PROFESOR QF JOSÉ MARCOS AVILA PARCO UNMSM UIGV 2011

1. COMPUESTOS DE COORDINACIÓN PROFESOR QF JOSÉ MARCOS AVILA PARCO UNMSM UIGV 2011 QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

2. Compuestos de coordinacion Los complejos de coordinación son especies químicas en las que las moléculas o iones con al menos un par de electrones solitarios forman enlaces covalentes coordinados con un ión metálico central, por ejemplo: - El ión cobre (II) tetraacuoso, [Cu(H2O)4]+2, - El ión cobre (II) tetraamoniacal, [Cu(NH3)4]+2, - El ión magnesio (II) hexaacuoso, [Mg(H2O)6]+2. La carga neta puede ser positiva, negativa o cero. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

3. Las moléculas o iones que rodean el ion metálico en un complejo se conocen como agentes acomplejanteso ligandos(de la palabra latina ligare, que significa “unir”). Por ejemplo, hay dos ligandos NH3 unidos a la Ag+ en el ion [Ag(NH3)2]+. Los ligandos son normalmente aniones o moléculas polares; además, tienen al menos un par no compartido de electrones de valencia. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

4. Puesto que los iones metálicos (en particular los iones de metales de transición) tienen orbitales de valencia vacíos, pueden actuar como ácidos de Lewis (aceptores de pares de electrones). Debido a que los ligandos tienen pares de electrones no compartidos, pueden actuar como bases de Lewis (donadores de pares de electrones). QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

5. Al formar un complejo, se dice que los ligandosse coordinan al metal. El metal central y los ligandos unidos a él constituyen la esfera de coordinación del complejo. Al escribir la fórmula química de un compuesto de coordinación, usamos paréntesis rectangulares para separar los grupos que están dentro de la esfera de coordinación de otras partes del compuesto. Por ejemplo: [Cu(NH3)4]SO4 QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

6. Un complejo metálico es una especie química definida con propiedades físicas y químicas características. • La formación de complejos también puede modificar dramáticamente otras propiedades de los iones metálicos, como su facilidad de oxidación o de reducción. Por ejemplo, el ion Ag+ se reduce fácilmente en agua Ag+ (ac) + e- → Ag(s)   • En cambio, el ion [Ag(CN)2]- no se reduce con tanta facilidad porque la coordinación con los iones CN estabiliza la plata en el estado de oxidación +1: [Ag(CN)2]- (ac) + e- → Ag(s) + 2CN(ac) QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

7. Carga, número de coordinación • La carga de un complejo es la suma de las cargas del metal central y de los ligandos que lo rodean. • En el [Cu(NH3)4]SO4 podemos deducir la carga del complejo si reconocemos en primer término que SO4 representa el ion sulfato y tiene por tanto una carga de 2-. Puesto que el compuesto es neutro, el ion complejo debe tener una carga de 2+, [Cu(NH3)4]2+. Podemos usar entonces la carga del ion complejo para deducir el número de oxidación del cobre. Puesto que los ligandos NH3 son neutros, el número de oxidación del cobre debe ser +2. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

8. El átomo del ligando que está unido directamente al metal es el átomo donador. Por ejemplo, el nitrógeno es el átomo donador en el complejo [Ag(NH3)2]. El número de átomos donadores unidos a un metal se conoce como el número de coordinación del metal. • En el [Ag(NH3)2]+, la plata tiene un número de coordinación de 2. • En el [Cr(H2O)4Cl2]+, el cromo tiene un número de coordinación de 6. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

9. ligandos Los ligandos son iones o moléculas que rodean a un metal, formando un complejo metalico. Un ligando enlazado a un ion central se dice que está coordinado al ion. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

10. Ligandosmonodentados • Poseen un único punto de unión al átomo central, de allí el nombre monodentado. Comúnmente se trata de moléculas pequeñas, que poseen un único átomo donador de electrones tales como el amoniaco (NH3), el agua (H2O), o los aniones halogenuro (X-), alcóxido (RO-), o alquilo (R-) entre otros. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

11. Cuando se forma un complejo metálico a partir de un ligando monodentado se alteran notoriamente las propiedades de solubilidad del catión, en general esto debido a que el acomplejamiento provoca un aumento en el tamaño del ion, lo que a su vez se traduce en una disminución en la fuerza de atracción entre el catión y sus contraiones. Esto por lo general provoca un aumento en la solubilidad del ion, o, mejor expresado, una disminución de su tendencia a precipitar. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

12. Ligandospolidentados o agentes quelantes • Son capaces de establecer dos o más uniones simultáneas con el átomo central, pueden ser bidentados, tridentados, tetradentados etc. A este tipo de agentes se les suele llamar también “agentes quelantes" de la palabra griega kela que significa "pinza" ; un quelante, o antagonista de metales pesados, es una sustancia que forma complejos con iones de metales pesados. A estos complejos se les conoce como quelatos, palabra que proviene de la palabra griega chele que significa "garra". • Una de las aplicaciones de los quelantes es evitar la toxicidad de los metales pesados para los seres vivos. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

