Laboratorio de Química Inorgánica II PREPARACION DE CIS Y TRANS-BIS(GLICINATO)COBRE II Luis Miguel Álvarez Cuadrado (1.003.046.548), Elizabeth Martínez Salgado (1.066.753.086), Sergio Luis Rivero Trujillo (1.067.950.492). Facultad de Ciencias Básicas, Departamento de Química, Universidad de Córdoba, Carrera 6 No. 77- 305, Montería, Colombia. RESUMEN Los compuestos de coordinación se caracterizan básicamente por un ion de un metal de bloque d, llamado ácido Lewis rodeado de ligantes llamados bases Lewis, y por lo general sus sales tienen una coloración intensa cuando están en solución. El glicinato de cobre (II) monohidratado es un sólido de color azul-verde, y tiene formas isoméricas cis/trans. En esta experiencia de laboratorio se sintetizó el complejo cis-glicinato cobre monohidratado mediante precipitación a partir de acetato de cobre (II) con etanol al 95% teniendo en cuenta condiciones como la temperatura constante a 70 °C, haciéndose reaccionar seguidamente con glicina como agente precipitante, obteniéndose el complejo isómero cis; seguidamente a partir del isómero obtenido, se obtuvo el complejo isómero trans a través de calentamiento (baño de aceite) y enfriamiento. Finalmente se determinó el porcentaje de rendimiento que fue del 87.65%. Palabras Claves: Compuestos de coordinación, ligantes, complejo, isómero. 1. Introducción Los complejos metálicos son compuestos interesantes, ya que exhiben muchas propiedades peculiares en términos de: estructuras, colores, propiedades ópticas y magnéticas, por ejemplo. Otra característica que se puede mencionar se refiere al hecho de que forman sales que no liberan sus iones en medio acuosos, manteniendo su integridad química. Los compuestos coordinadores se dividen en dos grupos: las sales dobles, los que pierden su identidad, y los complejos, que son los que mantienen la identidad. [1] La isomería cis-trans se presenta principalmente en complejos con geometría cuadrada y octaédrica. Los ligantes bidentados asimétricos algunos aminoácidos presentan isomería cistrans cuando dos de estos se coordinan sobre un plano a un ion metálico. El cobre en estado de oxidación 2+ forma una gran cantidad de compuestos de coordinación, muchos de los cuales son quelatos con ligantes como por ejemplo 1,2-propanodiamina, 8- hidroxiquinolinato. El cobre(II) presenta mayor diversidad en comportamiento estereoquímica que cualquier otro elemento. Con cuatro ligantes presenta configuración cuadrada y tetraédrica distorsionada. Con cinco enlaces da configuración de pirámide tetragonal y en raras ocasiones bipirámide trigonal. Con seis ligantes presenta geometría octaédrica distorsionada. Las configuraciones geométricas que presenta cobre(II) con mayor frecuencia son aquellas en las cuales tiene un grupo de cuatro ligantes coplanares con geometría cuadrada con uno o dos vecinos más distantes completando una pirámide tetragonal o un octaedro distorsionado. El cobre (II) forma una gran cantidad de compuestos quelatos en los cuales el cobre está enlazado a átomos de oxígeno y nitrógeno presentando una gran estabilidad. Como ejemplo de dichos compuestos están los derivados de la glicina, H2N-CH2-COOH, los cuales presentan isomería cis-trans: FIGURA 1. Primeros isómeros geométricos descubiertos para un complejo de cobre (II) con aminoácidos. En un principio se pensó que el isómero trans existía como dihidrato, pero estudios posteriores demostraron que existe también como monohidrato. Ambos compuestos presentan diferente estabilidad ya que, por ejemplo, el