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Los complejos de coordinación consisten en un átomo o ion metálico central unido a una serie de grupos funcionales conocidos como ligandos.
Los electrones se encuentran en lugares predecibles alrededor del núcleo de un átomo, llamados orbitales. La mayoría de los metales tienen un gran número de electrones accesibles en comparación con los elementos ligeros del grupo principal, como el nitrógeno, el oxígeno o el carbono. Los ligandos interactúan con, o se coordinan, con los metales de maneras complejas facilitadas por estos muchos electrones accesibles.
Los ligandos se coordinan con los metales en muchas disposiciones o geometrías diferentes, lo que puede tener un efecto significativo en la reactividad en el centro del metal. Las orientaciones que adoptan los ligandos se ven afectadas por la naturaleza electrónica tanto de los ligandos como del metal.
Este video presentará los principios de los complejos metálicos y ligandos, demostrará un procedimiento para intercambiar ligandos en un centro metálico e introducirá algunas aplicaciones de los complejos metálicos en química y medicina.
Los ligandos van desde iones simples como el cloruro hasta moléculas complejas como las porfirinas. La carga total de un complejo metálico depende de las cargas netas del metal y de cada ligando. Los metales suelen ser catiónicos o positivos, y los ligandos suelen ser neutros o aniónicos.
Los ligandos se coordinan con los metales a través de uno o más átomos donantes unidos al metal. El número de grupos donantes no adyacentes dentro de un ligando se denomina denticidad. Un ligando bidentado ocupa dos sitios de coordinación en un metal, por lo que un complejo con tres ligandos bidentados puede adoptar la misma geometría que un complejo con seis ligandos monodentados.
Los iones o las moléculas de disolvente pueden interactuar con un complejo de coordinación sin interactuar directamente con el metal, a menudo actuando como contraiones. Estos también pueden estar involucrados en reacciones en las que al menos un ligando es reemplazado por otro, o sustituido.
En la sustitución asociativa, el nuevo ligando se coordina con el metal, y luego uno de los ligandos originales se va o se disocia. En la sustitución disociativa, un ligando primero se disocia del metal, después de lo cual el nuevo ligando se coordina. Los ligandos también pueden asociarse o disociarse sin sustitución, cambiando el número de átomos donantes alrededor del metal.
Los complejos metálicos generalmente poseen orbitales que están lo suficientemente cerca en energía como para permitir transiciones electrónicas entre ellos. La brecha de energía entre estos orbitales se correlaciona con ciertas propiedades del ligando. Estas propiedades a menudo se definen en la ?serie espectroquímica de ligandos?, que los clasifica de ?débiles? a "fuerte", donde los ligandos más fuertes se asocian con una mayor diferencia de energía.
Es más favorable que los electrones estén en orbitales con la energía más baja posible. Estos orbitales estabilizados se encuentran en los sistemas con la brecha de energía más amplia. Por lo tanto, las reacciones de intercambio simples favorecen a los complejos con ligandos fuertes.
Los complejos de coordinación absorben fotones correspondientes a la energía necesaria para las transiciones electrónicas a través de brechas de energía, a menudo en el espectro visible. La longitud de onda de la luz absorbida es el color complementario del color observado del complejo. Por lo tanto, el aumento de la brecha de energía al intercambiar un ligando más débil por uno más fuerte puede cambiar el color del complejo.
Ahora que entiendes los principios de los complejos metálicos, vamos a repasar un procedimiento para examinar los cambios en las energías orbitales mediante una serie de reacciones de intercambio de ligandos.
Para comenzar el procedimiento, obtenga las soluciones de ligando y la cristalería adecuadas. A continuación, prepare una solución de 1,84 g de sulfato de níquel sólido hexahidratado y 100 mL de agua desionizada. El catión verde de hexaaguaníquel se formará en solución.
En una campana extractora, comience a remover la solución de hexaaquaníquel con una barra de agitación y una placa de agitación. Luego, agregue 15 mL de amoníaco acuoso 5 M y espere a que el color de la solución cambie a azul profundo, lo que indica la formación del catión hexaamminel.
A continuación, agregue 10 mL de etilendiamina al 30%. El cambio de color de la solución a púrpura indica que la etilendiamina ha desplazado al amoníaco, formando el catión tris (etilendiamina) níquel.
Luego, agregue 200 mL de dimetilglioxima al 1% en etanol al mismo vaso de precipitados. El cambio de color de la solución de púrpura a una suspensión del polvo rojo indica la formación del complejo de bis(dimetilglioximato)níquel poco soluble.
Finalmente, agregue 30 mL de solución de cianuro de potasio 1 M. La disolución del sólido rojo y el cambio de color de la solución a amarillo indica que los ligandos ciano han desplazado a los ligandos dimetilglioximato, formando el anión tetracianicónico.
Las reacciones de sustitución fueron todas espontáneas, siguiendo las predicciones de la serie espectroquímica.
La serie predice que la energía necesaria para causar transiciones electrónicas dentro de estos complejos será la más baja para el agua y la más alta para el cianuro.
Los colores complementarios asociados con cada solución son rojo, naranja, amarillo, verde y azul. La energía de la luz visible aumenta de rojo a azul, lo que sugiere que los fotones absorbidos también aumentan de energía a medida que aumenta la fuerza del ligando, lo que corresponde a una mayor brecha entre los niveles de energía orbital.
Los complejos metálicos se utilizan en una amplia gama de dominios, desde la síntesis química hasta el campo médico.
Muchos complejos metálicos se utilizan como catalizadores o como reactivos en cantidades estequiométricas en la síntesis orgánica. El desarrollo de nuevos catalizadores con varios ligandos y centros metálicos está en curso, lo que permite el acceso a nuevos compuestos químicos. Muchos de los mecanismos por los cuales ocurren estas reacciones involucran el intercambio de ligandos en el centro del metal. Una pequeña variación en los ligandos puede tener un gran efecto en la reactividad de un complejo metálico en la síntesis orgánica. Por lo tanto, la comprensión de la fuerza relativa del ligando y los efectos estéricos y electrónicos de los ligandos en el complejo metálico es esencial al diseñar nuevos catalizadores.
Los complejos metálicos se utilizan a menudo en la quimioterapia. El desarrollo de nuevos fármacos contra el cáncer suele implicar la evaluación de complejos similares a los fármacos existentes, pero utilizando ligandos o metales diferentes. Aquí, se encontró que los complejos de titanio y vanadio mostraron eficiencias similares en evaluaciones preliminares al cisplatino, un complejo de platino ampliamente utilizado. Estos compuestos pueden interactuar con las células cancerosas de diferentes maneras al cisplatino debido a las diferencias y, por lo tanto, pueden ser eficaces contra diferentes tipos de células cancerosas.
? Los agentes de contraste suelen ser complejos metálicos que, cuando se introducen en el cuerpo, interactúan con el agua de los tejidos cercanos para mejorar o disminuir las imágenes de resonancia magnética. El desarrollo de nuevos agentes de contraste se centra en minimizar la toxicidad que se presenta, al tiempo que se conservan las propiedades de un agente eficaz.
Acabas de ver la introducción de JoVE a la química de coordinación. Ahora debería estar familiarizado con los principios de la química de coordinación, un procedimiento para realizar el intercambio de ligandos en un centro metálico y algunas aplicaciones de complejos metálicos.
¡Gracias por mirar!