13. El tipo de estructura espacial que forma con el átomo central se asemeja muchas veces a un cangrejo con el átomo central atrapado entre sus pinzas. Muchas veces se utiliza a los agentes quelantes como agentes precipitantes, ya que al ser capaces de establecer dos o más uniones simultáneas pueden funcionar como "puentes" entre dos o más átomos centrales, llevando a la formación de enormes agregados macromoleculares que precipitan con facilidad. • Ejemplo: los aniones fosfato (PO43-) , carbonato (CO32-), oxalato (-OOC-COO-), etilendiamina (H2N-CH2-CH2-NH2) bipiridina; un ligando polidentado de enorme importancia por la cantidad de usos que tiene es el EDTA, el EDTA posee seis sitios de unión. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

14. Importancia biomédica • Los metales pesados no pueden ser metabolizados por el cuerpo humano y persisten en el organismo, donde ejercen sus efectos tóxicos cuando se combinan con uno o más grupos reactivos (ligandos) esenciales para las funciones fisiológicas normales. Los quelantes se diseñan para competir con los metales por los grupos reactivos fisiológicos, evitando o revertiendo así sus efectos tóxicos e incrementando su excreción. • Los metales pesados, particularmente los que pertenecen a la serie de los metales de transición, pueden reaccionar con ligandos que contienen O, S y N. El complejo metálico resultante, conocido también como compuesto de coordinación, está formado por un enlace coordinado en el cual ambos electrones son aportados por el ligando. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

15. El interés biológico de los quelantes se originó a partir de los esfuerzos para controlar los restos de metales que contribuyen al deterioro de los alimentos. • La investigación toxicológica de algunos quelantes propuestos como aditivos alimentarios llevó a la observación de que la fuerte afinidad por los iones de calcio que caracteriza al EDTA da por resultado una disminución de la concentración de calcio en suero. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

16. El mecanismo de quelación ha sido utilizado por los farmacólogos en el desarrollo de nuevos agentes terapéuticos para pruebas clínicas en una amplia gama de alteraciones patológicas en las que se requiere eliminar iones metálicos de los tejidos, o bien introducirlos en el organismo con propósitos metabólicos. • Se han utilizado quelatos de hierro en la terapia de anemias ferroprivas, quelatos de magnesio para el tratamiento de crisis hipertensivas y algunos complejos orgánicos de oro, como el tiomalato de oro y sodio en la terapia con oro para combatir la artritis reumatoide. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

17. Efecto quelato • El efecto quelato es la capacidad de los ligandosmultidentados de formar complejos metálicos más estables que los que pueden formar los ligandosmonodentados. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

18. Factores de uso de quelantes • La eficacia de los quelantes en el tratamiento del envenenamiento por metales pesados depende de varios factores, entre los que se incluyen: • La afinidad relativa del quelante por el metal pesado. • La distribución del quelante en el organismo, comparada con la distribución del metal. • La capacidad del quelante para movilizar al exterior al metal tras la quelación. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

19. Propiedades de los quelantes • Los quelantes poseen varias propiedades; el quelante ideal debería tener todas las siguientes: • Alta solubilidad en agua. • Resistencia a la biotransformación. • Capacidad para llegar a sitios donde se pudiera almacenar el metal. • Capacidad para formar complejos no tóxicos a partir de metales tóxicos. • Retención de su actividad quelante al pH de los fluidos corporales y excreción rápida del quelato. • Poca o nula afinidad por el ion calcio Ca+2, dado que este ion tiene una gran disponibilidad para la quelación en el plasma y un quelante puede provocar hipocalcemia a pesar de poseer una elevada afinidad por los metales pesados. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

20. Usos de los quelantes • En el envenenamiento por plomo se utiliza el edetato de calcio disódico (CaNa2EDTA) o la D-penicilamina. • En tratamiento de la sobreexposición ocupacional a sustancias radioactivas como plutonio, torio, uranioyradioitrio se utiliza el ácido dietilentriaminopentaacético (DTPA). • En envenenamiento debido a arsénicoes de utilidad el dimercaprol y la continuación de la terapia se sigue con penicilamina. Así mismo, en caso de síntomatología recurrente puede emplearse un derivado del dimercaprol, el succímero del ácido 2,3 dimercaptosuccínico. • En la intoxicación por cadmio se administra EDTAen su forma de edetato de calcio disódico. No se utiliza el dimercaprol debido a que se ha observado que incrementa la nefrotoxicidad. • En la enfermedad de Wilson, donde hay un exceso de cobre en el cuerpo, se puede usar la trientina (trietilentetramina). QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

