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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
INSTITUTO DE QUÍMICA
Autoxidação dos complexos de tetra, penta e hexaglicina
de Ni(II), Co(II) e Cu(II) induzida por S(IV).
Determinação de S(IV) e aldeídos por quimiluminescência.
Luciana Batista de Carvalho
Tese de Doutorado
Profª. Drª. Nina Coichev
Orientadora
São Paulo, 02 de janeiro de 2007.
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À Deus por estar presente em todos
os momentos de minha vida,
me dando forças para enfrentar
as dificuldades.
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Aos meus pais,
Paulo e Tânia, com carinho.
Sem o apoio e o amor de vocês,
nada seria possível.
Ao meu esposo Gabriel, com amor.
Sem você para compartilhar
minha vida, nada faria sentido.
À Profª. Drª. Nina Coichev
pela amizade, auxílio e orientação
no desenvolvimento deste trabalho.
AGRADECIMENTOS
À Profª. Drª. Nina Coichev pela orientação científica, incentivo e amizade.
A todos os professores do Instituto de Química da USP que muito
contribuíram para minha formação acadêmica e pessoal.
A todos os funcionários do Instituto de Química da USP e ao pessoal da
seção de pós-graduação pela atenção e eficiência na prestação de serviços.
À querida amiga Cristina Machado pelo auxílio, amizade e agradável
convivência em laboratório.
A todos os antigos e atuais colegas de laboratório: Giselle, Maria, Rubén,
Horácio, Patrícia, Rodrigo, Laerte, Margareth e Luciene, pela convivência,
colaboração científica, apoio e valiosas contribuições durante todo o
desenvolvimento do trabalho.
A todos os meus colegas e amigos do Instituto de Química, em especial aos
moitas, que direta ou indiretamente contribuíram de alguma forma no meu caminho
pela graduação, pós-graduação e pela vida.
Ao meu esposo Gabriel pelo amor e companheirismo.
Aos meus pais e todos da minha família pela preocupação, carinho e apoio.
À FAPESP (processo: 02/10450-9), CNPq e CAPES pelo suporte financeiro.
A todos que de alguma forma colaboraram no desenvolvimento deste
trabalho.
Muito obrigada.
SUMÁRIO
RESUMO .............................................................................................................................
i
ABSTRACT..........................................................................................................................
ii
GLOSSÁRIO .......................................................................................................................
iii
ABREVIATURAS, SÍMBOLOS E DEFINIÇÕES............................................................
v
PREFÁCIO ..........................................................................................................................
vi
Capítulo 1: Introdução e Objetivos.
1.1. Introdução .............................................................................................................
.
2
1.1.1. Mecanismo da autoxidação de S(IV) catalisada por íons
metálicos de transição ............................................................................. 3
1.1.2. Ciclo redox na autoxidação de íons metálicos induzida por
S(IV)............................................................................................................ 6
1.1.3. Considerações gerais sobre os complexos de íons níquel,
cobalto e cobre com G
4
, G
5
e G
6
............................................................ 10
1.2. Objetivos................................................................................................................
.
13
1.3. Referências bibliográficas...................................................................................
.
14
Capítulo 2: Autoxidação de complexos de Ni(II)/G
n
induzida por S(IV).
2.1. Introdução .............................................................................................................
.
19
2.1.1. Reação do complexo de Ni(II) com oxigênio........................................ 20
2.1.2. Reação de autoxidação do complexo de Ni(II) pelo oxigênio na
presença de S(IV)..................................................................................... 21
2.2. Parte experimental...............................................................................................
.
23
2.2.1. Preparação das soluções dos complexos de Ni(II)/G
n
....................... 23
2.2.2. Procedimento experimental..................................................................... 23
2.3. Resultados e discussão......................................................................................
.
26
2.3.1. Estudos da autoxidação dos complexos de Ni(II)/G
n
induzida
por S(IV)..................................................................................................... 26
2.3.2. Efeito da ordem de adição dos reagentes............................................ 28
2.3.3. Efeito da concentração de oxigênio dissolvido.................................... 38
2.3.4. Efeito da concentração de Ni(II) e da porcentagem da
pentaglicina mantida em excesso.......................................................... 40
2.3.5. Efeito da acidez do meio ......................................................................... 41
2.3.6. Estudo comparativo da autoxidação dos complexos de
Ni(II)/G
n
....................................................................................................... 46
2.3.7. Cálculo das constantes de velocidade observadas para a
autoxidação dos complexos de Ni(II)/G
n
induzida por S(IV).............. 54
2.3.8. Considerações sobre o mecanismo da reação de oxidação de
Ni(II)/G
n
na presença de O
2
e S(IV)....................................................... 58
2.4. Considerações gerais..........................................................................................
.
62
2.5. Referências bibliográficas...................................................................................
.
64
Capítulo 3: Autoxidação de complexos de Co(II)/G
n
induzida por S(IV).
3.1. Introdução .............................................................................................................
.
69
3.2. Parte experimental...............................................................................................
.
69
3.2.1. Preparação das soluções dos complexos de Co(II)/G
n
...................... 69
3.2.2. Procedimento experimental..................................................................... 70
3.3. Resultados e discussão......................................................................................
.
71
3.3.1. Estudos da autoxidação dos complexos de Co(II)/G
n
induzida
por S(IV)..................................................................................................... 71
3.3.2. Efeito da variação da concentração de Co(II) e da
porcentagem da pentaglicina em excesso ........................................... 73
3.3.3. Efeito da acidez do meio ......................................................................... 76
3.3.4. Efeito da ordem de adição dos reagentes............................................ 76
3.3.5. Estudo comparativo da autoxidação dos complexos de
Co(II)/G
n
induzida por S(IV) .................................................................... 80
3.3.6. Cálculo das constantes de velocidade observadas para a
autoxidação dos complexos de Co(II)/G
n
induzida por S(IV) ............ 85
3.4. Considerações gerais..........................................................................................
.
88
3.5. Referências bibliográficas...................................................................................
.
91
ANEXO ..................................................................................................................
.
93
Capítulo 4: Efeito sinérgico de Ni(II) e Co(II) na autoxidação de Cu(II)/G
n
induzida por S(IV).
4.1. Introdução .............................................................................................................
.
95
4.1.1. Efeito sinérgico na reação de autoxidação de S(IV) catalisada
por íons metálicos de transição.............................................................. 95
4.1.2. Reação de autoxidação do complexo de Cu(II) pelo oxigênio
na presença de S(IV) ............................................................................... 99
4.2. Parte experimental...............................................................................................
.
103
4.2.1. Preparação das soluções dos complexos de Cu(II)/G
5
ou G
6
na ausência ou presença de Ni(II) ou Co(II)......................................... 103
4.2.2. Procedimento experimental..................................................................... 104
4.3. Resultados e discussão......................................................................................
.
105
4.3.1. Autoxidação de complexos de Cu(II)/G
5
e G
6
induzida por
S(IV)............................................................................................................ 105
4.3.2. Efeito sinérgico de Ni(II) e Co(II) na autoxidação de Cu(II)/G
5
induzida por S(IV)..................................................................................... 106
4.3.3. Efeito sinérgico de Ni(II) e Co(II) na autoxidação de Cu(II)/G
6
induzida por S(IV)..................................................................................... 111
4.3.4. Efeito da concentração de S(IV) nas reações de autoxidação
dos complexos de Cu(II)/G
5
e G
6
na presença de Ni(II)..................... 116
4.4. Considerações gerais..........................................................................................
.
120
4.5. Referências bibliográficas...................................................................................
.
121
Capítulo 5: Autoxidações de Ni(II)/G
4
e Ni(OH)
2
induzidas por S(IV) na
presença de luminol. Desenvolvimento de métodos analíticos.
5.1. Introdução .............................................................................................................
.
128
5.1.1. Métodos analíticos para determinação de S(IV) por
quimiluminescência .................................................................................. 128
5.1.2. Algumas considerações sobre o luminol............................................... 130
5.1.3. Autoxidação de Ni(II)/G
4
induzida por S(IV) na presença de
luminol e aldeído. Desenvolvimento de método analítico..................
132
5.1.4. Autoxidação de Ni(OH)
2
induzida por S(IV) na presença de
luminol......................................................................................................... 132
5.2. Parte experimental...............................................................................................
.
133
5.2.1. Preparação das soluções........................................................................ 133
5.2.2. Procedimento experimental..................................................................... 135
5.2.2.1
Obtenção da curva analítica para determinação de
formaldeído e acetaldeído.......................................................................
137
5.2.2.2
Amostras de álcool combustível.............................................................
137
5.2.2.3
Obtenção da curva analítica para determinação de S(IV).................
138
5.2.2.4
Preparo das amostras de vinho e açúcar para determinação
de S(IV).......................................................................................................
139
5.2.2.5
Sistema em fluxo para separação do analito da matriz por
unidade de difusão gasosa .....................................................................
139
5.3. Resultados e discussão......................................................................................
.
142
5.3.1. Desenvolvimento de método analítico para determinação de
aldeído........................................................................................................ 142
5.3.2. Autoxidação de Ni(OH)
2
induzida por S(IV) na presença de
luminol......................................................................................................... 152
5.3.2.1 Efeito da ordem de adição dos reagentes............................................ 152
5.3.2.2 Efeito da temperatura............................................................................... 154
5.3.2.3 Curva analítica para S(IV)....................................................................... 154
5.3.2.4 Determinação de S(IV) em amostras de vinho e açúcar
refinado....................................................................................................... 156
5.4. Considerações gerais..........................................................................................
.
162
5.5. Referências bibliográficas...................................................................................
.
164
Capítulo 6: Algumas considerações finais.
6.1. Algumas considerações finais ...........................................................................
.
169
6.2. Referências bibliográficas...................................................................................
.
173
REAGENTES E SOLUÇÕES...........................................................................................
174
PERSPECTIVAS DE TRABALHOS FUTUROS............................................................
176
CURRICULUM VITAE .......................................................................................................
177
RESUMO
A autoxidação dos complexos de Ni(II) e Co(II) com tetra, penta e
hexaglicina, em meio de tampão borato, é acelerada por espécies de enxofre (IV)
(H
2
SO
3
, HSO
3
−
e SO
3
2−
). A formação dos complexos de Ni(III) e Co(III) foi
acompanhada espectrofotometricamente em 325 e 265 nm, respectivamente.
