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PREPARACIÓN DE COMPUESTOS DE COORDINACIÓN Isómeros geométricos: cis-trans-cloruro de diclorurobis (etano-1, 2- diamina) cobalto (III) [CoCl2 (en)2]Cl

Sergio Andrés Valverde Durán Bioquímico Farmacéutico. Maestrante Química Aplicada. Universidad Técnica Particular de Loja. [email protected]

Resumen Se realizó la síntesis del isómero cloruro de trans-diclorobis (etilendiamina) cobalto (III), mediante la reacción del cloruro de cobalto haxahidratado, una solución de etilendiamina al 10%, y ácido clorhídrico, esto con ayuda de una evaporación al final para posterior filtración en donde fue coleccionado el producto. El cual tuvo un rendimiento de 33.65% Posteriormente se sintetizo el isómero del mismo compuesto pero en su forma Cis, lo cual se logró partiendo del isómero ya sintetizado inicialmente, es decir el isómero trans, el cual se hizo reaccionar con agua, para su posterior evaporación. El sólido color violeta obtenido se lavó con éter etílico y se calculó su rendimiento, el mismo que fue de 53.78%

Summary The sythesis of the isomer of trans - dichlorobis (ethylene diamine) cobalt (III) was done though the reaction of cobalt hexahydrate chloride, a solution of 10% ethylenediamine and concentrated hydrochloric acid, this with the help of an evaporation at the end to moved straight to the filtration where the product was collected, which had a yield of 33.65%. Later, the isomer of the same compound was synthesized but in its cis form, which was obtained beginig from the isomer already synthesized initially, in other words, the trans isomer; which was reacted with water for its evaporation. The obtained violet solid was washed with ethyl ether and its yield calculated was 53.78%

OBJETIVO Sinterizar los isómeros geométricos cis- y trans- cloruro de diclorurobis (etano-1, 2diamina) cobalto (III) [CoCl2 (en)2] Cl INTRODUCCIÓN Los compuestos de coordinación constituyen una de las áreas de investigación de la Química Inorgánica. El hecho de que el número, variedad y complejidad de los compuestos de coordinación continúe creciendo da una medida de la importancia que tienen en la Química Inorgánica. Los compuestos de coordinación aparecen en otras áreas de la química así como en muchos aspectos de la vida cotidiana. Algunas aplicaciones que reflejan la importancia de estos compuestos son: pigmentos, agentes antitumorales, detergentes, fertilizantes, láseres. Adicionalmente la Química Bioinorgánica constituye una parcela especial que se fundamenta en el estudio de los compuestos de coordinación en organismos vivos. Al igual que los compuestos orgánicos, los compuestos de coordinación pueden presentar isomería. Se denominan isómeros a aquellos compuestos que presentan la misma composición química, pero que pueden presentar diferentes propiedades físicas y químicas. La isomería es un fenómeno que se presenta tanto en compuestos orgánicos como inorgánicos. Existen diferentes tipos de isomería que se pueden agrupar en dos bloques: isomería constitucional o estructural o isomería espacial o estereoisomería. La primera de ellas se relaciona con diferentes conectividades en los isómeros. En el segundo bloque los isómeros se presentan en los mismos enlaces, pero con una disposición espacial diferente de los átomos. Así mismo la isomería geométrica es un tipo de isomería espacial. En compuestos de coordinación, esta isomería implica una distribución espacial diferente de los ligandos dentro de la esfera de coordinación del metal. Para que puedan existir isómeros geométricos ha de haber al menos, dos posiciones de coordinación diferentes al resto.

