SÍNTESE E CARACTERIZAÇÃO DE
COMPOSTOS DE
COORDENAÇÃO PARA A FIXAÇÃO DE CO2 DE RELEVÂNCIA
BIOINORGÂNICA.
Daniela De Nez1*(IC), Suzana Cimara Batista 1(PG)
[email protected]
1
Centro Tecnológico – Universidade do Sul de Santa Catarina – 88704-900 - Tubarão – SC.
RESUMO – O complexo de cobre (II) apresenta moléculas de água coordenadas na forma
trans ao íon metálico central e mostra-se eficiente para a incorporação do dióxido de
carbono, podendo ser utilizado para fins ambientais. O composto de cobalto (II) que
apresenta moléculas de água na forma cis na sua esfera de coordenação não é eficiente
para incorporar dióxido de carbono.
Palavras Chave: composto de coordenação, dióxido de carbono, esfera de coordenação.
1. INTRODUÇÃO
As metaloenzimas são constituídas por cadeias de proteínas em que grupos terminais,
provenientes de resíduos de aminoácidos, são constituídos pelos grupos tiol, hidroxila, aminas,
amidas e ácido carboxílico. Estes grupos encontram-se ligados diretamente ao íon metálico, o que
constitui o sítio ativo da metaloenzima.1 Assim sendo, metaloenzimas como a anidrase carbônica em
que o sítio ativo apresenta o íon carbonato coordenado são foco de investigações.2
O atual interesse em compostos de coordenação que apresentam em sua esfera de
coordenação uma ligação do tipo metal-hidróxido é devido ao fato que estes podem ser modelos para
a incorporação do CO2 da atmosfera contribuindo para a proteção ambiental. 2 Para esta reação de
incorporação de CO2 faz-se necessário a existência de um ânion nucleofílico que pode ser
proveniente de um grupo hidroxo ou aquo coordenado ao centro metálico. A reação resulta na
formação de um complexo carbonato. Essa reação é conhecida para complexos de Co, Ni, Cu e
Zn.2,3
Neste sentido este trabalho apresenta a reação de inserção de dióxido de carbono em um
composto de coordenação de cobre (II) que apresenta em sua esfera de coordenação o grupo aquo
coordenado, tornando-se um ambiente propício para a incorporação de CO2, bem como a estrutura
cristalina de um complexo de cobalto (II). Através destes compostos é possível explicar porque
compostos de coordenação com estruturas semelhantes muitas vezes não incorporam dióxido de
carbono em sua esfera de coordenação.
2. MÉTODOS
2.1 Obtenção do Composto [Cu(H3tea)CO2]SO4 (1)
O composto de coordenação de partida para a obtenção do composto (1) foi o
[Cu(H3tea)(H2O)2]SO4 que foi sintetizado e isolado e sua rota sintética e a sua estrutura cristalina
foram publicados anteriormente.4,5
O composto (1) foi sintetizado a partir de 0,45 g do composto [Cu(H3tea)(H2O)2]SO4 4,5 em
solução de metanol, sob agitação e a temperatura ambiente. Para iniciar a reação de inserção de
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dióxido de carbono foi adicionado 0,20 mL de uma solução em metanol de hidróxido de lítio. Houve a
formação de um precipitado microcristalino de coloração azul claro. O precipitado formado foi filtrado
e deixado secar em dessecador. Em seguida foi caracterizado por espectroscopia eletrônica de Uvvís e vibracional (IV).
2.2 Obtenção do Composto [Co(H3tea)(H2O)2]SO4 (2)
O composto de coordenação de cobalto (2) foi sintetizado pela reação de 1,69 g (6 mmol) de
CoSO4 . 7H2O com 0,8 mL (6 mmol) de H3tea em solução de metanol, sob agitação e aquecimento a
uma temperatura de 60 C. O composto de cobalto foi obtido na forma de cristais violetas em que o
rendimento da reação foi de 42,54%. A caracterização do composto foi realizada através de
espectroscopia eletrônica (UV-vis), vibracional (IV) e estrutura cristalina através da técnica de
difração de raios X.
2.3 Obtenção do Composto [Co(H3tea)(CO2)]SO4 (3)
Partiu-se de 0,6g do composto [CoH3tea(H2O)2] (1) solubilizado em metanol e colocou-se sob
refluxo e em seguida iniciou-se a inseto do gás CO2 no meio reacional, mantendo-se o pH em torno
de 7,5 a 8 com solução de hidróxido de lítio 2.10-3 mol.L-1. Após três horas de refluxo, a solução mãe
foi filtrada e em seguida deixada em repouso, condição necessária para a precipitação.
3. RESULTADOS
3.1 Espectroscopia Vibracional (IV)
O espectro de infravermelho do composto 1 realizado em pastilha de KBr apresenta bandas
características do ligante e do contra-íon: 3357 cm-1 (O-HH2O), 2895 cm-1 (C-HCH2), 1327 cm-1
(O-H), 1118 cm-1 (S-O). A banda em 1118 cm-1 evidência a presença do ânion SO42-.
A presença do ânion carbonato coordenado pode ser verificada pela presença da
banda6 em 1404 cm-1 e 1290 cm-1 que correspondem ao (C-O) do grupo CO32- a qual não se
encontra presente no espectro de infravermelho do composto de partida.
