión dependen de la
fuerza de los enlaces.
Un grupo de átomos determinados da origen a bandas
de absorción características, es decir en un grupo
específico absorbe luz a determinada frecuencia ya que
son las que son prácticamente las mismas de un
compuesto a otro; así que dos sustancias que tengan
espectro IR idénticos, serán idénticas en miles de
propiedades físicas ya que miles de frecuencia
diferentes evidencian que ciertamente debe tratarse del
mismo compuesto.
A Través de miles de espectros IR los químicos han
determinados rangos dentro de los cuales se espera
que átomos de la sustancia absorban [7]
.
En el espectro IR realizado al isómero cis en este caso,
podemos observar dos bandas transmitidas por el
enlace Cu-N entre 450 y 560 Cm-1
, con una frecuencia
entre (455.43-559.32) Cm-1
estas bandas vibratorias se
observan entre un rango de 450 a 500 Cm-1
, ya que el
cobre (II) se encuentra enlazado solo a enlaces
nitrógeno u oxígeno por las propiedades que le permite
formar compuestos quelatos, lo cual le proporciona una
mejor estabilidad; también su estado de Cu (II) le
permiten disponer de 9 electrones los cuales sufren una
4
distorsión al formar los complejos de Cu (II) formando
una molécula de plano cuadrado con un campo débil.
La banda presentada a esta frecuencia es debido a las
vibraciones de estiramiento simétrico y anti simétrico
que presentan estos enlaces Cu-N, en consecuencia el
isómero trans solo debería presentar una sola. Al ser el
cobre un compuesto paramagnético forma el complejo
con la glicina, entonces podemos obtener mayor
información de este valiéndonos de una espectroscopia
de IR.
El isómero cis muestra una banda 672,77 Cm-1
muy
lejana a la que debería haber obtenido la cual es de
630 nm, ya que es la banda que debe mostrar en la
región visible del espectro de estos isómeros en
solución.
A pesar de que el isómero cis es favorecido por la
cinética en la reacción y ser este el que cristaliza, para
luego de una u otra forma formar el trans; no es muy
estable, debido a que este presenta una mayor simetría
que el trans, y también porque en el cis la repulsión de
los dos grupos carbonilos próximos que se encuentran
en el mismo lado, contribuyen a la inestabilidad; dando
la propiedad de estabilidad al trans ya que en este sus
grupos carbonilo se encuentran en lados opuestos y
tiene mejor posibilidad de rotación de estos enlaces [8]
.
En cuanto a que el IR del compuesto trans es más
simple que el cis, se debe a que este es un hibrido del
cis o sea fue obtenido a través de este ya que al
momento de la reacción solo cristaliza el isómero cis el
cual es favorecido por la cinética, entonces el color del
isómero trans será un poco más claro que el del cis y
esto hace que la detección del IR produzca mayores o
menores frecuencias según corresponda; también el
espectro del cis presenta mayores bandas que el trans
en esta zona por la simetría del complejo y el trans
menos bandas por el estiramiento asimétrico de los
enlaces Cu-N. Pero también hay que recalcar que
ambos poseen una gran similitud ya que se obtienen de
los mismos reactivos por tal motivo obtendrán casi las
mismas características, esto se observa en una zona
de entre 800-1200 Cm-1
.
CONCLUSIONES - El compuesto cis es más favorecido
cinéticamente, por este motivo el compuesto cis-
Cu(gly)2*H2O se forma mucho más fácil y cristaliza
casi inmediatamente a temperatura ambiente.
- El isómero trans- Cu(gly)2*H2O se forma a partir
del cis, el compuesto trans es más favorecido
termodinámicamente por esto, para obtenerlo se
debe exponer el compuesto cis- Cu(gly)2*H2O a
temperaturas elevadas.
- La diferenciación de los isómeros
cis- Cu(gly)2*H2O y trans- Cu(gly)2*H2O se hace
por el espectro infrarrojo, el cual muestra
diferencias en las vibraciones de flexión y de
tensión en los enlaces de la molécula.
- Aunque no pudimos sintetizar el compuesto
trans- Cu(gly)2*H2O, este es más estable que la
configuración cis, debido a que las repulsiones
electrónicas entre los átomos ligantes en la
configuración cis son más fuertes y esto hace
inestable al cis- Cu(gly)2*H2O.
BIBLIOGRAFÍA
[1] Anónimo, sin título
http://www.juntadeandalucia.es/averroes/recursos_infor
maticos/concurso1998/accesit8/ci.htm Revisado el 27
de noviembre del 2013
[2] Anónimo, sin título
http://www.unirioja.es/dptos/dq/docencia/material/eqi/E
QI.pdf Revisado el 24 de noviembre del 2013
[3] Anónimo, sin título
http://docencia.izt.uam.mx/sgpe/files/users/uami/jpn/file/
Quimica_de_Coordinacion/4_Isomeros_Geometricos.pd
f Revisado el 25 de noviembre del 2013
[4] KOOLMAN, Jan; RÖHM, Klaus-Heinrich. Bioquímica
Texto y Atlas. 3 ed. Argentina. Editorial Médica
Panamericana. 2004. p. 8
[5] Anónimo, sin título
http://docencia.izt.uam.mx/sgpe/files/users/uami/jpn/file/
Quimica_de_Coordinacion/4_Isomeros_Geometricos.pd
f Revisado el 24 de noviembre del 2013
[6] Anónimo, sin título
http://www.heurema.com/QG21.htm Revisado el 26 de
noviembre del 2013
[7] ZULUAGA, f.; INSUASTY, b.; YATES, b. Análisis
Orgánico Clásico y Espectral. Colombia. Editorial
Universidad del Valle. 2000. p. 77-81
[8] Crespo, R.; Fieser, L. Química orgánica
Fundamental. 2 ed. Barcelona. Editorial Reverté. 1980.
p.43.
5
ANEXOS
6
