EXPERIMENTO 1 - Síntese e caracterização do composto organometálico n-butil(piridil)cobaloxima

Resultados e discussões

Através do presente experimento, sintetizou-se e caracterizou-se a n-butil(piridil)cobaloxima (figura 1). As Cobaloximas são modelos apropriados para estudos da coenzima B12, apresentando-se como modelos simplificados da mesma.

Figura 1. n-butil(piridil)cobaloxima [1]

O composto tem estrutura octaédrica distorcida onde o Cobalto III está coordenado a quatro nitrogênios no plano, um radical butil e uma base de Lewis (piridina).[1] A ligação carbono-metal caracteriza um composto organometálico.

O cobalto apresenta-se em diferentes estados de oxidação nas cobalaximas, que no caso deste experimento pode ser observado através de suas diferentes colorações ao longo da síntese.

A estabilidade em organometálicos segue a Regra dos 18 elétrons [2]. Quando a camada de valência dos compostos organometálicos de metais de transição apresenta 18 elétrons, estes compostos apresentam-se termodinamicamente estáveis. No caso do composto em questão, o Cobalto apresenta 9 elétrons de valência, cada Nitrogênio doa um elétron (totalizando 5 elétrons) e o grupo butil doa quatro elétrons, portanto: 9 + (5x1) + 4 = 18 elétrons. A presença dos 18 elétrons na camada de valência indica que a n-butil(piridil)cobaloxima é estável quando o estado de oxidação do cobalto é III.

Na síntese, o cobalto é estabilizado por quatro nitrogênios provenientes de duas moléculas da dimetilglioxima, um nitrogênio da piridina e uma ligação covalente com um átomo de carbono[1]. Porém, para a obtenção do complexo estável, é necessário a obtenção do íon intermediário Cobalto, no estado de oxidação +1, pouco estável. Devido à instabilidade do íon, é necessário executar a primeira parte do experimento em atmosfera inerte. Na presença de meio alcalino (no caso o hidróxido de sódio) acontece a formação do ânion dimetilglioximato (figura 2).

Figura 2. Formação do ânion dimetilglioximato [1]

As colorações observadas durante a síntese, ocorrem devido aos diferentes estados de oxidação do íon cobalto. Quando o íon Cobalto está no seu estado de oxidação +1, pouco estável, ele apresenta coloração azul escuro. A presença de coloração alaranjada, indica que o cobalto passou de seu estado de oxidação +1 para +3, estado de oxidação usual e termodinamicamente estável.

Rendimento

As massas dos reagentes utilizados, bem como suas respectivas massas molares, estão contidos na Tabela 1, a seguir. As massas de piridina e 1-bromobutano foram calculadas a partir de suas respectivas densidades à temperatura ambiente (0,982 g/mL e 1,27 g/mL respectivamente[3]). Assim, o nº de mols de cada reagente pode ser calculado como se segue:

nº de mols = massa utilizada / massa molar

massa utilizada = volume utilizado x densidade (no caso dos líquidos).

Tabela 1. Quantidade de reagentes utilizada

Composto

Massa molar (g/mol)

Massa utilizada (g)

nº de mols (milimols)

NaOH

40,00

1,6100

40,25

CoCl2 . 6H2O

242,45

2,3901

9,86

dimetilglioxima

116,12

2,3115

19,91

piridina

79,10

0,7856

9,93

1-bromobutano

137,02

0,7620

5,56

Foram obtidos ao final do experimento 1,0828 g de n-butil(piridil)cobaloxima. Sua massa molar pode ser calculada como se segue:

MM = 58,93 + (79,1 - 1) + 2 x (116,12 - 1) + (58,12 - 1)

MM = 425,39 g/mol

Portanto o número de moles obtido foi de:

nº de mols = 1,0828 / 425,39 = 2,54 mmol

À primeira vista, pode-se parecer que o reagente limitante da reação foi o 1-bromobutano, pois tem o menor número de mols. Entretanto, é preciso ressaltar que na síntese, após a formação da cobaloxima (II), o cobalto atua como redutor e oxidante ao mesmo tempo na reação de desproporcionamento, resultando na cobaloxima (I) e na cobaloxima (III), sendo que apenas a primeira espécie reage com o 1-bromobutano. Portanto, podemos considerar como o reagente limitante a metade dos mols de cobalto. Ou seja:

Rendimento = 2,54 / (9,86 / 2) x 100%

Rendimento = 51,5 %

Esse é um rendimento razoável, considerando que sempre há perdas de produto final durante a filtragem, devido a uma parte do produto que pode permanecer solubilizada, e também após a filtragem, no momento de se transferir a massa filtrada para um outro recipiente. Considerando que estas perdas foram mínimas, porém, este rendimento pode ser tomado como uma representação do rendimento real da reação.

Espectro no Infravermelho

Através do espectro no infravermelho (Anexo 1) é possível caracterizar o composto, através da presença de bandas características.

Tabela 2. Frequências vibracionais típicas da n-butil(piridil)cobaloxima [1]

A presença das bandas 2944, 2957 e 2918 cm-1 são atribuídas aos estiramentos dos grupos -CH3 e CH2 do ligante butilalcano, como apresentado na tabela 2. A banda presente em 1562 cm-1 indica a presença da ligação