A velocidade da reação de autoxidação do complexo de Ni(II)/G
n
aumenta
com a concentração de S(IV) e é máxima em pH ≅ 8,5. O processo é autocatalítico
com Ni(III) ou Co(III) atuando como iniciadores, formados pela oxidação espontânea
de Ni(II) ou Co(II) pelo oxigênio molecular. A dependência da constante de
velocidade observada com a concentração de S(IV) evidenciou possíveis reações
paralelas com formação de um complexo com ligantes mistos antes da etapa da
oxidação.
A autoxidação dos complexos de Cu(II) com penta e hexaglicina em pH = 9 é
muito lenta, na presença e na ausência de S(IV). A presença de S(IV) e traços de
Ni(II) ou Co(II) aumentam significativamente a velocidade e a eficiência da reação
(período de indução de 0,5 s). O mecanismo envolve uma cadeia de reações e um
ciclo redox dos complexos.
Acetaldeído e formaldeído inibem parcialmente a reação de autoxidação de
Ni(II)/G
4
na presença de S(IV) e luminol. O método quimiluminescente desenvolvido
pode ser empregado para determinação de formaldeído ((5,0.10
−5
– 1,0.10
−2
)
mol L
−1
) e acetaldeído ((1,0.10
−4
– 0,10) mol L
−1
), não sendo possível detectar
separadamente cada um desses aldeídos.
Na autoxidação de Ni(OH)
2
induzida por S(IV) na presença de luminol ocorre
emissão de radiação, possibilitando a detecção de S(IV) na faixa de 5,0.10
−8
a
1,0.10
−5
mol L
−1
, com limite de detecção estimado de 1,3.10
−8
mol L
−1
.
i
ABSTRACT
The autoxidation of Ni(II) and Co(II) complexes with tetra, penta and
hexaglycine, in borate medium, is accelerated by sulfur (IV) species (H
2
SO
3
, HSO
3
−
and SO
3
2−
). The formation of Ni(III) and Co(III) complexes was followed
spectrophotometrically at 325 and 265 nm, respectively.
The autoxidation rate of Ni(II)/G
n
complex increases with S(IV) concentration
and is maximum at pH ≅ 8.5. The process is autocatalytic with Ni(III) or Co(III) acting
as initiators, formed by spontaneous oxidation by oxygen. The dependence of the
observed rate constant with S(IV) concentration showed evidences of back or
parallel reactions with formation of mixed ligand complex prior to the oxidation step.
The autoxidation of Cu(II)/penta and hexaglycine complexes at pH = 9, in the
presence and absence of S(IV), is very slow. The presence of S(IV) and of small
amounts of Ni(II) or Co(II) increases significantly the effectiveness and reaction rate
(induction period = 0.5 s). The mechanism involves a radical chain and redox cycling
of the metal ion complexes.
Acetaldehyde and formaldehyde partially inhibit the autoxidation reaction of
Ni(II)/G
4
in the presence of S(IV) and luminol. The developed chemiluminescent
method can be used for determination of formaldehyde ((5.0.10
−5
– 1.0.10
−2
) mol L
−1
)
and acetaldehyde ((1.0.10
−4
– 0.10) mol L
−1
), being not possible their isolated
detection.
The S(IV) induced autoxidation of Ni(OH)
2
in the presence of luminol, occurs
with radiation emission, being possible the S(IV) detection in range (5.0.10
−8
to
1.0.10
−5
mol L
−1
, with detection limit of 1.3.10
−8
mol L
−1
.
ii
GLOSSÁRIO
G
4
, G
5
e G
6
= são usados como termo geral para os peptídeos tetra, penta e hexaglicina.
G
4
= NH
2
CH
2
CNH-CH
2
CNH-CH
2
CNH-CH
2
COOH
O
O
O
[M
II
(H
−x
G
4
)]
(1−x)
: complexo de M(II) com G
4
[M
III
(H
−x
G
4
)]
(2−x)
: complexo de M(III) com o G
4
(H
−x
G
4
)
−(X+1)
: refere-se ao ligante com x nitrogênios peptídicos desprotonados
coordenados ao íon metálico(II) (figura abaixo). Os complexos de M(II) com
este peptídeo apresentam vários graus de protonação, de acordo com a
acidez do meio.
[M
II
G
4
] ou M(II)/G
4
: [M
II
(H
−3
G
4
)]
2−
+ [M
II
(H
−2
G
4
)]
−
+ [M
II
(H
−1
G
4
)] + [M
II
(G
4
)]
+
(a espécie predominante em solução dependerá da acidez do meio).
Estrutura do complexo peptídico [M
II
(H
−3
G
4
)]
2−
.
Analogamente para os complexos de penta e
hexaglicina.
H
2
C
CH
2
CH
2
C
C
C
O
O
O
CH
2
COO
−
(
−
)
(
−
)
(
−
)
M
2+
H
2
N
N
N
N
O O
O
G
6
= NH
2
CH
2
CNH-CH
2
CNH-CH
2
CNH-CH
2
CNH-CH
2
CNH-CH
2
COOH
OO
O O
O
G
5
= NH
2
CH
2
CNH-CH
2
CNH-CH
2
CNH-CH
2
CNH-CH
2
COOH
O
ii
i
Equilíbrio ácido-base das espécies complexas de M(II)/G
4
+ H
+
+ H
+
+ H
+
H
2
C
CH
2
CH
2
C
C
C
O
O
O
CH
2
COO
−
(
−
)
(
−
)
(
−
)
[M
II
(
H
-3
G
4
)
]
2−
M
2+
H
2
N
N
N
H
2
C
CH
2
CH
2
C
C
C
NH
O
O
(
−
)
(
−
)
CH
2
COO
−
M
2+
H
2
N
N
N
O
H
2
C
CH
2
C
C
O
(
−
)
M
2+
H
2
N
O
N
OH
2
NH-CH
2
-C-NH-CH
2
-CO
−
O O
H
2
C
C
M
2+
H
2
N
OH
2
O
OH
2
[M
II
(
H
-2
G
4
)
]
−
[
M
II
(
H
-1
G
4
)]
M
II
G
4
+
O
−
OC-CH
2
- NH -C-CH
2
-NH-C-CH
2
-NH
O O
N
M
2+
= Cu
2+
e Ni
2+
(os complexos destes íons também podem estar na geometria
octaédrica), para Co
2+
não há estudos descritos na literatura.
iv
ABREVIATURAS, SÍMBOLOS E DEFINIÇÕES
A Absorbância
A
i
Absorbância para o tempo inicial
A
t
Absorbância para o tempo t
e
−
Elétron
E
o
Potencial padrão de redução
EDTA Ácido etilenodiaminotetraacético
ε
Absortividade molar
FIA-QL Análise por injeção em fluxo com detecção por quimiluminescência
G
n
Peptídeos tetra, penta e hexaglicina
I
Força iônica
I
máx
Intensidade máxima de radiação emitida
k
obs
Constante de velocidade observada
M(II) Íon metálico no estado de oxidação +2
M(III) Íon metálico no estado de oxidação +3
R Coeficiente de correlação
S(IV)
Óxidos de enxofre(IV) = H
2
SO
3
, HSO
3
−
, SO
3
2−
T Temperatura
TRIS Tris(hidroximetil)aminometano
UV Ultravioleta
λ
Comprimento de onda
v
PREFÁCIO
Os estudos realizados são apresentados nos capítulos a seguir. No capítulo 1
é descrito um levantamento amplo, com apreciação crítica, dos trabalhos reportados
na literatura. Para um entendimento melhor do leitor optou-se por apresentar
separadamente cada estudo descrevendo a parte experimental, resultados e
conclusões parciais.
A numeração de referências, equações, figuras e tabelas também foram
realizadas considerando-se cada capítulo independentemente.
vi
Capítulo 1: Introdução e Objetivos.
1
1.1. INTRODUÇÃO
Os processos de oxidação de óxidos de enxofre (IV) (SO
2
, HSO
3
−
e SO
3
2−
)
por oxigênio (também conhecida como autoxidação de S(IV)) catalisada por íons
metálicos de transição têm um papel importante no ciclo do enxofre e,
conseqüentemente, na química atmosférica (na formação da chuva ácida), analítica
(na preservação de amostras e no desenvolvimento de métodos analíticos
alternativos para determinação de S(IV)), bioinorgânica (na lesão de biomoléculas
induzida por S(IV)) e nos processos industriais (na remoção de SO
2
dos gases de
exaustão e produção de ácido sulfúrico).
A curva de distribuição dos óxidos de enxofre(IV) encontra-se representada
na figura 1. No presente trabalho estudos foram realizados em pH entre 7 e 10.
024681
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0
SO
3
2-
HSO
3
-
H
2
SO
3
α
pH
Figura 1: Diagrama de distribuição das espécies de S(IV).
2
1.1.1. Mecanismo da autoxidação de S(IV) catalisada por íons metálicos de
transição
A autoxidação de S(IV) catalisada por íons metálicos de transição em meio
aquoso tem sido tema de um grande número de estudos experimentais, cujas
interpretações sobre o mecanismo, foram freqüentemente contraditórias. No
entanto, a maioria dos estudos sugere um mecanismo radicalar (parte do qual está
baseado no esquema proposto por Backstrom
(1)
em 1934) que está apresentado no
esquema 1. Nesse mecanismo proposto, encontram-se também as possíveis
reações subseqüentes conforme dados da literatura.
(2)
As três primeiras reações do esquema ocorrem na ausência de M(III) (eqs.
1−3). O início do processo ocorre pela reação do M(III) com SO
3
2−
produzindo o
radical SO
3
•−
(eq. 4). O radical sulfito reage rapidamente com oxigênio produzindo o
radical SO
5
•−
(eq. 5), forte oxidante, que oxida M(II) a M(III) (eq. 6). O
peroxomonossulfato (SO
5
2−
) produzido pode reagir subseqüentemente com mais
M(II) gerando M(III), sulfato, e radical
•
OH ou OH
−
(eqs. 8−10). Após estas reações
segue uma propagação em cadeia em que alguns dos produtos finais prováveis
são: SO
4
2−
, SO
5
2−
, S
2
O
6
2−
e S
2
O
8
2−
(eqs. 11−29). Assim, fica claro que o verdadeiro
catalisador é o íon metálico no estado trivalente.
