Ligações Metal-Ligante

A hemoglobina no sangue, a clorofila em plantas verdes, a vitamina B-12, e o catalisador utilizado na fabricação do polietileno contêm todos compostos de coordenação. Os iões dos metais, especialmente os metais de transição, são susceptíveis de formar complexos.

Nesses complexos, os metais de transição formam ligações covalentes coordenadas, uma espécie de interação ácido-base de Lewis na qual ambos os eletrões na ligação são contribuídos por um dador (base de Lewis) para um aceitador de eletrões (ácido de Lewis). O ácido de Lewis em complexos de coordenação, muitas vezes chamado de ião (ou átomo) metálico central, é o metal de transição ou metal de transição interna. As bases de Lewis dadoras, chamadas ligandos, podem ser uma grande variedade de produtos químicos—átomos, moléculas, ou iões. O único requisito é que eles tenham um ou mais pares de eletrões, que podem ser doados ao metal central. Mais frequentemente, isto envolve um átomo dador com um par solitário de eletrões que pode formar uma ligação coordenada com o metal. A esfera de coordenação consiste no ião ou átomo de metal central mais os seus ligandos acoplados. Os parênteses em uma fórmula englobam a esfera de coordenação.

Os ligandos são monodentados, do Grego para “com um dente”, quando se ligam ao metal central através de apenas um átomo. Aqui, o número de ligandos e o número de coordenação são iguais. Os ligandos com um átomo dador, como NH₃, Cl⁻, e H₂O, são ligandos monodentados. Muitos outros ligandos coordenam-se com o metal de formas mais complexas.

Ligandos bidentados são aqueles em que dois átomos se coordenam com o centro de metal. Por exemplo, a etilenodiamina (en, H₂NCH₂CH₂NH₂) contém dois átomos de nitrogénio, cada um deles com um par solitário e pode servir como uma base de Lewis (Figura 1a). Ambos os átomos podem coordenar para um único centro de metal. No complexo [Co(en)₃]³⁺, existem três ligandos pt bidentados, e o número de coordenação do ião cobalto(III) é seis (Figura 1b). Os números de coordenação mais comuns são dois, quatro, e seis, mas exemplos de todos os números de coordenação de 1 a 15 são conhecidos.

Figura 1. (a) A etilenodiamina (en) contém dois átomos de nitrogénio, cada um com um par solitário, que podem ser coordenados com um ião metálico. (b) Três ligandos en bidentados coordenam-se com um único ião cobalto.

Qualquer ligando que se liga a um ião central de metal por mais de um átomo dador é um ligando polidentado (“muitos dentes”) porque pode dentar o centro de metal com mais de uma ligação. O termo quelato do Grego para “garra” também é usado para descrever este tipo de interação. Muitos ligandos polidentados são ligandos quelantes, e um complexo que consiste em um ou mais destes ligandos e um metal central é um quelato. Um ligando quelante também é conhecido como agente quelante. Um ligando quelante segura o ião metálico de forma semelhante a uma garra de caranguejo a segurar um berlinde. Os ligandos polidentados são às vezes identificados com prefixos que indicam o número de átomos dadores no ligando. O complexo heme na hemoglobina é outro exemplo importante (Figura 2). Ele contém um ligando polidentado com quatro átomos dadores que se coordenam com o ferro.

Figura 2:  O ligando único heme contém quatro átomos de nitrogénio que se coordenam com o ferro na hemoglobina para formar um quelato.

Este texto é adaptado de Openstax, Chemistry 2e, Chapter 19.2 Coordination Chemistry of Transition Metals.