METODOLOGÍA A) Isomería geométrica: Obtención del isómero trans: Se disolvieron 7 g de CoCl2. 6H2O en 50 mL de agua en un frasco lavador, se añadieron 25 mL de una solución de etano-1, 2 diamina al 10%. Se cerró el frasco lavador el mismo que fue introducido en un baño de agua. Se hizo pasar a través de la disolución una corriente de aire durante una hora. Fue necesario mantener el volumen de la disolución a base de continuas adiciones de agua. Cuando cesó el paso de aire, se añadieron en caliente 25 mL de HCl concentrado, en el cual se apreció un cambio de color de la solución, que paso de rojo oscuro a verde oscuro. La solución se concentró en un baño de agua hasta la aparición de cristales sobre la superficie, luego se añadió 5mL de HCl y se enfrío en un baño de hielo. Una vez formados los cristales con la ayuda del baño de hielo se filtró a presión reducida, los cristales obtenidos se colocaron en un vaso de precipitación con 25 mL de metanol, el mismo que se agitó hasta obtener una mezcla pastosa. Esta mezcla fue sometida a un baño de agua hasta evaporación completa del metanol y que no desprenda vapores de HCl. El sólido obtenido se pesó para obtener el rendimiento. Obtención del isómero cis: Se pesaron 2,5 g del isómero trans obtenido anteriormente, se colocó el sólido en un vaso de precipitación con la cantidad mínima de agua necesaria para disolverlo. La disolución se calentó en un baño de agua hasta evaporación completa del disolvente, la mezcla quedó a sequedad. Este procedimiento se repitió de 3 a 4 veces. Se observó un cambio de color de verde a verde azulado. El producto obtenido se pulverizó finamente y se añadió 1mL de agua helada. Se agitó rápidamente y se filtró a presión reducida, el sólido color violeta se lavó con éter etílico. El sólido obtenido se pesó para calcular el rendimiento.

RESULTADOS Tabla 1. Preparación del trans-cloruro de diclorurobis (etano-1, 2- diamina) cobalto (III) [CoCl2 (en)2] Cl Peso CoCl2. 6H2O Peso vaso vacío Peso vaso + cristales Peso cristales obtenidos

7.001 g 32.369 g 35.206 2.837 g

Tabla 2. Preparación del cis-cloruro de diclorurobis (etano-1, 2- diamina) cobalto (III) [CoCl2 (en)2] Cl Peso isómero trans Peso papel vacío Peso papel + cristales Peso cristales obtenidos

2.51 g 0.562 g 1.912g 1.35 g

Cálculo del porcentaje de rendimiento: Síntesis del cloruro trans-diclorobis (etilendiamina) cobalto (III): CoCl2.6H2O + en + HCl + O2

Trans [Co (en)2Cl2]Cl

7.01gCoCl2.6H2O x (1mol CoCl2.6H2O) (1mol Trans) (285.4913 g Trans) (237.93g CoCl2.6H2O) (1mol CoCl2.6H2O) (1mol Trans) R= 8.41 g Trans

Los 8.41 g corresponden al valor teórico que debió haberse obtenido del compuesto en su forma Trans. Su porcentaje de rendimiento es: %RENDIMIENTO= 2.837 g x 100% 8.41 g % RENDIMIENTO= 33.73 %

Síntesis del cloruro cis-diclorobis (etilendiamina) cobalto (III): Trans-[Co (en)2 Cl2] Cl + H2O

Cis-[Co (en)2 Cl2 ] Cl

La ecuación nos muestra que la relación de interconvercion de los isómeros de uno en otro es de tipo 1:1, como valor teórico se esperaría obtener la misma cantidad que se pesó del isómero Trans 2.51 g. Su porcentaje de rendimiento es: %RENDIMIENTO= 1.35 g x 100% 2.51 g % RENDIMIENTO = 53.78 % DISCUSIÓN DE RESULTADOS Se llaman isómeros a moléculas o iones que poseen la misma composición química pero son diferentes en su estructura. Generalmente esta diferencia de estructura se mantiene aún en disolución. Los complejos metálicos presentan diferentes tipos de isomería, siendo una de las más importantes la geométrica (estudiada en este informe). Experimentalmente se sintetizó un compuesto octaédrico bis-quelato, estamos hablando del [Co(en)2Cl2]Cl, el cual existe como isómero geométrico cis y trans; dicho estereoisómeros surge a causa de las diferencias que se producen en la ordenación espacial del ligando Cl en torno al átomo central Co. Lo que se realizó en primer lugar fue la síntesis del compuesto trans-[Co(en)2Cl2]Cl, partiendo del CoCl2. 6H2O con número de oxidación (II) en su átomo central, lo cual resulta conveniente ya que a los complejos de Co(II) las reacciones de sustitución se producen con gran rapidez, mientras que las reacciones donde se parte con cobalto(III) son muy lentas. A la sal de cobalto (II) se le adiciona agua con el fin de disociarla y después llevar a cabo la sustitución del ligando bidentado (etilendiamina) de campo fuerte, por el ligando monodentado (H2O) de campo débil. Dado que el objetivo principal es obtener los cristales correspondientes al compuesto trans, se hizo necesario agregar a la solución ácido clorhídrico concentrado, pues en presencia de este ácido el compuesto trans se hace menos soluble y por ende precipitará más rápido. Una vez obtenido los cristales (verdes) se lavaron con metanol para remover excesos de impurezas, además esto permite que se sequen apropiadamente. Con los cristales secos, se continuó con el pesaje del compuesto obtenido y se calculó un porcentaje de rendimiento de reacción que fue de 33.73 %, un poco bajo para lo esperado, pero que se es posible argumentar por dos causas principales: perdida en el proceso de filtrado, así como también la presencia de cristales en el recipiente donde se los obtuvo. La conversión de trans a cis-[Co(en)2Cl2]Cl se ve favorecida cuando reacciona el trans con agua y se concentra el producto en un baño de vapor y se le adiciona posteriormente agua, repitiendo este proceso hasta por cuatro ocasiones, el H2O presente ebulle, permitiendo que la concentración de los iones Cl y se llega finalmente al compuesto cis-

