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Genickson Borges de Carvalho

Complexos metálicos de Cobalto, Níquel e Cobre com a Pirazina-2-Carboxamida e 4-

Hidrazida Ácida Piridincarboxílica: síntese e caracterização

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação

em Química da Universidade Federal do Rio Grande do

Norte-UFRN, em cumprimento às exigências para

obtenção do Título de Mestre em Química.

Orientadora: Profa. Dra. Maria de Fátima Vitória de Moura. Co-orientador: Prof. Dr. Ótom Anselmo de Oliveira.

Natal - RN

2012

UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede. Catalogação da Publicação na Fonte.

Carvalho, Genickson Borges de. Complexos metálicos de cobalto, níquel e cobre com a pirazina-2-carboxamida e 4-hidrazida ácida piridincarboxílica: síntese e caracterização. / Genickson Borges de Carvalho. – Natal, RN, 2012. 148 f.: il.

Orientadora: Profa. Dra. Maria de Fátima Vitória de Moura. Co-orientador: Prof. Dr. Ótom Anselmo de Oliveira.

Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ciências Exatas e da Terra. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Química.

1. Complexos metálicos - Dissertação. 2. Metais - Caracterização -

Dissertação. 3. Síntese - Química - Dissertação. I. Moura, Maria de Fátima Vitória de. II. Oliveira, Ótom Anselmo de. III. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. IV. Título.

RN/UF/BCZM CDU 546.3


Aos meus pais,

Raimundo Ferreira de Carvalho (in memorian)

e Maria Borges de Carvalho, que sempre me

deram tudo que realmente é valioso: vida,

amor, educação, coragem e principalmente

exemplo de perseverança, responsabilidade e

honestidade.

AGRADECIMENTOS

À DEUS, que em todos os momentos de minha vida está presente, me guiando com

sua luz divina, me permitindo ter vida e saúde para chegar até este momento, meu mais

sublime agradecimento;

À Profa. Dra. Maria de Fátima Vitória de Moura por todo incentivo, apoio, confiança,

amizade e orientação no desenvolvimento dessa dissertação;

Ao Profº. Dr. Ótom Anselmo de Oliveira, que colaborou significativamente nas

discussões;

Aos meus irmãos pelo carinho, compreensão e incentivo em todos os momentos e

por serem meus primeiros amigos nesta vida;

À minha esposa Rosimere (meu AMOR) pelo apoio, carinho e paciência em todos os

momentos;

À Universidade Federal do Rio Grande do Norte e ao Programa de Pós-Graduação

em Química;

Ao Programa de Aperfeiçoamento de Pessoal do Ensino Superior (CAPES) pelo

apoio e suporte financeiro concedidos para a realização deste trabalho;

Ao Profº. Dr. Ademir Oliveira da Silva pelas análises e resultados de Análise

Térmica e ao Rodrigo Melo do LABTAM pelas análises de DRX;

Aos meus amigos Saulo, João Edson, Miranda, Alciney, Antônio Marcos, Daniel,

George, Pablo, Ângela, Denise, Geovane, Jeanne, Carol e Raquel pela amizade, apoio e

companheirismo;

À todos os meus colegas do LAQUANAP pela amizade e incentivo. Enfim, a todos

que contribuíram direta ou indiretamente para a realização deste trabalho.

As dificuldades podem parecer intransponíveis,

mas a nossa força não está no braço..... Vem de

DEUS! “lançando sobre ele toda a vossa

ansiedade, porque ele tem cuidado de vós.”

1 Pedro Cap.5, Vers.7

RESUMO

Este trabalho consistiu na síntese, caracterização e proposição da estrutura molecular

de compostos de coordenação envolvendo os ligantes pirazina-2-carboxamida (PZA) e 4-

hidrazida ácida piridincarboxílica (INH) e os metais da primeira série de transição (M = Co2+

,

Ni2+

e Cu2+

). Para a caracterização dos compostos foram utilizadas técnicas de análise como:

Espectroscopia de absorção no Infravermelho médio (FT-IR), medidas de condutividade

molar, Análise Elementar de CHN, complexometria com EDTA, medidas do ponto de fusão,

Difração de raios-X pelo método do pó, Termogravimetria (TG) e Análise Térmica

Diferencial (DTA) simultânea e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). Os espectros de

absorção na região do infravermelho sugerem que a coordenação do ligante ao centro

metálico ocorreu através do átomo de oxigênio carbonílico e do nitrogênio alfa do anel

pirazínico para os complexos formados com a PZA. Para os complexos com a INH a

coordenação ligante-metal se dá pelo oxigênio da carbonila e nitrogênio terminal do

grupamento hidrazida. As medidas de condutividade dos complexos em solução aquosa

sugerem para todos eles comportamento de eletrólitos do tipo 1:2; e comportamento de não

eletrólitos em acetonitrila. Os resultados obtidos pela análise elementar de CHN e

complexometria com EDTA permitiram inferir a estequiometria dos compostos sintetizados.

Para todos os complexos obtidos foi possível registrar os pontos de fusão, sendo que nenhum

deles fundiu próximo da temperatura de fusão dos ligantes livres. Os difratogramas de raios-X

mostraram que os complexos da pirazinamida apresentaram linhas de difração, sugerindo que

estes compostos são cristalinos, enquanto os compostos da isoniazida, com exceção ao de

cobalto, apresentaram linhas de difração, indicando que os mesmos são cristalinos. Os

resultados a partir das curvas TG-DTA e DSC permitiram informações a respeito da

desidratação e decomposição térmica destes complexos.

Palavras chaves: Complexos metálicos. Caracterização. Síntese.

ABSTRACT

This work involved the synthesis, characterization and proposing the molecular

structure of coordination compounds involving ligands pyrazine-2-carboxamide (PZA) and 4-

hydrazide acidic pyridine carboxylic (INH) and metals of the first transition series (M = Co2+

,

Ni2+

and Cu2+

). For the characterization of the compounds used were analytical techniques

such as infrared absorption spectroscopy average (FT-IR) molar conductivity measurements,

CHN elemental analysis, EDTA Complexometric, measurement of melting point, X-ray

diffraction by powder method, Thermogravimetry (TG) and Differential Thermal Analysis

(DTA) and Simultaneous Differential Scanning Calorimetry (DSC). The absorption spectra in

the infrared region suggested that the ligand coordination to the metal center occurs through

the carbonyl oxygen atom and nitrogen alpha pyrazine ring to those complexes formed with

PZA. For INH complexes with metal-ligand coordination is through the carbonyl oxygen and

nitrogen of the terminal hydrazide grouping. The conductivity measurements of the

complexes in aqueous solution they suggest to all behavior of the type 1:2 electrolytes, and

conduct of non-electrolytes in acetonitrile. The results obtained by CHN elemental analysis

and EDTA Complexometric allowed to infer the stoichiometry of the compounds synthesized.

For all of the complexes obtained was possible to record the melting points, neither of which

melted near the melting temperature of the free ligands. The X-ray diffraction showed that the

complexes of pyrazinamide exhibited diffraction lines, suggesting that these compounds are

crystalline, while compounds of isoniazid, with the exception of cobalt, exhibited diffraction

lines, indicating that they are crystalline. The results from the TG-DTA and DSC allowed

information regarding the dehydration and thermal decomposition of these complexes.

Keywords: Metal complexes. Characterization. Synthesis.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1

Distribuição estimada dos casos de tuberculoses no mundo em 2004... 30

Figura 2

Representação das estruturas moleculares da penicilina G e

estreptomicina........................................................................................

32

Figura 3

Estruturas dos fármacos de primeira escolha: (a) isoniazida (b)

rifampicina (c) etambutol (d) pirazinamida...........................................

33

Figura 4

Estruturas dos fármacos de segunda escolha: (a) ácido p-

aminosalicílico (b) cicloserina (c) etinoamida (d) tiocetazona (e)

amicacina (f) canamicina.......................................................................

33

Figura 5

Estrutura molecular da ciprofloxacina................................................... 34

Figura 6

Estruturas moleculares dos fármacos: (a) Estrutura da Norfloxacina

(b) Estrutura da Esparfloxacina..............................................................

36

Figura 7

Fórmula estrutural da pirazinamida PZA.........................................................

38

Figura 8

Modos característicos de coordenação da pirazinamida (PZA)............. 38

Figura 9

Representação da estrutura molecular do polímero de coordenação

[Cu(PZA)2](ClO4)2........................................................................................

39

Figura 10

Representação da estrutura molecular da cadeia 1D do polímero de

coordenação...........................................................................................

40

Figura 11

Representação da estrutura molecular do polímero de coordenação:

(a) Folhas ligadas por ligações de hidrogênio (b) Folhas de Cu(I)

triconectadas...........................................................................................

40

Figura 12

Estrutura Ortep do complexo [Cu(PZA)2I2]n estabilizado por

interações do tipo ligação de hidrogênio................................................

41

Figura 13

Representação da estrutura molecular do complexo de Ag(I) com a

PZA........................................................................................................

42

Figura 14

Representação da estrutura molecular do complexo

[Cu(PZA)2](CF3SO3)2.H2O....................................................................

42

Figura 15


Cu(H2O)(IDA)(PZA)].H2O, estabilizada por ligações de

hidrogênio..............................................................................................

43

Figura 16

Fórmula estrutural (a) nicotinamida (b) picolinamida........................... 44

Figura 17

Representação da estrutura molecular do complexo (a) [Zn(NA)2I2]

(b) [Zn(PA)2(H2O)2]I2]...........................................................................

44

Figura 18

Representação da estrutura molecular dos complexos (a) M= Ag+ (b)

M= Cu2+

, Zn2+

, Hg2+

e Au2+

(c) M= Co2+

e Fe2+

...................................

45

Figura 19

Estrutura molecular da pirazinacarboxilato (PZCA)................................

46

Figura 20 Representação da estrutura molecular do complexo (a) PZCA com

Co(II) (b) PZCA com Mn(II).................................................................

46

Figura 21


[Ni(PCA)2(H2O)]n..................................................................................

47

Figura 22

Fórmula estrutural da isoniazida INH....................................................

47

Figura 23

Modos característicos de coordenação da isoniazida (INH).................. 48

Figura 24

Estrutura conformacional do complexo [CuINHCl2]. HCl................. 48

Figura 25

Representação estrutural do complexo (R= C6H5, p-HOC6H4, p-

AcOC6H4)...............................................................................................

49

Figura 26 Representação da estrutura molecular do complexo

[Co(C6H7N3O)Cl2.2H2O].......................................................................

49

Figura 27

Representação da estrutura molecular dos complexos (a) Cu(II)-INH

na razão 1:1 (b) Cu(II)-INH na razão 1:2...............................................

50

Figura 28

Estruturas para os complexos com o ligante INH e os cátions: Cu2+

,

Zn2+

, Co2+

, Ni2+

e Mn2+

..........................................................................

50

Figura 29

Estruturas para os complexos com o ligante INH e os íons (a) Cu2+

(b) Co2+

, Ni2+

e Zn2+

...............................................................................

51

Figura 30

Estrutura do complexo formado entre o ligante INH e os centros

metálicos Cu(II), Co(II), Ni(II), Mn(II) e Zn(II)....................................

52

Figura 31

Representação da estrutura molecular do complexo: (a)

[M(H2L)(H2O)2](NO3)2. x H2O (M= Cu(II), Co(II), Ni(II) ) (b)

[M(H2L)](NO3)2 (M= Zn(II), Cd(II) e Hg(II) )......................................

52

Figura 32

Estrutura molecular do ácido isonicotinico 2-(9-antrylmetileno)-

hidrazida.................................................................................................

53

Figura 33

Representação da estrutura molecular dos complexos (a) M= Cu2+

;

x=2 e M=Ni2+

; x=4 (b) M= Co2+

, Ni2+

, Cu2+

e (c) M= Co2+

; x=2, M=

Ni2+

; x=0 e M=Cu2+

; x=0.......................................................................

54

Figura 34

Modos de coordenação do ácido isonicotínico e seu

derivado..................................................................................................

54

Figura 35

Representação Ortep da estrutura cristalina do complexo (a)

[Ni(NCS)2(H2O)2L2].L.2(H2O) (b) [Ni(NCS)2(H2O)2L2]2.4L.3(H2O)...

55

Figura 36

Estrutura cristalina do complexo formado entre o INA e o centro

metálico Co(II).......................................................................................

56

Figura 37

Representação Ortep do complexo formado entre o ligante INA e o

cátion metálico Cu(II) ...........................................................................

56

Figura 38

Representação Ortep da estrutura cristalina do complexo entre o íon

metálico Co(II) e o íon isonicotinato........................................................

57

Figura 39

Representação estrutural da isonicotinamida (ISN)............................... 58

Figura 40

Representação da estrutura molecular do complexo trans-

[Pd(N3)2(ISN)2] (a); Representação das interações supramoleculares

entre moléculas de planos distintos (b)..................................................

58

Figura 41

Componentes básicos de um instrumento de análise

térmica....................................................................................................

63

Figura 42

Esquema de um aparelho de Análise Térmica Diferencial

(DTA).....................................................................................................

65

Figura 43

Desenho esquemático do tipo de DSC com compensação de

potência..................................................................................................

67

Figura 44

Desenho esquemático do tipo de DSC com fluxo de

calor........................................................................................................

67

Figura 45

Esquema de um espectrofotômetro de FT-IR de feixe

simples...................................................................................................

69

Figura 46

Esquema de funcionamento de um difratômetro de raios-

X.............................................................................................................

70

Figura 47

Esquema representativo para dedução da Lei de

Bragg......................................................................................................

71

Figura 48

Esquema simplificado para análise elementar quantitativa de

CHN.......................................................................................................

72

Figura 49

Reação de obtenção dos complexos formados com a

PZA........................................................................................................

76

Figura 50

Reação de obtenção dos complexos formados com a

INH.........................................................................................................

78

Figura 51

Espectro vibracional na região do infravermelho da pirazinamida

(PZA).....................................................................................................

84

Figura 52

Curva DSC da pirazinamida em atmosfera dinâmica de N2, vazão do

gás de 50 mL.min-1

, massa da amostra de 2 mg, suporte da amostra

de alumínio e razão de aquecimento de 10 ºC.min-1

..............................

85

Figura 53

Curvas TG, DTG e DTA da pirazinamida em atmosfera de N2, vazão

do gás 50 mL.min-1

, massa da amostra de 5 mg, cadinho de alumina e

razão de aquecimento de 10ºC.min-1

......................................................

86

Figura 54

Espectro vibracional na região do infravermelho da isoniazida

(INH)......................................................................................................

88

Figura 55

Curva DSC da isoniazida em atmosfera dinâmica de N2, vazão do gás

de 50 mL.min-1

, massa da amostra de 2 mg, suporte da amostra de

alumínio e razão de aquecimento de 10ºC. min-1

.................................

89

Figura 56

Curvas TG, DTG e DTA da isoniazida em atmosfera de N2, vazão do

gás 50 mL.min-1


razão de aquecimento de 10ºC.min-1

......................................................

90

Figura 57

Espectros vibracionais na região do infravermelho do ligante PZA e

do complexo PZA-Co............................................................................

95

Figura 58

Espectros vibracionais na região do infravermelho dos complexos

PZA-Ni e PZA-Cu.................................................................................

97

Figura 59

Espectros vibracionais na região do infravermelho do ligante INH

livre e dos complexos INH-Co, INH-Ni e INH-Cu...............................

101

Figura 60

Difratograma de raios-X do complexo PZA-Co.................................... 103

Figura 61

Difratograma de raios-X do complexo PZA-Ni..................................... 104

Figura 62

Difratograma de raios-X do complexo PZA-Cu.................................... 104

Figura 63

Difratogramas de pó das amostras policristalinas PZA-Co, PZA-Ni e

PZA-Cu..................................................................................................

105

Figura 64

Difratograma de raios-X do complexo INH-Co.................................... 106

Figura 65

Difratograma de raios-X do complexo INH-Ni..................................... 106

Figura 66

Difratograma de raios-X do complexo INH-Cu.................................... 107

Figura 67

Difratogramas de pó das amostras policristalinas INH-Co, INH-Ni e

INH-Cu...................................................................................................

108

Figura 68

Curva TG, DTG e DTA do complexo [Co(PZA)(H2O)2Cl2] em

atmosfera de N2, vazão do gás de 50 mL.min-1

, massa da amostra de 4

mg, cadinho de alumina e razão de aquecimento de 10ºC.min-

1..............................................................................................................

114

Figura 69

Curva TG, DTG e DTA do complexo [Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O em




1..............................................................................................................

115

Figura 70

Curva TG, DTG e DTA do complexo [Cu(PZA)2Cl2] em atmosfera

de N2, vazão do gás de 50 mL.min-1

, massa da amostra de 4 mg,

cadinho de alumina e razão de aquecimento de 10ºC.min-

1..............................................................................................................

117

Figura 71

Curvas TG para os complexos PZACo, PZANi e PZACu em




1..............................................................................................................

118

Figura 72 Curva TG, DTG e DTA do complexo [Co(INH)2Cl2] 4H2O em




1..............................................................................................................

119

Figura 73

Curva TG, DTG e DTA do complexo [Ni(INH)2Cl2] 2H2O em




1..............................................................................................................

121

Figura 74

Curva TG, DTG e DTA do complexo [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O em




1..............................................................................................................

122

Figura 75

Curva TG, para os complexos INHCo, INHNi e INHCu em atmosfera

de N2, vazão do gás de 50 mL.min-1


cadinho de alumina e razão de aquecimento de 10ºC.min-

1..............................................................................................................

123

Figura 76

Curva DSC do complexo [Co(PZA)(H2O)2Cl2] em atmosfera de N2,

vazão de gás de 50 mL.min-1

, massa da amostra de 1 mg, suporte de

amostra de alumínio e razão de aquecimento de 10ºC.min-

1..............................................................................................................

124

Figura 77

Curva DSC do complexo [Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O em atmosfera de

N2, vazão de gás de 50 mL.min-1

, massa da amostra de 1 mg, suporte

de amostra de alumínio e razão de aquecimento de 10ºC.min-

1..............................................................................................................

125

Figura 78

Curva DSC do complexo [Cu(PZA)2Cl2] em atmosfera de N2, vazão

de gás de 50 mL.min-1



1..............................................................................................................

126

Figura 79

Curva DSC do complexo [Co(INH)2Cl2] 4H2O em atmosfera de N2,




1..............................................................................................................

127

Figura 80

Curva DSC do complexo [Ni(INH)2Cl2] 2H2O em atmosfera de N2,




1..............................................................................................................

127

Figura 81

Curva DSC do complexo [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O em atmosfera

de N2, vazão de gás de 50 mL.min-1


suporte de amostra de alumínio e razão de aquecimento de 10ºC.min-

1.............................................................................................................

128

Figura 82

Estruturas propostas para os complexos [Co(PZA)(H2O)2Cl2] (1),

[Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O (2) e [Cu(PZA)2Cl2] (3)...............................

131

Figura 83

Estruturas propostas para os complexos [Co(INH)2Cl2] 4H2O (1),

[Ni(INH)2Cl2] 2H2O (2) e [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O (3)...................

132

LISTA DE TABELAS

Tabela 1

Dados referentes aos reagentes utilizados neste estudo.............................. 75

Tabela 2

Resultados da análise elementar da pirazinamida (PZA).......................... 83

Tabela 3

Resultados da análise elementar da isoniazida (INH)............................... 87

Tabela 4

Solubilidade dos compostos da PZA e INH sintetizados.......................... 91

Tabela 5

Características Físico-químicas dos compostos............................................. 92

Tabela 6

Titulação complexométrica de cada íon metálico estudado..................... 92

Tabela 7

Valores dos teores de metais e dos pontos de fusão dos compostos.......... 93

Tabela 8

Atribuições de alguns modos vibracionais, infravermelho, para o ligante

PZA e para o complexo PZA-Co................................................................

96

Tabela 9

Bandas vibracionais e atribuições espectroscópicas para os principais

modos ativos no IV dos complexos PZA-Ni e PZA-Cu............................

98

Tabela 10

Número de onda (cm-1

) e atribuições espectroscópicas na região do

infravermelho dos complexos INH-Co, INH-Ni e INH-Cu.......................

102

Tabela 11

Valores aceitáveis de condutividade molar (ΛM) para alguns tipos de

eletrólitos em acetonitrila e água (soluções 1,0 x 10-3

mol.L-1

, a 25ºC).....

110

Tabela 12

Condutividades molares (ΛM) obtidas para soluções dos complexos da

PZA 1,0 x 10-3

mol.L-1

em acetonitrila e água a temperatura de 25ºC.......

111

Tabela 13

Condutividades molares (ΛM) obtidas para soluções dos complexos da

INH 1,0 x 10-3

mol.L-1

em acetonitrila e água a temperatura de 25ºC.......

112

Tabela 14

Dados obtidos nas curvas de Análise Térmica do complexo

[Co(PZA)(H2O)2Cl2] em atmosfera de N2.......................................................

114

Tabela 15


[Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O em atmosfera de N2...........................................

115

Tabela 16


[Cu(PZA)2Cl2] em atmosfera de N2...........................................................

117

Tabela 17


[Co(INH)2Cl2] 4H2O em atmosfera de N2..................................................

119

Tabela 18


[Ni(INH)2Cl2] 2H2O em atmosfera de N2.................................................

121

Tabela 19


[Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O em atmosfera de N2............................................

122

Tabela 20

Resultados de CHN para os complexos PZA-Co, PZA-Ni e PZA-Cu.......

129

Tabela 21

Resultados de CHN para os complexos INH-Co, INH-Ni e INH-Cu........ 129

Tabela 22

Resultados termoanalíticos dos complexos estudados................................ 130

LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 1 Derivada da variação de massa em relação ao tempo, registrada em

função da temperatura ou do tempo........................................................

64

Equação 2

Logaritmo decimal do inverso da transmitância......................................

69

Equação 3

Relação matemática para dedução da Lei de Bragg................................

71

Equação 4 Expressão para determinação da condutância de uma solução................ 109

Equação 5 Expressão para determinação da condutividade de uma solução............. 109

Equação 6 Expressão reduzida para determinação da condutividade molar.............. 109

Equação 7 Expressão para determinação da condutividade molar............................ 110

.

LISTA DE SIGLAS, ABREVIAÇÕES E SÍMBOLOS

TG Termogravimetria

DTA Análise Térmica Diferencial

IV Infravermelho

DRX Difração de Raios X

INH Isoniazida

CHN Análise Elementar de Carbono, Hidrogênio e Nitrogênio

INA Isonicotinato

NA Nicotinamida

ISN Isonicotinamida

PA Picolinamida

DTG Termogravimetria Derivativa

DSC Calorimetria Exploratória Diferencial

PZA Pirazinamida

Κ Condutividade Especifica

ΛM Condutividade Molar

C Concentração

mf Muito Fraca

F Forte

f Fraca

m Média

mF Média Forte

ν Modo de Estiramento

δ Deformação no Plano

γ Deformação fora do plano

Ta Temperatura da amostra

Tr Temperatura da referência

FTIR-MID Espectroscopia na Região do Infravermelho Médio com Transformada de

Fourier

TB Tuberculose

BK Bacilo de Koch

1D Unidimensional

PZCA Pirazinacarboxilato

ΔT Variação de Temperatura

Em Etilenodiamina

EDTA Ácido Etilenodiamina Tetra-Ácetico

PZA-Co Complexo Cobalto Pirazinamida

PZA-Ni Complexo Níquel Pirazinamida

PZA-Cu Complexo Cobre Pirazinamida

INH-Co Complexo Cobalto Isoniazida

INH-Ni Complexo Níquel Isoniazida

INH-Cu Complexo Cobre Isoniazida

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO...............................................................................................

25

2 OBJETIVO......................................................................................................

28

2.1 GERAIS............................................................................................................

28

2.2 ESPECÍFICOS..................................................................................................

28

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA..................................................................

30

3.1 TUBERCULOSE..............................................................................................

30

3.1.1 Tuberculose no Brasil e fármacos Antimicobacterianos ............................

31

3.2 A QUÍMICA DE COORDENAÇÃO................................................................

36

3.3 CONSIDERAÇÕES SOBRE OS LIGANTES.................................................

37

3.3.1 Considerações gerais.......................................................................................

37

3.3.1.1 Pirazinamida (PZA)...........................................................................................

37

3.3.1.2 Complexos com a pirazinamida e seus derivados.............................................

39

3.3.1.3 Isoniazida (INH)................................................................................................

47

3.3.1.4 Complexos com a isoniazida e seus derivados..................................................

48

3.4 CONSIDERAÇÕES SOBRE OS METAIS......................................................

59

3.4.1 Metais de transição..........................................................................................

59

3.4.1.1 Cobalto..............................................................................................................