3
Esquema 1. Mecanismo da autoxidação de SO
3
2−
catalisada por íons metálicos de
transição.
(1,2)
Início (na ausência de M(III) adicionado)
M(II) + O
2
→ M(III) + O
2
−
ou [1]
2M(II) → M(I) + M(III) ou [2]
M(II)(SO
3
)
x
+ O
2
→ M(III)(SO
3
)
x
+ O
2
−
[3]
Autocatálise
M(III) + SO
3
2 −
→ M(II) + SO
3
•−
(lenta) [4]
SO
3
•−
+ O
2
→ SO
5
•−
[5]
M(II) + SO
5
•−
→ M(III) + SO
5
2−
[6]
SO
5
2−
+ H
+
HSO
5
−
pK = 9,4 [7]
M(II) + HSO
5
−
→ M(III) + SO
4
2−
+
•
OH ou [8]
M(II) + HSO
5
−
→ M(III) + SO
4
•−
+ OH
−
[9]
M(II) + SO
4
•−
→ M(III) + SO
4
2−
[10]
Propagação da Cadeia
HSO
3
−
/ SO
3
2 −
+
•
OH → SO
3
•−
+ H
2
O / OH
−
[11]
HSO
3
−
/ SO
3
2 −
+
•
OH → SO
3
•−
+ H
2
O / OH
−
[12]
SO
5
•−
+ SO
3
2−
→ SO
5
2−
+ SO
3
•−
[13]
SO
5
•−
+ SO
3
2−
→ SO
4
2−
+ SO
4
•−
[14]
SO
5
•−
+ HSO
3
−
→ HSO
5
−
+ SO
3
•−
[15]
SO
5
•−
+ SO
5
•−
→ 2SO
4
•−
+ O
2
[16]
4
SO
4
•−
+ SO
3
2−
→ SO
4
2−
+ SO
3
•−
[17]
SO
4
•−
+ HSO
3
−
→ SO
4
2−
+ SO
3
•−
+ H
+
[18]
Formação dos Produtos / Término da Cadeia
HSO
5
−
+ SO
3
2−
→ 2SO
4
2−
+ H
+
[19]
HSO
5
−
+ HSO
3
−
→ 2SO
4
2−
+ 2H
+
[20]
SO
3
•−
+ SO
3
•−
→ S
2
O
6
2−
[21]
SO
4
•−
+ SO
4
•−
→ S
2
O
8
2−
[22]
SO
5
•−
+ SO
5
•−
→ S
2
O
8
2−
+ O
2
[23]
SO
5
•−
+ SO
3
•−
→ S
2
O
6
2−
+ O
2
[24]
SO
5
•−
+ O
2
•−
→ SO
5
2−
+ O
2
[25]
O
2
•−
+ H
+
HO
2
•
pK = 4,8 [26]
O
2
•−
+ HO
2
•
→ HO
2
−
+ O
2
[27]
HO
2
−
+ H
+
H
2
O
2
pK = 11,6 [28]
HSO
3
−
/SO
3
2−
+ H
2
O
2
→ HSO
4
−
/SO
4
2−
+ H
2
O [29]
M = complexos de Co(II)/Co(III)/N
3
−
,
(2,3)
Mn(II)/Mn(III)/N
3
−
,
(4)
Ni(II)/Ni(III)/cyclam,
(5)
Fe(II)/Fe(III)/H
2
O,
(6,7)
e Cu(II)/Cu(III)/G
4
.
(8,9)
Ainda que este mecanismo de radicais livres tenha sido repetidamente usado
para explicar a catálise dos íons metálicos na autoxidação de S(IV), apenas após
1990 foi elucidado o processo catalítico cíclico com variação do estado de valência
do íon metálico, governado pelas concentrações relativas de oxigênio e S(IV) em
solução.
5
Estudos envolvendo íons metálicos de Co(II/III),
(2)
Cu(II/III),
(10)
Mn(II/III),
(4,11,12)
e Fe(II/III)
(6,7)
em meio aquoso, indicam que a autoxidação de S(IV) pode ser
interpretada em termos de um mecanismo, no qual ocorre um ciclo redox dos íons
metálicos
(7)
.
O potencial de oxidorredução de um sistema envolvendo íons metálicos é
modificado quando esses íons são coordenados por ligantes diferentes.
(13)
Para
tanto foi necessária a correlação de estudos cinéticos e termodinâmicos,
envolvendo o conhecimento das constantes de equilíbrio e do potencial de
oxidorredução dos complexos dos íons metálicos envolvidos.
Um aspecto importante da autoxidação de S(IV) é a natureza das reações
que levam à reoxidação do íon metálico (M(II)) para completar o ciclo catalítico. Um
oxidante em potencial para a oxidação de M(II) seria oxigênio molecular (eq. 1), no
entanto, essa reação nem sempre é termodinamicamente favorável
(14)
e na maioria
dos casos, muito lenta. Por outro lado, em uma série de estudos
(2,4,10−12)
tem sido
observado que a velocidade de oxidação pelo oxigênio de alguns íons bivalentes
complexados (Co(II), Mn(II) e Cu(II)) ao estado trivalente é significativamente
incrementada na presença de S(IV), um agente redutor. Assim, S(IV) pode induzir
ou acelerar a autoxidação de íons metálicos no estado de oxidação 2+, tanto o S(IV)
quanto o íon metálico são oxidados simultaneamente, com consumo de oxigênio.
1.1.2. Ciclo redox na autoxidação de íons metálicos induzida por S(IV)
Anast e Margerum
(10)
foram um dos primeiros a relatar a evidência de um
processo cíclico de reação de oxidorredução no sistema Cu(II)/Cu(III)/G
4
/S(IV). Este
processo foi demonstrado utilizando-se o Cu(II) complexado à tetraglicina. Os íons
Cu(III) reagem rapidamente com SO
3
2−
produzindo Cu(II) e SO
3
•−
e, na presença de
6
oxigênio, o Cu(II) formado reage com SO
3
2−
regenerando Cu(III), segundo as
equações globais 30 e 31.
(10)
2[Cu
III
(H
−3
G
4
)]
−
+ SO
3
2−
+ 2OH
−
→ 2[Cu
II
(H
−3
G
4
)]
2−
+ SO
4
2−
+ H
2
O [30]
2[Cu
II
(H
−3
G
4
)]
2−
+ SO
3
2−
+ O
2
+ H
2
O 2[Cu
III
(H
−3
G
4
)]
−
+ SO
4
2−
+ 2OH
−
[31]
Cu(III)
No entanto, estudos mais recentes realizados pelo nosso grupo de
pesquisa
(8,9,15)
mostraram que de fato a reação de autoxidação do Cu(II)/G
4
é muito
lenta na presença de S(IV). A formação de Cu(III)/G
4
é eficiente e extremamente
rápida apenas na presença de pequenas concentrações de íons Ni(II) ou Co(II),
presentes como impurezas nos sais de cobre e outros reagentes. Esse efeito
sinérgico será melhor discutido no capítulo 4.
Behra e Sigg
(16)
também relataram evidências de um ciclo catalítico de
reações de oxidorredução considerando a oxidação do íon Fe(II) pelo oxigênio, em
gotículas de água atmosférica. Outros trabalhos também sugerem a presença de
um ciclo de oxidorredução para o sistema Fe(II)/Fe(III).
(6,17)
Os resultados obtidos nos estudos realizados para os sistemas:
Co(II)/Co(III)/N
3
−
,
(2,3)
Mn(II)/Mn(III)/N
3
−
,
(4)
Fe(II)/Fe(III)/H
2
O,
(6,7)
e Ni(II)/Ni(III)/cyclam
(5)
permitiram obter conclusões definitivas sobre as etapas de autoxidação de íons
metálicos induzida por S(IV) e o ciclo redox. Um ciclo de reações de oxidorredução
envolvendo M(II)/M(III) está representado na figura 2.
Dos estudos que levaram à proposta do mecanismo esquematizado, o íon
metálico no estado de oxidação mais elevado (M(III)), mesmo que em baixíssimas
concentrações, catalisa a autoxidação de S(IV). O ciclo pode ser reiniciado até o
consumo total de S(IV) ou oxigênio.
7
M
(
II
)
M
(
III
)
SO
4
2−
O
2
muito lenta
lenta
SO
2
, HSO
3
−
ou
SO
3
2−
rá
p
ida
rá
p
ida
SO
3
•−
SO
5
•−
O
2
início
(
na ausência de M
(
III
))
p
rocesso autocatalítico
Figura 2. Ciclo de reações de oxidorredução para o sistema M(II)/M(III).
(9)
Se o íon metálico está presente inicialmente no estado de oxidação 2+
(M(II)), este pode ser oxidado pelo oxigênio (eq. 1) ou por reação com o ligante
presente no meio (por exemplo, HN
3
no caso de Co(II)/Co(III)/N
3
− (2,3)
e
Mn(II)/Mn(III)/N
3
− (4)
).
A oxidação espontânea do complexo de M(II) por oxigênio (eq. 1) pode ser
termodinamicamente favorável e dependerá do potencial de redução E
o
M(III)/M(II)
, da
natureza do ligante complexado ao íon metálico, da estabilidade do complexo
formado e da acidez do meio. A dependência da acidez do meio pode ser explicada
pelo potencial de oxidorredução do O
2
,
(18)
permitindo a sua redução pelas diferentes
8
espécies de S(IV) (SO
2
, HSO
3
−
e SO
3
2−
) e pela estabilidade dos complexos com o
íon metálico. Estudos revelaram que SO
3
2−
é mais facilmente oxidado pelo O
2
que
HSO
3
−
.
(18)
A reação de oxidação de M(II)/G
n
pelo oxigênio é lenta e
termodinamicamente desfavorável. Porém, a pequena quantidade produzida do
M(III) já é suficiente para iniciar o processo. Margerum e colaboradores
(19)
estimaram esta concentração em 10
−8
mol L
−1
para a reação de autoxidação de
Ni(II)/G
4
2.10
−3
mol L
−1
em meio de tampão borato 0,025 mol L
−1
(pH = 8,6).
