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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA – DQMC
QIE0001 – Química Inorgânica Experimental
Prof. Fernando R. Xavier
Prática 10 – Bioinorgânica: Síntese do bisglicinatocobre(II)
1. Introdução
Atualmente, são oficialmente reconhecidos 114 elementos químicos.
Cerca de 30 destes elementos são classificados como sendo indispensáveis a
alguma forma de vida. Destes, 13 metais são essenciais para as plantas e
animais. Sódio, potássio, magnésio e cálcio estão presentes em grandes
quantidades nas formas vivas, enquanto que vanádio, cromo, molibdênio,
manganês, ferro, cobalto, níquel, cobre e zinco, presentes em pequenas
quantidades, são conhecidos como elementos em concentração traço. Este
último grupo de elementos em particular está relacionado à química de
biocoordenação ou química bioinorgânica.
A química bioinorgânica é fruto de estudos de diversos campos do
conhecimento, como Química, Biologia, Física e Matemática. Seu crescimento
deve-se à necessidade de se compreender plenamente os processos
biológicos mediados por metais. Este campo, como tal, surgiu nos anos 70
sendo chamada de bioquímica inorgânica gerando então polêmica por seu
título tão paradoxal. Entretanto foi nesse período que cientistas dos mais
variados campos do conhecimento despertaram grande interesse pelo papel
dos metais nos sistemas vivos. A Figura 1 (a seguir) ilustra o conjunto das
diferentes áreas do conhecimento que constituem a química bioinorgânica sob
um panorama atual:
Figura 1. Contextualização da química bioinorgânica de acordo com as
adjacências e superposições de campos do conhecimento sob o ponto de vista
de um bioquímico.
Embora a biologia e bioquímica estejam geralmente associadas
diretamente à química orgânica, os elementos inorgânicos em quantidades
ínfimas são essenciais para a manutenção de diversos processos vitais. Dentre
estes, pode-se salientar o desenvolvimento de seres vivos, a respiração, o
metabolismo, a fixação de nitrogênio, a fotossíntese, a transmissão de
impulsos nervosos, a contração muscular e a proteção contra agentes tóxicos e
mutagênicos.
Atualmente pode-se caracterizar dois grandes grupos de atuação na
química bioinorgânica um no estudo da ocorrência natural de elementos
inorgânicos na biologia dos seres vivos e outro atuando na introdução de
metais em sistemas biológicos como dispositivos exploratórios e drogas.
Como subgrupos da química bioinorgânica podemos citar: estudo do
ambiente de coordenação do íon metálico em metaloenzimas, estudo dos
mecanismos das reações que ocorrem nos centros metálicos das enzimas;
desenvolvimento de análogos sintéticos para sítios ativos das metaloproteínas
(projeto, síntese, caracterização estrutural e físico-química e reações
catalíticas); desenvolvimento de fármacos contendo metais para a cura ou
prevenção de doenças (síntese e mecanismo de ação); estudos de remoção e
transporte de íons metálicos e compostos metálicos de e para sistemas vivos
(desintoxicação) e processos de biomineralização.
Proteínas são cadeias poliméricas orgânicas compostas de unidades
básicas denominadas aminoácidos. Destes aminoácidos, que são 20 (vinte),
muitos possuem átomos doadores de elétrons adequados à quelação de íons
metálicos. A tabela a seguir apresenta os vinte aminoácidos encontrados em
proteínas.
Tabela 1. Lista dos 20 (vinte) aminoácidos responsáveis pela formação de
proteínas.
As interações entre íons metálicos e biomoléculas são, geralmente, da
mesma natureza das existentes em complexos cássicos, e por isso são
tratadas de acordo com as teorias da química de coordenação. Sendo assim,
as propriedades das biomoléculas que contém metais dependem do número e
distribuição de elétrons de valência nos orbitais d.
Os aminoácidos que normalmente funcionam como ligantes são a
cisteína e a metionina (ligadas pelo enxofre ao metal), a histidina (ligada pelos
nitrogênios do anel imidazólico), o aspartato e o glutamato (ligados pelos
grupos carboxilatos) e a tirosina (ligada ao metal pelo oxigênio fenólico). Com a
exceção da tirosina, tem-se observado que os demais podem atuar como
ligante-ponte entre dois íons metálicos ou como ligantes terminais de um íon
metálico simples.
2. Objetivos
Sintetizar o complexo de relevância bioinorgânica bisglicinatocobre(II).
3. Pré-laboratório
a) Escreva a distribuição eletrônica, segundo Linus Pauling, para o cobre
metálico bem como seus estados 1+ e 2+, respectivamente.
b) Quais os números de coordenação e geometrias mais comuns
encontrados em complexos de cobre?
c) Como é possível tratar aminoácidos e peptídeos como ligantes em
química inorgânica?
d) Cite pelo menos dois processos metabólicos em que íons metálicos
estão presentes.
e) Utilizando a teoria do campo cristalino, mostre por que a formação do
ânion complexo trisglicinatocuprato(II) não é favorecida.
f) Desenhe a estrutura do complexo trisleucinatocromo(III).
4. Materiais e Métodos
4.1 Materiais
01 béquer de 100 mL
01 béquer de 25 mL
Espátulas
Funil de Büchner
Pipetas de 5 ou 10 mL
Papel filtro
Kitassato
Rolha p/ kitassato
Chapa de aquec. c/ agitação
Barra magnética
Termômetro
Banho de gelo
4.2 Reagentes
CuCl2.2H2O
Glicina
CH3COONa
Etanol
Éter etílico ou Acetona
Água destilada
4.3 Procedimento Experimental
Pese 0,85 g de cloreto de cobre dihidratado e, em um béquer de 100
mL, o dissolva em 5 mL de água destilada. (se necessário, aqueça levemente a
mistura). Adicione à solução obtida 5 mL etanol 95% à solução.
Paralelamente, em um béquer de 25 mL, dissolva 0,76 g de glicina em
5 mL de água destilada. Adicione então, 0,82 g de acetato de sódio e agite o
sistema até total dissolução do sólido.
Com o auxílio de um conta-gotas, adicione o ligante sobre o metal e
anote as modificações ocorridas. Um precipitado irá se formar.
Aqueça a reação a 70 oC por 15 min e então resfrie o sistema em água
corrente. Para maximizar o processo de precipitação, coloque o béquer com a
mistura em banho de gelo por 15 minutos. Filtre à vácuo o precipitado formado,
e lave-o com etanol gelado e éter etílico ambos gelados. Deixe o sólido secar a
temperatura ambiente e acondicione-o em um recipiente adequado indicado
pelo professor. Calcule o rendimento experimental da reação de complexação.
5. Resultados e Questionário
Com base nas observações feitas respoda as seguintes questões:
(a) Escrever a equação química que rege a formação do [Cu(gly)2]. Calcule
o rendimento da reação.
(b) Com base nas quantidades de reagentes empregados no processo
pode-se afirmar que esta é uma reação química estequiométrica ou
algum reagente está em excesso?
(c) Qual o papel do acetato de sódio nesta reação? Explique.
(d) Qual a geometria do complexo sintetizado? Este composto pode
apresentar algum tipo de isomeria?
(e) Calcule a fórmula centesimal do complexo sintetizado.
(f) Sendo a glicina um aminoácido, quais são as possíveis protonações e
desprotonações que ela poderá sofrer? Mostre sob a forma de
equilíbrios químicos.