59

3.4.1.2 Níquel............................................................................................................... .

60

3.4.1.3 Cobre.................................................................................................................

61

3.5 PRINCÍPIOS BÁSICOS DAS TÉCNICAS INSTRUMENTAIS

UTILIZADAS...................................................................................................

62

3.5.1 Análise Térmica...............................................................................................

62

3.5.1.1 Termogravimetria (TG)..................................................................................... 63

3.5.1.2 Termogravimetria derivada (DTG)................................................................... 64

3.5.1.3 Análise Térmica Diferencial (DTA)..................................................................

65

3.5.1.4

Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)...................................................

66

3.5.2 Espectroscopia na Região do Infravermelho (IV) - Médio..........................

68

3.5.3 Difratometria de Raios-X (DRX)...................................................................

70

3.5.4 Análise Elementar (CHN)...............................................................................

72

4 PARTE EXPERIMENTAL...........................................................................

74

4.1 DESIDRATAÇÃO DOS REAGENTES..........................................................

74

4.2 REAGENTES E MATERAIS..........................................................................

74

4.2.1 Reagentes..........................................................................................................

74

4.2.2 Materiais..........................................................................................................

75

4.3 SÍNTESE DOS COMPOSTOS DE COORDENAÇÃO...................................

76

4.3.1 Síntese dos complexos com o ligante pirazinamida (PZA)..........................

76

4.3.1.1 Síntese do complexo [Co(PZA)(H2O)2Cl2].......................................................

76

4.3.1.2 Síntese do complexo [Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O................................................

77

4.3.1.3 Síntese do complexo [Cu(PZA)2Cl2].................................................................

77

4.3.2 Síntese dos complexos com o ligante isoniazida (INH).................................

78

4.3.2.1 Síntese do complexo [Co(INH)2Cl2] 4H2O.......................................................

78

4.3.2.2 Síntese do complexo [Ni(INH)2Cl2] 2H2O........................................................

78

4.3.2.3 Síntese do complexo [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O.............................................

79

4.4 ANÁLISES DOS COMPLEXOS......................................................................

79

4.4.1 Instrumentação................................................................................................

79

4.4.1.1 Teste de Solubilidade Relativa..........................................................................

79

4.4.1.2 Análise Elementar de CHN...............................................................................

79

4.4.1.3 Medidas dos intervalos de Fusão....................................................................... 80

4.4.1.4 Análise de Metal................................................................................................ 80

4.4.1.5 Medidas de Condutividade................................................................................

80

4.4.1.6 Espectroscopia na região do Infravermelho (FT-IR)-Médio.............................

80

4.4.1.7 Difração de Raios-X (Método do Pó)................................................................

81

4.5 ANÁLISE TÉRMICA.......................................................................................

81

4.5.1 Termogravimetria (TG-DTA)........................................................................

81

4.5.2 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)..............................................

81

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO....................................................................

83

5.1 CARACTERIZAÇÃO DOS LIGANTES.........................................................

83

5.1.1 Pirazinamida....................................................................................................

83

5.1.1.1 Análise Elementar.............................................................................................

83

5.1.1.2 Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR-MID) da pirazinamida

(PZA).................................................................................................................

84

5.1.1.3 Avaliação do comportamento térmico da pirazinamida (PZA).........................

85

5.1.2 Isoniazida..........................................................................................................

87

5.1.2.1 Análise Elementar.............................................................................................

87

5.1.2.2 Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR-MID) da isoniazida

(INH).................................................................................................................

87

5.1.2.3 Avaliação do comportamento térmico da isoniazida (INH)..............................

89

5.2 CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS COMPLEXOS....................................

91

5.2.1 Solubilidade dos complexos............................................................................

91

5.2.2 Informações gerais sobre os complexos.........................................................

91

5.2.3 Determinação dos teores de metais e dos pontos de fusão........................... 92

5.3 COMPLEXOS CONTENDO O LIGANTE PIRAZINAMIDA (PZA)............

94

5.3.1 Espectros na região do infravermelho dos complexos.................................

94

5.3.1.1 PZA-Co.............................................................................................................

94

5.3.1.2 PZA-Ni e PZA-Cu............................................................................................

97

5.4 COMPLEXOS CONTENDO O LIGANTE ISONIAZIDA (INH)...................

100

5.4.1 Espectros na região do infravermelho dos complexos.................................

100

5.4.1.1 INH-Co, INH-Ni e INH-Cu...............................................................................

100

5.5 DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X DOS COMPLEXOS.................................

103

5.5.1 Complexos de cobalto, níquel e cobre com a pirazinamida.........................

103

5.5.2 Complexos de cobalto, níquel e cobre com a isoniazida...............................

106

5.6 DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE MOLAR...................................

109

5.6.1 Complexos metálicos com a pirazinamida (PZA).........................................

111

5.6.2 Complexos metálicos com a isoniazida (INH)...............................................

112

5.7 TERMOGRAVIMETRIA DOS COMPLEXOS...............................................

113

5.7.1 Termogravimetria dos complexos com a pirazinamida (PZA)...................

113

5.7.1.1 Termogravimetria do [Co(PZA)(H2O)2Cl2]......................................................

113

5.7.1.2 Termogravimetria do [Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O...............................................

114

5.7.1.3 Termogravimetria do [Cu(PZA)2Cl2]................................................................

116

5.7.2 Termogravimetria dos complexos com a isoniazida (INH).........................

118

5.7.2.1 Termogravimetria do [Co(INH)2Cl2] 4H2O......................................................

118

5.7.2.2 Termogravimetria do [Ni(INH)2Cl2] 2H2O.......................................................

120

5.7.2.3 Termogravimetria do [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O.............................................

121

5.8 CALORIMETRIA EXPLORATÓRIA DIFERENCIAL (DSC).......................

124

5.8.1 Complexos metálicos da pirazinamida (PZA)..............................................

124

5.8.1.1 Complexo [Co(PZA)(H2O)2Cl2]........................................................................

124

5.8.1.2 Complexo [Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O................................................................

125

5.8.1.3 Complexo [Cu(PZA)2Cl2].................................................................................

125

5.8.2 Complexos metálicos da isoniazida (INH).....................................................

126

5.8.2.1 Complexo [Co(INH)2Cl2] 4H2O........................................................................ 126

5.8.2.2 Complexo [Ni(INH)2Cl2] 2H2O........................................................................

127

5.8.2.3 Complexo [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O..............................................................

128

5.9 ESTEQUIOMETRIA DOS COMPOSTOS......................................................

128

5.10 PROPOSIÇÃO ESTRUTURAL.......................................................................

130

5.10.1 Complexos com a pirazinamida (PZA)..........................................................

130

5.10.2 Complexos com a isoniazida (INH)................................................................

131

6 CONCLUSÃO..................................................................................................

134

REFERÊNCIAS..............................................................................................

137

1 INTRODUÇÃO

25


1 INTRODUÇÃO

A busca por uma melhor qualidade de vida é almejada por profissionais de diversas

áreas, nesse contexto a química se faz presente. A combinação da química com a física,

biologia, farmácia e medicina (multidisciplinaridade) trouxe avanços significativos para

sociedade nas últimas décadas.

Os conhecimentos da química inorgânica juntamente com os da bioquímica

promovem uma nova área de conhecimento chamada de bioinorgânica, a qual vem se

desenvolvendo nos últimos 20 anos, tendo pesquisadores de vários países dedicando-se quase

que exclusivamente a esta área (LEHNINGER; NELSON; COX, 2006).

A química bioinorgânica pode ser definida como a parte da química que estuda o

papel dos elementos metálicos (em particular dos metais de transição) dentro do contexto

especial dos organismos vivos. Os elementos inorgânicos desempenham um papel

fundamental nos sistemas biológicos, auxiliando na captação e transporte de elétrons,

fornecendo íons que mantêm o equilíbrio osmótico e os mecanismos de ativação da

membrana celular. Sua importância se estende ainda à estabilidade conformacional de

biomoléculas, além de fornecerem centros de reatividade extremamente versátil em enzimas,

ou seja, as substâncias que sustentam a vida (BENITE; MACHADO; BARREIRO, 2007).

Atualmente há um grande interesse no estudo de compostos de coordenação a base

de metais de transição, pois formam bio-materiais com estrutura modificada e complexos de

metais de transição que possuem atividade farmacológica modulada a partir da interação com

íons metálicos. Muitos metais de transição do bloco d são elementos-traços essenciais aos

organismos vivos, de modo que algumas aplicações médicas dos metais de transição

envolvem o tratamento de doenças causadas pela deficiência ou excesso destes metais no

organismo (CAIRES et al, 1999; BHAGWAN et al, 2007; JONES, 2002).

Os complexos metálicos podem apresentar resultados interessantes como agentes

antimicrobianos, antituberculose e antitumorais. Sabe-se que a complexação de um fármaco

tradicional (ligante) a um metal pode afetar fortemente suas propriedades físico-químicas,

podendo apresentar maior atividade biológica que o fármaco não complexado. Essa interação

entre o metal e o ligante pode exibir propriedades farmacológicas e toxicológicas diferentes, o

que também pode levar a minimização dos efeitos colaterais.

O contexto definido por esses fatos mostraram a necessidade de se conhecer os

processos a eles relacionados, e é para contribuir na geração desse conhecimento que

26


resolveu-se investigar a complexação de íons Co2+

, Ni+2

e Cu2+

, elementos que apresentam

um papel importante do ponto de vista biológico, com a pirazinamida (PZA) e a isoniazida

(INH), fármacos com interessantes potenciais biológicos e amplamente conhecidos por suas

utilizações no tratamento da tuberculose; e com isso propor as estruturas moleculares dos

compostos de coordenação formados.

Esse trabalho compreendeu a obtenção e a caracterização estrutural de seis

complexos utilizando diversos métodos analíticos. Os compostos foram caracterizados através

de seus pontos de fusão. Para determinar a estequiometria foi utilizada a complexometria com

EDTA, medidas de condutividade e a análise elementar de CHN. Para definir os sítios de

coordenação metal-ligante foi utilizada a espectrofotometria de absorção na região do

infravermelho médio. A Termogravimetria, Análise Térmica Diferencial simultânea (TG-

DTA) e a Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) foram usadas para caracterizar e

definir os perfis de decomposição térmica de cada um dos complexos obtidos. Para

determinar a cristalinidade acerca dos compostos utilizou-se a difratometria de raios-X

utilizando o método do pó.

2 OBJETIVOS

28


2 OBJETIVOS

2.1 GERAIS

Sintetizar e caracterizar compostos de coordenação com os íons Co2+

, Ni2+

e Cu2+

e

os ligantes pirazina-2-carboxamida (PZA) e 4-hidrazida ácida piridincarboxílica (INH),

contribuindo com a obtenção de dados a partir de técnicas analíticas instrumentais sobre a

estabilidade térmica dos ligantes e dos compostos formados com íons metálicos citados no

estado sólido.

2.2 ESPECÍFICOS

Estabelecer a estequiometria dos compostos sintetizados com base nos resultados da

análise elementar de CHN, teores de metais e medidas de condutividade.

Determinar a faixa de fusão dos complexos obtidos e dos ligantes livres.

Comprovar a formação dos complexos pela comparação entre os espectros de

infravermelho dos compostos sintetizados e do ligante livre.

Obter informações acerca da cristalinidade dos compostos por meio dos difratogramas

de raios-X.

Caracterizar e definir os perfis de decomposição térmica dos compostos utilizando as

técnicas de análise térmica.

Determinar a estabilidade térmica dos compostos sintetizados.

3 FUNDAMENTAÇÃO

TEÓRICA

30


3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1 TUBERCULOSE

A tuberculose (TB) é uma doença contagiosa grave e é classificada no grupo das

doenças conhecidas como negligenciadas, pois grande parte de suas vítimas se encontram em

países pobres e em desenvolvimento (Figura 1). Nestes países, essa doença volta a ocupar

lugar de destaque entre as principais enfermidades do tipo infectocontagiosas, o que a torna

um grave problema de saúde pública (SOUZA; VASCONCELOS, 2005). Não há grandes

investimentos no combate a esta doença e, com isso, os fármacos atualmente utilizados

apresentam alguns problemas, como o grande número de efeitos colaterais indesejáveis e a

longa duração do tratamento (de seis a doze meses).

Outro grande problema está relacionado com o surgimento de microorganismos

resistentes as drogas que existem atualmente no mercado. Isso é conseqüência de poucos e

antigos medicamentos utilizados no tratamento da tuberculose aliados aos insucessos no

tratamento da doença, seja por abandono ou por erros na administração dos fármacos durante

o tratamento. No entanto, a tuberculose tem recebido pouca atenção no que diz respeito à

pesquisa na descoberta e produção de novos fármacos. Nesse contexto, se faz necessária a

busca por novos medicamentos mais eficazes, capazes de apresentarem menores efeitos

adversos, baixo custo e serem administrados por períodos de tempo mais curtos (SOUZA;

VASCONCELOS, 2005).

Figura 1 - Distribuição estimada dos casos de tuberculoses no mundo em 2004.

Fonte: Silva et al, (2010)

31


A tuberculose é uma doença provocada por um microorganismo, a bactéria

Mycobacterium tuberculosis, também chamada por bacilo de Koch. Embora o bacilo tenha

sido descoberto somente no final do século XIX, foram encontrados resquícios da doença em

múmias no antigo Egito e acredita-se que essa bactéria é muito antiga (ZINK et al, 2003).

Entretanto, somente em 1892, a bactéria foi descrita pelo médico alemão Robert Koch, e por

isso o bacilo recebe este nome em homenagem ao cientista (SOUZA; VASCONCELOS,

2005).

A TB é transmitida basicamente pelo ar e pode atingir todos os órgãos do corpo.

Porém, o BK se reproduz e se desenvolve de maneira rápida em áreas do corpo com muito

oxigênio, sendo o pulmão o principal órgão atingido pela doença (SMITH; SHARMA;

SACCHETTINI, 2004). Uma vez que as cavidades formadas nos pulmões podem se romper,

é possível a contaminação de outros indivíduos através da aerolização pela tosse, e por este

motivo deve-se evitar utilizar objetos de pessoas contaminadas e locais de grandes

aglomerações (PAVAN, 2009). Os principais sintomas da doença são tosse, febre, sudorese,

cansaço, falta de apetite e emagrecimento.

3.1.1 Tuberculose no Brasil e fármacos antimicobacterianos

O Brasil ocupa o 19º lugar no ranking dos 22 países que concentram 80% dos casos

de TB do mundo. Existem atualmente cerca de 50 milhões de pessoas infectadas com o BK,

de acordo com dados oficiais do ministério da saúde, porém não desenvolveram a doença,

apesar da contaminação de mais de um milhão de pessoas a cada ano pelo contato com os

doentes. Anualmente surgem aproximadamente cento e onze mil novos casos e ocorrem seis

mil mortes. As estatísticas nacionais e internacionais não deixam dúvida e servem de alerta

para o problema. Devido ao fato dos países pobres e em desenvolvimento serem as maiores

vítimas, pouco têm-se investido no combate a esta doença (SOUZA; VASCONCELOS,

2005).

Atualmente a tuberculose é responsável por aproximadamente dois milhões de

mortes e 8,8 milhões de novos casos por ano no mundo inteiro e estima-se que um terço da

população mundial (dois bilhões de pessoas) esteja infectado pelo Mycobacterium

tuberculosis. De acordo com a OMS, a tuberculose multi-resistente é responsável por cerca de

460 mil novos casos por ano, assim como cerca de 740 mil novos infectados com o

32


Mycobacterium tuberculosis e o vírus da imunodeficiência humana adquirida (HIV)

(ZHANG, 2005; WHO, 2007).

Os fármacos utilizados no tratamento da tuberculose podem ser divididos em duas

categorias. Os agentes de “primeira linha” associam o seu maior nível de eficácia a um grau

aceitável de toxicidade; todavia, em certas ocasiões, devido à resistência microbiana, pode ser

necessário recorrer os agentes de “segunda linha”, de modo que o tratamento pode ser

iniciado com 5-6 fármacos (GILMAN; HARDMAN; LIMBIRD, 2005).

A penicilina foi o primeiro antibiótico utilizado pelo homem. A droga mostrou-se

extremamente eficaz no combate a várias doenças e a primeira defesa real contra infecções

provocadas por bactérias, mas o antibiótico mostrou-se ineficaz no combate a tuberculose. Já

o primeiro antibiótico capaz de atuar de maneira eficaz no combate à tuberculose foi à

estreptomicina (SM), tendo sido descoberta 15 anos após a penicilina por Selman Waksman e

seus colaboradores. As estruturas destes fármacos são apresentadas na Figura 2.

Figura 2 - Representação das estruturas moleculares da penicilina G e estreptomicina.

Fonte: Corrêa (2009)

Os fármacos considerados como primeira opção no tratamento da tuberculose,

habitualmente designados de primeira escolha, são utilizados com grande êxito na maioria dos

pacientes (SOUZA; VASCONCELOS, 2005). Dentre estes, destacam-se a isoniazida (INH),

que apresenta uma atividade frente ao Mycobacterium tuberculosis sem precedentes, além de

ser de baixo custo e apresentar fracos efeitos secundários; a rifampicina (RPM), possuidora de

uma vasta atividade antitubercular; o etambutol (EMB) e a pirazinamida (PZA), que também

se destacam como agentes anti-tuberculares (FRIEDEN; DRIVER, 2003). Na Figura 3 estão

apresentadas as estruturas dos referidos fármacos.

33


Figura 3 - Estruturas dos fármacos de primeira escolha: (a) isoniazida (b) rifampicina (c)

etambutol (d) pirazinamida.

Fonte: Souza (2006)

Com o efeito da resistência do bacilo ou de falência aos fármacos ditos de primeira

escolha, as drogas conhecidas como de segunda escolha são normalmente utilizados para

contornar o problema. Nesta classe de drogas destacam-se a etionamida, a canamicina, a

cicloserina, o ácido p-amino salicílico, a amicacina e a tioacetazona (SOUZA, 2006). Na

Figura 4 pode ser visualizada as estruturas destes fármacos.

Figura 4 - Estruturas dos fármacos de segunda escolha: (a) ácido p-aminosalicilico (b)

cicloserina (c) etinoamida (d) tiocetazona (e) amicacina (f) canamicina.

Fonte: Souza (2006)

Devido a mutações aleatórias espontâneas nos genes do bacilo causador da

tuberculose, é necessário buscar novos fármacos mais eficazes para a cura desta doença.

Muitos trabalhos na literatura relatam a investigação de novos fármacos direcionados a novos

alvos terapêuticos.

34


Um dos principais alvos desta investigação é a formação de compostos de

coordenação com fármacos, visto que já foi comprovado que a coordenação a um cátion

metálico proporciona um aumento da atividade biológica dos mesmos. Neste contexto,

podemos mencionar a ciprofloxacina (CPF), cuja estrutura é ilustrada na Figura 5, pertencente

à classe das fluorquinolonas, que possuem um amplo espectro de atividade antimicrobiana e

que tem sido utilizada com grande sucesso no tratamento da tuberculose (SOUZA;

VASCONCELOS, 2005). A coordenação da molécula do fármaco ao cátion metálico Cu(II)

proporcionou um aumento de sua atividade biológica, o que lhe conferiu potente ação

antibacteriana.

Figura 5 - Estrutura molecular da ciprofloxacina.

Fonte: Souza; Vasconcelos (2005)

O estudo realizado por Saha et al, (2002) demonstrou a eficácia da atividade

antimicrobiana do complexo metálico frente ao ligante livre, que se mostrou inferior ao

apresentado pelo complexo de cobre.

Turel et al, (1998) relataram a síntese do complexo de Bi3+

com a ciprofloxacina

(CPF), que apresentou a fórmula (CPF)2[Bi2Cl10].4H2O. A estrutura do complexo pertence ao

sistema triclínico pertinente ao grupo espacial P1- descrita por difração de raios-X em

monocristal. Os autores mostraram que os complexos são capazes de inibir o crescimento de

Helicobacter pylori, S. viridans, Enterococcus sp. e S. haemolyticus G.

Ma e colaboradores (1997) propuseram através de estudos que a coordenação da

ciprofloxacina (CPF) ao cátion metálico Al3+

aumenta a atividade do fármaco no combate ao

microorganismo Escherichia coli.

Muitos autores têm pesquisado a formação de complexos com outros fármacos da

classe das fluorquinolonas, como por exemplo, a norfloxacina (NOR) e a esparfloxacina

(SPAR).

35


Gao et al, (1995) descreveram a síntese e caracterização de complexos da

norfloxacina (NOR) (Figura 6a) com os íons Co2+,

Fe3+

e Zn2+

, e concluíram que todos os

compostos preparados nesta série apresentaram a fórmula [Co(NOR)2(H2O)2]Cl2.6H2O,

[Fe(NOR)2(H2O)2]Cl3.6H2O e [Zn(NOR)2]Cl2.7H2O. Os autores mostraram que estes

complexos são mais ativos que o fármaco livre contra cepas de Escherichia coli e Bacillus

dysenteriae.

Shaikh e colaboradores (2007) prepararam um complexo de Bi3+

com a norfloxacina

(NOR). A estrutura do composto foi elucidada por espectroscopia e análise elementar. Os

autores mostraram que o fármaco coordenado torna-se mais ativo quando comparado a forma

livre na inibição do crescimento de Escherichia coli, Klebsilla pneumoniae, Staphylococcus

aureus, Bacillus pumilis e Staphylococcus epidermidis.

Li et al, (2003) descreveram a síntese de um complexo de prata com a norfloxacina

(NOR), cuja a estrutura foi descrita por difração de raios-X, sendo que a mesma pertence ao

sistema triclínico e ao grupo espacial P-1. Os autores relataram a eficácia do complexo, sendo

esse capaz de prevenir infecções bacterianas em humanos durante tratamento de queimadura.

Jain et al, (2002) relataram a síntese do complexo de Co2+

com a esparfloxacina

(SPAR) (Figura 6b). A estequiometria do composto foi determinada com base na análise

elementar, espectroscopia IV e análises eletroquímicas. O complexo apresentou maior

atividade do que o fármaco livre contra várias bactérias patogênicas, como Staphylococcus

aureus, Salmonella typhi e Escherichia coli.

Outro complexo de Co2+

com a esparfloxacina (SPAR) também foi reportado por

Efthimiadou e colaboradores (2008). O composto sintetizado apresentou a fórmula

[Co(SPAR)2(H2O)2], sendo caracterizado por medidas físico-químicas, técnicas

espectroscópicas e eletroquímicas e cálculos da mecânica molecular. O complexo mostrou-se

mais ativo do que a droga pura contra Escherichia coli, no entanto, apresentou-se menos

eficaz contra Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus.

36


Figura 6 - Estruturas moleculares dos fármacos: (a) Estrutura da Norfloxacina (b) Estrutura

da Esparfloxacina.

Fonte: Souza; Vasconcelos (2005)

3.2 A QUÍMICA DE COORDENAÇÃO

O ramo da química inorgânica responsável pelo estudo dos comportamentos das

combinações metal-ligante é chamado “Química de coordenação”. Os Compostos de

coordenação exercem um papel importante na química inorgânica, os quais apresentam um

átomo metálico ou íon central rodeado por vários átomos, íons ou moléculas ligantes. De

maneira geral, um complexo metálico se forma mediante ligações entre um ácido e uma base

de Lewis. Neste caso o centro metálico é um ácido de Lewis que age como um receptor de

pares de elétrons, enquanto os íons, átomos ou moléculas, que atuam como ligantes, agem

como uma base de Lewis funcionando como doadores de pares de elétrons (JONES, 2002).

Muitos compostos de coordenação são coloridos, com exceção dos compostos dos

grupos s e p, que tem orbitais d vazios e não apresentam energia de estabilização do campo

cristalino, sendo quase sempre brancos. A cor dos complexos deve-se a presença de orbitais d

e f incompletos. A coloração pode variar em função da natureza e do número de ligantes e até

mesmo da geometria do complexo. No entanto, certos compostos de coordenação contendo

metais de transição são brancos, como por exemplo, compostos contendo íons Zn2+

, que não

apresenta transição de elétrons dentro do nível d, pois possui configuração d10

.

Levando em consideração o rigor científico o primeiro composto de coordenação

totalmente inorgânico a ter sua descoberta relatada foi o íon tetramincobre (II) ([Cu(NH3)4]2+

).