A autoxidação de M(II) é autocatalítica em todos os casos, apresentando um
período de indução, característico de uma autocatálise (eqs. 4−10), ou seja, o
produto formado, no caso M(III), atua como catalisador da reação. A adição inicial
de pequenas quantidades do íon metálico na sua forma oxidada, M(III), reduz o
período de indução e a reação fica mais rápida. A extensão do período de indução é
função da concentração inicial de M(III) e S(IV) presentes na solução. Isso indica
que, em meio contendo oxigênio, uma concentração baixa de M(III), resultante da
oxidação de M(II), é necessária para iniciar o ciclo catalítico, cuja extensão depende
de um balanço crítico entre as concentrações relativas de S(IV) e oxigênio.
(2−4)
Se o oxigênio dissolvido estiver em excesso com relação ao S(IV), o
processo de autoxidação de M(II) ocorre. Assim que todo oxigênio tiver sido
consumido, e existindo ainda S(IV) em solução, ocorrerá a redução do M(III)
formado, conforme a equação 32.
2M(III) + SO
3
2−
+ 2OH
−
→ 2M(II) + SO
4
2−
+ H
2
O [32]
9
A introdução de oxigênio reinicia a oxidação de M(II) se ainda existir S(IV) em
solução. Tal ciclo de oxidorredução se mantém até que todo S(IV) ou O
2
tenha sido
totalmente consumido.
O ciclo de oxidorredução, observado para os sistemas Co(II)/Co(III)/N
3
−
,
Mn(II)/Mn(III)/N
3
−
, Fe(II)/Fe(III)/H
2
O, Ni(II)/Ni(III)/cyclam e Ni(OH)
2
/Ni(OH)
3
estudados por Coichev e colaboradores
(2,4,5,7,20)
resultou em experimentos
demonstrativos.
(21,22)
Para os sistemas Co(II)/Co(III)/N
3
−
, Mn(II)/Mn(III)/N
3
−
e
Ni(OH)
2
/Ni(OH)
3
a demonstração é especialmente interessante, pois os complexos
de Co(III) e Mn(III) são intensamente coloridos quando comparados com Co(II) e
Mn(II). Igualmente para Ni(OH)
2
(verde) e Ni(OH)
3
(preto). Em condições de
excesso de S(IV) com relação a O
2
ocorre a intensificação da cor da solução devido
à formação de M(III). Assim que todo o O
2
tiver sido consumido, existindo ainda
S(IV), ocorrerá a descoloração devido à redução de M(III) pelo mesmo. Agitando-se
a solução, havendo ainda S(IV), em presença de ar, a concentração de oxigênio é
restabelecida e o ciclo de oxidorredução é reiniciado.
(21,22)
Portanto, o balanço
crítico entre a [S(IV)] e [O
2
] controla a reação global.
1.1.3. Considerações gerais sobre os complexos de íons níquel, cobalto e
cobre com G
4
, G
5
e G
6
Peptídeos são ligantes muito efetivos para uma grande variedade de íons
metálicos. Entre eles, Cu(II) e Ni(II) têm sido muito estudados por ter importância
biológica ao se complexar com aminoácidos. Em particular, esses dois íons
metálicos são capazes de se ligar fortemente aos nitrogênios peptídicos das
albubinas do soro humano e dessa maneira serem transportados no corpo
10
humano.
(23)
Estudos mostraram que complexos peptídicos desses dois íons, na
presença de sulfito, podem participar na lesão ao DNA.
(24,25)
A tetraglicina é um peptídeo que possui três nitrogênios amídicos
(provenientes de grupos peptídicos) e um nitrogênio amínico (figura 3). A
pentaglicina e a hexaglicina apresentam estruturas similares à tetraglicina, porém
com um e dois grupos amidas a mais, respectivamente. Esses nitrogênios quando
desprotonados formam complexos estáveis com vários íons metálicos de transição
no estado de oxidação (III). A coordenação do íon metálico bivalente (M(II))
inicialmente se dá com o nitrogênio da amina terminal. Com o aumento do pH do
meio, o íon metálico se coordena seqüencialmente aos nitrogênios peptídicos,
formando ligações M(II)−N. A coordenação dos nitrogênios peptídicos ao íon
metálico envolve a perda simultânea dos hidrogênios. Na página iv estão
representadas todas as espécies complexas de M(II)/G
4
em meios de diferente
acidez.
Os valores baixos de potencial de redução e a estabilidade relativa alta
destes complexos peptídicos em solução aquosa (tabela 1) é de especial interesse
em processos biológicos de oxidorredução,
(26)
devido à suposta presença de Cu(III)
na atividade de algumas enzimas e a possibilidade de que cobre trivalente seja um
intermediário na clivagem enzimática de DNA mediada por metaloproteínas.
O uso do par Cu(II/III) tem sido usado na detecção eletroquímica de
peptídeos, após separação em coluna cromatográfica.
(27−29)
Na tabela 1 estão
resumidas algumas propriedades dos complexos de Cu(II)/Cu(III)/G
n
, Ni(II)/Ni(III)/G
4
e Co(II)/Co(III)/G
4
.
11
Tabela 1. Algumas características dos complexos Cu(II)/Cu(III), Ni(II)/Ni(III) e Co(II)/Co(III).
(8,19,30−33)
Complexo
E
°
vs. ENH
(V)
a
λ
máx
*
(nm)
M(III)/G
n
ε
λ máx
*
(mol
−1
L cm
−1
)
M(III)/G
n
pK
b
[M
II
(H
−1
G
n
)][H
+
]/
[M
II
G
n
+
]
pK
c
[M
II
(H
−2
G
n
)
−
][H
+
]/
[M
II
(H
−1
G
n
)]
pK
d
[M
II
(H
−3
G
n
)
2−
][H
+
]/
[M
II
(H
−2
G
n
)
−
]
pK
e
[M
III
(H
−3
G
n
)]
−
Cu(II)/Cu(III)/G
4
0,631
(30)
365
(30)
7120 ± 200
(30)
5,6
(31)
6,8
(31)
9,16
(31)
12,1 ± 0,2
(33)
Cu(II)/Cu(III)/G
5
0,646
(30)
365
(30)
7580 ± 300
(30)
-- 6,9
(31)
8,04
(32)
11,6 ± 0,1
(33)
Cu(II)/Cu(III)/G
6
0,672
(30)
365
(30)
7670 ± 90
(30)
-- -- --
11,4 ± 0,2
(33)
Ni(II)/Ni(III)/G
4
0,790
(19)
325
(19)
5420 ± 200
(19)
-- -- 8,1
(19)
--
Co(II)/Co(III)/G
4
-- 265
(8)
n.d. n.d. n.d. n.d. --
a
Valores de E
0
para [M
III
(H
−3
G
4
)]
−
+ e
[M
II
(H
−3
G
4
)]
2−
, obtido por voltametria cíclica usando eletrodo de pasta de carbono.
b, c, d
Constantes de ionização para a perda do primeiro, segundo e terceiro hidrogênio peptídico respectivamente (25°C, I = 0,1 mol L
−1
,
NaClO
4
).
e
Constante de ionização para a perda do hidrogênio da amina coordenada ao M(III).
* λ
máx
e
ε
λ máx
correspondem ao comprimento de absorção máxima e absortividade molar (em λ
máx
) para o complexo M(III)/G
4
.
n.d.: não determinado
H
2
C
CH
2
CH
2
C
C
C
O
O
O
CH
2
COO
−
(
−
)
(
−
)
(
−
)
M
2+
HN
N
N
N
R
onde R = H para M(II)/G
4
R = COCH
2
NH
2
para M(II)/G
5
R = COCH
2
NHCOCH
2
NH
2
para M(II)/G
6
Figura 3. Estrutura dos complexos peptídicos triplamente desprotonados de M(II)/G
n
.
1.2. OBJETIVOS
Os principais objetivos do presente trabalho são: estudos cinéticos
comparativos da oxidação dos complexos de [Ni
II
(H
−3
G
n
)]
2−
e [Co
II
(H
−3
G
n
)]
2−
, na
presença de S(IV) e oxigênio (Capítulos 2 e 3); efeito sinérgico de Ni(II) e Co(II) a
nível de traços (10
−6
mol L
−1
) na reação de autoxidação dos complexos de Cu(II)/G
5
ou Cu(II)/G
6
na presença de S(IV) (Capítulo 4). Esses trabalhos permitem uma
melhor compreensão do mecanismo dessa reação a qual tem importância em
química do meio ambiente, bioinorgânica e metódos analíticos. Um método
alternativo quimiluminescente para determinação de S(IV) e aldeído está descrito no
Capítulo 5, baseado na oxidação de luminol pelos radicais e agentes oxidantes
formados como produtos intermediários na reação de oxidação de Ni(II) na
presença de oxigênio e S(IV).
13
1.3. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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24. Muller, J. G.; Burrows, C. J. Metallodrug Complexes that Mediate DNA and
Lipid Damage via Sulfite Autoxidation: Copper(II) Famotidine and Iron(III)
bis(salicylglycine). Inorg. Chim. Acta 1998, 276, 314−319.
25. Muller, J. G.; Hickerson, R. P.; Perez, R. J.; Burrows, C. J.; DNA Damage
from Sulfite Autoxidation Catalyzed by a Nickel(II) Peptide. J. Amer. Chem.
Soc. 1997, 119, 1501−1506.
26. Karlin, K.D.; Tyeklár, Z.; Bionorganic Chemistry of Copper, New York, Ed.
Chapman & Hall, 1993, p 213.
16
27. Warner, A. M.; Weber, S. G.;.Electrochemical Detection of Peptides Anal.
Chem. 1989, 61, 2664−2668.
28. Cheng, J. G.; Woltman, S.J.; Weber, S.G.; Sensitivity and Selectivity of the
Electrochemical Detection of the Copper(II) Complexes of Bioactive Peptides,
and Comparison to Model Studies by Rotating Ring-Disc Electrode. J.
Chromatogr. A 1995, 691, 301−305.