21. nomenclatura QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

22. Cuando se descubrieron los primeros complejos y se conocían pocos de ellos, se les dio nombre de acuerdo con el químico que los preparó originalmente; tambien a medida que el número de complejos conocidos crecía, los químicos comenzaron a darles nombres con base en su color. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

23. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

24. Una vez que se entendieron más cabalmente las estructuras de los complejos, fue posible darles nombre de manera más sistemática. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

25. Reglas de Nomenclatura: • Listado de los iones: Se nombra primero el anión seguido del nombre del catión. Ejemplo: • [Cr(NH3)6](NO3)3 Nitrato de hexaamíncromo(III). • Complejos no iónicos: El nombre de los complejos no iónicos es una sola palabra. Ejemplo: [Co(NO2)3 (NH3)3] triamíntrinitrocobalto(III). • Nombres de los Ligantes: Los ligantes neutros reciben el mismo nombre que su molécula, los ligantes negativos –aniones- tienen la terminación "o" y, los ligantes positivos (que son poco comunes) tienen la terminación "io". QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

26. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

27. Orden de los ligantes: Los ligantes en un complejo se enlistan en orden alfabético: [PtCl(NO2)2 (NH3)3](SO4)2 sulfato de triamínclorodinitroplatino(IV) • Prefijos numéricos: Se usan los prefijos di-, tri-, tetra-, etc., antes de los nombres de los ligantes simples tales como bromo, nitro y oxalato; los prefijos bis-, tris-, tetraquis-, pentaquis-, etc., se usan antes de nombres complejos como etilendiamina y trialquilfosfina. K3[Al(C2O4)3] : trisoxoaluminato(III) de potasio [CoCl2 (en) 2]SO4 : sulfato de diclorobis(etilendiamina)cobalto(III) QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

28. Terminación de los nombres: La terminación del metal en los complejos aniónicos es ato. En los compuestos catiónicos o neutros el nombre del metal se utiliza sin ninguna terminación característica. Ca2[Fe(CN)6] : hexacianoferrato(III) de calcio • Estados de oxidación: Los estados de oxidación del átomo central se designan mediante un número romano que se escribe entre paréntesis después del nombre del metal, sin espacio entre los dos. Para un estado de oxidación negativo se emplea un signo de menos antes del número romano, y 0 para estado de oxidación cero. Na[Co(CO)4] : tetracarbonilcobaltato(-I) de sodioK4[Ni(CN)4] : tetracianoniquelato(0) de potasio QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

29. Grupos puente: El nombre de los ligantes que unen dos centros de coordinación va precedido por la letra griega µ, que se repite antes del nombre de cada ligante puente. Sulfato de µ-dihidroxobis(tetraacuahierro(III)) QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

30. Átomo de enlace: Cuando sea necesario, se puede designar el átomo de enlace de un ligante colocando el símbolo del elemento que está directamente unido, después del nombre del grupo (en letras cursivas), separada por un guión. (NH4)3 [Cr(NCS)6] : hexatiocianato-N-cromato(III) de amonio • Isómeros ópticos: Si una solución rota el plano de luz polarizada amarilla (línea de del sodio) a la derecha, el soluto se designa como el isómero (+), si lo rota a la izquierda, es un isómero (-). (+) K3[Ir(C2O4)3] : (+)trisoxalatoiridato(III) de potasio (-) [Cr(en)3]Cl3 : cloruro de (-)tris(etilendiamina)cromo(III) QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

31. Isómeros geométricos: A los isómeros geométricos se les da nombre utilizando los términos cis que designa posiciones adyacentes (90°) y trans posiciones opuestas (180°). A veces es necesario utilizar un sistema numérico para designar las posiciones de cada ligante. Para los complejos cuadrados los grupos 1-3 y 2-4 se encuentran en posiciones trans.Para complejos octaédricos, los grupos en posición trans se numeran 1-6, 2-4 y 3-5: QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

32. Ion cis-tetraamíniodobromorodio(III) QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

33. ISOMERÍA Isómeros Compuestos con la misma fórmula pero diferente disposición de los átomos Estereoisómeros Compuestos con las mismas conexiones entre los átomos, pero diferente distribución espacial Isómeros estructurales Compuestos con diferentes uniones entre los átomos Isómeros de ionización Que producen diferentes iones en disolución Isómeros de enlace Con diferentes enlaces metal-ligando Isómeros geométricos Distribución relativa: cis-trans mer-fac Enantiómeros Imágenes especulares QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

