Estereoisomerismo

Isomerismo em Complexos

Os isómeros são espécies químicas diferentes que têm a mesma fórmula química.

Complexos de metais de transição existem muitas vezes como isómeros geométricos, nos quais os mesmos átomos estão conectados através dos mesmos tipos de ligações, mas com diferenças na sua orientação no espaço. Complexos de coordenação com dois ligandos diferentes nas posições cis e trans de um ligando de interesse forma isómeros. Por exemplo, o ião octaédrico [Co(NH₃)₄Cl₂]⁺ tem dois isómeros (Figura 1) Na configuração cis, os dois ligandos de cloreto estão adjacentes um ao outro. O outro isómero, a configuração trans, tem os dois ligandos de cloreto diretamente na frente um do outro.

Figura 1. Os isómeros cis e trans de [Co(H₂O)₄Cl₂]⁺ contêm os mesmos ligandos ligados ao mesmo ião de metal, mas o arranjo espacial faz com que estes dois compostos tenham propriedades muito diferentes.

Isómeros geométricos diferentes de uma substância são compostos químicos diferentes. Eles exibem propriedades diferentes, mesmo que tenham a mesma fórmula. Por exemplo, os dois isómeros de [Co(NH₃)₄Cl₂]NO₃ diferem na cor; a forma cis é violeta e a forma trans é verde. Além disso, estes isómeros têm diferentes momentos dipolares, solubilidades, e reatividades. Como exemplo de como o arranjo no espaço pode influenciar as propriedades moleculares, considere a polaridade dos dois isómeros de [Co(NH₃)₄Cl₂]NO₃. Lembre-se de que a polaridade de uma molécula ou de um ião é determinada pelos dipolos de ligação (que são devidos à diferença na eletronegatividade dos átomos de ligação) e o seu arranjo no espaço. Em um isómero, os ligandos cis de cloreto causam maior densidade de eletrões em um lado da molécula do que no outro, tornando-a polar. Para o isómero trans, cada ligando está diretamente oposto a um ligando idêntico, pelo que os dipolos de ligação cancelam-se, e a molécula é não polar.

Outro tipo importante de isómeros são os isómeros ópticos, ou enantiómeros, nos quais dois objetos são imagens espelhadas exactas um do outro, mas não podem ser alinhados de forma a que todas as partes coincidam. Isto significa que os isómeros ópticos são imagens espelhadas não sobreponíveis. Um exemplo clássico disto é um par de mãos, nas quais a mão direita e esquerda são imagens espelhadas uma da outra, mas não podem ser sobrepostas. Os isómeros ópticos são muito importantes na química orgânica e bioquímica, porque os sistemas vivos incorporam muitas vezes um isómero óptico específico e não o outro. Ao contrário dos isómeros geométricos, os pares de isómeros ópticos têm propriedades quase idênticas (ponto de ebulição, polaridade, solubilidade, etc.). Os isómeros ópticos diferem apenas na forma como afetam a luz polarizada e a forma como reagem com outros isómeros ópticos. Para os complexos de coordenação, muitos compostos de coordenação como [M(en)₃]ⁿ⁺ [onde Mⁿ⁺ é um ião de metal central como ferro(III) ou cobalto(II)] formam enantiómeros, como mostra a Figura 2. Estes dois isómeros irão reagir de forma diferente com outros isómeros ópticos. Por exemplo, as hélices de DNA são isómeros ópticos e a forma que ocorre na natureza (DNA destro) irá ligar-se apenas a um isómero de [M(en)₃]ⁿ⁺ e não ao outro.

Figura 2. O complexo [M(en)₃]ⁿ⁺ (Mⁿ⁺ = um ião de metal, en = etilenodiamina) tem uma imagem espelhada não sobreponível.

O ião [Co(en)₂Cl₂]⁺ apresenta isomerismo geométrico (cis/trans), e o seu isómero cis existe como um par de isómeros ópticos (Figura 3).

Figura 3. Existem três formas isoméricas de [Co(en)₂Cl₂]⁺. O isómero trans, formado quando os cloros estão posicionados a um ângulo de 180°, tem propriedades muito diferentes dos isómeros cis. As imagens espelhadas do isómero cis formam um par de isómeros ópticos, que têm comportamento idêntico, excepto quando reagem com outros enantiómeros.

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