No entanto, se considerarmos do ponto de vista menos científico, os corantes a base de

alizarina como compostos de coordenação, tal fato remontaria aos tempos bíblicos. Assim por

não haver um consenso entre os estudiosos da história da química em estabelecer qual a data

do primeiro composto de coordenação descoberto, estes podem ter sido originados em tempos

remotos (FARIAS, 2005).

37


Estudos envolvendo fármacos vem sendo amplamente desenvolvidos. As pesquisas

científicas na busca por fármacos mais eficazes no combate a determinadas doenças a base de

compostos de coordenação de metais de transição vem aumentando de forma significativa nas

últimas décadas. Existem evidências que a coordenação da droga a um centro metálico

aumenta sua atividade biológica, o que lhe confere grande potencial do ponto de vista de

aplicação farmacológica (SAHA et al, 2002). Com o avanço das pesquisas nesta área, estudos

sobre propriedades magnéticas e de óptica não linear de complexos contendo metais de

transição baseados na utilização de ligantes orgânicos polidentados e com conjugações π

estendidas vem sendo realizados (MIN; SUH, 2000; LI et al, 2003).

3.3 CONSIDERAÇÕES SOBRE OS LIGANTES

3.3.1 Considerações gerais

Os ligantes utilizados neste trabalho podem apresentar-se em diferentes modos de

coordenação, atuando como agente quelante, inclusive formando pontes sendo, portanto, de

grande interesse na investigação estrutural de polímeros de coordenação. Isto decorre não

somente dos vários modos de coordenação destes ligantes, como pelas possibilidades deles

interagirem através de ligações de hidrogênio com outros átomos da molécula, o que

possibilita suas aplicações na construção de redes supramoleculares. Nesta classe de ligantes,

a presença de elétrons π deslocalizados fortalece o arranjo sólido quando ocorre formação de

interações do tipo empacotamento π. Dos ligantes utilizados na síntese de compostos de

coordenação, podemos citar aqueles do tipo N-heterocíclicos, como por exemplo, os fármacos

pirazinamida (PZA) e isoniazida (INH).

3.3.1.1 Pirazinamida (PZA)

O composto pirazina-2-carboxamida (Figura 7) é um análogo sintético pirazínico da

nicotinamida, com fórmula molecular [C5H5N3O] e peso molecular de 123,11 g.mol-1

.

Apresenta-se como um pó cristalino, branco ou praticamente branco e inodoro. É ligeiramente

solúvel em água, pouco solúvel em etanol, éter etílico e clorofórmio (FARMACOPÉIA

BRASILEIRA, 2000). O composto é comumente conhecido como pirazinamida (PZA),

38


sintetizada originalmente em 1936, porém somente introduzida na clínica a partir 1970; e

integra o grupo de drogas ditas de primeira escolha no tratamento da tuberculose.

Figura 7 - Fórmula estrutural da pirazinamida PZA.

Fonte: Lavor (2010)

No trabalho reportado por Cherukuvada e colaboradores (2010) são descritas quatro

formas polimórficas diferentes de PZA com diferentes estruturas cristalinas: α-, β-, γ- e δ-

pirazinamida. Um quinto possível polimorfo α` semelhante a α pode existir, sendo que a

estrutura cristalina mais estável é a forma α. Esse fármaco é bactericida em pH ácido, sua

ação parece ter como alvo o gene da enzima ácido graxo sintetase I micobacteriano envolvido

na biossíntese do ácido micólico (GILMAN; HARDMAN; LIMBIRD, 2005). Por apresentar

em sua estrutura diferentes possíveis sítios de coordenação (nitrogênios aromáticos, sendo

estes designados nitrogênio alfa e delta; oxigênio do grupo carbonílico e nitrogênio do grupo

amida, podendo atuar de maneira quelante e/ou em ponte), ela torna-se especialmente atraente

quando trata-se da química de coordenação, pois pode-se ligar de diferentes maneiras aos íons

metálicos. Na literatura são apresentadas algumas formas de coordenação da molécula da

pirazinamida (Figura 8).

Figura 8 - Modos característicos de coordenação da pirazinamida (PZA).

39


3.3.1.2 Complexos com a pirazinamida e seus derivados

Sekizaki (1973) relatou a síntese de um composto de fórmula [Cu(PZA)2](ClO4)2. O

complexo pertence ao sistema cristalino monoclínico e apresenta grupo espacial P21/a. O

número de coordenação é seis e os centros metálicos encontram-se em esfera octaédrica, que

por sua vez é coordenado pelo átomo de nitrogênio alfa do anel heterocíclico e pelo oxigênio

do grupo carboníla de cada uma das duas moléculas do ligante PZA na posição equatorial.

Apresenta ainda outras duas moléculas do ligante PZA na posição axial, coordenando-se pelo

átomo de nitrogênio delta do anel pirazínico, como mostra a Figura 9.

Figura 9 - Representação da estrutura molecular do polímero de coordenação

[Cu(PZA)2](ClO4)2.

Fonte: Sekizaki (1973)

Tanase et al, (2005) descreveram a obtenção do polímero de coordenação formado

pelos ligantes acetonitrila e pirazinamida (PZA) com o íon cobre (II), cuja unidade

monomérica é [Cu(PZA)(CH3CN)](ClO4)2. H2On. A estrutura do polímero pertence ao

sistema monoclínico e grupamento espacial P21/c, com número de coordenação seis e de

geometria octaédrica levemente distorcida devido ao efeito de Janh-Teller. Nesta estrutura o

cobre encontra-se coordenado por quatro átomos: um átomo de nitrogênio da molécula de

acetonitrila; um átomo de oxigênio do grupo carbonila e dois átomos de nitrogênio (alfa e

delta do anel pirazínico), que pertencem a duas moléculas do ligante PZA, ocupando as

posições equatoriais. Nas posições axiais, duas moléculas de acetonitrila coordenam-se ao

metal central por meio de seus átomos de nitrogênio, como mostra a Figura 10.

40


Figura 10 - Representação da estrutura molecular da Cadeia de 1D do polímero de

coordenação.

Fonte: Tanase et al, (2005)

Goher; Mautner (1999) descreveram a síntese e a estrutura cristalina do primeiro

polímero de coordenação formado pelo íon Cu(I). O centro metálico é coordenado de maneira

unidentada pelo átomo de nitrogênio delta do anel heteroaromático de uma das folhas

poliméricas que se ligam por interação de hidrogênio com outras folhas que são conectadas

por intermédio do ligante PZA. O polímero de coordenação é formado por folhas de Cu(I)

triconectadas aos ligantes N3- (azoteto), como mostra a Figura 11.

Figura 11 - Representação da estrutura molecular do polímero de coordenação: (a) Folhas

ligadas por ligações de hidrogênio (b) Folhas de Cu(I) triconectadas.

Fonte: Goher; Mautner (1999)

41


Goher; Mautner (2000) descreveram a síntese e caracterização estrutural do polímero

de coordenação [Cu(PZA)2I2]n. A reação entre o iodeto de Cobre (I) e o ligante PZA produziu

um complexo uninuclear que pertence ao sistema monoclínico e grupo espacial P21/m, onde

observa-se para o centro metálico geometria tetraédrica levemente distorcida. A coordenação

ocorre via átomo de nitrogênio delta do anel pirazínico de dois ligantes PZA. A estrutura

apresenta ainda dois iodetos coordenando-se ao íon metálico central, como mostra a Figura

12.

Figura 12 - Estrutura Ortep do complexo [Cu(PZA)2I2]n estabilizado por interações do tipo

ligação de hidrogênio.

Fonte: Goher; Mautner (2000)

Yilmaz et al, (2008a) relataram a síntese do complexo de Ag(I) com a pirazinamida

(PZA) (Figura 13). A estrutura molecular do complexo possui quatro ligantes com átomos

doadores “NO”. Esta combinação resulta no complexo dinuclear, onde os centros metálicos

estão coordenados por duas moléculas do ligante PZA de maneira monodentada via

nitrogênio delta do anel heterocíclico e por duas moléculas do ligante sacarina atuando como

bidentada via átomos de nitrogênio e oxigênio. Além da ligação entre os átomos de nitrogênio

e oxigênio aos centros metálicos, também estão presentes as interações entre os dois centros

metálicos (Ag-Ag). Ambos os metais centrais apresentam geometria distorcida em forma de

T e a estrutura do complexo pertence ao sistema cristalino triclínico pertinente ao grupo

espacial P1-.

42


Figura 13 - Representação da estrutura molecular do complexo de Ag(I) com a PZA.

Fonte: Yilmaz et al, (2008a)

Kristiasson (2002) descreve o complexo de cobre (II), cuja fórmula é

[Cu(PZA)2](CF3SO3)2.H2O. A estrutura do complexo pertence ao sistema cristalino

ortorrômbico com grupo espacial Pbcn. O número de coordenação é seis e a geometria de

coordenação adotada pelo centro metálico é octaédrica levemente distorcida, que por sua vez

é coordenado por átomos de oxigênio do ligante (CF3SO3) na posição axial e átomos de

oxigênio e nitrogênio alfa do anel de cada uma das duas moléculas do ligante PZA na posição

equatorial. A Figura 14 mostra a estrutura cristalina do complexo.

Figura 14 - Representação da estrutura molecular do complexo [Cu(PZA)2](CF3SO3)2.H2O.

Fonte: Kristiasson (2002)

43


Brandi-Blanco et al, (2003) relataram a estrutura do complexo, cuja fórmula

molecular é [Cu(H2O)(IDA)(PZA)].H2O. O ligante IDA (íon iminodiacetato) atua como

tridentado frente ao íon Cu(II), que tem sua esfera de coordenação completada pela ligação

com uma molécula do ligante PZA atuando de forma monodentada e uma molécula de água,

como mostra a Figura 15. Nesta estrutura o cobre encontra-se coordenado pelos átomos de

oxigênio e nitrogênio azometina do ligante IDA, pelo nitrogênio delta do anel da pirazinamida

(PZA) e pelo átomo de oxigênio da molécula de água, conferindo geometria piramidal de base

quadrada. A estrutura apresenta sistema cristalino triclínico pertinente ao grupo espacial P-1.

Figura 15 - Representação da estrutura molecular do complexo [Cu(H2O)(IDA)(PZA)].H2O

estabilizada por ligações de hidrogênio.

Fonte: Brandi-Blanco et al, (2003)

Complexos apresentando os ligantes nicotinamida (NA) e picolinamida (PA) (Figura

16), cujas estruturas são bastante semelhantes ao da pirazinamida (PZA), são relatados na

literatura com o íon metálico zinco (II) (PASAOGLU et al, 2006). Os complexos

apresentaram sistema cristalino monoclínico e grupamento espacial C2/c e P21/n

respectivamente. Para o complexo de Zn(II) com a nicotinamida ([Zn(NA)2I2]), o centro

metálico é coordenado por dois íons iodetos, sendo que a molécula de nicotinamida (NA)

coordena-se de forma monodentada pelo átomo de nitrogênio do anel piridínico. Este

complexo exibe uma geometria tetraédrica levemente distorcida. Já para o complexo de Zn(II)

com a picolinamida ([Zn(PA)2(H2O)2]I2), o metal central adotou geometria octaédrica

distorcida. Dois ligantes PA ocupam as posições equatoriais coordenando-se ao centro

44


metálico como quelante bidentado através do átomo de nitrogênio do anel heterocíclico e

oxigênio do grupo carbonila. A posição axial é ocupada por duas moléculas de água que se

coordenam através do átomo de oxigênio. As estruturas moleculares para estes dois

complexos são mostradas na Figura 17.

Figura 16 - Fórmula estrutural (a) nicotinamida (b) picolinamida.

Figura 17 - Representação da estrutura molecular do complexo (a) [Zn(NA)2I2] (b)

[Zn(PA)2(H2O)2]I2].

Fonte: Pasaoglu et al, (2006)

Budhani et al, (2010) sintetizaram o ligante pirazinamida-salicilaldimina (PZM-SA),

uma base de schiff derivada da reação de condensação da pirazinamida (PZA) com o

salicilaldeído, que apresenta uma variedade de formas em atuar como ligante na preparação

de compostos de coordenação. Após a síntese, o coordenaram aos cátions metálicos Ag(I),

Co(II), Fe(II), Cu(II), Zn(II), Au(II) e Hg(II). O ligante PZM-SA apresenta uma esfera de

coordenação quelante bidentado, ligando-se através do átomo de oxigênio e pelo nitrogênio

do grupo azometina. A interação entre os ligantes e o centro metálico Cu(II) é praticamente

45


quadrado planar. Para os complexos de Zn(II), Au(II) e Hg(II) a interação ligante-metal é

tetraédrica. E para os complexos de Co(II) e Fe(II) a geometria adotada pelos centros

metálicos é octaédrica como mostra a Figura 18.

Figura 18 - Representação da estrutura molecular dos complexos (a) M= Ag+(b) M= Cu

2+,

Zn2+

, Hg2+

eAu2+

(c) M= Co2+

e Fe2+

.

Fonte: Budhani et al, (2010)

No trabalho de Liang et al, (2002) é reportado a estrutura do complexo obtido com o

ligante pirazinacarboxilato (PZCA) (Figura 19) com os cátions metálicos Co(II) e Mn(II),

onde obtiveram estruturas que pertencem ao sistema cristalino ortorrômbico pertinente aos

grupos espaciais P212121 e P21/c respectivamente. Os complexos formados possuem

geometria octaédrica distorcida, sendo as unidades estruturais representadas por

[Co(PZCA)2H2O]n e [Mn(PZCA)2]n. Para o complexo formado com Co(II), o centro metálico

é coordenado pelos átomos de oxigênio e nitrogênio alfa do anel de duas moléculas do ligante

PZCA na posição equatorial. Na posição apical o Co(II) é coordenado pelo átomo de

nitrogênio delta do anel pirazínico e por uma molécula de água. No complexo de Mn(II), o

metal central encontra-se coordenado pelo átomo de oxigênio do grupo carboxilato e pelo

nitrogênio alfa do anel pirazínico. A Figura 20 mostra a representação estrutural dos

complexos.

46


Figura 19 - Estrutura molecular da pirazinacarboxilato (PZCA).

Figura 20 - Representação da estrutura molecular do complexo (a) PZCA com Co(II) (b)

PZCA com Mn(II).

Fonte: Liang et al, (2002)

Seward et al, (2008) relatam a estrutura do complexo cujo ligante pirazinacarboxilato

(PCA) atua como bidentado frente ao íon Ni(II), que tem sua esfera de coordenação

completada pela ligação com uma molécula de água. Nesta estrutura o níquel encontra-se

coordenado pelo átomo de oxigênio do grupo carboxilato e pelo nitrogênio alfa do anel

pirazínico de duas moléculas do ligante PCA na posição equatorial. O complexo formado

possui geometria octaédrica distorcida, sistema cristalino ortorrômbico e grupo espacial

P212121, como mostra a Figura 21.

47


Figura 21 - Representação da estrutura molecular do complexo [Ni(PCA)2(H2O)]n.

Fonte: Seward et al, (2008)

3.3.1.3 Isoniazida (INH)

A isoniazida - INH (4-hidrazida ácida piridincarboxílica) é uma hidrazida do ácido

isonicotínico, cuja estrutura pode ser observada na Figura 22. Foi sintetizada pela primeira

vez por Fox e Gibas em 1952 (FERNANDES, 2006). Possui fórmula mínima C6H7N3O e

massa molecular 137,14 g.mol-1

. Apresenta-se como um pó cristalino branco, inodoro, solúvel

em água (125 mg.L-1

a 25ºC), ligeiramente solúvel em etanol e praticamente insolúvel em éter

e benzeno. Suas soluções em água na proporção 1:10 possuem pH entre 6,0 a 7,5; valores de

pKa de 2,0 e 3,5 e log P (pH 7,4) de 1,1 (UNITED STATES PHARMACOPEIA DI, 2007).

Figura 22 - Fórmula estrutural da isoniazida INH.

Fonte: Lavor (2010)

A Figura 23 mostra as diferentes formas de coordenação da isoniazida (INH). Este

ligante pode ser usado na produção de variadas topologias de rede através de ligações de

hidrogênio intermoleculares e interação de empacotamento π. Na literatura existem relatos de

compostos de coordenação em que a INH pode coordenar-se através do átomo de oxigênio

48


carbonílico, pelo nitrogênio terminal do grupo hidrazida ou até mesmo pelo átomo de

nitrogênio do anel piridínico.

Figura 23 - Modos característicos de coordenação da isoniazida (INH).

3.3.1.4 Complexos com a isoniazida e seus derivados

No trabalho realizado por Hanson e colaboradores (1981) foi relatado a síntese e

caracterização estrutural de um complexo de Cu(II) com a isoniazida, que apresentou a

fórmula [CuINHCl2].HCl, onde observou-se que dois cloros estão coordenados ao metal

central; e que a coordenação do ligante INH ocorre pelo oxigênio da carbonila e nitrogênio

terminal do grupo hidrazida, formando um anel quelato de cinco membros, onde o centro

metálico adotou uma geometria quadrática planar (Figura 24).

Figura 24 - Estrutura conformacional do complexo [CuINHCl2]. HCl.

Fonte: Hanson; Camerman; Carmeman (1981)

Bhatia e colaboradores (1986) descreveram a síntese e caracterização estrutural de

complexos organomercúrio(II) derivados da INH, onde observa-se que a isoniazida atua como

ligante bidentado, coordenando-se ao íon metálico através do átomo de oxigênio do grupo

carbonílico e pelo nitrogênio terminal do grupo hidrazínico. A estrutura proposta para o

complexo é mostrada na Figura 25.

49


Figura 25 - Representação estrutural do complexo (R= C6H5, p-HOC6H4, p-AcOC6H4).

Fonte: Bhatia; Kaushik; Sodhi (1986)

Donia; El-Rayes (1989) descreveram em seu trabalho o complexo de fórmula

[Co(C6H7N3O)Cl2. 2H2O], onde observa-se para o centro metálico geometria octaédrica e

número de coordenação seis. O íon Co(II) é coordenado por uma molécula do ligante

isoniazida atuando como quelante bidentado através do átomo de oxigênio do grupo carboníla

e nitrogênio terminal da hidrazina, completando a esfera de coordenação dois cloros e duas

moléculas de água. A Figura 26 mostra a estrutura molecular do complexo.

Figura 26 - Representação da estrutura molecular do complexo [Co(C6H7N3O)Cl2. 2H2O].

Fonte: Donia; El-Rayes (1989)

Garg et al, (2011) relatam a estrutura do complexo cujo o ligante INH atua como

bidentado frente ao íon Cu2+

, que tem sua esfera de coordenação completada pela ligação com

dois átomos de cloro para o complexo obtido na proporção 1:1; já para o complexo obtido na

proporção 1:2 metal:ligante, o metal central é rodeado por duas moléculas de isoniazida, e em

ambos os casos o ligante se coordenou via oxigênio da carbonila e nitrogênio terminal da

amina, conferindo geometria quadrado planar aos complexos (Figura 27).

50


Figura 27 - Representação da estrutura molecular dos complexos (a) Cu(II)-INH na razão 1:1

(b) Cu(II)-INH na razão 1:2.

Fonte: Garg et al, (2011)

Kriza et al, (2010a) prepararam e caracterizaram complexos de Cu2+

, Zn2+

, Co2+

, Ni2+

e Mn2+

contendo o ligante INH. Com base nos estudos espectrais e de análise térmica em

conjunto com as medidas de susceptibilidade magnética, foi proposto que em todos os

complexos o átomo central apresentou geometria octaédrica. Os autores concluíram que o

ligante INH atua como bidentado coordenando-se através do oxigênio carbonílico e nitrogênio

terminal amínico. Os complexos de Cu2+

e Zn2+

apresentaram estruturas monoméricas e os

complexos de Co2+

, Ni2+

e Mn2+

estruturas diméricas. A Figura 28 mostra as estruturas

propostas para os complexos estudados nesta série.

Figura 28 - Estruturas para os complexos com o ligante INH e os cátions: Cu2+

, Zn2+

, Co2+

,

Ni2+

e Mn2+

.

Fonte: Kriza et al, (2010a)

Kriza et al, (2010b) prepararam e caracterizaram quatro novos complexos da INH

com os metais Cu(II), Co(II), Ni(II) e Zn(II). Os dados obtidos nas análises mostraram que em

todos os complexos os íons metálicos estão em um ambiente octaédrico e mais uma vez o

ligante INH atua como bidentado neutro coordenando-se pelo átomo de oxigênio do grupo

carbonila e pelo nitrogênio terminal do grupo amina. Os autores concluíram que para todos os

51


complexos estudados o nitrogênio do anel piridínico não está envolvido no processo de

coordenação. A fórmula estrutural proposta para os complexos são apresentadas na Figura 29.

Figura 29 - Estruturas para os complexos com o ligante INH e os íons (a) Cu2+

(b) Co2+

, Ni2+

e Zn2+

.

Fonte: Kriza et al, (2010b)

Kriza et al, (2009) descreveram a síntese e a caracterização de complexos com o

ligante INH com os percloratos dos cátions Cu2+

, Co2+

, Ni2+

, Mn2+

e Zn2+

. De acordo com os

resultados obtidos os autores propuseram que os íons metálicos se encontram em um

ambiente octaédrico. Para todos os complexos, o ligante INH coordenou-se via oxigênio do

grupo carbonila e nitrogênio terminal do grupo hidrazida, formando um anel de cinco

membros. Os resultados obtidos através da análise térmica indicaram a presença de moléculas

de água coordenadas. A fórmula estrutural proposta para os complexos encontra-se na Figura

30.

52


Figura 30 - Estrutura do complexo formado entre o ligante INH e os centros metálicos Cu(II),

Co(II), Ni(II), Mn(II) e Zn(II).

Fonte: Kriza et al, (2009)

Kriza et al, (2009) sintetizaram o ligante H2L (glioxalbis-isonicotinoilhidrazona),

uma base de schiff derivada da reação de condensação da isoniazida (INH) com aldeídos e

cetonas, na qual representa uma importante classe de ligantes quelatos na complexação de

metais, sendo de grande interesse na área biológica e farmacêutica. Logo após a síntese, a

base schiff (H2L) foi coordenada com nitratos dos cátions metálicos Cu(II), Co(II), Ni(II),

Zn(II), Cd(II) e Hg(II). O ligante H2L possui uma esfera de coordenação quelante

tetradentado, ligando-se através do átomo de oxigênio da carboníla e pelo nitrogênio

azometina. A interação entre os ligantes e o centro metálico Cu(II), Co(II) e Ni(II) é

praticamente octaédrica. Para os complexos de Zn(II), Cd(II) e Hg(II) a interação ligante-

metal é tetraédrica. Na Figura 31 estão expostas as estruturas para os complexos desta série.

Figura 31 - Representação da estrutura molecular do complexo: (a) [M(H2L)(H2O)2](NO3)2. x

H2O (M=Cu(II),Co(II), Ni(II)) (b) [M(H2L)](NO3)2 (M=Zn(II), Cd(II) e Hg(II) ).

Fonte: Kriza et al, (2009)

53


Dianu et al, (2010) sintetizaram o composto ácido isonicotínico 2-(9-antrylmetileno)-

hidrazida (Figura 32), um ligante polidentado com átomos de “NO-doadores”. Novos

complexos com este ligante foram preparados e caracterizados utilizando os metais Co2+

, Ni2+

e Cu2+

, onde os contra íons foram o nitrato, perclorato e acetato. Em todos os complexos

observou-se que o átomo de nitrogênio do anel piridínico não participa da coordenação aos

centros metálicos. Para os complexos de Cu2+

e Ni2+

com o contra íon nitrato, o ligante atua

como monodentando, ligando-se aos centros metálicos pelo nitrogênio azometina, onde o

metal central assumiu geometria tetraédrica. Para os complexos de Co2+

, Ni2+

e Cu2+

com o

contra íon perclorato, propõem-se que a molécula do ligante tenha coordenado-se via átomo

de oxigênio do grupo carbonila e nitrogênio azometina, sendo que os centros metálicos

adotaram geometria octaédrica. Para os complexos de Co2+

, Ni2+

e Cu2+

com o contra íon

acetato, observa-se que o ligante coordena-se ao centro metálico através do átomo de

nitrogênio azometina atuando de forma monodentada e o metal central assumiu

geometriaoctaédrica. A estrutura ainda apresenta dois íons acetato atuando de maneira

bidentado, ligando-se através de seus átomos de oxigênio. A Figura 33 mostra as estruturas

moleculares dos complexos.