29. Wotman, S. J.; Alward, M. R.; Weber, S. G.; Rotating Ring-Disk Electrode
Study of Copper(II) Complexes of the Model Peptides Triglycine, Tetraglycine
and Pentaglycine. Anal. Chem. 1995, 67, 541−551.
30. Bossu, F. P.; Chellappa, K. L.; Margerum, D. W.; Ligand Effects on
Thermodynamic Stabilization of Copper(III)-Peptide Complexes. J. Amer.
Chem. Soc. 1977, 99, 2195−2203.
31. Margerum, D. W.; Duckes, G. R.; Metal Ions in Biological Systems, Vol. 1,
Chapter 5, Helmut Siegel (Marcel Dekker Inc.), New York, 1974, p. 157.
32. Hartzell, C. R.; Gurd, F. R. N.; Formation and Spectral Properties of
Copper(II) Ion Complexes of NH
2
-Terminal Pentapeptide from Sperm Whale
Myoglobin and of certain Tetra and Pentapeptides. J. Biol. Chem. 1969, 244,
147.
33. Kirksey Jr., S. T.; Margerum, D. W.; Duckes, G. R.; Oxidative Decarboxylation
of Glyoxylate Ion by a Deprotonated Amine Copper(III)-Peptide Complex.
Inorg. Chem. 1979, 18, 966−970.
17
Capítulo 2: Autoxidação de complexos de
Ni(II)/G
n
induzida por S(IV).
18
2.1. INTRODUÇÃO
O complexo de Ni(II)/G
4
pode existir em solução aquosa de várias formas,
dependendo da acidez do meio: [Ni
II
G
4
]
+
, [Ni
II
(H
−2
G
4
)]
−
e [Ni
II
(H
−3
G
4
)]
2−
, sendo que
[Ni
II
(H
−1
G
4
)] não está presente em concentração apreciável
(1)
(vide pág. iv). Dessas
espécies a forma mais reativa é a triplamente desprotonada ([Ni
II
(H
−3
G
4
)]
2−
).
Somente algumas constantes de ionização referente à perda dos hidrogênios
peptídicos foram determinadas. Os valores de pK para as constantes de equilíbrio
são 24,22 para a ionização simultânea dos três prótons
([Ni
II
(H
−3
G
4
)
2−
][H
+
]
3
/[Ni
II
(G
4
)
+
]), e 8,1 para a ionização do terceiro próton
([Ni
II
(H
−3
G
4
)]
2−
[H
+
]/[Ni
II
(H
−2
G
4
)]
−
) (tabela 1, capítulo 1 pág. 12).
(1,2)
A coordenação de Ni(II) com a tetraglicina e a desprotonação sucessiva do
ligante complexado foi apresentada por Martin
(3)
: a coordenação inicial do íon Ni(II)
à tetraglicina ocorre pelo nitrogênio da amina terminal. O complexo, no entanto é
octaédrico inicialmente, com duas moléculas de água na posição axial. A
desprotonação do nitrogênio amídico adjacente ocorre em meio de pH entre 8 e 9.
Os nitrogênios amídicos restantes se desprotonam quase que simultaneamente.
Este evento, relativamente lento, é acompanhado pela transição de uma geometria
hexacoordenada (octaédrica) para uma geometria quadrado planar, podendo ser
observada pela variação da absorbância em 250 e 410 nm. Em solução o complexo
[Ni
II
(H
−3
G
4
)]
2−
é quadrado planar estando o Ni(II) coordenado ao nitrogênio do grupo
amino terminal e a três nitrogênios peptídicos. Devido à transição da forma
octaédrica para quadrado planar supõem-se que somente 2% do Ni(II) total esteja
na forma [Ni
II
(H
−1
G
4
)].
(1)
19
2.1.1. Reação do complexo de Ni(II) com oxigênio
O complexo de Ni(II)/G
4
reage com oxigênio dissolvido em solução aquosa
por um processo autocatalítico, no qual é formado Ni(III).
(4)
Ni(II) é bastante estável
em solução aquosa quando complexado a ligantes peptídicos como a tetraglicina.
Margerum e colaboradores
(1)
propuseram um mecanismo autocalítico para a
autoxidação de Ni(II)/G
4
, o qual consiste na formação de Ni(III)/G
4
nos estágios
iniciais (eqs. 1−7). Como produtos principais dessa reação resultam dióxido de
carbono, triglicil-N-(hidroximetil)amida e glicinamida.
Ni(III)/G
4
→ Ni(II)/L
•
+ CO
2
[1]
Ni(II)/L
•
+ O
2
→ Ni(II)/LO
2
•
[2]
Ni(II)/L
•
+ Ni(III)/G
4
+ OH
−
→ Ni(II)/G
4
+ Ni(II)/P [3]
Ni(II)/LO
2
•
+ Ni(III)/G
4
+ OH
−
→ Ni(II)/G
4
+ Ni(II)/P + O
2
[4]
Ni(II)/LO
2
•
+ Ni(II)/G
4
+ H
2
O → Ni(III)/G
4
+ Ni(II)/LOOH + OH
−
[5]
Ni(II)/LOOH + Ni(II)/G
4
+ 2H
2
O → Ni(III)/G
4
+ Ni(III)/P + 2OH
−
[6]
Ni(III)/P + Ni(II)/G
4
→ Ni(III)/G
4
+ Ni(II)/P [7]
onde:
L
•
é G
3
aCH
2
•
, LO
2
•
é G
3
aCH
2
O
2
•
, P é G
3
aCH
2
OH (triglicil-N-(hidroximetil)amida).
Na presença de traços de Ni(III)/G
4
, as reações 4 a 7 predominam, e o
complexo do íon trivalente gerado constitui uma fonte para produção de radicais. O
hidroperóxido resultante, Ni(II)/LOOH, oxida Ni(II)/G
4
(eq. 6), além de produzir o
complexo Ni(III)/P (Ni(II)/triglicil-N-(hidroximetil)amida). Este último intermediário
formado também oxida Ni(II)/G
4
a Ni(III)/G
4
(eq. 7).
20
A soma das equações 1, 2, 5−7, representada pela equação 8, é uma reação
correspondente ao ganho líquido de duas moléculas de Ni(III) por molécula de
oxigênio consumido.
Ni(III)/G
4
+ O
2
+ 3 Ni(II)/G
4
+ 3H
2
O → 3 Ni(III)/G
4
+ Ni(II)/P + CO
2
+ 3OH
−
[8]
À medida que a concentração de Ni(III) aumenta, as reações 3 e 4 passam a
prevalecer, sendo estas reações de terminação as que levam à decomposição do
complexo de Ni(III)/G
4
. Somando-se as equações 1 e 3 ou 1, 2 e 4 obtém-se a
equação 9.
2 Ni(III)/G
4
→ Ni(II)/G
4
+ Ni(II)/P + CO
2
[9]
Esta reação expressa a decomposição de Ni(III)/G
4
sem consumo de
oxigênio.
O espectro UV-visível de uma solução de Ni(III)/G
4
apresenta duas bandas
de transferência de carga, uma em 250 nm e outra em 325 nm.
2.1.2. Reação de autoxidação do complexo de Ni(II) pelo oxigênio na presença
de S(IV)
A autoxidação de Ni(II)/G
4
induzida por S(IV) tem sido pouco estudada.
Pezza e colaboradores
(5)
confirmaram, através de estudos espectrofotométricos,
que a reação entre Ni(II)/G
4
e oxigênio é acelerada na presença de S(IV), com a
formação de Ni(III)/G
4
e S(VI).
O mecanismo sugerido pelo nosso grupo de pesquisa
(6,7)
(eqs. 10−17) indica
que o iniciador da reação seria o complexo de Ni(III) formado como produto da
oxidação de Ni(II)/G
n
pelo oxigênio, reação que é lenta, produzindo H
2
O
2
(eq. 10).
Embora esta reação seja termodinamicamente desfavorável, a pequena quantidade
21
produzida do Ni(III) já é suficiente para iniciar o processo. Margerum e
colaboradores
(1)
estimaram esta concentração em 10
−8
mol L
−1
para a reação de
autoxidação de Ni(II)/G
4
2.10
−3
mol L
−1
em meio de tampão borato 0,025 mol L
−1
(pH = 8,6).
2 Ni(II)/G
4
+ O
2
+ 2 H
2
O
2 Ni(III)/G
4
+ H
2
O
2
+ 2 OH
−
[10]
E
0
= −0,63 V em pH = 8,6
Durante a autocatálise o Ni(III) formado reage com SO
3
2−
produzindo radicais
SO
3
•−
(eq. 11), os quais posteriormente reagem rapidamente com oxigênio para
formar o radical peroxomonossulfato que é um forte oxidante (eq. 12). Esse radical
peroxomonossulfato oxida rapidamente o Ni(II) a Ni(III) (eq. 13); o ânion
peroxomonossulfato e o radical sulfato que são produzidos durante a reação
também podem oxidar o Ni(II) (eqs. 15−17).
Ni(III) + SO
3
2−
→ Ni(II) + SO
3
•−
[11]
SO
3
•−
+ O
2
→ SO
5
•−
[12]
Ni(II)
+ SO
5
•−
→ Ni(III) + SO
5
2−
[13]
SO
5
2−
+ H
+
HSO
5
−
pK
a
= 9,4 [14]
Ni(II)
+ HSO
5
−
→ Ni(III) + SO
4
•−
+ OH
−
[15]
Ni(II)
+ HSO
5
−
→ Ni(III) + SO
4
2−
+
•
OH
[16]
Ni(II)
+ SO
4
•−
→ Ni(III) + SO
4
2−
[17]
sendo Ni(II)/Ni(III) = complexos com os ligantes G
4
, G
5
ou G
6
.
No presente trabalho foi verificada a oxidação dos complexos de Ni(II)/G
n
na
presença de oxigênio dissolvido com e sem S(IV).
22
2.2. PARTE EXPERIMENTAL
A seguir estão descritos os procedimentos experimentais realizados no
presente estudo. O preparo de algumas soluções está descrito na página 174.