34. ISOMERÍA DE ENLACE QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

35. ISOMERÍA DE IONIZACIÓN QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

36. ISOMERÍA GEOMÉTRICA QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

37. ISOMERÍA GEOMÉTRICA mer fac QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

38. ISOMERÍA ÓPTICA QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

39. ISOMERÍA ÓPTICA QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

40. ISOMERÍA ÓPTICA QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

41. Color y Magnetismo El color es una propiedad distintiva de los compuestos de coordinación de los metales de transición. El color de un complejo depende del metal especifico, su estado de oxidación y los ligandos unidos al metal. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

42. Por lo común, la presencia de una subcapa d parcialmente llena en el metal es necesaria para que un complejo muestre color. Casi todos los iones de metales de transición tienen una subcapa d parcialmente llena. • Por ejemplo, tanto el [Cu(H2O)4]2+ como el [Cu(NH3)4]2+ contienen Cu2+, que tiene una configuración electrónica [Ar]3d9. Los iones que tienen subcapas d totalmente vacias (como el Al3+ y Ti4+) o subcapas d completamente llenas (como el Zn2+, 3d10) son por lo general incoloros. Para que un compuesto tenga color, debe absorber luz visible. Esta luz se puede dispersar en un espectro de colores, cada uno de los cuales tiene una gama característica de longitudes de onda. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

43. La energía de ésta o de cualquier otra radiación electromagnética es inversamente proporcional a su longitud de onda. • Un compuesto absorbe radiación visible cuando esa radiación posee la energía que se necesita para llevar un electrón de su estado de más baja energía, o estado basal, a cierto estado excitado Por tanto, las energías específicas de la radiación que una sustancia absorbe determinan los colores que la misma exhibe. • Cuando una muestra absorbe luz visible, el color que percibimos es la suma de los colores restantes que son reflejados o transmitidos por un objeto y que llegan a nuestros ojos. E = hv = h(c/l) QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

44. Si un objeto absorbe todas las longitudes de onda de la luz visible, ninguna de ellas llega a nuestros ojos desde ese objeto, el cual, en consecuencia, se ve negro. • Si no absorbe luz visible, el objeto es blanco o incoloro • Si absorbe toda la luz excepto la naranja, el material se ve de color naranja. Sin embargo, también percibimos un color naranja cuando llega a nuestros ojos luz visible de todos los colores excepto el azul. El naranja y el azul son colores complementarios. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

45. Así pues, un objeto tiene un color específico por una de dos razones: • (1) refleja o transmite luz de ese color • (2) absorbe luz del color complementario. Los colores • complementarios se pueden determinar usando una • rueda cromática de pintor. • La cantidad de luz absorbida por una muestra en función de la longitud de onda se conoce como su espectro de absorción. El espectro de absorción en el visible de una muestra transparente se puede determinar como se muestra en la figura siguiente: QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

46. Magnetismo Muchos complejos de metales de transición exhiben paramagnetismo simple. En este tipo de compuestos los iones metálicos individuales poseen cierto número de electrones no apareados. Es posible determinar el número de electrones no apareados por ion metálico con base en el grado de paramagnetismo. Los experimentos ponen de manifiesto algunas comparaciones interesantes. Es evidente que existe una diferencia importante en cuanto a la disposición de los electrones en los orbitales metálicos en estos dos casos. Por ejemplo, los compuestos del ion complejo [Co(NH3)6]3+ carecen de electrones no apareados, pero los compuestos del ion [CoF6]3- tienen cuatro por ion metálico. Ambos complejos contienen Co(III) con una configuración electrónico 3d6. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

47. TEORÍA DE CAMPO CRISTALINO QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

48. TEORIA DEL CAMPO CRISTALINO • La teoría de campo cristalino explica exitosamente algunas de las propiedades magnéticas, colores, entalpías de hidratación, y estructuras de espinela (octaédrica) de los complejos de los metales de transición, pero no acierta a describir las causas del enlace. • La TCC fue posteriormente combinada con la Teoría de Orbitales Moleculares para producir la Teoría del Campo de Ligandos que aunque resulta un poco más compleja resulta también más ajustada a la realidad. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

49. TEORIA DEL CAMPO CRISTALINO • Los científicos han reconocido desde hace mucho tiempo que las propiedades magnéticas y el color de los complejos de metales de transición están relacionados con la presencia de electrones d en los orbitales metálicos • Se puede considerar que la base (es decir, el ligando) dona un par de electrones a un orbital vacío apropiado del metal. • Si el ligando es iónico, como en el caso del Cl- o del SCN , la interacción electrostática se produce entre la carga positiva del centro metálico y la carga negativa del ligando. QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA

50. TEORIA DEL CAMPO CRISTALINO • Cuando el ligando es neutro, como en el caso del H2O o del NH3, los extremos negativos de estas moléculas polares, que contienen un par de electrones no compartido, están orientados hacia el metal. • En este caso la interacción atractiva es del tipo ion-dipolo En ambos casos el resultado es el mismo QUIMICA INORGANICA FARMACEUTICA