Figura 32 - Estrutura molecular do ácido isonicotinico 2-(9-antrylmetileno)-hidrazida.

Fonte: Dianu et al, (2010)

54


Figura 33 - Representação da estrutura molecular dos complexos (a) M= Cu2+

; x=2 e

M=Ni2+

; x=4 (b) M=Co2+

; Ni2+

;Cu2+

e (c) M= Co2+

; x=2, M= Ni2+

; x=0 e

M=Cu2+

; x=0.

Fonte: Dianu et al, (2010.)

Complexos apresentando o ácido isonicotínico e o ligante isonicotinato (INA) cujas

estruturas químicas são bastante semelhantes ao da isoniazida são relatados na literatura. O

íon isonicotinato é formado pela perda de um hidrogênio ligado ao oxigênio do grupo

carboxila da molécula do ácido isonicotínico. A Figura 34 mostra os modos mais comuns de

coordenação da molécula do ácido isonicotínico e do ligante isonicotinato.

Figura 34 - Modos de coordenação do ácido isonicotínico e seu derivado.

Fonte: Dakovic; Popovic; Smrecki-Lolic (2008)

55


Dakovic e colaboradores (2008) descreveram os complexos de níquel,

[Ni(NCS)2(H2O)2L2].L.2(H2O) e [Ni(NCS)2(H2O)2L2]2.4L.3(H2O), onde o ligante L é o ácido

isonicotínico. Os complexos neutros de sistemas cristalinos monoclínico apresentam grupo

espacial C2/c e P21/c respectivamente. O número de coordenação é seis e a geometria é

octaédrica. Os átomos de níquel são coordenados por átomos de nitrogênio de dois ligantes

isotiocianato que se encontram na posição axial, sendo um átomo de nitrogênio de cada uma

das duas moléculas do ligante L na posição equatorial e apresentam ainda duas moléculas de

água na posição trans, como mostra a Figura 35.

Figura 35 - Representação Ortep da estrutura cristalina do complexo (a)

[Ni(NCS)2(H2O)2L2].L.2(H2O) (b) [Ni(NCS)2(H2O)2L2]2.4L.3(H2O).

Fonte: Dakovic; Popovic; Smrecki-Lolic (2008)

Hao e colaboradores (2007) sintetizaram um complexo de Co(II) com o ligante

isonicotinato. Este composto apresenta-se num sistema cristalino tetragonal e no grupo

espacial P43212. O íon Co(II) encontra-se coordenado octaedricamente e esta situado sobre o

eixo de ordem dois. Nesta estrutura encontram-se quatro moléculas do ligante INA

coordenadas, formando um polímero de coordenação; sendo que os ligantes coordenam-se

pelo átomo de nitrogênio do anel piridínico e pelos átomos de oxigênio do grupo carboxilato

formando um anel quelato. Na Figura 36 está representada a estrutura cristalina para o

complexo de cobalto (II).

56


Figura 36 - Estrutura cristalina do complexo formado entre o INA e o centro metálico Co(II).

Fonte: Hao; Peng; Chen (2007)

Das et al, (2006) reportam a estrutura cristalina de compostos isoestruturais com os

íons bivalentes Mn, Fe, Co, Ni, Cu e Zn e o ligante isonicotinato (INA). Nesses complexos o

ligante INA coordena-se de forma monodentada pelo nitrogênio do anel piridínico. Nestas

estruturas encontram-se quatro moléculas de água de coordenação e duas moléculas do ligante

isonicotinato (INA) ligadas ao metal central. Cada centro metálico encontra-se coordenado de

forma octaédrica e estão situados cristalograficamente no centro de inversão, formando um

arranjo supramolecular através das ligações de hidrogênio intermoleculares e empacotamento

π. Estes compostos apresentam-se num sistema cristalino triclínico e ao grupo espacial P1-.

Na Figura 37 está representada a estrutura cristalina do composto [Cu(C6H4O2N)2(H2O)4]

similar as estruturas dos complexos formados com os demais metais da série.

Figura 37 - Representação Ortep do complexo formado entre o ligante INA e o cátion

metálico Cu(II).

Fonte: Das et al, (2006)

57


Yan (2004) descreveu em seu trabalho um complexo de Co(II) com o ligante INA. O

complexo é formado por dois ligantes INA e quatro moléculas de água, onde duas destas

moléculas são consideradas água de hidratação, que pode ser justificado devido à distância de

ligação entre o centro metálico e os oxigênios das moléculas de água, sendo as outras duas

consideradas de coordenação. O centro metálico encontra-se coordenado de maneira quadrado

planar e está situado no centro de inversão, como mostra a Figura 38.

Figura 38 - Representação Ortep da estrutura cristalina do complexo entre o íon metálico

Co(II) e o íon isonicotinato.

Fonte: Yan (2004)

Souza et al, (2010) descreveram a estrutura cristalina do complexo trans-

[Pd(N3)2(ISN)2], onde o ligante isonicotinamida (ISN) (Figura 39) é monodentado de

estrutura monomérica. A estrutura do complexo foi resolvida por difração de raios X de

monocristal, e apresenta um sistema cristalino monoclínico e grupo espacial C2/c. O

complexo formado com paládio exibe uma geometria quadrado planar e estereoquímica trans.

O centro metálico é coordenado por dois ligantes ISN através do nitrogênio piridínico, além

de dois ligantes azida coordenados de modo terminal, via nitrogênio. A estrutura cristalina do

complexo se estende por ligações de hidrogênio intermoleculares, resultando em arranjos

supramoleculares bidimensionais via N-H...

O e arranjos tridimensionais, decorrentes de

interações C-H...

Nazida, como mostra a Figura 40.

58


Figura 39 - Representação estrutural da isonicotinamida (ISN).

Fonte: Souza et al, (2010)

Figura 40 - Representação da estrutura molecular do complexo trans-[Pd(N3)2(ISN)2] (a);

Representação das interações supramoleculares entre moléculas de planos

distintos (b).

Fonte: Souza et al, (2010)

59


3.4 CONSIDERAÇÕES SOBRE OS METAIS

3.4.1 Metais de transição

Os metais da primeira série de transição possuem cinco orbitais d representados por

dz2 e dx

2–y

2, que apresentam seus lóbulos orientados sobre os eixos. Os outros três orbitais são

designados por dxy, dxz e dyz e seus lóbulos estão orientados entre os eixos cartesianos.

Entretanto, na presença de um campo octaédrico, os orbitais d são desdobrados, originando

dois tipos de orbitais eg (duplamente degenerado) e t2g (triplamente degenerado) de energias

diferentes.

A maioria dos complexos dos metais divalentes da primeira série de transição

apresentam variadas colorações em solução, principalmente quando coordenado aos mais

diferentes ligantes. Os metais da primeira série de transição apresentam uma grande

diversidade de geometrias de coordenação. Podemos observar que dos metais utilizados neste

trabalho, o Co2+

apresenta preferencialmente a geometria octaédrica, enquanto o Ni2+

, com

ligantes de campo fortes, normalmente a geometria encontrada é a quadrada planar, passando

pelo Cu2+

que pode formar complexos pentacoordenados (pirâmide de base quadrada ou

bipirâmide trigonal), hexacoordenados (octaédricos) e tetracoordenados (tetraédricos ou

quadrado planar) (ATKINS; SHRIVER, 2008; ANASTASSIYA et al, 2006; NANDA; RAY,

2005).

3.4.1.1 Cobalto

O elemento químico cobalto apresenta a configuração [Ar]3d74s

2 e pode ser

encontrado nos estados de oxidação 1+, 2+, 3+ e 4+, sendo o segundo (2+) o mais estável. A

dissolução do cobalto (II), de seu hidróxido ou carbonato, em ácidos diluídos gera o íon

aquoso de coloração rosada, [Co(H2O)6]2+

, que forma vários sais hidratados. A adição de OH-

à uma solução de Co2+

forma o hidróxido, que pode ser azul ou rosa, dependendo das

condições, é fracamente anfótera, dissolvendo-se em soluções alcalinas bastante concentradas,

resultando em uma solução azul que contém o íon [Co(OH)4]2-

(LEE, 1999).

Os complexos tetraédricos, [CoX4]2-

são formados por haletos, pseudohaletos e íons

hidróxido. O cobalto (II) forma complexos tetraédricos mais facilmente do que qualquer outro

íon metálico de transição. O íon Co(II) é o único íon d7 de ocorrência comum. Para um íon d

7,

60


as energias de estabilização do campo ligante desfavorecem a configuração tetraédrica em

relação à octaédrica numa extensão menor do que para qualquer outra configuração dn (1≤ n

≥9). Esse argumento, segundo Cotton (1995), só é valido na comparação do comportamento

de um íon metálico com outro, e não para se deduzir as estabilidades absolutas das

configurações de um íon em particular.

Todos os complexos de Co(I) envolvem ligantes do tipo π-ácido, com exceção da

vitamina B12 e modelos semelhantes. A coordenação é trigonal bipiramidal ou tetraédrica. Os

compostos são obtidos geralmente através da redução do CoCl2 em presença do ligante por

agentes como N2H4, Zn, S2O42-

ou alquil.

Na ausência de agentes complexantes, a oxidação do [Co(H2O)6]2+

é pouco

favorável, e o Co(III) é reduzido pela água. Entretanto, uma oxidação eletrolítica ou por O3 de

soluções ácidas frias de Co(ClO4)2 fornecem o íon aquoso [Co(H2O)6]3+

em equilíbrio com

[Co(OH)(H2O)5]2+

. Em 0 ºC, a meia vida destes íons diamagnéticos é da ordem de um mês.

Na presença de agentes complexantes, como NH3, a estabilidade do Co(III) é bastante

aumentada. Este íon mostra uma afinidade em particular com doadores nitrogenados, como

NH3, etilenodiamino (en), EDTA e NCS-, e seus complexos são bastante numerosos, sendo

quase todos octaédricos (MOURA et al, 2006).

3.4.1.2 Níquel

O elemento químico níquel possui configuração eletrônica [Ar]3d84s

2, podendo ser

encontrado nos estados de oxidação 2+ e 3+, sendo o primeiro, o mais estável. Portanto, os

complexos de níquel 2+ se formam mais facilmente, sendo estável às reações de oxi-redução.

O Ni(II) forma sais com vários ânions, e tem uma extensiva participação na química dos

compostos de coordenação em solução, que são baseados no íon verde [Ni(H2O)6]2+

, o qual

está sempre presente na ausência de ligantes fortes.

Os compostos de Ni(II) tem normalmente número de coordenação 4, podendo ser

tetraédrico (hibridização sp3, paramagnético com 2 elétrons desemparelhados) ou quadrado

planar (hibridização dsp2, diamagnético). Além disso, podem também ser octaédricos.

Para uma vasta maioria dos complexos de Ni(II) com número de coordenação 4, a

geometria quadrado planar é preferível. Isto é conseqüência da configuração d8. O ligante é

colocado planarmente, o que faz o orbital d(dx2-y

2) tornar-se o de mais alta energia e vazio.

61


Assim, os 8 elétrons ocupam 4 orbitais d (dxy, dyz, dxz, dz2) de menor energia (COTTON;

WILKINSON, 1999).

Alguns complexos de níquel (II) são tetraédricos, com hibridação sp3 e

paramagnéticos, apresentando coloração verde. A formação do tipo de estrutura quadrado

planar ou tetraédrica, parece depender de efeitos estéricos e eletrônicos de átomos nas

moléculas dos ligantes. Quando a cadeia do ligante é longa e apresenta vários radicais alquila

ligados a ametais de moderada eletronegatividade, os complexos de forma quadrado planar e

diamagnéticos são favorecidos, enquanto que, com cadeias menores e com ametais mais

eletronegativos, os complexos de forma tetraédrica e paramagnéticos são formados mais

facilmente (GREENWOOD; EARNSHAW, 1997).

3.4.1.3 Cobre

O cobre é um elemento químico que possui configuração eletrônica [Ar]3d10

4s1e

pode ser encontrado nos estados de oxidação 0, 1+, 2+ e 3+, sendo o terceiro (2+) o mais

comum. O íon cúprico (Cu2+

) é o estado de oxidação mais importante, geralmente encontrado

no complexo aquacobre [Cu(H2O)6]2+

e coordena-se com seis moléculas de água. O arranjo é

distorcido e possui quatro moléculas intimamente ligadas ao cobre em uma matriz planar. As

outras estão ligadas menos fortemente na posição polar (MAHAN, 1995).

A química do cobre no estado de oxidação 2+ é semelhante à química dos outros íons

2+ de metais de transição. O íon cúprico hidratado é colorido e reage com espécies doadoras

de elétrons para formar complexos. A adição de base a uma solução de Cu2+

leva a um

precipitado de Cu(OH)2. Esse hidróxido dissolve-se facilmente em ácidos e bases para formar

o ânion [Cu(OH)42-

]. Assim como os outros sulfetos de metais de transição, o CuS é bastante

insolúvel em água (LEE, 1999).

Os haletos cuprosos, CuCl, CuBr e CuI são bastante diferentes dos haletos dos metais

alcalinos. Em primeiro lugar, estes haletos são apenas ligeiramente solúveis em água. Em

segundo lugar, eles apresentam a estrutura cristalina da blenda, ZnS, no qual o número de

coordenação é apenas quatro. Em terceiro lugar, embora as energias reticulares dos haletos

alcalinos possam ser calculadas com bastante exatidão, considerando que são cristais iônicos,

as energias reticulares dos haletos cuprosos são rapidamente maiores do que seriam esperadas

a partir do modelo iônico. Isso sugere que, em contraste com os haletos alcalinos, os haletos

cuprosos apresentam maior grau de ligação covalente (MAHAN, 1995).

62


O fluoreto cúprico é um composto iônico que tem estrutura cristalina semelhante ao

do rutilo, TiO2 e MgF2, em que a coordenação octaédrica ao redor do íon Cu2+

com quatro

ligações mais curtas e duas mais longas. Essa distorção é encontrada mais comumente para os

íons Cu2+

com coordenação octaédrica, assim como para o caso do complexo [Cu(H2O)62+

].

Em contraste, o cloreto e o brometo cúprico anidros, CuCl2 e CuBr2, consistem de cadeias

infinitas de átomos. Esse tipo de estrutura é um desvio em relação às encontradas nos

dihaletos de metais alcalinos terrosos e metais da primeira série de transição. O baixo número

de coordenação do cobre no CuCl2 e CuBr2 é interpretado por alguns químicos como uma

indicação da existência de covalência nesses compostos. O iodeto cúprico não é conhecido,

visto que a adição de I- a soluções de Cu

2+ resulta na produção rápida, e quantitativa de CuI e

I2 (MAHAN, 1995).

3.5 PRINCÍPIOS BÁSICOS DAS TÉCNICAS INSTRUMENTAIS UTILIZADAS

3.5.1 Análise Térmica

Análise térmica consiste em um grupo de técnicas analíticas experimentais, tais

como a Termogravimetria (TG), Análise Térmica Diferencial (DTA) e Calorimetria

Exploratória Diferencial (DSC), que permitem medir a mudança de uma propriedade física ou

química de uma substância, ou de seus produtos de reação, em função do tempo ou da

temperatura, enquanto a substância é submetida a uma programação controlada de

temperatura (ALMEIDA; MOTHÉ, 2008). Sendo, portanto, bastante utilizada tanto no meio

científico como no industrial, devido a eficácia em caracterizar uma variedade de materiais

utilizando uma ampla faixa de temperatura, pequenas quantidades de amostras (0,1µ-10mg),

obtendo resultados relativamente rápidos, o que lhe confere grande aceitação como técnica

analítica em uma ascendente faixa de aplicação (HATAKEYAMA; QUINN, 1999; SILVA et

al, 1999).

A análise térmica é utilizada para caracterizar uma vasta gama de materiais, de

polímeros biológicos a outras classes comuns de materiais orgânicos ou inorgânicos, como

cerâmicas, fibras, plásticos, compósitos, vidros, metais, ligas e etc. As áreas de aplicações da

Análise Térmica estendem-se desde o domínio científico ao industrial, sendo que adquire

importância particular na indústria farmacêutica, de cosmético, alimentar e de polímeros, seja

na fase de investigação e desenvolvimento de um processo, ou na fase de controle de

63


qualidade de matérias primas e produtos, além de caracterizar qualitativa e quantitativamente

uma grande variedade de materiais (CASIMIRO et. al, 2005). A Figura 41 mostra os

componentes básicos de um instrumento de análise térmica.

Figura 41 - Componentes básicos de um instrumento de análise térmica.

Fonte: Carvalho (2006)

3.5.1.1 Termogravimetria (TG)

A termogravimetria (TG) é uma técnica de análise térmica na qual a variação de

massa sofrida pela amostra (perda ou ganho) referente a uma transformação física e/ou

química é determinada em função da temperatura e/ou tempo enquanto a amostra é submetida

a uma programação controlada de temperatura. As medidas são feitas usando-se uma

termobalança, a qual consiste de uma microbalança de precisão, um forno de temperatura

programável e um controlador que permite que a amostra seja simultaneamente aquecida e

pesada.

Os eventos térmicos referentes às perdas de massa podem ser físicos ou químicos:

absorção, adsorção, sublimação, vaporização, dessorsão, que são referentes a processos

físicos, já a polimerização, oxidação, redução, decomposição dentre outros, correspondem a

processos químicos. Porém alguns eventos térmicos podem ocorrer sem variação de massa,

como é o caso da fusão, cristalização, transição da capacidade calorífica e transição vítrea, de

maneira que estes não podem ser detectados por uma termobalança.

As curvas TG obtidas fornecem informações referentes à composição, estabilidade

térmica da amostra, produtos intermediários e do resíduo final. As características exibidas

pelas curvas termogravimétricas de uma dada amostra podem ser influenciadas pelos fatores

64


instrumentais: razão de aquecimento, atmosfera (N2, ar ou outros), geometria do porta

amostra, vazão de gás, composição do cadinho, forma e tamanho do forno, e a fatores

relacionados às características da amostra: quantidade, empacotamento, solubilidade dos

gases liberados pela amostra, granulometria e calor de reação envolvido (SILVA; PAOLA;

MATOS, 2007; HATAKEYAMA; QUINN, 1999).

Os métodos termogravimétricos são classificados em: dinâmico, isotérmico e quase

isotérmico. No método dinâmico a perda de massa é registrada de maneira continua à medida

que a temperatura aumenta. Este método é o mais geral, quando se utiliza o termo

termogravimetria normalmente refere-se à termogravimetria dinâmica. No método isotérmico,

a variação de massa da amostra é registrada em função do tempo, mantendo-se a temperatura

constante, sendo geralmente usado em trabalhos cinéticos. No método quase isotérmico, a

partir do momento em que começa a perda de massa da amostra (Δm≠0), a temperatura é

mantida constante até que a massa se estabilize novamente (Δm=0), neste momento

recomeça-se o aquecimento e este procedimento pode ser repetido em cada etapa da

decomposição (YOSHIDA, 1993; CONCEIÇÃO et al, 2007).

3.5.1.2 Termogravimetria derivada (DTG)

A termogravimetria derivada DTG (primeira derivada da curva TG) é dada pela

derivada da variação de massa em relação ao tempo dm/dt, que é continuamente registrada em

função da temperatura ou do tempo (Equação 1). As variações de massas observadas na curva

TG indicadas por degraus em relação ao eixo das ordenadas são substituídas por picos, cujas

áreas são proporcionais as alterações de massas sofridas pela amostra (IONASHIRO, 2005).

= f(T ou t) (1)

Dessa maneira tem-se o objetivo de esclarecer cada passo da curva TG através de

picos relacionados a cada alteração de massa, permitindo uma melhor precisão no respectivo

intervalo de temperatura, uma vez que as reações sobrepostas são difíceis de serem

interpretadas pela curva TG. Em alguns casos a resolução pode ser melhorada através de

alterações nos parâmetros escolhidos, no entanto, não é desejável alterar as condições

experimentais otimizadas. Os picos da curva DTG ocorrem somente quando a taxa de

variação de massa é máxima, que são caracterizados pela temperatura máxima e inicial de

65


pico. As curvas DTG são utilizadas para comparar os resultados das curvas DTA devido à

semelhança entre elas (ALMEIDA; MOTHÉ, 2008; BROWN, 1988; HATAKEYAMA;

QUINN, 1999).

De acordo com IONASHIRO (2005), podem ser citadas como as principais

vantagens da Termogravimetria derivada:

As curvas DTG indicam com exatidão, as temperaturas correspondentes ao inicio e ao

instante em que a velocidade de reação é máxima;

Os picos agudos permitem distinguir claramente uma sucessão de reações que muitas

vezes não podem ser claramente distinguidas nas curvas TG;

As áreas dos picos são proporcionais à perda ou ganho de massa e podem ser

utilizadas em determinações quantitativas.

3.5.1.3 Análise Térmica Diferencial (DTA)

Nesta técnica a temperatura da amostra é comparada com a de um material de

referência, enquanto ambas são submetidas ao mesmo processo de aquecimento. Durante a

ocorrência de alguma transição de fase da amostra, sua temperatura (Ta) não varia e ela pode

absorver energia em forma de calor (processo endotérmico) ou liberar energia (processo

exotérmico). A medida da diferença de temperatura entre a amostra e um material de

referência termicamente inerte é o principio básico de funcionamento de um equipamento

DTA, sendo a técnica mais empregada para auxiliar os resultados obtidos na curva TG.

A mudança de temperatura na amostra com relação à referência deve-se a processos

físicos e químicos e é detectado por um método diferencial, conforme ilustrado na Figura 42.

Figura 42 - Esquema de um aparelho de Análise Térmica Diferencial (DTA).

Fonte: Antonino (2007)

66


As variações de temperatura da amostra são causadas por transições entálpicas,

endotérmicas ou exotérmicas, registrando-se a diferença de temperatura entre a amostra e a

referência em função da temperatura (ΔT = Ta – Tr), daí o termo diferencial (MOTHÉ;

AZEVEDO, 2002).

Quando não há diferença de temperatura entre a amostra e a referência, não ocorre

alteração física ou química na amostra. Se existir reação, ocorre uma variação de temperatura

(ΔT) entre a amostra e a referência. No caso da fusão ou desidratação, que são eventos

referentes a mudanças endotérmicas, a temperatura da amostra fica mais baixa do que a do

material inerte termicamente e quando a reação se completa, a amostra atinge novamente a

mesma temperatura da referência. As reações químicas de natureza oxidativa apresentam na

maioria das vezes picos exotérmicos. Porém, os picos endotérmicos agudos correspondem a

mudanças de cristalinidade ou a processos de fusão e picos endotérmicos largos são referentes

a reações de desidratações (VOGEL, 2002).

3.5.1.4 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)

A calorimetria exploratória diferencial (DSC) é uma técnica de análise térmica que

registra o fluxo de energia calorífica associada às transições nos materiais em função da

temperatura, sendo uma técnica que mede variação entálpica entre uma substância e um

material de referência em função da temperatura ou do tempo. Estas medidas fornecem dados

qualitativos e quantitativos em processos endotérmicos (absorção de calor) e exotérmicos

(liberação de calor), permitindo obter informações sobre mudanças de propriedades físicas ou

químicas (CASIMIRO et al, 2005; VOGEL, 2002). As curvas de DSC e DTA apresentam

muitas semelhanças, incluindo a aparência, porém, o principio de energia compensada no

DSC é diferente daquela da DTA. Os resultados obtidos pelas curvas podem ser comparados,

uma vez que são qualitativamente similares, no entanto, as curvas DSC contêm informações

quantitativas mais seguras que a curva DTA.

A técnica DSC é amplamente aplicada na caracterização de materiais orgânicos,

inorgânicos, cristalinos e amorfos, assim como nas indústrias farmacêuticas, de cosméticos,

de alimentos e polímeros (CASIMIRO et al, 2005). Segundo Heidelberg (1987) as principais

aplicações da técnica DSC referem-se à determinação do calor específico, polimorfismo,

transição vítrea, ponto de fusão, efeitos térmicos, estabilidade oxidativa e cristalização.

67


De acordo com o método de medição, existem dois tipos de sistemas DSC

normalmente utilizados: DSC com compensação de potência e DSC com fluxo de calor

(IONASHIRO, 2005). As Figuras 43 e 44 apresentam os dois tipos de sistemas.

Figura 43 - Desenho esquemático do tipo de DSC com compensação de potência.

Fonte: Alves (2007)

Figura 44 - Desenho esquemático do tipo de DSC com fluxo de calor.