2.2.1. Preparação das soluções dos complexos de Ni(II)/G
n
A solução do complexo de Ni(II)/G
4
foi preparada dissolvendo-se 0,0049 g de
tetraglicina em 25,0 mL de tampão borato 0,100 mol L
−1
(pH = 8,50) e 50 µL de
Ni(NO
3
)
2
0,200 mol L
−1
, de modo a obter uma concentração final de 4,0.10
−4
mol L
−1
de [Ni(II)/G
4
], 0,100 mol L
−1
de tampão borato e 4,0.10
−4
mol L
−1
(100% excesso) de
tetraglicina.
A solução do complexo de Ni(II)/G
5
foi preparada da mesma forma
dissolvendo-se 0,0061 g de pentaglicina em 25,0 mL de tampão borato 0,100
mol L
−1
(o pH dessa solução foi ajustado na faixa de 7,03 a 10,1 pela adição de
HClO
4
ou NaOH) e 50 µL de Ni(NO
3
)
2
0,200 mol L
−1
, de modo a obter uma
concentração final de 4,0.10
−4
mol L
−1
de [Ni(II)/G
5
], 0,100 mol L
−1
de tampão borato
e 4,0.10
−4
mol L
−1
(100% excesso) de pentaglicina.
A solução do complexo de Ni(II)/G
6
foi preparada dissolvendo-se 0,0072 g de
hexaglicina em 25,0 mL de tampão borato 0,100 mol L
−1
(pH = 8,50) e 50 µL de
Ni(NO
3
)
2
0,200 mol L
−1
, de modo a obter uma concentração final de 4,0.10
−4
mol L
−1
de [Ni(II)/G
6
], 0,100 mol L
−1
de tampão borato e 4,0.10
−4
mol L
−1
(100% excesso) de
hexaglicina.
2.2.2. Procedimento experimental
Para comparar a reação de autoxidação dos complexos de Ni(II)/G
n
na
presença de S(IV), foi empregado o acessório de “stopped flow”, Pro-K.2000
23
Stopped-Flow Mixing Accessory (Applied Photophysics) acoplado a um
espectrofotômetro HP 8453 diode-array. O esquema desse acessório está
representado na figura 1.
Nesse sistema a seringa A foi preenchida com solução do complexo de
Ni(II)/G
n
(4,0.10
−4
mol L
−1
em tampão borato) ou solução aquosa de Ni(NO
3
)
2
,
dependendo da ordem de adição dos reagentes utilizada. A seringa B foi preenchida
com a solução aquosa de S(IV) (2,0−14).10
−5
mol L
−1
ou solução de S(IV) com
peptídeo dissolvido em tampão borato. Ambas as seringas têm volumes iguais.
Um dispositivo, que funciona sob pressão de nitrogênio comprimido (3,5 atm),
empurra o êmbolo das seringas fazendo com que as soluções se misturem
rapidamente no compartimento de mistura para chegar imediatamente até a cela.
Quando o fluxo é parado subitamente logo após a mistura, um “trigger” é acionado,
dando início à aquisição de dados de absorbância em função do tempo com um
computador acoplado em série.
Em alguns procedimentos feitos para se estudar a ordem de adição de
reagentes e a influência do oxigênio dissolvido na reação utilizou-se uma célula
Hellma de 0,875 cm de caminho óptico com três compartimentos. No primeiro
colocou-se 20 µL de uma solução aquosa de Ni(II) 0,020 mol L
−1
, no segundo, 10 µL
de uma solução de S(IV) na concentração desejada, e no terceiro compartimento,
2,0 mL de solução de peptídeo (G
4
, G
5
ou G
6
) dissolvido em tampão borato. A
mistura dos reagentes foi realizada por agitação manual da célula.
Para acompanhar a reação de autoxidação dos complexos de Ni(II) na
ausência de S(IV) (reações mais lentas) foi empregada célula Hellma tipo
Tanden–QS de 0,875 cm de caminho óptico, a qual possui dois compartimentos
isolados de 1 mL cada. Com a agitação manual as duas soluções de interesse
24
foram misturadas na proporção 1:1. As concentrações das soluções finais, obtidas
após a mistura dos reagentes estão indicadas nas legendas das figuras.
Nos testes foram empregadas soluções saturadas com ar, onde a
concentração de oxigênio pode ser considerada como 2,5.10
−4
mol L
−1 (8)
, porém em
alguns experimentos borbulhou-se gás nitrogênio nas soluções para a retirada do
oxigênio. Os espectros UV-visível foram obtidos utilizando água como branco.
As soluções foram termostatizadas em 25,0°C por pelo menos 10 min antes
da mistura dos reagentes.
Para as medições do pH foi usado um pHmetro Metrohm modelo 713
equipado com eletrodo de vidro Metrohm (preenchido com NaCl 3,0 mol L
−1
).
Seringa de
p
arada
Fonte de radiação
Monocromador
Seringas
p
lásticas
Fotomulti
p
licadora
Tri
gg
er
Cela
Compartimento
de mistura
Descarte
Banho termostatizado
B
A
ar
comprimido
A
o com
p
utado
r
Figura 1. Diagrama esquemático do acessório de “stopped flow” empregado nos testes.
25
2.3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
2.3.1. Estudos da autoxidação dos complexos de Ni(II)/G
n
induzida por S(IV)
Dos estudos anteriores realizados pelo nosso grupo de pesquisa
(5−7)
verificou-se que a reação de oxidação de Ni(II) pelo oxigênio é acelerada pelo S(IV)
presente, sendo necessária a presença inicial de Ni(III) em nível de traços, o qual
reage com SO
3
2−
gerando o radical SO
3
•−
(eq. 11).
A oxidação inicial de Ni(III) em meio aquoso, na ausência de ligante e S(IV)
em pH = 8,6 não é favorável. Na presença de tetraglicina (eq. 10) essa reação
termodinamicamente desfavorável, ocorre em pequena extensão com formação de
Ni(III) (aproximadamente 10
−8
mol L
−1
)
(1)
, suficiente para iniciar a reação de
autocatálise (eqs. 11–17).
Dessa maneira a ordem de adição dos reagentes é um fator que irá
determinar a velocidade da reação, uma vez que as concentrações iniciais de Ni(III)
e SO
3
2−
são fatores determinantes na velocidade e eficiência da formação do
complexo de Ni(III).
O espectro UV-visível (figura 2) da solução do complexo de Ni(II)/G
5
em pH
8,50 consiste de uma banda de transferência de carga em aproximadamente 250
nm e uma banda fraca em 410 nm (figura 2 interna). Com o “envelhecimento” da
solução de Ni(II)/G
5
são observadas mudanças na absorbância nesses dois
comprimentos de onda até atingir um valor constante. Essa mudança relativamente
lenta deve-se à transição de [Ni
II
(H
−2
G
5
)]
−
(azul) para [Ni
II
(H
−3
G
5
)]
2−
(amarelo),
atribuída à mudança na geometria octaédrica para quadrado planar.
(2)
26
240 260 280 300 320 340
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
250 300 350 400 450 500
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
Absorbância
λ / nm
Absorbância
λ / nm
Figura 2. Espectros sucessivos a cada 1800 s de uma solução do complexo de Ni(II)/G
5
na
ausência de S(IV). [Ni(II)/G
5
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [G
5
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] =
0,050 mol L
−1
; pH = 8,50; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Figura
interna: Espectro da solução do complexo de Ni(II)/G
5
nas mesmas condições anteriores
(recentemente preparada). Branco: água .
27
O espectro UV-visível da solução do complexo de Ni(II)/G
5
após adição de
S(IV) apresenta duas bandas de transferência de carga, uma em 250 nm (figura 3
interna) e outra em aproximadamente 325 nm, atribuída ao complexo de Ni(III)/G
5
(figura 3). Observa-se a rápida formação de Ni(III), com o valor máximo de
absorbância obtido após 0,8 s da mistura dos reagentes.
As figuras 4A e 4B mostram os espectros das soluções empregando-se o
complexo de Ni(II)/G
4
na ausência e na presença de S(IV), respectivamente. Na
figura 4A é possível observar a formação lenta do complexo de Ni(III)/G
4
devido a
oxidação pelo oxigênio dissolvido. Com a adição de S(IV) essa oxidação ocorre em
poucos segundos (figura 4B).
2.3.2. Efeito da ordem de adição dos reagentes
Foram realizados experimentos variando-se a ordem de adição de reagentes.
As concentrações das soluções de trabalho empregadas foram tais que a solução
final obtida após a mistura foi à mesma para qualquer ordem de adição.
Três ordens diferentes de adição dos reagentes foram testadas, e estão
resumidas na tabela 1. Nas ordens de adição de reagentes I e II as soluções A e B
foram misturadas na proporção 1:1.
Na ordem de adição de reagentes II, a solução A foi empregada somente 15
minutos após o preparo (“envelhecimento” da solução), tempo necessário para a
mudança de geometria do complexo de Ni(II)/G
5
de octaédrica para quadrado
planar.
28
280 300 320 340 360 380 400
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
250 300 350 400
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
2,4
Absorbância
? / nm
Absorbância
λ / nm
Figura 3. Espectros sucessivos a cada 0,1 s durante a autoxidação do complexo de
Ni(II)/G
5
na presença de S(IV) e oxigênio. [Ni(II)/G
5
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
(solução empregada
após uma hora de preparo); [G
5
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão
borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 8,50; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar.
Figura interna: Espectro da solução do complexo de Ni(II)/G
5
nas mesmas condições
anteriores após 0,5 s de reação com S(IV) e o oxigênio. Branco: água.
29
240 260 280 300 320 340
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
(A)
Absorbância
λ / nm
240 260 280 300 320 340 360
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
(B)
Absorbância
λ / nm
Figura 4. (A) Espectros sucessivos a cada 1000 s durante a autoxidação do complexo de
Ni(II)/G
4
na ausência de S(IV). (B) Espectros sucessivos a cada 0,1 s durante a autoxidação
do complexo de Ni(II)/G
4
na presença de S(IV). [Ni(II)/G
4
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
(solução
empregada após 20 minutos de preparo); [G
4
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 8,50; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções
saturadas com ar.
30
Tabela 1. Ordem de adição e concentração dos reagentes na reação de oxidação de
Ni(II)/G
5
na presença de oxigênio e S(IV).
Ordem de adição I
Experimento realizado no “stopped flow”.