isómero trans pierde su molécula de. 3 agua de cristalización mucho más fácilmente, entre 100 y 1270 C, que el isómero cis, entre 145 y 181º C. En la preparación de estos isómeros se establece un equilibrio entre ambos, pero como la cristalización del isómero cis es favorecida por la cinética, solo este se precipita de la solución. La conversión del isómero cis al trans, el cual es más estable termodinámicamente, puede llevarse a cabo por dos métodos: (a) por calentamiento del isómero cis a 180º C por un corto tiempo, de 10 a 15 minutos, después del cual se coloca en una atmósfera húmeda para su hidratación, y (b) permitiendo al isómero cis, en estado sólido, que permanezca en contacto con una solución saturada de ambos isómeros en equilibrio. [2] Por otra parte, Es común tener una formación compleja con elementos de bloques D y f con orbitales disponibles para nuevos electrones. El glicinato de cobre (II) [Cu(gly)2]–, es una sal que tiene diferentes rutas a sintetizar, y el método y los reactivos influyen cuando se quiere obtener claramente las formas cis y trans del compuesto. [3] El objetivo principal de esta práctica es sintetizar los isómeros geométricos cis- y transbis(glicinato) de Cobre (II) monohidratado a partir del Acetato de Cobre, Etanol y Glicina en disolución acuosa llevándose a cabo procesos de calentamiento, agitación, adición de sustancias, enfriamiento, filtración y secado obteniendo el isómero cis y por medio de este obtener el trans y por ultimo hallar el porcentaje de rendimiento. 2. Procedimiento Experimental Se pesó 0,5 g de Acetato de Cobre Cu(CH3COO)2. Se agregó en agua caliente (7,5) y luego se adicionó Etanol 95% caliente (5mL). Se observó la temperatura, la cual se mantuvo en 70 ° C. Se preparó una disolucion de glicina (0,375 g) en agua caliente (5mL). Se adicionó gotas de la disolucion de glicina sobre la disolucion de acetato de cobre. Se dejó enfirar la disolucion a temperatura ambiente y luego en baño de hielo Se lavó con Etanol frio (5mL) , se filtró al vacio y se seco en la mufla. Luego de obtener el isomero (cis) se agregó una pequeña cantidad a un tubo de ensayo. Se calentó en baño de aceite y se observó un cambio de color. Se dejó enfriar a temperatura ambiente y finalmente se obtuvo otro isomero (trans) de la muestra. 3. Datos, Cálculos y Resultados Tabla 1. Datos obtenidos. Reactivos Cu(CH3COO)2.H2O C2H5NO2 Producto [Cu(gli)2] H2O Peso molecular (g/mol) 199.650 75.0700 229.546 Cantidad (g) 0.5048 0.3752 0.5102 La reacción que se da en este proceso se muestra a continuación: cis – Cu(Gly)2.H2O(s) + 2CH3COOH(acu) Cu(CH3COO)2.H2O(acu) + 2 Gly(acu) ECUACIONES NETAS IÓNICAS Cu 2+ + 2CH3COO - + 2H + +H2O Cu(CH3COO)2.H2O + 2 Gly Cu 2++ 2 Gly Cu(CH3COO)2.H2O(acu) Cu(Gly)2.H2O(s) + 2CH3COO - + 2 H + Cu(Gly)2.H2O(s) Cálculo de las moles del reactivo limitante acetato de cobre monohidratado: 𝑀𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑎𝑐𝑒. 𝐶𝑢 = 0.5048 𝑔 𝑎𝑐𝑒. 𝐶𝑢 ∗ 1𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑐𝑒. 𝐶𝑢 = 0.002528 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒. 𝐶𝑢 199.65 𝑔 𝑎𝑐𝑒. 𝐶𝑢 𝑔 𝑑𝑒 [𝐶𝑢(𝑔𝑙𝑖)2]𝐻2𝑂 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑠 – 𝐶𝑢(𝐺𝑙𝑦)2 𝐻2 𝑂 1 𝑚𝑜𝑙 𝑎𝑐𝑒. 𝐶𝑢 229.546 g de 𝑐𝑖𝑠 – 𝐶𝑢(𝐺𝑙𝑦)2 𝐻2 𝑂 ∗ = 0.58038 𝑔 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑠 – 𝐶𝑢(𝐺𝑙𝑦)2 𝐻2 𝑂 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑐𝑖𝑠 – 𝐶𝑢(𝐺𝑙𝑦)2 𝐻2 𝑂 = 0.002528 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒. 