Fonte: Alves (2007)

No DSC com compensação de potência as temperaturas da amostra e da referência

são controladas independentemente usando fornos separados e idênticos. As temperaturas da

amostras e das referências são idênticas variando o potencial na entrada dos dois fornos. A

energia necessária para fazer isto é medida através da variação da entalpia ou de calor na

amostra relativo à referência. No DSC com fluxo de calor, a amostra e a referência são

conectadas por um disco de metal sendo que, o conjunto é incluído em um único forno. A

troca de calor que ocorre entre o forno e a amostra é preferencialmente pelo disco termelétrico

(BERNAL, et al, 2002).

68


3.5.2 Espectroscopia na Região do Infravermelho (IV) – Médio

A região do espectro eletromagnético no infravermelho corresponde à parte do

espectro situada entre a região do visível e das microondas. A região do espectro que tem

interesse principal para fins analíticos é a que vai de 2,5 a 25 µm, ou seja, parte situada entre

4000 a 400 cm-1

(VOGEL, 2002).

A partir de bandas características associadas a cada grupo funcional, consegue-se

determinar as estruturas das moléculas de uma amostra desconhecida fazendo consulta à

tabela que informa o número de onda característico a cada grupo funcional referente a cada

banda observada no espectro. Assim, um gráfico de intensidade de radiação versus a

freqüência permite caracterizar os grupos funcionais de um padrão ou de um material

desconhecido. As vibrações moleculares podem ser classificadas em deformações axiais e

deformações angulares. Tais modos vibracionais podem ser simétricos ou assimétricos. Uma

vibração de deformação axial é um movimento rítmico ao longo do eixo da ligação que faz

com que a distância interatômica aumente ou diminua alternadamente. As vibrações de

deformação angular correspondem às variações ritmadas de ligações que tem um átomo em

comum ou ao movimento de um grupo de átomos em relação ao resto da molécula sem que as

posições relativas dos átomos do grupo se alterem. Somente as vibrações que levam à

alteração rítmica do momento de dipolo da molécula são observadas no infravermelho

convencional.

As bandas características de grupamentos químicos úteis para identificação da

estrutura molecular envolvem frequentemente vibrações acopladas. Interações de

acoplamento ocorrem entre deformações axiais, entre deformações angulares, ou entre

deformações angulares e axiais. Podem ocorrer também interações entre modos fundamentais

e modos harmônicos ou modos de combinação (SILVERSTEIN;BASSLER; MORRIL,1994).

Caracteristicamente, as posições das bandas no espectro do infravermelho são

apresentadas em número de onda ou em comprimento de onda. A aparência do espectro muda

quando a escala é linear em número de onda ou linear em comprimento de onda. As

intensidades das bandas podem ser expressas como transmitância (T) ou absorbância (A). A

transmitância é a razão entre a energia radiante transmitida por uma amostra e a energia

radiante que nela incide. A absorbância é o logaritmo decimal do inverso da transmitância que

é dada pela equação 2. Termos semiquantitativos como forte, médio e fraco são usados para

indicar as intensidades (SILVERSTEIN; WEBSTER; KIEMLE, 2007).

69


A =

(2)

Os espectrofotômetros de infravermelho avançados produzem o espectro de

infravermelho devido ao procedimento conhecido como a espectroscopia de infravermelho

com transformada de Fourier (FT-IR), que é baseado na interferometria (VOGEL, 2002). Em

uma seção do interferômetro, parte da radiação que atravessa o divisor de feixe é refletida

para o espelho fixo e desviada pelo divisor de feixe, passando pela amostra em direção ao

transdutor. Na outra seção, parte da radiação é refletida pelo divisor de feixe em direção ao

espelho móvel, passando pelo divisor de feixe e pela amostra, atingido o transdutor. Se a

diferença de fase for adequada, os dois feixes podem sofrer interferência entre eles ao se

encontrarem novamente no divisor de feixe. O interferograma corresponde o gráfico do sinal

versus o deslocamento do espelho e contém as informações sobre todas as freqüências. A

transformada de Fourier do interferograma é o espectro da intensidade versus o número de

onda (SKOOG; HOLLER; CROUCH, 2009).

A Figura 45 mostra o esquema de um espectrofotômetro FT-IR de feixe simples.

Figura 45 - Esquema de um espectrofotômetro de FT-IR de feixe simples.

Fonte: Skoog; Holler; Crouch (2009)

70


3.5.3 Difratometria de Raios-X (DRX)

As radiações denominadas como “raios X” foi descoberta em 1895 pelo professor

Wilhelm Konrad Rontgen (1845-1923) na Universidade de Wurzburg (Alemanha). Rontgen

observou que os raios X são “produzidos” a partir do bombardeamento do ânodo por elétrons

que provinha do cátodo. Depois da descoberta houve dúvida em relação à natureza dos raios

X. Alguns achavam que uma hipótese corpuscular explicaria melhor sua propriedade,

enquanto que outros achavam que os raios X provinham da luz, mas com comprimentos de

onda muito menores. Alguns anos mais tarde, 1912, mostrou-se que a segunda hipótese era

correta (AZAROFF; BUERGER, 1958).

Os raios X produzidos podem ser acelerados por alta tensão que são polarizados,

refratados e refletidos. As radiações mais utilizadas na difração de raios X são os Kα, com

comprimento de onda entre 0,56 e 2,29 Ẳ. Em geral, a força de penetração da radiação

aumenta com a diminuição do comprimento de onda. Em difratometria, utiliza-se em geral

raios X de comprimento de onda grandes (chamados de raios X “moles”) ou de comprimento

de onda pequenos (chamados de raios X “duros”). É indispensável que a radiação seja

monocromática, porque normalmente as linhas (Kα e Kβ) são emitidas simultaneamente, por

isso há a necessidade de filtrar o feixe para a eliminação de radiação indesejável (AZAROFF;

BUERGER, 1958).

A Figura 46 contém uma representação esquemática de um difratômetro de raios X.

A técnica consiste em fazer incidir os raios X na forma de um feixe praticamente paralelo,

sobre a amostra em um ângulo θ. Ao encontrar os átomos da amostra, os raios X são

desviados (difratados), formando um ângulo entre amostra e detector denominado.

Figura 46 - Esquema de funcionamento de um difratômetro de raios-X.

Fonte: Skoog; Holler; Nieman (2002)

71


A interação dos raios X com a amostra cria feixes de radiação secundária difratada

relacionada com os espaços interplanares na estrutura cristalina de acordo com uma relação

matemática denominada Lei de Bragg:

nλ =2d (3)

onde n é um integrador; λ é o comprimento de onda dos raios X; d é o espaço interplanar que

gera a difração e θ é o ângulo de difração. A equação deduzida por Bragg pode ser obtida pela

análise matemática da Figura 47.

Figura 47 - Esquema representativo para dedução da Lei de Bragg.

Fonte: Skoog; Holler; Nieman (2002)

Conforme colocado anteriormente, o ângulo de difração (denominado 2θ por

convenção) é relacionado ao espaço interplanar d por meio da Lei de Bragg. Por outro lado, a

intensidade máxima de difração está relacionada com a força desta difração na amostra. Os

ângulos e intensidades de difração são gravados eletronicamente por um detector e, por meio

de um software plota-se os valores de 2θ versus a intensidade da difração, sendo obtido um

gráfico que representa o padrão de difração daquela amostra.

A difração de raios-X tem grande utilidade na obtenção de informações a respeito da

estrutura cristalina dos materiais. Suas principais aplicações incluem: A identificação de

materiais de fase única, como minerais, compostos químicos ou cerâmicas; identificação de

fases múltiplas em misturas microcristalinas, como rochas; determinação de estrutura

cristalina de materiais conhecidos; identificação e análise estrutural de minerais do solo e

identificação de materiais amorfos em misturas parcialmente cristalinas (CONNOLY, 2007).

72


3.5.4 Análise Elementar (CHN)

Vários fabricantes produzem instrumentos automáticos para a análise de um ou mais

elementos comumente encontrados em compostos orgânicos, incluindo carbono, hidrogênio,

oxigênio, enxofre e nitrogênio. Esses instrumentos estão baseados na oxidação em alta

temperatura dos compostos orgânicos, que converte os elementos de interesse em moléculas

gasosas. Na grande parte de instrumentos, a detecção da condutividade térmica serve para

completar as determinações. Geralmente estão equipados com dispositivos que

automaticamente carregam amostras de massa determinada para área de combustão (SKOOG;

HOLLER; NIEMAN, 2002).

No caso de amostras que contenha nitrogênio, este é convertido em nitrogênio

elementar (N2) a partir da redução de óxidos de nitrogênio pelo cobre metálico aquecido. Para

absorver a água, esta passa através de um tubo contendo uma substância higroscópica

(perclorato de magnésio) que não absorve CO2. Em seguida, os gases passam através de um

tubo contendo cal sodada (mistura de óxido de cálcio e hidróxido de sódio) que converte CO2

em carbonato sólido. Para determinar a quantidade de CO2 e de H2O, os tubos contendo

MgClO4 e cal sodada devem ser pesados, antes e depois do processo; a diferença encontrada

fornecerá a massa de H2O e de CO2 formados durante a combustão. Conhecendo-se a massa

de CO2 e de H2O formadas, é possível calcular a porcentagem dos elementos C e H presentes

na amostra (CONSTANTINO, 2006).

A Figura 48 mostra um esquema simplificado de um analisador elementar de CHN.

Figura 48 - Esquema simplificado para análise elementar quantitativa de CHN.

Fonte: Adaptado de Constantino (2006)

4 PARTE

EXPERIMENTAL

74


4 PARTE EXPERIMENTAL

Neste capítulo serão apresentados os reagentes e materiais utilizados e,

posteriormente a metodologia de síntese para preparação de seis compostos de coordenação,

envolvendo metais divalentes da primeira série de transição (Co2+

, Ni2+

e Cu2+

) com os

ligantes PZA e INH. Também serão descritas as principais medidas e os modelos dos

equipamentos utilizados na caracterização dos complexos formados.

4.1 DESIDRATAÇÃO DOS REAGENTES

Alguns dos sais utilizados foram os produtos comerciais desidratados apenas através

de secagem a vácuo quando necessários, como foi o caso do cloreto de níquel hexahidratado.

Os demais sais foram empregados sem qualquer tipo de tratamento prévio.

Os ligantes utilizados na preparação dos complexos não passaram por nenhuma

purificação prévia, pois os mesmos apresentam bastante estabilidade ao ar. Os ligantes foram

analisados e caracterizados através da Espectroscopia na região do Infravermelho Médio (FT-

IR); Análise Térmica: Termogravimetria, Análise Térmica Diferencial simultânea (TG-DTA)

e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC); Ponto de Fusão e Análise Elementar (CHN).

Na Tabela 1 estão listados todos os reagentes empregados neste trabalho, inclusive os

solventes utilizados.

Dos solventes utilizados, nenhum passou por um tratamento prévio, sendo todos

especificados como de alto teor de pureza.

4.2 REAGENTES E MATERIAIS

4.2.1 Reagentes

Os reagentes utilizados neste trabalho estão listados na tabela a seguir:

75


Tabela 1 - Dados referentes aos reagentes utilizados neste estudo. Substância Pureza (%) Fómula Molecular (g.mol

-1) Fabricante

Álcool Metílico P.A 99,8 CH4O QEEL

Éter Etílico P.A

Acetona P.A

Acetonitrila P.A

Brometo de Potássio

99,5

99,5

99

99,5

C4H10O

C3H6O

C2H3N

KBr

Isofar

Synth

Synth

Vetec

Cloreto de Níquel

Hexahidratado P.A

98

NiCl2. 6H2O

Merck

Cloreto de Cobalto

Hexahidratado P.A

98

CoCl2. 6H2O

Vetec

Cloreto de Cobre

Dihidratado P.A

99

CuCl2. 2H2O

Vetec

Clorofórmio P.A 99 CHCl3 Merck

Cloreto de Zinco 99 ZnCl2 Vetec

Alaranjado de xilenol 99,5 C14H14N3NaO3S Merck

EDTA, sal dissódico 99,5 C10H14N2O8Na2 Merck

Acetato de amônio 99 NH4Ac Vetec

Tetracloreto de Carbono

P.A

99,5

CCl4

Vetec

Álcool Etílico P.A

Pirazinamida (PZA)

Isoniazida (INH)

99

99,8

99,5

C2H6O

C5H5N3O

C6H7N3O

Synth

Calyx

Farmos

4.2.2 Materiais

Bastão de vidro Barra magnética

Vidro de relógio Gral e pistilo de porcelana

Estufa Maçarico

Papel de filtro (quantitativo) Micro cadinhos de alumínio (DSC)

Bécker Micro cadinhos de alumina (TG)

Kitassato Agitador magnético

Dessecador Bomba de vácuo

Espátulas Prensador

Proveta

Funil analítico

76


4.3 SÍNTESE DOS COMPOSTOS DE COORDENAÇÃO

Os compostos em sua maioria foram sintetizados do seguinte modo: o sal metálico e

os ligantes PZA e INH foram dissolvidos separadamente na menor quantidade de solvente

possível, e após a dissolução essas soluções foram misturadas. Algumas dessas misturas

produziram precipitado imediato, enquanto outras não formaram, sendo necessário deixá-las

em repouso para evaporação do solvente. Os sólidos formados foram filtrados e/ou triturados

e lavados com solvente adequado. Por fim, foram secos e guardados em dessecador sob

vácuo.

4.3.1 Síntese dos complexos com o ligante pirazinamida (PZA)

Para os complexos de Co2+

e Ni2+

, a estequiometria metal:ligante foi igual a 1:1, já

para o complexo de Cu2+

, a proporção metal:ligante foi igual a 1:2.

A Figura 49 mostra a reação resumida para estas sínteses. O produto obtido recebe a

nomenclatura genérica MPZACl2 e M(PZA)2Cl2.

Figura 49 - Reação de obtenção dos complexos formados com a PZA.

4.3.1.1 Síntese do complexo [Co(PZA)(H2O)2Cl2]

Para a síntese do complexo, pesou-se exatamente 0,1233 g de PZA (1mmol), que

foram dissolvidos em 10 mL de metanol, obtendo uma solução incolor. Em seguida

adicionou-se sobre essa solução 0,2374 g de cloreto de cobalto hexahidratado CoCl2.6H2O

(1mmol), obtendo-se uma solução límpida de coloração rosa. Deixou-se a mistura em

agitação constante por aproximadamente duas horas. Após esse tempo, a solução resultante

foi filtrada e deixada em repouso em temperatura ambiente e após cinco dias observou-se um

sólido de coloração rosa. O sólido formado foi triturado e lavado com pequenas porções de

77


éter etílico (25 mL), seco à pressão reduzida e guardado em dessecador contendo sílica.

(Rendimento: 75%).

4.3.1.2 Síntese do complexo [Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O

Para obter-se o complexo de Níquel (II) com a PZA, 0,1233 g (1mmol) de PZA foi

dissolvido em 10 mL de metanol sob agitação. Pesou-se 0,2373 g (1mmol) do cloreto de

níquel hexahidratado NiCl2.6H2O, o qual foi dissolvido em quantidade mínima de metanol.

Lentamente, a solução do metal foi adicionada a solução incolor contendo o ligante,

resultando em uma solução límpida de coloração verde. A mistura reacional foi deixada sob

agitação constante a temperatura ambiente por duas horas. Logo após, a mistura foi filtrada e

deixada em repouso à temperatura ambiente para evaporação do solvente. Após um período

de quatro dias observou-se a formação de um sólido de coloração verde. Esse produto foi

triturado e lavado com porções de éter etílico (25 mL), seco sob vácuo e guardado em

dessecador. (Rendimento: 75%).

4.3.1.3 Síntese do complexo [Cu(PZA)2Cl2]

Na síntese do complexo, 0,2463 g (2 mmol) de PZA foi dissolvido em 20 mL de

metanol com agitação. A massa de 0,1702 g de cloreto de cobre dihidratado CuCl2.2H2O (1

mmol) foi dissolvido em 10 mL do mesmo solvente. A solução do sal contendo o metal foi

juntada lentamente à solução do ligante. Após a mistura das duas soluções, deixou-se

reagindo sob agitação magnética por duas horas. Após esse tempo, a mistura resultante de cor

verde-clara foi deixada em repouso e após um período de cinco dias observou-se a formação

de um sólido de coloração esverdeada. O produto formado foi lavado com metanol (40 mL) e,

posteriormente, seco em dessecador sob vácuo por 24 horas. (Rendimento: 80%).

78


4.3.2 Síntese dos complexos com o ligante isoniazida (INH)

Para os complexos de Co2+

e Ni2+

, a estequiometria metal:ligante foi igual a 1:2. Para

o complexo de Cu2+

a estequiometria metal:ligante estabelecida foi 1:1.

As reações das sínteses dos complexos contendo o ligante INH são ilustradas na

Figura 50. Os complexos sintetizados foram nomeados genericamente como M(INH)2Cl2 e

MINHCl2.

Figura 50 - Reação de obtenção dos complexos formados com a INH.

4.3.2.1 Síntese do complexo [Co(INH)2Cl2] 4H2O

Realizou-se a solubilização de 0,2748 g (2 mmol) do ligante INH em 10 mL de

metanol à temperatura ambiente, obtendo-se uma solução incolor. Adicionou-se sobre esta

solução a massa correspondente a 0,2372 g (1 mmol) de cloreto de cobalto hexahidratado

CoCl2.6H2O, que foi dissolvido em 10 mL de metanol, obtendo-se uma solução

inicialmente azul que, após agitação magnética por duas horas, tornou-se roxa. Após um dia

de repouso, observou-se a formação de um precipitado de coloração rosa, que foi separado da

solução por filtração, lavado várias vezes com o próprio solvente (40 mL) e seco em

dessecador sob vácuo por 24 horas. (Rendimento: 70%).

4.3.2.2 Síntese do complexo [Ni(INH)2Cl2] 2H2O

Para a síntese do complexo de Niquel (II) com a isoniazida, 0,2745 g (2 mmol) de

INH foi dissolvido em 20 mL de metanol sob agitação. Pesou-se 0,2375g do NiCl2.6H2O (1

mmol), o qual foi dissolvido em 10 mL de metanol. Lentamente, a solução contendo íons Ni2+

foi adicionada à solução contendo o ligante. Deixou-se a mistura por uma hora sob agitação

79


magnética. Logo foi possível observar a formação de uma solução de coloração verde

cristalina. A solução foi transferida para uma cuba, e deixada em repouso para evaporação

lenta do solvente. Após cinco dias foi possível observar a formação do complexo que se

apresentou na forma de um pó azul, que foi lavado varias vezes com o próprio solvente (40

mL) e, finalmente seco em dessecador sob vácuo. (Rendimento: 75%).

4.3.2.3 Síntese do complexo [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O

O complexo foi sintetizado em meio metanólico a partir da mistura de 0,5008 g (2,93

mmol) de cloreto de cobre dihidratado (CuCl2.2H2O), dissolvido em aproximadamente 10 mL

de metanol e 0,4022 g (2,93 mmol) de isoniazida, dissolvido no mesmo solvente (30 mL). A

solução contendo o metal foi adicionada lentamente a solução do ligante, onde houve a

formação de um precipitado verde azulado. A mistura reacional foi deixada sob agitação

constante a temperatura ambiente por duas horas. Logo após, o precipitado formado foi

separado por filtração simples e lavado várias vezes com metanol (50 mL). Em seguida foi

seco sob vácuo e deixado em dessecador contendo sílica. (Rendimento: 80%).

4.4 ANÁLISES DOS COMPLEXOS

4.4.1 Instrumentação

4.4.1.1 Teste de Solubilidade Relativa

A verificação da solubilidade dos compostos foi realizada qualitativamente com

alguns solventes à temperatura ambiente, tomando-se pequenas quantidades de amostras em

tubos de ensaios e acrescentando volumes praticamente iguais dos respectivos solventes

selecionados para o teste.

4.4.1.2 Análise Elementar de CHN

As análises elementares foram realizadas usando um microanalisador Elementar

Analysis CHN Perkin Elmer modelo 2400 série 2, que permite a determinação das

80


porcentagens de carbono, hidrogênio e nitrogênio com precisão de 0,01%. A quantidade de

amostra utilizada foi em torno de 2 mg.

4.4.1.3 Medidas dos intervalos de Fusão

Os intervalos de fusão dos ligantes e complexos foram medidos utilizando-se um

medidor digital de ponto de fusão da marca Micro-Química, modelo MQAPF – 301,

colocando-se pequenas porções do composto entre lamínulas de vidro e observando contra luz

com uma lente de aumento, verificando o início e o final do processo de fusão. Usou-se para

todas as análises a mesma velocidade de aquecimento 5ºC/min e as medidas foram feitas em

duplicata.

4.4.1.4 Análise de Metal

O teor de metal nos complexos foi determinado por titulação complexométrica

utilizando-se como agente complexante uma solução de EDTA 0,0098 mol.L-1

, um tampão

(pH = 5 - 6, NH4+Ac

- 0,1 mol.L

-1), e como indicador o alaranjado de xilenol. As titulações

foram realizadas em triplicatas utilizando uma bureta de pistão com precisão de 1 x 10-3

mL.

4.4.1.5 Medidas de Condutividade

As medidas de condutividade dos compostos foram efetuadas à temperatura

ambiente utilizando-se um condutivímetro da marca Tecnopon modelo mCA-150. As

soluções dos complexos foram preparadas em água e acetonitrila na concentração de 1,0 x 10-

3 mol.L

-1.

4.4.1.6 Espectroscopia na Região do Infravermelho (FT-IR) - Médio

As análises de infravermelho foram feitas utilizando-se pastilhas de KBr. O sal foi

seco em estufa de circulação forçada à temperatura de 115ºC por várias horas.

Para obtenção dos espectros dos complexos estudados, preparou-se pastilhas de KBr

contendo cerca de 2% dos compostos com o auxilio de uma prensa. Os espectros foram

81


obtidos na faixa de 4000 a 400 cm-1

utilizando um espectrofotômetro de infravermelho com

transformada de Fourier da marca Perkin Elmer, modelo Spectrum 65 FT-IR.

4.4.1.7 Difração de Raios X (Método do Pó)

Os difratogramas de raios-X das amostras foram obtidos à temperatura ambiente em

um difratômetro da marca Shimadzu modelo XRD-7000, com radiação de KαCu (λ=1,54056

Ǻ). As fendas utilizadas em todas as medidas foram DS=1º, SS=1º, RS=0,3 mm. A tensão

aplicada foi de 30 KV e a corrente de 30 mA. As medidas foram realizadas na região de 5 a

80º em 2θ, com passo angular de 0,02º e tempo de contagem de 0,6 segundos por passo

angular.

4.5 ANÁLISE TÉRMICA

4.5.1 Termogravimetria (TG-DTA)

As curvas termogravimétricas dos ligantes e dos complexos foram obtidas

utilizando-se uma termobalança do tipo DTG-60H da Shimadzu. Para realização das análises

foram utilizados cadinhos de alumina, massa da amostra de aproximadamente 4,0 mg, razão

de aquecimento de 10ºC.min-1

em atmosfera de N2 com vazão de 50 mL.min-1

. As amostras

foram aquecidas da temperatura ambiente até 900ºC.

4.5.2 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)

As curvas DSC dos ligantes e dos complexos sintetizados foram feitas utilizando-se

cerca de 1,0 mg de amostra em cadinhos de alumínio que foram vedados com uma tampa de

alumínio através de um prensador. Estas foram realizadas em um calorímetro tipo DSC-50 da

Shimadzu, sob atmosfera dinâmica de nitrogênio, vazão de gás de 50 mL.min-1

, razão de

aquecimento de 10ºC.min-1

e no intervalo de temperatura de 30 a 500ºC.

5 RESULTADOS

E DISCUSSÃO

83


5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

Neste capítulo são apresentados os resultados das caracterizações realizadas, assim

como as discussões a respeito dos dados obtidos para os complexos sintetizados segundo o

descrito no capítulo 4.

5.1 CARACTERIZAÇÃO DOS LIGANTES

A caracterização dos ligantes consistiu da interpretação de resultados utilizando as

seguintes técnicas: Análise Elementar de CHN; Espectroscopia de absorção na região do

Infravermelho médio; Termogravimetria e Análise Térmica Diferencial simultânea (TG-

DTA); Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e medidas do ponto de fusão.