Solução A: [Ni(II)] = 4,0.10
−4
mol L
−1
Solução B recentemente preparada: [G
5
]
= 8,0.10
−4
mol L
−1
+
[tampão borato] = 0,100 mol L
−1
+ [S(IV)] = 1,0.10
−4
mol L
−1
Ordem de adição II
Experimento realizado no “stopped flow”.
Solução A (usada 15 minutos após o preparo):
[G
5
] = 8,0.10
−4
mol L
−1
+ [tampão borato] = 0,100 mol L
−1
+
[Ni(II)] = 4,0.10
−4
mol L
−1
Solução B recentemente preparada: [S(IV)]= 1,0.10
−4
mol L
−1
Ordem de adição III
Experimento realizado na cubeta Hellma de três
compartimentos (agitação manual).
Solução A (20 µL): [Ni(II)] = 0,020 mol L
−1
Solução B (10 µL): [S(IV)] = 0,010 mol L
−1
Solução C (2,0 mL): [G
5
] = 4,0.10
−4
mol L
−1
+
[tampão borato] = 0,050 mol L
−1
Solução final nos
três casos
[Ni(II)/G
5
] = 2,0.10
−4
mol L
−1
[G
5
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
[tampão borato] = 0,050 mol L
−1
[S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
31
Assim, tanto na ordem I como na III, a autoxidação do complexo de Ni(II)/G
5
é efetuada com o complexo na forma octaédrica, enquanto na ordem II o complexo
de Ni(II)/G
5
encontra-se na forma quadrado planar, já que nas ordens I e III a
mistura das soluções foi feita logo após as soluções terem sido preparadas, não
havendo tempo suficiente para mudança de geometria do complexo Ni(II)/G
5
.
A figura 5 mostra a variação de absorbância com o tempo no comprimento de
onda de 325 nm para as três ordens de adição dos reagentes. Como a reação de
formação de Ni(III) é muito rápida não foi possível verificar o aumento da
absorbância (nos primeiros segundos) até ser atingido o valor máximo da mesma.
Só foi possível verificar a decomposição do complexo de Ni(III)/G
5
formado (após
30 s da mistura).
A reação de autoxidação do complexo de Ni(II)/G
5
na ausência de S(IV)
(figura 5a) não ocorre em extensão apreciável sendo a variação de absorbância
pequena. No entanto, na presença de S(IV) há uma formação rápida do complexo
de Ni(III) com posterior decomposição.
Com o objetivo de verificar a possibilidade de formação de algum aducto
G
5
/SO
3
2−
que poderia eventualmente alterar a velocidade de formação de Ni(III)/G
5
,
experimentos foram realizados na ordem de adição I, empregando-se a solução B
(pentaglicina + tampão borato + S(IV)) após uma hora de preparo. Após a mistura
das soluções A e B, com ou sem “envelhecimento”, as variações de absorbância
foram iguais, evidenciando que o possível aducto e o “envelhecimento” das
soluções não alteram os resultados.
32
0 50 100 150 200 250
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
d
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
Figura 5. Variação de absorbância em 325 nm devido à formação do complexo de Ni(III)/G
5
para diferentes ordens de adição de reagentes. [Ni(II)/G
5
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [G
5
]
exc
=
2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 8,79; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C.
Soluções saturadas com ar. Branco: água.
(a) sem S(IV) para as três ordens diferentes de adição;
(b) ordem de adição I com [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
;
(c) ordem de adição II com [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
;
(d) ordem de adição III com [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
.
33
Para uma melhor comparação entre os resultados obtidos com as ordens de
adição I e II, foram feitos estudos usando o acessório de “stopped flow” que permite
uma mistura rápida dos reagentes, sendo possível a aquisição de dados em
intervalo de tempo de até 0,1 s. A figura 6 mostra um gráfico de variação de
absorbância em 325 nm nos primeiros 10 s de reação de formação do complexo de
Ni(III)/G
5
para diferentes ordens de adição dos reagentes (I e II). Observa-se que na
ausência de S(IV) para a ordem de adição II (figura 6a) não houve formação
apreciável de Ni(III) enquanto para a ordem de adição I (figura 6b) o valor da
absorbância apresentou uma pequena elevação. Na presença de S(IV), para a
ordem de adição II (figura 6d), a reação é mais rápida (tempo para atingir a
absorbância máxima é menor) e mais efetiva (valor da absorbância máxima é
maior) do que para a ordem de adição I (figura 6c).
Os tempos necessários para que a reação de autoxidação do complexo de
Ni(II)/G
5
na presença de S(IV) atinja o máximo de absorbância para as ordens de
adição de reagentes I e II são 2,6 s e 1,0 s respectivamente.
Uma possível justificativa para este fato é que na ordem de adição I, no início
da reação, não há traços do iniciador Ni(III)/G
5
gerado pela oxidação do complexo
de Ni(II)/G
5
pelo oxigênio dissolvido, já que a solução de íon Ni(II) não foi preparada
em meio complexante de pentaglicina. Assim, a reação em cadeia do mecanismo já
apresentado (eqs. 10−17)
(6,7)
é muito lenta, pois o período de indução depende da
concentração inicial de Ni(III).
34
024681
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0
Absorbância
Tempo / s
d
c
b
a
Figura 6. Variação de absorbância em 325 nm devido à formação do complexo de Ni(III)/G
5
para a comparação das ordens de adição dos reagentes (I e II). [Ni(II)/G
5
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
;
[G
5
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,05; I = 0,1 mol L
−1
;
T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água.
(a) ordem de adição II na ausência de S(IV);
(b) ordem de adição I na ausência de S(IV);
(c) ordem de adição I com [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
;
(d) ordem de adição II com [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
.
35
Nos experimentos com ordem de adição I, a solução A de Ni(II) é misturada à
solução B (pentaglicina + S(IV) + tampão), havendo a reação de complexação
Ni(II)/G
5
(forma octaédrica) e rápida oxidação parcial com formação de Ni(III)/G
5
. Já
na ordem de adição II, a solução de Ni(II)/G
5
apresenta o complexo na forma
quadrado planar (formado pelo “envelhecimento” da solução), obtendo-se neste
caso uma formação maior de Ni(III)/G
5
(figura 6d).
Curvas analíticas foram obtidas variando-se a concentração de S(IV) para as
duas ordens de adição (I e II) (figura 7). Os valores de absorbância em 325 nm
registrados na figura 7, para cada concentração de S(IV), foram após 2,6 s e 1,0 s
para as ordens de adição de reagentes I e II respectivamente.
As duas curvas mostram uma relação linear da absorbância com a
concentração de S(IV) na faixa de 1,0.10
−5
mol L
−1
a 7,0.10
−5
mol L
−1
(n = 7 e
R = 0,9985 para a ordem I e n = 7 e R = 0,9991 para a ordem II), sendo possível
desenvolver um método analítico nos dois casos. Os limites de detecção para S(IV)
calculados (definido como 3 vezes o desvio padrão do coeficiente linear dividido
pelo coeficiente angular) foram 6,3.10
−6
mol L
−1
(figura 7A) e 2,2.10
−6
mol L
−1
(figura
7B) para as ordens de adição I e II respectivamente. Nota-se que a sensibilidade é
maior para a reação de autoxidação do complexo de Ni(II) na presença de S(IV)
quando a ordem de adição II dos reagentes foi utilizada.
Foi verificado também que os valores de absorbância em 250 nm (no qual
Ni(II)/G
5
e Ni(III)/G
5
absorvem) após 1,0 s de reação, para a ordem de adição II, têm
uma relação linear com a concentração de S(IV) na faixa de 1,0.10
−5
mol L
−1
a
7,0.10
−5
mol L
−1
(n= 7 e R = 0,9978), com o limite de detecção de 1,4.10
−5
mol L
−1
para S(IV). Para a ordem de adição I, neste comprimento de onda, essa relação não
foi linear.
36
01234567
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
(A)
Absorbância após 2,6 s
[S(IV)] / 10
-5
mol L
-1
01234567
0,0
0,2
0,4
0,6
(B)
Absorbância após 1,0 s
[S(IV)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 7. Variação de absorbância em 325 nm em função da concentração de S(IV) na
reação de formação do complexo de Ni(III)/G
5
para as ordens de adição de reagentes I e II.
[Ni(II)/G
5
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [G
5
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
;
pH = 9,05; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água.
(A) Curva analítica para ordem de adição de reagentes I;
(B) Curva analítica para ordem de adição de reagentes II.
37
Pode-se concluir que é possível desenvolver um método analítico tanto com
o complexo de Ni(II)/G
5
de geometria octaédrica (ordem de adição I) como de
quadrado planar (ordem de adição II), efetuando-se medições em 325 nm, onde
somente o complexo Ni(III)/G
5
absorve.
2.3.3. Efeito da concentração de oxigênio dissolvido
Utilizando-se a ordem de adição de reagentes III (vide tabela 1, pág. 31), foi
possível borbulhar gás nitrogênio, em todas as soluções dentro de uma célula de
três compartimentos, para retirar o gás oxigênio. Estudos foram feitos na ausência
e na presença de oxigênio e S(IV) medindo-se a absorbância em 250 e 325 nm
como mostra a figura 8. Como a agitação foi manual, o início da reação rápida na
presença de S(IV) e oxigênio não pôde ser acompanhado.
Em 250 nm observa-se que o valor de absorbância obtido em função do
tempo, na presença de S(IV) e oxigênio (figura 8d), é maior que nas outras
condições. O fato de que as variações de absorbância na ausência de oxigênio
(figura 8a e b) terem sido praticamente iguais àquela na presença de oxigênio e
ausência de S(IV) (figura 8c) comprova que o sinal alto de absorbância em 250 nm,
obtido para estas três condições, é referente apenas à absorção do complexo de
Ni(II)/G
5
e a mudança de sua geometria octaédrica para quadrado planar. O
complexo de Ni(III)/G
5
não é formado na ausência de oxigênio.
38
0 50 100 150 200 250 300
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
d
c
b
a
Absorbância em 250 nm
Tempo / s
0 50 100 150 200 250 300
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
d
b,c
a
Absorbância em 325 nm
Tempo / s
Figura 8. Variação de absorbância devido à formação do complexo de Ni(III)/G
5
para ordem
de adição III na ausência e na presença de oxigênio e S(IV). [Ni(II)/G
5
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
;
[G
5
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
;
pH = 8,79; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Branco: água deionizada. (a) ausência de oxigênio e
S(IV); (b) ausência de oxigênio e presença de S(IV); (c) presença de oxigênio e ausência
de S(IV); (d) presença de oxigênio e S(IV).