[Co(en)2Cl2]Cl (púrpura) que se logró apreciar después de agregar una mínima cantidad de agua con temperatura de aproximadamente 7°C, terminando con filtración a presión reducida, donde se lavó con éter etílico para liberarlo de impurezas y así calcular su rendimiento que fue de 53.78%. CONCLUSIONES -Los gramos obtenidos para cada uno de los isómeros geométricos sintetizados, tanto en su forma trans y cis-diclorobis (etilendiamina) cobalto (III) fue de 2,837 y 1,35 g respectivamente, los que difieren significativamente con los obtenidos de manera teórica. -El porcentaje de rendimiento para el trans-diclorobis (etilendiamina) cobalto (III) es de 33.73% respecto a los gramos esperados teóricamente, este valor fue bajo debido a los posibles errores aleatorios mencionados en la discusión de los resultados.

-El porcentaje de rendimiento para el cis-diclorobis (etilendiamina) cobalto (III) es de 53.78% respecto a los gramos esperados teóricamente, este valor puede ser tomado como considerable.

CÁLCULOS Y CUESTIONES 1._ Ajuste las reacciones llevadas a cabo e indique si son espontáneas

Trans [Co (en)2 Cl2] Cl [Co (H2O)6] Cl2 + H2O  [Co (H2O)6]+2+ 2Cl - + H2O

[Co (H2O)6]+2 + 2en  [Co (H2O)2 (en)2]+2 + 4H2O [Co (H2O)2 (en)2]+2 + ½ O2 + 2H+  [Co (H2O)2 (en)2]+3 + H2O [Co (H2O)2 (en)2]+3 + 2Cl -  [Co (en)2 Cl2]+ + 2H2O [Co (en)2 Cl2]+ + Cl -  [Co (en)2 Cl2] Cl _______________________________________________________________ REACCION GENERAL [Co (H2O)6] Cl2 + 2en + ½ O2 + HCl  trans [Co (en)2 Cl2] Cl + 7H2O

Cis [Co (en)2 Cl2] Cl [Co (en)2 Cl2]+ + H2O  [Co (en)2 Cl (H)]+2 + Cl [Co (en)2 Cl (H)]+2 + Cl -  [Co (en)2 Cl2]+ + H+ __________________________________________________________________________________________

REACCION GENERAL trans [Co (en)2 Cl2] Cl + H2O  cis [Co (en)2 Cl2] Cl

Las reacciones no son espontaneas ya que se tuvo que incorporar energía en forma de calor para que las reacciones se lleven a cabo y poder obtener los isómeros

Indique para cada compuesto de coordinación estudiado: átomo central, estado de oxidación formal del átomo central, ligandos, tipo de ligando, índice de coordinación, geometría.

Átomo central

Estado oxidación del átomo central

Ligandos

Tipo de Ligando

Índice de coordinación

Geometría

Trans[CoCl2(en)2]Cl

Co

+3

Etilendiamina

Bidentado

6

Octaédrica

Cis[CoCl2(en)2]Cl

Co

+3

Etilendiamina

Bidentado

6

Octaédrica

BIBLIOGRAFÍA:

 

Montesinos, j. v. (2017). Obtencion de hierro finamente dividido. Loja: UTPL.

Santiago, H. A. (2010). Experiencias sobre corrosión en metales de uso cotidiano. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 466475.