5.1.1 Pirazinamida

5.1.1.1 Análise Elementar

Os teores de C, H e N foram determinados por análise elementar com o objetivo de

avaliar se a pirazinamida empregada nesse trabalho apresentava a composição e pureza

correspondente ao referido fármaco. Os resultados de CHN obtidos para a pirazinamida estão

apresentados na Tabela 2.

Tabela 2 - Resultados da análise elementar da pirazinamida (PZA). pirazinamida (PZA)

%C %H O% %N

Experimental 48,6 4,13 13,3 34,0

Calculado

% Erro

48,8

0,41

4,09

1,71

13,0

2,25

34,1

0,29

Pode ser observado que os valores obtidos experimentalmente são concordantes com

aqueles calculados para a pirazinamida, que apresenta fórmula C5H5N3O. As pequenas

variações observadas estão dentro dos limites de erro da técnica empregada.

84


5.1.1.2 Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR-MID) da pirazinamida (PZA)

O espectro de absorção da PZA na região do infravermelho médio (FTIR-MID) foi

registrado no intervalo de 4000 a 400 cm-1

e está apresentado na Figura 51.

Figura 51 - Espectro vibracional na região do infravermelho da pirazinamida (PZA).

O espectro de absorção da PZA apresenta bandas de média intensidade de absorção

na região em 3422, 3287 e 3163 cm-1

, que são referentes aos estiramentos assimétricos e

simétricos da ligação N-H do grupo NH2, respectivamente.

As bandas de absorção em 3087, 3065 e 3050 cm-1

são atribuídas às vibrações de

estiramento da ligação C(sp2)-H do anel piridínico. As bandas que aparecem na região situada

em 1579, 1526, 1478 e 1439 cm-1

são referentes aos estiramentos simétricos e assimétricos do

anel aromático da molécula. As bandas em 620 e 547 cm-1

são atribuídas às deformações fora

do plano do anel.

A banda de forte intensidade na região de 1718 cm-1

corresponde à vibração de

estiramento da ligação C=O do grupo amida; a banda em 1614 cm-1

é referente à deformação

do grupo NH2 da amida; a banda em 1381 cm-1

à vibração de estiramento C-N e a banda em

1166 cm-1

corresponde à vibração da ligação C-H do anel piridínico. A posição da banda em

786 cm-1

é referente às vibrações NCC fora do plano do anel.

A banda de absorção em 1024 cm-1

está relacionada às deformações no plano do anel

aromático da molécula, sendo que a vibração de estiramento referente à ligação C-H fora do

plano do anel é atribuída na posição 786 cm-1

.

85


A banda na posição 668 cm-1

é referente às vibrações N-H fora do plano do anel e em

808 cm-1

a flexão do CO no plano do anel. Os valores estão em concordância com a literatura

(AKYUZ et al, 2007).

5.1.1.3 Avaliação do comportamento térmico da pirazinamida (PZA)

As Figuras 52 e 53 mostram as curvas DSC e TG / DTG / DTA da pirazinamida,

respectivamente, em atmosfera dinâmica de N2.

Figura 52 - Curva DSC da pirazinamida em atmosfera dinâmica de N2, vazão do gás de 50

mL.min-1

, massa da amostra de 2 mg, suporte da amostra de alumínio e razão de

aquecimento de 10 ºC.min-1

.

A curva DSC da pirazinamida apresentou um evento endotérmico atribuído à

transição de fase sólido-sólido do composto entre 146-156 ºC (Tpico = 152 ºC), com calor de

+5,36 J/g. Em seguida um outro evento endotérmico referente a fusão da pirazinamida entre

188-195 ºC (Tpico = 191 ºC), com calor de +175 J/g e a endoterma correspondente a

decomposição entre 226 -234 ºC (Tpico = 227 ºC), com calor de +167 J/g.

86


Figura 53 - Curvas TG, DTG e DTA da pirazinamida em atmosfera de N2, vazão do gás 50

mL.min-1

, massa da amostra de 5 mg, cadinho de alumina e razão de


.

Pode-se observar nas curvas TG/DTG da PZA que a decomposição ocorreu em uma

única etapa no intervalo de 169-227 ºC, com perda de massa correspondente a 98,3%

(DTGpico = 217 ºC). A antecipação da decomposição em relação à fusão da PZA é devido a

transição de fase sólido-sólido que ocorre em 147 ºC. A curva DTA da pirazinamida está em

concordância com a DSC, na qual inicialmente apresentou um pico endotérmico referente à

transição de fase (Tpico = 158 ºC), seguido por dois picos endotérmicos (Tpico = 192 ºC e Tpico =

224 ºC) referentes às etapas de fusão e decomposição, respectivamente.

As curvas TG/DTG apresentadas por Miotti et al, (2002) demonstraram que a

pirazinamida funde próximo à 200 ºC. A sobreposição das curvas TG/DTG e DSC mostra que

a fusão da pirazinamida ocorreria simultaneamente com sua decomposição térmica. Os

resultados obtidos corroboram com os relatados pelos autores.

O valor do ponto de fusão encontrado para a amostra de pirazinamida concorda com

os determinados pela análise térmica TG-DTA e DSC, e está em conformidade com a faixa de

fusão (188-191 ºC) descrita pela literatura (UNITED STATES PHARMACOPEIA, 2008).

87


5.1.2 Isoniazida

5.1.2.1 Análise Elementar

Os teores de C, H e N foram determinados por análise elementar com o objetivo de

avaliar se a isoniazida utilizada nesse trabalho apresentava composição e pureza

correspondente ao referido fármaco. Os resultados de análise elementar (porcentagem de C, H

e N) e os valores calculados para a isoniazida estão apresentados na Tabela 3.

Tabela 3 - Resultados da análise elementar da isoniazida (INH). isoniazida (INH)

%C %H %O %N

Experimental 52,8 5,25 11,1 30,9

Calculado

% Erro

52,5

0,57

5,14

2,14

11,7

5,40

30,6

0,98

Os valores obtidos experimentalmente estão de acordo com aqueles calculados para a

substância em questão, que apresenta fórmula molecular C6H7N3O. As diferenças observadas

entre os valores experimentais e calculados estão dentro da faixa de erro da técnica utilizada.

5.1.2.2 Espectroscopia na Região do Infravermelho (FTIR-MID) da isoniazida (INH)

O espectro de absorção da INH na região do infravermelho médio (FTIR-MID) foi

registrado no intervalo de 4000 a 400 cm-1

(Figura 54).

88


Figura 54 - Espectro vibracional na região do infravermelho da isoniazida (INH).

O espectro de absorção da INH apresenta bandas de média intensidade de absorção

em 3304, 3234 e 3112 cm-1

que são atribuídas às vibrações de estiramento da ligação N-H do

grupo hidrazida.

As bandas em 3016 e 2947 cm-1

são atribuídas às vibrações do estiramento da

ligação C(sp2)-H do anel aromático. As bandas em 1556, 1602 cm

-1 estão relacionados com o

estiramento simétricos e assimétricos do anel aromático da molécula enquanto as bandas em

749 e 675 cm-1

são atribuídas às flexões fora do plano do anel.

A banda de forte intensidade em 1667 cm-1

refere-se à vibração do estiramento da

carboxila da azida; a banda em 1637 cm-1

é atribuída à deformação do grupamento (-NH2) da

hidrazida (-CONHNH2) e a banda em 1336 cm-1

, à vibração de estiramento do C-N. As

bandas em 1493, 1414 e 1223 cm-1

correspondem às vibrações (-C-CH) dentro do anel. A

posição da banda em 1146 cm-1

corresponde às vibrações de N-N que estão localizadas fora

do plano de flexão do anel aromático da molécula da isoniazida.

A banda em 997 cm-1

está relacionada às deformações no plano do anel aromático da

molécula, sendo que a vibração C-H fora do plano de flexão do anel é atribuída à banda na

posição 888 cm-1

. A banda em 844 cm-1

corresponde ao grupamento NH2 do espectro de

infravermelho.

A banda na posição 662 cm-1

é atribuída à vibração do N-H fora do anel e em 505

cm-1

pela flexão do CO no plano do anel. Os valores dos estiramentos observados no espectro

da INH são concordantes com outros autores (YILMAZ; BOLUKBASI; BAKILER, 2008b;

AKALIN; AKYUZ, 2007).

89


5.1.2.3 Avaliação do comportamento térmico da isoniazida (INH)

As Figuras 55 e 56 mostram as curvas DSC e TG / DTG / DTA da isoniazida,

respectivamente, em atmosfera dinâmica de N2.

Figura 55 - Curva DSC da isoniazida em atmosfera dinâmica de N2, vazão do gás de 50

mL.min-1



.

A curva DSC da INH mostrou um evento endotérmico entre 169-178 ºC (Tpico = 172

ºC), com calor de +233 J/g referente à fusão da isoniazida, seguida pelas duas endotermas de

decomposição, em 234-239 ºC (Tpico = 235 ºC) e 242-251 ºC (Tpico = 246 ºC), com calores de

+41,1 J/g e +24,3 J/g, respectivamente.

90


Figura 56 - Curvas TG, DTG e DTA da isoniazida em atmosfera de N2, vazão do gás 50

mL.min-1

, massa da amostra de 5 mg, cadinho de alumina e razão de


.

As curvas TG/DTG da INH apresentaram duas perdas de massas consecutivas

cineticamente diferentes. A primeira, mais acentuada, ocorreu na faixa de 199 ºC a 281 ºC, o

que corresponde a uma perda de 78,4% (DTGpico = 262 ºC); e a segunda, mais lenta, ocorreu

na faixa de 301 ºC a 330 ºC, que corresponde a uma perda de 17,5% (DTG pico = 320 ºC). Ao

final do experimento não houve detecção de resíduos. A curva DTA apresentou três eventos

principais, sendo o primeiro endotérmico, referente à fusão, o qual apresentou máxima

velocidade de reação a 172 ºC em concordância com os resultados observados na DSC. Na

faixa de 244 ºC a 251 ºC e 288 ºC a 308 ºC (Tpico = 265 ºC e Tpico = 327 ºC) ocorreram eventos

endotérmicos correspondentes à decomposição do composto.

No estudo termoanalítico (TG/DTG e DSC) realizado por Alves (2007) a DSC da

isoniazida apresentou um evento endotérmico correspondente à fusão, Tpico = 171 ºC, e em

seguida ocorreu à primeira etapa de decomposição térmica evidenciada pelo pico endotérmico

com Tpico = 247 ºC. As curvas TG/DTG da isoniazida indicaram que o composto é estável

termicamente até 175 ºC, ocorrendo a partir daí sua decomposição térmica. Estes resultados

estão de acordo com os obtidos neste trabalho.

O valor do ponto de fusão encontrado para a isoniazida está em concordância com os

determinados pela análise térmica TG-DTA e DSC e está em conformidade com a faixa de

fusão (170-174 ºC) descrita pela literatura (UNITED STATES PHARMACOPEIA, 2008).

91


5.2 CARACTERÍSTICAS GERAIS DOS COMPLEXOS

Nesta seção os compostos obtidos neste trabalho serão representados por PZA-Co,

PZA-Ni e PZA-Cu para os complexos com a pirazinamida; INH-Co, INH-Ni e INH-Cu para

os complexos com a isoniazida.

5.2.1 Solubilidade dos complexos

Os complexos sintetizados apresentaram alta solubilidade em solventes como água,

acetonitrila, etanol e metanol. No entanto, apresentaram solubilidade reduzida em solventes

como: acetona, éter etílico, tetracloreto de carbono e clorofórmio. Os complexos de níquel e

cobre apresentaram comportamentos semelhantes quanto à solubilidade nos solventes

testados, a única diferença observada foi quanto à solubilidade dos compostos em

clorofórmio. A Tabela 4 mostra a solubilidade dos compostos de PZA e INH com as espécies

metálicas utilizadas neste trabalho.

Tabela 4 - Solubilidade dos compostos da PZA e INH sintetizados. SOLVENTES COMPLEXOS

INH-Co INH-Ni INH-Cu PZA-Co PZA-Ni PZA-Cu

Água * * * * * *

Metanol * * * * * *

Etanol * * * * * *

Acetona ** ** ** ** ** **

Acetonitrila * * * * * *

Éter etílico ** ** ** ** ** **

Clorofórmio ** * * ** * *

Tetracloreto de carbono ** ** ** ** ** **

* solúvel ** insolúvel

5.2.2 Informações gerais sobre os complexos

Os compostos sintetizados apresentaram coloração correspondente aos cátions

hidratados, porém com tonalidades menos pronunciadas, e em sua maioria, apresentaram-se

estáveis ao ar, à temperatura ambiente. As fórmulas moleculares dos complexos e outros

dados gerais como, aspecto físico, massa molar e cor estão apresentados na Tabela 5.

92


Tabela 5 - Características Físico-químicas dos Compostos. COMPLEXOS FÓRMULA ASPECTO FISICO MM (g.mol

-1) COR

INH-Co C12H22O6N6Cl2Co Pó 476,14 Rosa claro

PZA-Co C5H9O3N3Cl2Co Pó 288,94 Rosa

INH-Ni C12H18O4N6Cl2Ni Pó 439,91 Azul

PZA-Ni C5H11O4N3Cl2Ni Pó 306,76 Verde

INH-Cu C6H15O5N3Cl2Cu Pó 343,66 Verde escuro

PZA-Cu C10H10O2N6Cl2Cu Pó 380,62 Verde

5.2.3 Determinação dos teores de metais e dos pontos de fusão

Os teores dos íons Co2+

, Ni2+

e Cu2+

nos compostos sintetizados foram determinados

pelo procedimento descrito na seção 4. A Tabela 6 mostra de forma resumida o procedimento

utilizado na titulação de cada íon metálico.

Tabela 6 - Titulação complexométrica de cada íon metálico estudado. Íon metálico Titulação Indicador pH do meio Viragem

Co2+

Retorno c/ZnCl2 Alar. Xilenol 5 a 6 – NH4+Ac

- Amarelo p/rosa

Ni2+


- Amarelo p/rosa

Cu2+


- Amarelo p/rosa

A temperatura de fusão pode variar para valores maiores ou menores que aquela do

ligante não coordenado, pois dependendo das forças de interações envolvidas o ponto de

fusão dos complexos pode indicar alterações nas características físico-químicas dos

compostos. A fusão dos ligantes pirazinamida (PZA) e isoniazida (INH) ocorre numa faixa

de temperatura entre 188-191 ºC e 170-174 ºC, respectivamente. Todos os complexos

sintetizados foram submetidos a tratamento térmico até 350 ºC (temperatura limite do

aparelho) e nenhum deles fundiram próximos da temperatura de fusão dos ligantes isolados.

Estas mudanças químicas dão fortes indícios da ocorrência de coordenação entre os ligantes e

o íon metálico. Os valores dos teores de metais e das faixas de fusão dos complexos

sintetizados estão apresentados na Tabela 7.

93


Tabela 7 - Valores dos teores de metais e dos pontos de fusão dos compostos. Compostos Metal Ponto de Fusão

Cal. TG EDTA ºC

PZA-Co 20,4 21,8 19,2 207

PZA-Ni 19,1 20,7 17,2 317

PZA-Cu 16,7 16,3 15,2 250

INH-Co 13,3 13,4 11,8 325

INH-Ni 13,3 13,4 12,2 314*

INH-Cu 18,5 19,7 17,8 260*

*com carbonização

A determinação dos teores de metais através da titulação complexométrica com

EDTA apresentou um resultado menor quando comparado ao valor esperado. Isto pode ser

atribuído à interferência ocasionada pelos ligantes.

94


5.3 COMPLEXOS CONTENDO O LIGANTE PIRAZINAMIDA (PZA)

5.3.1 Espectros na região do infravermelho dos complexos

Os espectros de infravermelho para os compostos estudados são apresentados a

seguir. Verificou-se a partir dos mesmos que muitas das bandas presentes no espectro da

pirazinamida também estão presentes nos espectros dos compostos, apenas estão deslocadas.

5.3.1.1 PZA-Co

A molécula da pirazinamida (PZA) pode se coordenar pelos átomos de nitrogênio (α

e δ) do anel pirazínico, pelo átomo de oxigênio carbonílico (C=O) e/ou pelo átomo de

nitrogênio do grupo NH2. Quando o nitrogênio do anel da pirazina está envolvido na

formação do complexo, certas bandas referentes aos modos vibracionais do anel,

principalmente dois modos de estiramento próximo de 1400-1600 cm-1

e o modo respiração

do anel, aparecem deslocados para frequências mais altas devido ao acoplamento com a

ligação Metal-N(ligante) (AKYUZ, 2003). Quando a coordenação ocorre pelo oxigênio do

grupo carbonila, o modo vibracional sofre um deslocamento negativo ν(C=O) (Δ = νligante -

νcomplexo) (AKYUZ 2003). Quando o nitrogênio do grupo amida (NH2) está envolvido na

coordenação, observam-se mudanças nos números de ondas referentes aos modos das

vibrações envolvendo o grupo amino (AKYUZ; DAVIES 1982; AKALIN; AKYUZ, 2001).

Na Figura 57 encontram-se os espectros vibracionais na região do infravermelho,

tanto do ligante livre PZA, quanto do complexo formado com o íon metálico cobalto (II). Na

Tabela 8 estão presentes as principais bandas e suas respectivas intensidades relativas

juntamente com as prováveis atribuições de alguns modos vibracionais, tanto para o ligante

PZA como para o complexo.

95


Figura 57 - Espectros vibracionais na região do infravermelho do ligante PZA e do

complexo PZA-Co.

96


Tabela 8 - Atribuições de alguns modos vibracionais, infravermelho, para o ligante PZA e

para o complexo PZA-Co.

PZA Intensidade PZA-Co Intensidade Atribuições

IV / cm-1 IV / cm

-1

- 3454 M ν(OH)

3422 mF - νass(NH2)

3287 m 3398 M νsim(NH2)

3163 m 3160 M νsim(NH2)

3087 mF - ν(CH)

1718 mF 1687 mF ν(CO)

1579 m 1587 M νanel

1515 m 1617 M νanel

1381 m 1398 M ν(CN)

1166 f - ν(CH)

1055 m 1035 M δanel

1024 F - Respiração do anel

786 m 746 M γ(NCC)

620 m 657 M δanel

m = média; mF = média forte; f = fraca; F = forte

A análise dos espectros no IV do ligante livre e do complexo permitiu obter

informações importantes acerca da coordenação do ligante PZA ao metal central. Ao

comparar o modo referente ao estiramento ν(C=O) do ligante livre e do complexo PZA-Co no

espectro na região do infravermelho, observou-se um deslocamento significativo para

menores números de onda, sugerindo então que a coordenação do ligante PZA tenha ocorrido

pelo átomo de oxigênio da carbonila. A ocorrência de complexos de outros íons metálicos da

primeira série de transição é relatada por Akyuz et al, (2007) onde de fato, a pirazinamida

coordenou-se através do oxigênio do grupo carbonílico. Outro resultado interessante obtido

seria à coordenação da PZA pelo átomo de nitrogênio do anel pirazínico, uma vez que o modo

referente ao estiramento ν(CN) sofre um deslocamento para maiores números de onda. De

acordo com Corrêa et al, (2007) esse deslocamento pode ser apontado como indício de

coordenação via nitrogênio em anéis heterocíclicos. Este fato sugere que o nitrogênio do anel

heterocíclico próximo ao grupo –CONH2 deve estar interagindo com o metal. Outra

observação importante está relacionada com a pequena variação dos modos vibracionais

referentes aos estiramentos simétricos ν(Ν-H) (do grupo NH2), evidenciando que não houve

envolvimento do átomo de nitrogênio do grupo amida na coordenação. Cabe mencionar que a

97


presença de água (coordenação e/ou hidratação) no complexo foi diagnosticada pelo

aparecimento de uma banda em 3454 cm-1

referente ao modo de estiramento ν(OH).

Conforme relatado por Atkins (2003); Huheey (1993), normalmente espécies

químicas que podem funcionar como ligantes mono ou polidentados geram compostos de

coordenação entropicamente mais estáveis na forma de quelatos. Então, pode-se dizer que

elementos da primeira série de transição no estado de oxidação 2+, ao se coordenarem com o

ligante PZA, caso não ocorra impedimento estérico, deve gerar anéis de cinco membros com

átomos metálicos se coordenando simultaneamente ao átomo de oxigênio da carbonila e

nitrogênio alfa do anel heterocíclico, que são classificados como bases duras e intermediarias

respectivamente. Esta coordenação será preferível em relação à coordenação de forma

monodentada.

5.3.1.2 PZA-Ni e PZA-Cu

A Figura 58 apresenta os espectros vibracionais na região do infravermelho dos

complexos abreviados genericamente como PZA-Ni e PZA-Cu. Na Tabela 9 são exibidas as

principais bandas vibracionais, assim como as possíveis atribuições.

Figura 58 - Espectros vibracionais na região do infravermelho dos complexos PZA-Ni e

PZA-Cu.

98


Tabela 9 - Bandas vibracionais e atribuições espectroscópicas para os principais modos ativos

no IV dos complexos PZA-Ni e PZA-Cu (AKYUZ et al, 2007). PZA Intensidade PZA-Ni Intensidade PZA-Cu Intensidade Atribuições

IV / cm-1

IV / cm-1

IV / cm-1

- 3357 F - ν(OH)

3422 mF - 3429 F νass(NH2)

3287 m 3272 m 3286 m νsim(NH2)

3163 m 3103 m 3169 m νsim(NH2)

3087 mf 3103 mf 3073 mf ν(CH)

1718 mF 1678 mF 1710 mF ν(CO)

1579 m 1579 m 1593 m νanel

1515 m 1619 mF 1617 mF νanel

1381 m 1411 m 1413 m ν(CN)

1166 F - - ν(CH)

1055 m - δanel

1024 F - 1022 F Respiração do

anel

786 m 775 m 796 m γ(NCC)

620 m 670 m 670 m δanel

m = média; mF = média forte; f = fraca; F = forte

Nos espectros de IV dos complexos representados por PZA-Ni e PZA-Cu, os modos

vibracionais atribuídos ao estiramento ν(C=O) sofreu um deslocamento significativo para

menores números de onda quando comparado a do ligante livre, sendo que essa alteração é

típica da coordenação do metal ao átomo de oxigênio do grupo carbonila presente no ligante

(PZA). Aparentemente outro sítio que deve estar interagindo com os centros metálicos seria o

nitrogênio alfa do anel pirazínico, uma vez que o modo atribuído ao estiramento ν(CN)

apresentou-se deslocado para maiores números de onda e, como citado anteriormente, este

deslocamento positivo após a interação do ligante com o íon metálico vem sendo descrito

também como forte indicativo da coordenação do ligante ao metal central através deste sítio.

Muito provavelmente a coordenação deva ter ocorrido da mesma forma no complexo de PZA-

Co, em que o ligante PZA coordenou-se pelo nitrogênio alfa do anel heterocíclico, assim

como pelo oxigênio do grupo carbonílico, formando um anel quelato de cinco membros. Para

o complexo PZA-Ni, o espectro vibracional mostrou um deslocamento negativo bastante

pronunciado do modo referente ao estiramento νC=O (1678 cm-1

), quando comparado a do

ligante livre (1718 cm-1

), indicando que a coordenação da pirazinamida ao íon níquel ocorreu

através do átomo de oxigênio da carbonila. Deslocamentos para maiores frequências

99


referentes ao modo vibracional da PZA livre, de 1515 cm-1

, 1381 cm-1

e 620 cm-1

para 1619

cm-1

, 1411cm-1

e 670 cm-1

indicam que a coordenação ocorreu através do átomo de nitrogênio

próximo do grupo –CONH2 do anel pirazínico. A presença de água (coordenação e/ou

hidratação) na estrutura do complexo PZA-Ni foi atribuída ao aparecimento de uma banda

relativamente larga em 3357 cm-1

associada ao modo de estiramento ν(OH). Já para o

complexo PZA-Cu, o espectro de infravermelho mostrou um deslocamento negativo da banda

atribuída ao estiramento ν(C=O) da PZA livre, de 1718 cm-1

para 1710 cm-1

, indicando a

coordenação do ligante PZA ao íon cobre por meio do oxigênio do grupo carbonílico; e um

deslocamento das bandas atribuídas à vibração do anel da PZA livre, de 1515 cm-1

, 1381cm-1

e 620 cm-1

para 1617 cm-1

, 1413 cm-1

e 670 cm-1

, indicando que a coordenação do ligante

PZA ocorreu via nitrogênio alfa do anel pirazínico.