𝐶𝑢 ∗ Luego, procedemos a hallar el porcentaje de rendimiento de la síntesis: % 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 0.5102 𝑔 𝑋 100 = 𝑋 100 = 87.65% 𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 0.582038 𝑔 Imagen 1. Obtención del complejo cis-bisglicinato de cobre (II) (azul claro) Imagen 2. Obtención del complejo trans-bisglicinato de cobre (II) (azul oscuro, violeta) DISCUSIÓN En esta síntesis de cis- bisglicinato de cobre (II) el porcentaje de rendimiento obtenido fue del 87.65% por lo que se puede inferir que la práctica se realizó de manera correcta y que el método es muy eficiente. Cabe resaltar que es un método sencillo y que lleva poco tiempo las síntesis del compuesto en comparación con la síntesis de otros complejos. Se recomienda tener la temperatura inicial en la obtención del complejo cis por debajo de los 70°C. También cabe recalcar que a la hora de obtener el complejo trans es necesario un calentamiento constante durante un periodo considerable hasta notar un cambio de color de azul claro a uno intenso (casi violeta). CONCLUSIONES Se pudo sintetizar los isómeros del compuesto bisglicinato de cobre (II) con un rendimiento de la reacción del 87.65%, el cual es un porcentaje bastante bueno. Se pudo observar el cambio de color indicándonos la formación del compuesto trans a partir del cis. Este método es bastante eficiente ya que se obtiene un buen rendimiento y es aconsejable para futuras síntesis de los isómeros cis y trans del bisglicinato de cobre (II). CUESTIONARIO 1) Identifique los principales elementos de simetría y asigne el grupo puntual de cada isómero Estos dos compuestos son un tanto diferentes a los demás ya que no representa una geometría totalmente etiquetada. Si bien es cierto que por tener un número de coordinación igual a 4 y dos ligantes bidentados se puede creer que posee una geometría tetraédrica lo cierto es que esta geometría está distorsionada debido al efecto Jahn-Teller debido al orbital d9 que es el que genera la carga del catión para que se pueda realizar el entrelazamiento de los átomos y esto hace que la geometría no sea tetragonal sino octaédrica distorsionada lo cual se complementa por ser una molécula con un catión metálico. Ahora bien, como ya se mencionó con anterioridad, estos compuestos pueden tener la operación identidad E, más sin embargo, presentan un plano de simetría en el átomo de cobre lo cual provoca que no tengan reflexión, y por ende, no presenta una imagen especular. Presentan un ángulo de rotación de 180° debido a que presenta dos ligantes y tienen un grupo puntual D2h. 2) ¿Por qué el espectro IR del compuesto trans- es mucho más simple que el observado para el isómero cis-, especialmente en la zona entre 800-1200 cm1 ? Esto es debido a que generalmente el isómero trans- es más simétrico que el cis- y esto se ve reflejado en que el cis- posee momento dipolar, mientras que el trans- no. Este cambio de momento dipolar afecta la absorción y da como resultado uno con más bandas 3) Explique brevemente si el isómero cis o el isómero trans son ópticamente activos o no? 4) Cuál isómero es favorecido cinéticamente y cuál es favorecido termodinámicamente? Explique. El isómero cis es el favorecido cinéticamente debido a que necesita menos energía de activación para su formación y de manera contraria el isómero trans es favorecido termodinámicamente ya que necesita mucha más energía de activación para su formación. 5) Busque en la literatura y determine la preparación de cuál aminoácido podría dar a lugar complejos similares que tenga isómeros geométricos BIBLIOGRAFÍA