O espectro de infravermelho do composto 2 realizado em pastilha de KBr apresenta bandas
características do ligante e do contra-íon: 3357 cm-1 (O-HH2O), 2846 cm-1 (C-HCH2), 1334 cm-1
(O-H), 1096 cm-1 (S-O). A banda em 1096 cm-1 evidência a presença do ânion SO42-.
3.2 Espectroscopia Eletrônica Uv-vís
O espectro eletrônico do composto 1 foi realizado em solução de metanol e apresenta duas
bandas na região de 768 nm e 291 nm.
O espectro do composto 2 realizado em solução de metanol, apresenta duas bandas na
região de 520 nm e 300 nm e um ombro em 483 nm, conforme apresentado na figura 1.
0,30
0,25
0,20
 0,15
0,10
0,05
0,00
300
400
500
600
700
800
900
comprimento de onda (nm)
Figura 1. Espectro eletrônico do composto 2 em solução de metanol.
3.3 Estrutura Cristalina
O composto de coordenação de cobalto foi sintetizado e isolado na forma cristalina. Neste
composto o átomo de cobalto está coordenado em uma esfera de coordenação de geometria
octaédrica. A estrutura cristalina do composto 2 (figura 2) apresenta a coordenação do íon cobalto no
plano equatorial a um átomo de nitrogênio amínico e a dois átomos de oxigênio do grupo álcool na
forma protonada. Neste plano de coordenação apresenta ainda uma molécula de água. A esfera de
coordenação se completa com a coordenação no plano axial de um átomo de oxigênio do grupo
álcool (protonado) e uma molécula de água. Está forma como a água coordena-se é muito similar
aquela apresentada pela metaloenzima anidrase carbônica, o que pode representar um bom sítio
para o ataque nucleofílico e a posterior coordenação do ânion carbonato. As ligações Co1—O13
2.0397 e Co1—O11 2.0792 Å apresentando um ângulo O13—Cu1—O11 100.92. Os comprimentos
de ligações Co1—N2 2.128 Å. No complexo (1), a distância Co1-O9 é 2.1068 e Co1-O12 é 2.1198 Å.
Figura 2. Estrutura Cristalina do complexo 2.
Alguns parâmetros cristalográficos importantes estão apresentados na Tabela 1.
Tabela 1. Parâmetros cristalográficos para a estrutura do complexo 2.
Fórmula Empírica
C6H19CoNO5·O4S·H2O
Massa Molecular
358.24g.mol-1
Sistema Cristalino
monoclínico
Grupo Espacial
P21/c
V
83.6 (4) Å3
Dimensões da cela unitária
a = 7.4905 (14) Å
b = 15.003 (3) Å
c = 12.693 (2) Å
3.4 Inserção do dióxido de carbono nos compostos 1 e 2
O composto de coordenação de cobre (II) 1 que apresenta em sua esfera de coordenação
moléculas de água coordenadas (trans) apresentou-se eficiente para a incorporação de dióxido de
carbono, conforme foi confirmado pela análise de espectrosocpia de infravermelho.
A caracterização estrutural do composto mononuclear de cobalto (II) 2 representa um
importante modelo em que sua esfera de coordenação apresenta moléculas de água coordenadas.
Isso representa que este composto pode ser utilizado como modelo para testes de incorporação de
dióxido de carbono tal como realiza esta atividade catalítica a metaloenzima anidrase carbônica. No
entanto, os testes de inserção de dióxido de carbono gasoso ao composto 2 mostraram que este não
é eficiente para a coordenação deste gás à esfera de coordenação na forma de íon carbonato.
4. CONCLUSÕES
O composto de coordenação de cobre (II) 1 que apresenta em sua esfera de coordenação
moléculas de água coordenadas trans apresentou-se eficiente para a incorporação de dióxido de
carbono, podendo portanto ser utilizado para fins ambientais.
O composto mononuclear de cobalto (II) 2 foi sintetizado e caracterizado e as suas
propriedades físico-químicas foram apresentadas. Este composto está sendo utilizado como
precursor para a síntese de outros compostos de coordenação para a modelagem da metaloenzima
anidrase carbônica. No entanto, pelo fato do composto 2 apresentar em sua esfera de coordenação
moléculas de água coordenadas na forma cis ao centro metálico, isto pode estar associado a não
incorporação do dióxido de carbono.
5. REFERÊNCIAS
1
Kaim, W. & Schederski, B. Bioinorganic Chemistry: Inorganic Elements in the Chemistry of Life.
1994.
2
Kitajima, N.; Hikichi, S.; Tanaka, M.; Moro-oka, Y. J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 5496.
3
Tanase, T.; Nitta, S.; Yano, S. et alli. Inorg. Chem. 1993, 31, 1058.
4
Batista, Suzana C.; Marques, Camila M.; XVI Encontro de Química da Região Sul. 2008, QI60.
5
Batista, Suzana C.; Marques, Camila M.; XVII Encontro de Química da Região Sul. 2009, QI 450.
6
Nakamoto, K. Infrared and Raman Spectra of Inorganic and Coordination Compounds. 3rd ed.: John
Wiley: New York, 1978; p. 232.