A formação do anel quelato de cinco membros para os complexos de cobalto, níquel

e cobre são reportados na literatura, onde as estruturas de todos os complexos foram

determinadas pela técnica de difração de raios-X em monocristais, as quais apresentaram

quatro ligantes. Dois desses ligantes encontra-se em posições equatoriais em relação ao centro

metálico coordenando-se através do átomo de oxigênio carbonílico e pelo nitrogênio alfa do

anel pirazínico, formando um anel quelato, enquanto que os outros dois ligantes estão

fracamente coordenados pelo nitrogênio delta do anel heterocíclico ocupando as posições

axiais (LIANG et al, 2002; SEWARD et al, 2008; TANASE et al, 2005).

O deslocamento da banda para maiores valores de números de onda, referente ao

modo de estiramento assimétrico ν(N-H), não implica necessariamente que o átomo de

nitrogênio do grupo amida esteja interagindo com o íon metálico central. Esse deslocamento

pode ser ocasionado pela alteração na força de ligação atribuída a existência de ligações de

hidrogênio do tipo inter ou intramoleculares, que pode provocar mudanças não muito

pronunciadas no número de onda associada à vibração de estiramento da ligação N-H

(AKYUZ, 2003).

100


5.4 COMPLEXOS CONTENDO O LIGANTE ISONIAZIDA (INH)

5.4.1 Espectros na região do infravermelho dos complexos

5.4.1.1 INH-Co, INH-Ni e INH-Cu

A molécula de isoniazida (INH) pode se coordenar pelo átomo de oxigênio da

carbonila, bem como através dos átomos de nitrogênio do grupo –NH2 e/ou do anel piridínico.

No que diz respeito à participação destes grupos na coordenação a centros metálicos, a

espectroscopia no IV médio nos permite obter informações importantes. Alguns dos modos

vibracionais do anel piridínico observados em torno de 1600-1400 cm-1

sofrem pequenos

deslocamentos para números de ondas maiores durante a formação do complexo (AKYUZ,

2003). Também sofre um deslocamento positivo referente ao modo de estiramento ν(C=O) (Δ

= νligante - νcomplexo) (DONIA; EL-RAYES, 1989). Um deslocamento positivo do modo ν(N-N)

pode ser observado em torno de 1015 cm-1

, indicando a redução na repulsão entre os pares de

elétrons livres dos átomos de nitrogênio (LANFREDI; TIRIPICCHIO; CAMELLINI, 1977).

Verificou-se também que quando o nitrogênio terminal do grupo hidrazina (-NH2) está

envolvido na coordenação, há um deslocamento negativo referente ao modo ν(N-H) (Δ =

νligante - νcomplexos) (YADAV; SENGUPTA; TRIPATHI, 1987).

Na Figura 59 encontram-se os espectros vibracionais na região do infravermelho dos

complexos formados entre o ligante INH e os metais Co(II), Ni(II) e Cu(II) e do ligante

isolado. Já na Tabela 10 são apresentados os principais números de onda das bandas e suas

respectivas atribuições.

101


Figura 59 - Espectros vibracionais na região do infravermelho do ligante INH livre e dos

complexos INH-Co, INH-Ni e INH-Cu.

102


Tabela 10 - Número de onda (cm-1

) e atribuições espectroscópicas na região do

infravermelho dos complexos INH-Co, INH-Ni e INH-Cu (AKALIN;

AKYUZ, 2007; KRIZA et al, 2010a). Complexos ν(OH) ν(N-H) ν(C=O) νanel δH2O ν(N-N) νNH2

INH - 3304 m

3112 m

1667 mF 1602 m - 888 m 1637m

INH-Co

3444 F 3121 m 1649 mF 1603 m - 861 m 1603 m

INH-Ni

3415 F 3123 m 1656 mF 1601 m - 845 m 1601 m

INH-Cu 3416 F 3121 m 1646 mF 1605 m 911 m 864 m 1605 m

m = média; mF = média forte; F = forte

Em todos os complexos foi observado uma banda de forte intensidade em torno de

3120 cm-1

. Já para o ligante livre, encontra-se em 3112 cm-1

que é uma banda característica

atribuída ao modo de estiramento ν(N-H) do grupo NH2. Nos espectros no IV dos complexos

INH-Co, INH-Ni e INH-Cu observou-se que a banda referente ao modo de estiramento

ν(NH2) apresentou um deslocamento de 1637 cm-1

para 1603 cm-1

, 1601 cm-1

e 1605 cm-1

respectivamente, sendo um indicativo da coordenação do metal via grupo amino (–NH2). As

absorções no IV relacionadas às vibrações associadas ao modo ν(C=O) para todos os

complexos sofreram deslocamentos para menores números de onda (Tabela 5.9) sugerindo

que a carbonila do ligante (INH) participa da coordenação.

As absorções no IV associadas ao anel piridínico da isoniazida (νanel) (Tabela 5.9)

sofrem deslocamentos pouco pronunciados, sugerindo que o átomo de nitrogênio do anel

piridinico (-CNC) não participa da coordenação do ligante INH ao centro metálico. Estes

resultados estão de acordo com os encontrados por Kriza et al, (2010a).

Os modos atribuídos aos estiramentos referentes à vibração ν(N-H) foram deslocados

em todos os complexos. O deslocamento para menores números de onda por comparação com

o espectro do ligante livre sugere a coordenação por meio do nitrogênio terminal do grupo

amino (-NH2), o que justifica o deslocamento da freqüência de vibração referente ao modo

ν(N-N) para menores valores nos complexos (Tabela 5.9). A presença de água coordenada ou

não nos complexos INH-Co, INH-Ni e INH-Cu é evidenciada pela presença de uma banda

larga próximo a 3444 cm-1

, 3415 cm-1

e 3416 cm-1

respectivamente, referente ao modo de

estiramento ν(O-H). A ocorrência da banda em 911 cm-1

associada ao modo de deformação

δ(H2O) geralmente são relacionadas à presença de moléculas de água coordenadas. Os

resultados encontrados apresentam proximidades com os reportados por Kriza et al, (2010a).

103


Kriza et al, (2010a) fizeram um extensivo trabalho sobre a formação de complexos

metal-isoniazida (M-INH) e verificaram que as vibrações dos modos ν(M-O) e ν(M-N) para

os complexos da isoniazida com os metais utilizados neste trabalho aparecem na faixa entre

400-500 cm-1

, fornecendo evidências para coordenação do oxigênio e do nitrogênio ao íon

metálico.

5.5 DIFRATOMETRIA DE RAIOS-X DOS COMPLEXOS

A fim de caracterizar os compostos e de obter informações acerca da cristalinidade,

determinou-se os difratogramas de raios-X pelo método do pó de todos os compostos

preparados.

5.5.1 Complexos de cobalto, níquel e cobre com a pirazinamida

Os difratogramas de raios-X dos complexos de cobalto (II), níquel (II) e cobre (II),

como representativos da série estudada, encontram-se nas Figuras 60 à 62.

Figura 60 - Difratograma de raios-X do complexo PZA-Co.

O difratograma de raios-X, revelou que o complexo PZA-Co apresenta picos de

difração, indicando que o composto apresenta certo grau cristalinidade. O perfil de difração

revela a possibilidade do composto possuir mais de uma fase cristalina, devido à presença de

picos finos e intensos.

104


Figura 61 - Difratograma de raios-X do complexo PZA-Ni.

Analisando o difratograma de raios-X do complexo PZA-Ni, podemos observar que

o mesmo apresentou picos de difração, revelando certo grau de cristalinidade para esse

composto. O perfil de difração revelou a possibilidade do composto possuir mais de uma fase

cristalina, devido à presença de picos finos e intensos.

Figura 62 - Difratograma de raios-X do complexo PZA-Cu.

Observou-se no difratograma de raios-X do complexo PZA-Cu, ilustrado na Figura

62 a presença de linhas de difração, indicando certo grau de cristalinidade para esse material

policristalino.

105


A Figura 63 apresenta os difratogramas de todos os complexos sintetizados nesta

série. Para os complexos PZA-Co e PZA-Ni, as posições dos picos de Bragg apresentados nos

difratogramas praticamente coincidem, podendo-se concluir que os empacotamentos

cristalinos desses compostos apresentam a mesma simetria, logo os grupos espaciais são

idênticos entre os mesmos (evidências da formação de compostos isomórficos). Em relação ao

complexo PZA-Cu, ele apresenta empacotamentos cristalinos diferentes quando comparado

com os compostos anteriormente mencionados. Outra conclusão a respeito das estruturas é

que o complexo de Cu(II) apresentou maior simetria que os complexos de Co(II) e Ni(II), pois

este apresentou menor quantidade de picos de Bragg no respectivo difratograma.

Figura 63 - Difratogramas de pó das amostras policristalinas PZA-Co, PZA-Ni e PZA-Cu.

106


5.5.2 Complexos de cobalto, níquel e cobre com a isoniazida

Os difratogramas de raios-X dos complexos de cobalto (II), níquel (II) e cobre (II)

encontram-se ilustrados nas Figuras 64 à 66.

Figura 64 - Difratograma de raios-X do complexo INH-Co.

O difratograma de raios-X obtido para o complexo INH-Co, revelou que o mesmo

não é cristalino, já que foi observado apenas a presença do halo de amorficidade. A baixa

cristalinidade apresentada pelo complexo INH-Co muito provavelmente pode ser justificada

por se tratar de um composto higroscópico.

Figura 65 - Difratograma de raios-X do complexo INH-Ni.

107


O difratograma de raios-X do complexo INH-Ni revelou a possibilidade do composto

possuir mais de uma fase cristalina, devido à presença de picos finos e intensos, indicando que

o complexo apresentou certo grau de cristalinidade, contrastando com picos largos e poucos

intensos, característicos de amostras pouco cristalinas.

Figura 66 - Difratograma de raios-X do complexo INH-Cu.

O difratograma de raios-X do complexo INH-Cu indica que o mesmo apresentou

picos de difração, revelando certo grau de cristalinidade para esse material policristalino.

Os difratogramas de todos os complexos sintetizados nesta série estão apresentados

na Figura 67. Para os complexos INH-Co, INH-Ni e INH-Cu, as posições dos picos de Bragg

apresentados nos difratogramas, não coincidem. Pode-se concluir que os empacotamentos

cristalinos desses compostos não apresentam a mesma simetria, logo os grupos espaciais são

diferentes entre os mesmos. Portanto, não há evidência da formação de compostos

isomórficos nesta série.

108


Figura 67 - Difratogramas de pó das amostras policristalinas INH-Co , INH-Ni e INH-Cu.

109


5.6 DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE MOLAR

As medidas de condutividade em solventes orgânicos ou inorgânicos permitem

investigar o comportamento eletrolítico ou não, e auxiliam na determinação da estrutura dos

complexos de coordenação. De fato, complementam as informações obtidas dos espectros de

absorção na região do infravermelho dos compostos de coordenação, pelas quais podemos

sugerir a coordenação ou não do ânion ao íon metálico. A condutância (C) relaciona-se com a

habilidade de uma solução em conduzir corrente elétrica. A condutividade (κ) e a condutância

de uma solução estão relacionadas pela seguinte equação:

(4)

onde, A é área transversal e l o comprimento do condutor. Nesta equação a razão A/l pode ser

substituída pelo parâmetro chamado de constante de célula (ҡc). Neste caso, a nova equação

obtida nos permite determinar a condutividade (κ) de uma solução.

(5)

No entanto, a grandeza mais utilizada para expressar a condutividade de uma solução

é a condutividade molar (ΛM). Esta grandeza pode ser definida como:

ΛM =

(6)

onde, c é a concentração do eletrólito expressa em função da quantidade de matéria por

unidade de volume da solução. Uma equação mais geral (7) pode ser obtida operando-se

alguns rearranjos e incluindo as correções da condutividade do solvente, levando em

consideração que a condutividade (κ) é expressa em S.cm-1

e a concentração (c) em mol.L-1

(ATKINS, 1990).

De acordo com Geary (1971) os solventes para medidas de condutividade devem

apresentar alta constante dielétrica, baixa viscosidade, baixa condutividade específica, fácil

110


purificação e fraca capacidade doadora perante íons metálicos. Particularmente a acetonitrila e

o nitrometano são os solventes mais adequados para essa finalidade.

A Tabela 11 mostra os valores de condutividade molar, propostos por Geary (1971),

característicos para cada tipo de eletrólito possível de existir em solução 1,0 X 10-3

mol.L-1

em acetonitrila e água. A comparação entre os intervalos estabelecidos pelo autor com os

valores obtidos para os compostos aqui estudados nos permite classificá-los quanto aos tipos

de eletrólitos que eles possam ser quando em soluções no solvente empregado.

Tabela 11 - Valores aceitáveis de condutividade molar (ΛM) para alguns tipos de eletrólitos

em acetonitrila e água (soluções 1,0 x 10-3

mol.L-1

, a 25ºC). TIPO DE ELETRÓLITO ACETONITRILA

ΛM: Ω-1

. cm2. mol

-1

ÁGUA

ΛM: Ω-1

. cm2. mol

-1

Não Eletrólito

< 100 < 87

1:1

100 – 160 87 – 168

1:2

220 – 300 150 – 310

1:3

340 – 420 350 – 425

1:4 500 -

Fonte: Geary (1971)

As medidas foram realizadas em acetonitrila e em solução aquosa, apesar da água ser

um agente coordenante relativamente forte. As medidas foram expressas conforme a equação

7. Os resultados obtidos foram comparados com os valores aceitáveis de condutividade molar

para alguns tipos de eletrólitos em solução 1,0 x 10-3

mol.L-1

em acetonitrila e água a 25 ºC.

ΛM = (

-

)

(7)

ΛM = Condutividade Molar (Ω-1

. cm2. mol

-1);

Rslç = Resistência da Solução (Ω);

Rslv = Resistência do Solvente (Ω);

KC = Constante da Cela (cm-1

);

Cm = Concentração Molar da Solução (mol.L-1

).

111


5.6.1 Complexos metálicos com a pirazinamida (PZA)

As medidas de condutividade molar para as soluções dos complexos em acetonitrila

e água estão apresentadas na Tabela 12.

Tabela 12 - Condutividades molares (ΛM) obtidas para soluções dos complexos da PZA 1,0 x

10-3

mol.L-1

em acetonitrila e água a temperatura de 25ºC. ACETONITRILA (27ºC)

COMPLEXOS CONCENTRAÇÃO

(10-3

mol.L-1

)

ΛM

(Ω-1

.cm2.mol

-1)

PZA-Co

0,98 36,82

PZA-Ni

1,00 16,46

PZA-Cu 1,01 14,5

ÁGUA (26ºC)


(10-3

mol.L-1

)

ΛM

(Ω-1

.cm2.mol

-1)

PZA-Co

1,01 171,2

PZA-Ni

1,00 234,6

PZA-Cu 1,00 186,7

κ (acetonitrila) = 7,10 x 10-7

S.cm-1

κ (água) = 2,45 x 10-6

S.cm-1

As medidas de condutividade referentes aos compostos PZA-Co, PZA-Ni e PZA-Cu

em água, situam-se no intervalo de eletrólitos 1:2. Este comportamento pode ser justificado

pela formação de pares iônicos uma vez que a água, bem como outras propriedades, tem como

a desvantagem a hidrólise, que tornam as medidas não confiáveis.

Os complexos PZA-Co, PZA-Ni e PZA-Cu comportam-se como não eletrólitos em

acetonitrila, uma vez que os valores de condutividades obtidos situam-se na faixa de espécies

não eletrolíticas. Portanto, para estes complexos pode-se concluir que os íons cloretos

possivelmente permanecem ou não coordenados ao metal dependendo das interações com o

solvente. Como a acetonitrila é um solvente pouco coordenante, os íons cloretos nesses

complexos estão coordenados ao centro metálico mesmo em solução.

112


5.6.2 Complexos metálicos com a isoniazida (INH)

As medidas de condutividade molar para as soluções dos complexos em acetonitrila

e água estão apresentadas na Tabela 13.

Tabela 13 - Condutividades molares (ΛM) obtidas para soluções dos complexos da INH 1,0 x

10-3

mol.L-1

em acetonitrila e água a temperatura de 25ºC. ACETONITRILA (27ºC)


(10-3

mol.L-1

)

ΛM

(Ω-1

.cm2.mol

-1)

INH-Co

1,00 8,39

INH-Ni

0,99 10,85

INH-Cu 1,01 5,96

ÁGUA (26ºC)


(10-3

mol.L-1

)

ΛM

(Ω-1

.cm2.mol

-1)

INH-Co

0,98 185,6

INH-Ni

1,01 206,8

INH-Cu 1,00 179,0

κ (acetonitrila) = 7,10 x 10-7

S.cm-1

κ (água) = 2,45 x 10-6

S.cm-1

Através das medidas de condutividade pode-se observar que os valores referentes aos

complexos INH-Co, INH-Ni e INH-Cu em água mostram que estes compostos comportam-se

como eletrólitos 1:2. Isto possivelmente indica a existência de pares iônicos devido ao efeito

de hidrólise provocado pela água, já que um solvente de elevada capacidade doadora pode

alterar o meio pelo deslocamento ou agrupamento das espécies, dando origem a compostos de

composição diferentes, nas quais o solvente pode está coordenado. Sendo a água um agente

doador em relação ao metal relativamente forte pode-se concluir que os íons cloretos não

permanecem coordenados ao metal nesse meio.

Os complexos INH-Co, INH-Ni e INH-Cu comportam-se como não eletrólitos em

acetonitrila, uma vez que as condutividades medidas estão abaixo do valor limite de 100 Ω-1

.

cm2.mol

-1 aceito para espécies não eletrolíticas. Pode-se concluir, portanto, que os íons

cloretos nesses complexos estão possivelmente coordenados ao metal central, o que pode ser

justificado pelo fato da acetonitrila ser um solvente pouco coordenante.

113


5.7 TERMOGRAVIMETRIA DOS COMPLEXOS

5.7.1 Termogravimetria dos complexos com a pirazinamida (PZA)

5.7.1.1 Termogravimetria do [Co(PZA)(H2O)2Cl2]

A Figura 68 mostra as curvas TG, DTG e DTA do complexo obtida em atmosfera de

N2. Os dados das temperaturas iniciais, finais, de picos da curva DTA e DTG estão na Tabela

14.

A curva termogravimétrica do complexo apresenta a primeira perda de massa em

torno de 117 ºC até 157 ºC, que está em concordância com a eliminação de dois mols de água

de coordenação para cada mol do complexo. A perda determinada experimentalmente é de

13,5% em massa, sendo próxima do valor calculado de 12,5%. Após o qual um patamar é

obtido até a temperatura de 247 ºC, quando uma segunda perda de massa é observada,

atribuída à saída de um terço do ligante PZA que corresponde a 15,9% (calculado 14,2%). O

terceiro estágio de perda de massa ocorre em três etapas consecutivas em torno de 336 ºC até

605 ºC, correspondentes à eliminação de dois terços do ligante PZA, dois mols dos grupos

aniônicos (cloretos) e um ganho de oxigênio. A soma das porcentagens de perdas de massas

nesse estágio é 42,8% (calculado 43,6%). O resíduo final foi atribuído à formação do óxido de

cobalto. A porcentagem de produto final foi de 27,8%, valor próximo ao esperado de 25.9%.

O resultado da análise termogravimétrica concorda com a estequiometria proposta pela

análise elementar de CHN.

A curva DTA apresentou cinco picos principais, sendo a primeira perda de massa

associada a um pico endotérmico em 149 ºC referente à desidratação do composto. Seguido

de dois picos endotérmicos, o primeiro em 325 ºC referente à saída de parte do ligante e o

segundo em 386 ºC correspondente à eliminação de cloretos e do restante do ligante que

permaneceu na etapa anterior. Os picos exotérmicos em 512 ºC e 594 ºC, respectivamente

podem ser atribuídos à queima de resíduos orgânicos, levando a formação de óxido metálico

como produto final.

114


Figura 68 - Curvas TG, DTG e DTA do complexo [Co(PZA)(H2O)2Cl2] em atmosfera de N2,



razão de aquecimento de 10°C.min-1

.

Tabela 14 - Dados obtidos nas curvas de Análise Térmica do complexo [Co(PZA)(H2O)2Cl2]

em atmosfera de N2. Eventos TG DTA DTG

Intervalo/ºC Pico/ºC Pico/ºC

Endotérmico 117-157 149 146

Endotérmico

Endotérmico

247-328

336-365

325

386

321

354

Exotérmico

Exotérmico

365-557

557-605

512

597

524

594

5.7.1.2 Termogravimetria do [Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O

As curvas TG, DTG e DTA do composto obtida em atmosfera de N2 encontra-se na

Figura 69. As temperaturas iniciais, finais e de picos são mostrados na Tabela 15.

A curva termogravimétrica do composto sugere quatro etapas de perdas de massa. A

primeira perda de massa de 12,8% (calculado 11,7%) corresponde à saída de dois mols de

moléculas de água, sendo uma delas de coordenação. A segunda perda ocorreu com um

máximo em aproximadamente 376 ºC e é acompanhada por uma perda de 6,81% (calculado

5,87%) referente à eliminação de um mol de molécula de água coordenada. O terceiro estágio

de perda de massa ocorreu em duas etapas sucessivas iniciadas em torno de 383 ºC até 530 ºC

correspondente à eliminação do ligante PZA, juntamente com 4/3 do grupo aniônico (cloreto)

115


e um ganho de oxigênio. A soma das porcentagens de perdas de massas nesse estágio é 47,6%

(calculado 52,1%).

A 900ºC o resíduo final da decomposição térmica corresponde à formação de 1/3 do

oxicloreto do metal. A porcentagem do resíduo final é de 32,7%, valor próximo do calculado

de 30,3%. A proposta estequiométrica inferida a partir dos resultados obtidos pela

termogravimetria corrobora com os da análise elementar de CHN.

A curva DTA exibiu quatro picos, sendo a primeira e a segunda perda de massa

associadas a picos endotérmicos em 192 ºC e 376 ºC respectivamente, referentes à

desidratação do composto e a termodecomposição do ligante. Seguido de um pico exotérmico

em 442 ºC e um pico endotérmico pouco pronunciado em 529 ºC, que podem ser atribuídos à

queima da matéria orgânica levando a formação de oxicloreto de níquel como resíduo final.

Figura 69 - Curvas TG, DTG e DTA do complexo [Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O em atmosfera


, massa da amostra de 4 mg, cadinho de

alumina e razão de aquecimento de 10°C.min-1

.

Tabela 15 - Dados obtidos nas curvas de Análise Térmica do complexo [Ni(PZA)(H2O)2Cl2]

H2O em atmosfera de N2 . Eventos TG DTA DTG




Exotérmico 383-436 442 420


116


5.7.1.3 Termogravimetria do [Cu(PZA)2Cl2]

As curvas TG, DTG e DTA do complexo obtida em atmosfera de N2 encontra-se na


A curva termogravimétrica mostra que a decomposição térmica ocorreu em quatro

etapas. A primeira perda de massa em torno de 223 ºC até 251 ºC está em concordância com a

saída dos grupos aniônicos (cloretos). O valor experimental referente a essa primeira perda é

de 17,3% (calculado 18,6%). A segunda ocorreu entre 251 ºC a 290 ºC e é acompanhada por

uma perda de massa de 32,1% (calculado 32,3%) correspondente a saída de um ligante PZA.

O terceiro estágio referente a terceira e a quarta perda de massas ocorreu em duas etapas

consecutivas iniciadas em 290 ºC até 512 ºC referente à saída do segundo ligante PZA e um

ganho de oxigênio. A soma das porcentagens de perdas correspondentes a este estágio é de

30,2% (calculado 28,1%). O resíduo final foi atribuído à formação do óxido do metal. A

porcentagem do resíduo final é de 20,4%, valor próximo ao calculado de 20,9%. O resultado

termogravimétrico esta de acordo com o estabelecido pela análise elementar de CHN para

estequiometria do composto.

A curva DTA, por sua vez exibiu um pico endotérmico em 228 ºC que pode ser

sugerido como a saída de dois mols de cloretos. A ausência de um evento térmico compatível

com a segunda perda de massa sugere que nessa etapa devem ocorrer simultaneamente

eventos endo e exotérmicos, cujo saldo de calor não é suficiente para provocar o surgimento

de um pico. Para essa etapa pode-se sugerir a saída dos ligantes PZA. Os picos exotérmicos

em 330 ºC e 510 ºC, respectivamente são atribuídos à queima de resíduos orgânicos levando a

formação do respectivo óxido do metal como produto final.

117


Figura 70 - Curvas TG, DTG e DTA do complexo [Cu(PZA)2Cl2] em atmosfera de N2, vazão


, massa da amostra de 4 mg, cadinho de alumina e razão

de aquecimento de 10°C.min-1

.

Tabela 16 - Dados obtidos nas curvas de Análise Térmica do complexo [Cu(PZA)2Cl2] em

atmosfera de N2. Eventos TG DTA DTG



- 251-290 - 280

Exotérmico 290-341 330 325

Exotérmico 341-512 510 500

Na Figura 71 podem-se observar as três curvas termogravimétricas correspondentes

os complexos de cobalto, níquel e cobre com a pirazinamida (PZA). A primeira etapa de

decomposição do complexo PZA-Co se iniciou e terminou muito antes da primeira etapa dos

outros compostos. Pode-se concluir que o complexo, cujo centro metálico é o cobalto, é

menos estável quando comparado com os complexos de níquel e cobre. O complexo de cobre

é o que apresenta maior estabilidade térmica, pois a primeira etapa de decomposição iniciou-

se muito depois que as dos demais compostos.

118


Figura 71 - Curvas TG para os complexos PZA-Co, PZA-Ni e PZA-Cu em atmosfera de N2,




.

5.7.2 Termogravimetria dos complexos com a isoniazida (INH)

5.7.2.1 Termogravimetria do [Co(INH)2Cl2] 4H2O

As curvas TG, DTG e DTA do composto INH-Co obtida em atmosfera de N2

encontra-se na Figura 72. As temperaturas iniciais, finais e de picos são mostrados na Tabela

17.

A curva termogravimétrica do complexo apresentou sete etapas de decomposição. A

primeira ocorreu entre 31 ºC - 83 ºC, correspondendo a um percentual de 7,47% (calculada

7,56%) atribuída à eliminação de dois mols de moléculas de água. A segunda ocorreu entre 95

ºC - 141 ºC, que corresponde a um percentual de perda de 6,68% (Calculado 7,56%) referente

à saída de mais dois mols de água. Devido à diferença de temperatura destes processos, todas

essas águas são consideradas de hidratação. A terceira perda de massa ocorreu em

aproximadamente 224 ºC até 267 ºC, atribuída provavelmente à saída do fragmento C6H4NO,

correspondente a 22,2% (calculada 22,3%). A quarta perda corresponde à eliminação do

fragmento N2H3, que ocorreu entre 339 ºC - 360 ºC, referente a uma perda de 7,62%

(calculada 6,52%). A quinta perda ocorreu entre 362 ºC - 434 ºC, e é acompanhada pela

eliminação de um grupo aniônico (cloreto), correspondendo a um percentual de 7,43%

(calculada 7,44%). A sexta e a sétima perdas ocorreram em aproximadamente 434 ºC até 710

ºC, correspondendo ao sexto estágio de perda de massa, que pode ser sugerida como sendo à

saída de um ligante INH, um grupo aniônico (cloreto) e um ganho de oxigênio. Este estágio

119


apresentou uma perda total de 32,4% (calculada 32,8%). O resíduo final foi atribuído à

formação de um mol de óxido do metal. O valor experimental de 16,2% está em boa

concordância com o valor calculado de 15,7%. Os resultados concordaram com a

estequiometria proposta pela análise de CHN.

A curva DTA apresentou sete picos em correspondência às perdas de massas

exibidas pela curva TG. Os dois primeiros picos endotérmicos, que aparecem em 73 ºC e 128

ºC, respectivamente são atribuídos à desidratação. Os picos endotérmicos em 257 ºC e 355 ºC

são referentes ao calor utilizado na termodecomposição do complexo anidro. Os picos

exotérmicos em 424 ºC, 500 ºC e 676 ºC são atribuídos à queima da matéria orgânica, com a

formação simultânea do óxido de cobalto como resíduo final.

Figura 72 - Curva TG, DTG e DTA do complexo [Co(INH)2Cl2] 4H2O em atmosfera de N2,




.

Tabela 17 - Dados obtidos nas curvas de Análise Térmica do complexo [Co(INH)2Cl2] 4H2O



Endotérmico 31 – 83 73 69

Endotérmico 95 – 141 128 124

Endotérmico

Endotérmico

Exotérmico

224 – 267

339 - 360

362 – 434

257

355

424

259

348

423

Exotérmico

Exotérmico

434 – 556

556 – 710

500

676

494

668

120


5.7.2.2 Termogravimetria do [Ni(INH)2Cl2] 2H2O

As curvas TG, DTG e DTA do complexo obtido em atmosfera de N2 encontra-se na

Figura 73. As temperaturas iniciais, finais e de picos DTA e DTG são mostrados na Tabela

18.

A curva termogravimétrica do complexo mostrou seis etapas diferentes de perda de

massa. A primeira etapa iniciando-se por volta de 31 ºC e terminado por volta de 103 ºC,

correspondendo a uma perda de 8,98% (calculado 8,19%) é referente à saída de duas

moléculas de água de hidratação. A segunda, ocorrendo entre 278 ºC - 298 ºC,

correspondendo a um percentual de perda de 18,7% (calculada 18,6%) é referente à saída de

3/5 do ligante INH. A terceira etapa, começando em 298 ºC e terminando em 334 ºC,

correspondendo a 11,5% (calculada 12,5%) é atribuída à saída de 2/5 do ligante INH. A

quarta etapa ocorreu em 334 ºC até 383 ºC, correspondendo a uma perda de 16,2% (calculado

16,1%), provavelmente devido à saída de dois mols de cloretos. O último estágio de perda é

referente a quinta e a sexta etapa de perda de massa, que começa por volta de 383 ºC até 548

ºC que pode ser atribuído à saída de um ligante INH e um ganho de oxigênio. A soma das

porcentagens dessas duas etapas é de 27,5% (calculado 27,4%). A relação estequiométrica do

complexo indica a formação de NiO como resíduo final. O valor observado foi de 17,1%, que

está em boa concordância com o valor calculado 16,9%. A estequiometria proposta pela

análise elementar de CHN está de acordo com a estabelecida pela termogravimetria.

A curva DTA do complexo de níquel com a isoniazida apresentou seis picos. O

primeiro pico endotérmico apareceu em 74 ºC devido à desidratação do complexo. A

decomposição térmica do composto anidro ocorreu em 288 ºC, 353 ºC e 389 ºC referentes a

três picos endotérmicos que são atribuídos a absorção de calor para termodecomposição do

complexo. Os picos exotérmicos em 421 ºC e 530 ºC correspondem à queima de resíduos

orgânicos, levando a formação do resíduo final que foi atribuído como sendo o óxido de

níquel.

121


Figura 73 - Curva TG, DTG e DTA do complexo [Ni(INH)2Cl2] 2H2O em atmosfera de N2,




.

Tabela 18 - Dados obtidos nas curvas de Análise Térmica do complexo [Ni(INH)2Cl2] 2H2O




Endotérmico 278 – 298 288 286

Endotérmico 298 – 334 353 326

Endotérmico

Exotérmico

334 – 383

383 – 457

389

421

377

436

Exotérmico 457 – 548 530 525

5.7.2.3 Termogravimetria do [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O

As curvas TG, DTG e DTA do composto obtido em atmosfera de N2 encontram-se na


A curva termogravimétrica do complexo apresentou cinco etapas de perdas de massa.

A primeira ocorreu entre 26 ºC - 77 ºC, correspondendo a um percentual de 5,58% (calculado

5,24%) atribuída à eliminação de um mol de moléculas de água de hidratação. A segunda

ocorreu entre 77 ºC - 170 ºC, que corresponde a um percentual de perda de 15,2% (calculado

15,7%) referente à saída de mais três mols de moléculas de água. A diferença de temperatura

nesta etapa indica que duas dessas águas são de coordenação e uma de hidratação. A terceira

perda de massa ocorreu em aproximadamente 170 ºC até 263 ºC, atribuída à saída do

fragmento C6H4NO, correspondente a 31,2% (calculado 30,8%). A quarta perda corresponde

122


à eliminação do fragmento N2H3, que ocorreu entre 263 ºC - 312 ºC, referente a uma perda de

8,31% (calculado 9,06%). O quinto estágio de perda massa ocorreu entre 312 ºC - 529 ºC, e é

acompanhada pela eliminação de 4/3 do grupo aniônico (cloreto) e um ganho de oxigênio,

correspondendo a um percentual de 9,32% (calculado 10,6%). O resíduo final foi atribuído à

formação de 1/3 de oxicloreto do metal. O valor experimental é de 30,4% (calculado 28,5%).

Os resultados concordaram com a estequiometria proposta pela análise de CHN.

A curva DTA do complexo de cobre com a isoniazida apresentou seis picos. Os picos

endotérmicos em 91 ºC e 125 ºC, respectivamente são referentes à desidratação do complexo.

A decomposição térmica do composto anidro ocorreu em 262 ºC referente ao pico

endotérmico, que é atribuído à absorção de calor para termodecomposição do complexo. Os

picos exotérmicos em 295 ºC, 422 ºC e 533 ºC atribui-se à queima da matéria orgânica com a

formação simultânea do oxicloreto de cobre como produto final.

Figura 74 - Curva TG, DTG e DTA do complexo [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O em atmosfera


, massa da amostra de 4mg, cadinho de

alumina e razão de aquecimento de 10°C.min-1

.

Tabela 19 - Dados obtidos nas curvas de Análise Térmica do complexo [Cu(INH)(H2O)2Cl2]

2H2O em atmosfera de N2. Eventos TG DTA DTG



Endotérmico 77 – 170 125 129

Endotérmico 170 – 263 262 254

Exotérmico

Exotérmico

263 – 312

312 – 428

295

422

297

419

Exotérmico 428 – 529 533 532

123


Na Figura 75 pode-se observar as três curvas termogravimétricas correspondentes os

complexos de cobalto, níquel e cobre com a isoniazida (INH). A primeira etapa de

decomposição para os complexos praticamente se iniciou à mesma temperatura, mas as curvas

apresentaram etapas de decomposição diferentes.

Figura 75 - Curva TG para os complexos INH-Co, INH-Ni e INH-Cu em atmosfera de N2,




.

Convêm salientar que é difícil descrever com muita certeza as reações que ocorrem,

porque não disponhamos de acessórios acoplados aos canais de registro capaz de analisar os

gases resultantes da termodecomposição. As discussões qualitativas aqui apresentadas devem

ser tomadas com cautela, pois a não ser que seja feito um estudo dos intermediários e

produtos finais por métodos físicos e químicos de análise, não se podem tirar conclusões

definitivas.

124


5.8 CALORIMETRIA EXPLORATÓRIA DIFERENCIAL (DSC)

As curvas DSC dos complexos sintetizados encontram-se nas Figuras 76 a 81. Essas

curvas mostram picos endotérmicos e exotérmicos em correspondência com os observados ou

não nas curvas DTA. Os perfis dos eventos exotérmicos nas curvas DSC diferem dos

observados nas curvas DTA. Essas diferenças são provocadas pelas condições experimentais,

isto é, as curvas TG-DTA foram obtidas utilizando suporte de amostra sem tampa.

5.8.1 Complexos metálicos da pirazinamida (PZA)

5.8.1.1 Complexo [Co(PZA)(H2O)2Cl2]

A Figura 76 mostra a curva DSC do complexo de cobalto com a PZA em atmosfera

de N2 e razão de aquecimento de 10 °C.min-1

, onde inicialmente apresentou dois picos

endotérmicos correspondentes à desidratação com máximos em 49 °C e 152 ºC

respectivamente. Os picos endotérmicos observados em 325 ºC e 423 ºC podem ser atribuídos

à decomposição térmica do composto anidro; seguido por um pico exotérmico com o máximo

em 472 ºC atribuído à queima da matéria orgânica. Alguns destes eventos não foram

observados em temperaturas próximas aos da curva DTA.

Figura 76 - Curva DSC do complexo [Co(PZA)(H2O)2Cl2] em atmosfera de N2, vazão de gás

de 50 mL.min-1

, massa da amostra de 1 mg, suporte da amostra de alumínio e


.

125


5.8.1.2 Complexo [Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O

A Figura 77 mostra a curva DSC do complexo de níquel com a PZA em atmosfera de

N2 e razão de aquecimento de 10 °C.min-1

. Os picos endotérmicos com máximos em 45 ºC, 72

ºC e 188 ºC são atribuídos à desidratação do composto. Os picos endotérmicos em 360 ºC e

408 ºC são correspondentes à decomposição térmica do complexo anidro. Os picos

exotérmicos observados em 434 ºC e 454 ºC podem ser atribuídos à queima de resíduos

orgânicos. Alguns desses eventos não foram evidenciados em temperaturas próximas daquelas

obtidas na curva DTA.

Figura 77 - Curva DSC do complexo [Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O em atmosfera de N2, vazão



alumínio e razão de aquecimento de 10°C.min-1

.

5.8.1.3 Complexo [Cu(PZA)2Cl2]

A Figura 78 mostra a curva DSC do complexo de cobre com a PZA em atmosfera de


, no qual apresentou dois picos endotérmicos com

máximos em 231 °C e 257 ºC, referentes ao processo de termodecomposição do composto;

seguido por três picos exotérmicos em 299 ºC, 408 ºC e 445 ºC, respectivamente, que podem

ser atribuídos à combustão da matéria orgânica. Um dos eventos observado na curva DSC não

foi evidenciado na curva DTA.

126


Figura 78 - Curva DSC do complexo [Cu(PZA)2Cl2] em atmosfera de N2, vazão de gás de 50

mL.min-1


aquecimento de 10°C.min-1

.

5.8.2 Complexos metálicos da isoniazida (INH)

5.8.2.1 Complexo [Co(INH)2Cl2] 4H2O

A Figura 79 mostra a curva DSC do complexo de cobalto com a INH em atmosfera

de nitrogênio e razão de aquecimento de 10 ºC.min-1

, onde se apresentou de maneira bastante

complexa, de modo que dificultou a análise para as devidas atribuições. Os eventos que

provavelmente tenham ocorrido, podem ser a desidratação do composto, seguido da

decomposição térmica do composto anidro e queima de resíduos orgânicos. Estes eventos

ocorreram próximos daquelas observadas na curva DTA.

127


Figura 79 - Curva DSC do complexo [Co(INH)2Cl2] 4H2O em atmosfera de N2, vazão de gás

de 50 mL.min-1



.

5.8.2.2 Complexo [Ni(INH)2Cl2] 2H2O

A Figura 80 mostra a curva DSC do complexo de níquel com a INH em atmosfera de


, em que inicialmente apresentou um pico

endotérmico em 78 °C correspondente à desidratação do complexo. Em seguida observou-se

três picos endotérmicos em 282 °C, 319 ºC e 367 ºC, que podem ser referentes às etapas de

termodecomposição do composto anidro. Acima de 367 ºC não foi evidenciado nenhum pico

referente a quaisquer tipos de eventos. Alguns desses eventos não foram observados em

temperaturas similares às encontradas na curva DTA.

Figura 80 - Curva DSC do complexo [Ni(INH)2Cl2] 2H2O em atmosfera de N2, vazão de gás

de 50 mL.min-1



.

128


5.8.2.3 Complexo [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O

A Figura 81 mostra a curva DSC do complexo de cobre com a INH em atmosfera de


, onde foram observados dois picos endotérmicos

com máximos em 86 °C e 134 ºC que são atribuídos à desidratação do complexo. Os três

picos endotérmicos observados em 194 ºC, 246 ºC e 325 ºC são sugeridos como sendo

referentes à decomposição térmica do composto anidro. O pico exotérmico com máximo em

403 ºC é atribuído à queima da matéria orgânica. Alguns desses eventos não foram

observados em temperaturas similares às encontradas na curva DTA.

Figura 81 - Curva DSC do complexo [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O em atmosfera de N2, vazão



alumínio e razão de aquecimento de 10°C.min-1

.

5.9 ESTEQUIOMETRIA DOS COMPOSTOS

A estequiometria dos complexos foi estabelecida a partir dos resultados da análise

elementar de CHN, resultados experimentais (% H2O e % Ligante) obtidos pelas curvas

termogravimétricas (TG), teores de metais obtidos por complexometria por EDTA e curvas

TG, que estão apresentados na Tabela 7 na subseção 5.2.3, os quais foram comparados aos

valores teóricos obtidos.

Na Tabela 20 encontram-se os resultados da análise elementar de CHN para os

complexos PZA-Co, PZA-Ni e PZA-Cu. De acordo com os resultados para o complexo PZA-

Co, propõe-se que para cada mol do complexo está presente um mol do ligante PZA, dois

mols de cloreto e dois mols de água coordenada. Para o complexo PZA-Ni, propõe-se que por

129


cada mol do complexo está presente um mol do ligante PZA, dois mols de cloreto e três mols

de moléculas de água, sendo que uma dessas está presente na esfera de coordenação como

água de hidratação. Para o complexo PZA-Cu, propõe-se a presença de dois mols do ligante

PZA e dois mols de cloreto para cada mol do complexo.

Tabela 20 - Resultados de CHN para os complexos PZA-Co, PZA-Ni e PZA-Cu. PZA-Co PZA-Ni PZA-Cu

[Co(PZA)(H2O)2Cl2] [Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O [Cu(PZA)2Cl2]

Exp Cal % Erro Exp Cal % Erro Exp Cal % Erro

%C

20,5 20,8 1,44 22,1

23,5 5,96 31,3 31,6 0,95

%H

3,00 3,14 4,46 3,61

3,61 0,00 2,86 2,65 7,92

%N 14,2 14,5 2,07 13,1 13,7 4,37 21,1 22,1 4,52

Na Tabela 21 são apresentados os resultados das análises elementares de CHN dos

complexos INH-Co, INH-Ni e INH-Cu. Com base nos resultados obtidos para o complexo

INH-Co, propõe-se que para cada mol do complexo estejam presentes dois mols do ligante

INH, dois mols de cloreto e quatro mols de água de hidratação. Para o complexo INH-Ni,

propõe-se que por mol do complexo estejam presentes dois mols do ligante INH, dois mols de

cloreto e dois mols de moléculas de água de hidratação. Para o complexo INH-Cu, propõe-se

que a cada mol do composto estejam presentes um mol do ligante INH, dois mols de cloreto e

quatro mols de água, sendo que duas dessas estão presentes na forma de água de hidratação.

Tabela 21 - Resultados de CHN para os complexos INH-Co, INH-Ni e INH-Cu. INH-Co INH-Ni INH-Cu

[Co(INH)2Cl2] 4H2O [Ni(INH)2Cl2] 2H2O [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O

Exp Cal % Erro Exp Cal % Erro Exp Cal % Erro

%C

31,2 30,3 2,97 31,9 32,8 2,74 21,3 20,9 1,91

%H

4,15 4,66 10,9 4,25 4,13 2,90 4,08 4,37 6,64

%N 16,8 17,6 4,54 18,1 19,1 5,23 11,7 12,2 4,10

As porcentagens de perdas de água e de ligantes nos complexos são apresentadas na

Tabela 22.

130


Tabela 22 - Resultados termoanalíticos dos complexos estudados. Compostos H2O (% Perda)* LIGANTES (% Perda)*

Cal. TG Cal. TG

[Co(PZA)(H2O)2Cl2] 12,6 13,5 57,8 58,7

[Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O 17,6 19,6 52,1 47,6

[Cu(PZA)2Cl2] - - 79,0 79,6

Compostos H2O (% Perda)* LIGANTES (% Perda)*

Cal. TG Cal. TG

[Co(INH)2Cl2] 4H2O 15,1 14,1 69,1 69,6

[Ni(INH)2Cl2] 2H2O 8,19 8,98 74,6 73,9

[Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O 20,9 20,8 50,5 48,8

* Soma total das porcentagens de perdas de massa.

5.10 PROPOSIÇÃO ESTRUTURAL

Com base nos resultados obtidos das análises de espectroscopia no infravermelho e

termogravimetria; e em concordância com os resultados obtidos de análise elementar de CHN

e de condutividade molar, sugere-se as seguintes estruturas para os complexos. Para todos os

compostos, os íons metálicos encontram-se em ambiente de coordenação octaédrico com uma

forte distorção tetragonal devido ao efeito de Jahn-Teller no sítio do metal.

5.10.1 Complexos com a pirazinamida (PZA)

Os sítios de coordenação estão ocupados por dois átomos de cloro, duas moléculas

de água e por uma molécula de pirazinamida coordenada via oxigênio da carbonila e

nitrogênio alfa do anel heterocíclico para os complexos (1) e (2). Para o complexo (3), os

sítios de coordenação estão ocupados por dois átomos de cloro e por duas moléculas de

pirazinamida coordenadas através do átomo de oxigênio do grupo carbonila e nitrogênio alfa

do anel pirazínico (Figura 82).

131


Figura 82 - Estruturas propostas para os complexos [Co(PZA)(H2O)2Cl2] (1),

[Ni(PZA)(H2O)2Cl2] H2O (2) e [Cu(PZA)2Cl2] (3).

5.10.2 Complexos com a isoniazida (INH)

Os sítios de coordenação estão ocupados por dois átomos de cloro e por duas

moléculas de isoniazida coordenadas através do oxigênio da carbonila e nitrogênio do grupo

hidrazida para os compostos (1) e (2). Para o composto (3), os sítios de coordenação estão

ocupados por dois átomos de cloro, duas moléculas de água e por uma molécula de isoniazida

coordenada através do átomo de nitrogênio terminal do grupo hidrazida e oxigênio da

carbonila (Figura 83).

132


Figura 83 - Estruturas propostas para os complexos [Co(INH)2Cl2] 4H2O (1), [Ni(INH)2Cl2]

2H2O (2) e [Cu(INH)(H2O)2Cl2] 2H2O (3).

6 CONCLUSÃO

134


6 CONCLUSÃO

Com base nos resultados obtidos pela análise elementar de CHN, curvas

termogravimétricas e da complexometria com EDTA, foi possível estabelecer a

estequiometria geral destes compostos, que apresentaram fórmula geral: MLCl2.nH2O, sendo

M = Co(II), Ni(II) e Cu(II); L = PZA, com n = 2 para o composto de Co(II), n = 3 para o de

Ni(II) e n = 0 para o composto de Cu(II). Os complexos da isoniazida apresentaram as

fórmulas gerais: ML2Cl2.nH2O, sendo M = Co(II) e Ni(II); L = INH; com n = 4 para o

composto de Co(II), n = 2 para o de Ni(II) e MLCl2.nH2O, sendo M = Cu(II) e L = INH, com

n = 4.

As medidas dos pontos de fusão forneceram informações importantes quanto à

formação dos compostos de coordenação. Nenhum dos complexos estudados fundiram em

temperaturas próximas daquelas dos ligantes livres, indicando uma forte tendência da

formação dos compostos.

Conforme os difratogramas de raios X (método do pó), todos os complexos dos

metais da série estudada com o ligante pirazinamida (PZA) apresentaram linhas de difração,

indicando que os compostos possuem cristalinidade. Dos complexos dos metais da série com

o ligante isoniazida (INH), somente o de cobalto não possui padrão de difração, já os demais

apresentaram reflexões em seus difratogramas, indicando que estes compostos se

apresentaram no estado cristalino.

As curvas TG-DTA e DSC permitiram elucidar eventos térmicos que podem ser

atribuídos aos processos de desidratação, termodecomposição parcial do complexo anidro e

degradação oxidativa da matéria orgânica.

Com relação à coordenação metal-ligante pode-se sugerir, baseados nos espectros de

absorção na região do infravermelho, que no geral a coordenação dos íons metálicos nos

compostos com a pirazinamida é feita principalmente pelo átomo de oxigênio da carbonila e

pelo nitrogênio alfa do anel heterocíclico. Nos compostos com a isoniazida a coordenação é

feita através de forma bidentada pelo átomo de oxigênio da carbonila e pelo nitrogênio

terminal do grupo hidrazida. Em todo caso, a justificativa é feita pelo deslocamento da

freqüência observada quando se compara os espectros desses compostos com o do ligante

livre, permitindo de acordo com valores de deslocamento sugerir qual o sítio está coordenado

ao metal.

135


As medidas de condutividade para os complexos em solução aquosa sugerem para

todos eles, comportamento de eletrólitos do tipo 1:2, que pode ser atribuído à presença de

pares iônicos. Já em acetonitrila, todos os complexos tiveram comportamento de não

eletrólitos.

Tomando como base a conclusão, acreditamos que o objetivo deste trabalho tenha

sido alcançando no que diz respeito à contribuição para síntese inorgânica de complexos

metálicos que apresentam possivelmente atividade biológica e a caracterização destes.

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137


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