39
Em 325 nm (no qual somente o complexo de Ni(III)/G
5
absorve) observa-se
que o valor da absorbância na presença de S(IV) e oxigênio (figura 8d) é muito
elevado devido à rápida formação do complexo de Ni(III)/G
5
(primeiros 2 s) seguido
da decomposição do mesmo. Na ausência de oxigênio (figura 8a e b) a absorbância
é próxima de zero evidenciando a pequena formação de Ni(III), provavelmente
devido à presença de traços de O
2
.
2.3.4. Efeito da concentração de Ni(II) e da porcentagem da pentaglicina
mantida em excesso
Para determinar as condições ótimas da reação de formação do complexo de
Ni(III)/G
5
foram feitos estudos variando a concentração de Ni(II) e a porcentagem de
pentaglicina, mantida em excesso em relação ao Ni(II). Foi empregada a ordem de
adição dos reagentes II deixando a solução do complexo de Ni(II)/G
5
“envelhecer”
um tempo mínimo de 15 minutos (tempo necessário para mudança de geometria
octaédrica para quadrado planar).
Verificou-se que quanto maior a concentração de Ni(II)/G
5
(na solução A)
mais rápida é a reação de formação do complexo de Ni(III)/G
5
tanto na presença
quanto na ausência de S(IV).
Optou-se por trabalhar com uma solução de Ni(II)/G
5
2,0.10
−4
mol L
−1
pelos
seguintes motivos:
• a reação de formação de Ni(III)/G
5
pode ser acompanhada empregando-se o
espectrofotômetro HP 8453 diode-array que permite medições de
absorbância em 325 nm a cada 0,1 s;
• a concentração de oxigênio dissolvido (aproximadamente 2,5.10
−4
mol L
−1
)
(8)
é da mesma ordem de grandeza da concentração de Ni(II)/G
5
;
40
• a formação de Ni(III)/G
5
devido à oxidação do complexo de Ni(II)/G
5
pelo
oxigênio do ar é muito pequena, deste modo pôde-se estudar o efeito da
adição de S(IV).
O efeito da concentração da pentaglicina pode ser verificado nos resultados
apresentados na figura 9. Observa-se que para uma concentração fixa de Ni(II)
2,0.10
−4
mol L
−1
e pentaglicina mantida em excesso, na ausência de S(IV) (figura
9a), não houve variação de absorbância. Já na presença de S(IV) houve formação
de Ni(III)/G
5
, sendo que na presença de 100% (figura 9c) ou 200% (figura 9d) de
excesso de G
5
, a eficiência dessa reação foi praticamente a mesma e um pouco
melhor que sem excesso de G
5
(figura 9b).
Assim, foi escolhido para fazer os próximos estudos 100% em excesso de
ligante em relação a concentração de Ni(II), garantindo a complexação completa e
evitando a possível precipitação de Ni(OH)
2
em meio de pH 8,5.
2.3.5. Efeito da acidez do meio
Da mesma forma, para verificar as condições ótimas da reação de formação
do complexo de Ni(III)/G
5
, foram feitos estudos variando-se o pH da solução A para
a ordem de adição de reagentes II (vide tabela 1, pág. 31).
A fim de avaliar o tempo mínimo necessário para que ocorra completamente
a mudança de geometria do complexo de Ni(II)/G
5
de octaédrica para quadrado
planar acompanhou-se as variações de absorbância em 250 nm, característica do
complexo de Ni(II)/G
5
.
Quando uma solução de Ni(II) é misturada a uma solução de pentaglicina em
tampão borato, ocorre primeiramente a formação do complexo de geometria
octaédrica, e com o tempo o complexo adquire geometria quadrado planar.
41
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
c, d
b
a
Absorbância
Tempo / s
Figura 9. Variação de absorbância em 325 nm devido à formação do complexo de Ni(III)/G
5
para diferentes porcentagens de G
5
em excesso em relação ao Ni(II). [Ni(II)/G
5
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,05; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções
saturadas com ar. Branco: água deionizada.
(a) sem S(IV) para diferentes porcentagens de excesso de G
5
;
(b) 0% de excesso de G
5
e [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
;
(c) 100% de excesso de G
5
e [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
;
(d) 200% de excesso de G
5
e [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
.
42
A figura 10 mostra a variação da absorbância em 250 nm na ausência de
S(IV), sendo possível avaliar o tempo mínimo necessário para que ocorra
completamente a mudança de geometria do complexo de Ni(II)/G
5
. Observa-se que
esta mudança de geometria é mais rápida quanto maior o pH, sendo que a
absorbância limite atingida é a mesma independente da acidez do meio (pH na faixa
de 8,24 a 9,05).
Nos estudos feitos do efeito da acidez do meio, na reação de formação do
complexo de Ni(III)/G
5
na presença de S(IV), foram utilizados os tempos mínimos,
determinados para cada valor de pH (figura 10), para “envelhecer” as soluções do
complexo de Ni(II)/G
5
e garantir que a geometria do complexo seja apenas
quadrado planar.
A figura 11A mostra a variação de absorbância em função do tempo de
reação da formação do complexo de Ni(III)/G
5
na presença de S(IV) para soluções
com valores de pH diferentes. Como a variação de absorbância em 325 nm para a
reação na ausência de S(IV) foi muito pequena, independentemente da acidez do
meio, não foi representada neste gráfico. A figura 11B mostra a variação de
absorbância após 0,8 s de reação em função do pH. Observa-se nos dois gráficos
que a absorbância máxima maior foi atingida para a solução de pH 8,50. Além
disso, quanto maior o pH, maior é a decomposição do complexo de Ni(III)/G
5
como
se pode notar pelo decréscimo da absorbância nas curvas referentes a pH 9,05 e
9,30.
Assim, o pH escolhido para se efetuar os próximos estudos foi 8,50 já que a
absorbância máxima é maior e a decomposição do complexo de Ni(III)/G
5
é mais
lenta. A solução de Ni(II)/G
5
(solução A) foi preparada aproximadamente uma hora
antes de iniciar os experimentos, garantindo a mudança de geometria do complexo.
43
0 1000 2000 3000
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
d
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
Figura 10. Variação da absorbância em 250 nm. Estudo do tempo necessário para
mudança de geometria do complexo de Ni(II)/G
5
em diferentes valores de pH das soluções
na ausência de S(IV). [Ni(II)/G
5
] = 2,0.10
−4
mol L
−1
; [G
5
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão
borato]= 0,050 mol L
−1
; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco:
água. pH: (a) 8,24; (b) 8,50; (c) 8,79; (d) 9,05.
44
01234
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
pH
(A)
8,24
8,50
8,79
9,05
8,02
9,50
10,1
7,51
9,30
Absorbância
Tempo / s
7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
(B)
Absorbância em 0,8 s
pH
Figura 11. (A) Variação de absorbância em 325 nm devido à formação do complexo de
Ni(III)/G
5
para diferentes valores de pH. (B) Variação de absorbância em 325 nm após 0,8 s
de reação em função do pH. [Ni(II)/G
5
] = 2,0.10
−4
mol L
−1
; [G
5
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão
borato] = 0,050 mol L
−1
; [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções
saturadas com ar. Branco: água.
45
2.3.6. Estudo comparativo da autoxidação dos complexos de Ni(II)/G
n
Com as melhores condições experimentais determinadas nos estudos
anteriores e utilizando a ordem de adição de reagentes II foram realizados outros
estudos comparativos nas mesmas condições empregando-se os complexos de
Ni(II)/G
n
na presença de S(IV).
Inicialmente foi necessária a verificação dos tempos mínimos que as
soluções de complexos Ni(II)/G
4
e Ni(II)/G
6
deveriam ficar “envelhecendo” para
ocorrer a mudança de geometria antes de começar o experimento.
A figura 12 mostra o tempo necessário para a mudança de geometria dos
três ligantes (ausência de S(IV)). Observa-se que as soluções dos complexos
Ni(II)/G
5
(figura 12b) e Ni(II)/G
6
(figura 12c) possuem a mesma variação de
absorbância em 250 nm, sendo necessário um tempo de aproximadamente uma
hora até a absorbância atingir um valor constante. Já a mudança de geometria do
complexo Ni(II)/G
4
(figura 12a) é um pouco mais rápida, pois a absorbância atinge
um valor constante em aproximadamente 20 minutos.
Durante o tempo em que se acompanhou a mudança de geometria desses
complexos de Ni(II), verificou-se também a autoxidação dos mesmos pelo oxigênio
dissolvido, na ausência de S(IV), pela variação de absorbância em 325 nm em
função do tempo. Tanto para os complexos de Ni(II)/G
5
como Ni(II)/G
6
a variação da
absorbância foi pequena mesmo após 4 horas, figuras 13a e 13b respectivamente.
Enquanto que para o complexo de Ni(II)/G
4
a variação da absorbância foi pequena
até os 50 minutos (3000 s) ocorrendo então, uma perceptível oxidação com
formação de Ni(III)/G
4
(figura 13c).
46
0 1000 2000 3000
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
Figura 12. Variação de absorbância em 250 nm. Comparação do tempo necessário para
mudança de geometria dos complexos de Ni(II)/G
n
. [Ni(II)/G
n
] = 2,0.10
−4
mol L
−1
; [G
n
]
exc
=
2,0.10
−4
mol L
−1
; G
n
: (a) G
4
; (b) G
5
; (c) G
6
. [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 8,50; I =
0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água.
47
0 3000 6000 9000 12000 15000
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
Figura 13. Variação de absorbância em 325 nm devido à autoxidação de complexos de
Ni(II)/G
n
na ausência de S(IV). [Ni(II)/G
n
] = 2,0.10
−4
mol L
−1
; [G
n
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
;
G
n
: (a) G
5
; (b) G
6
e (c) G
4
. [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 8,50; I = 0,1 mol L
−1
;
T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água.
48
Assim, para realizar o experimento da variação da concentração de S(IV)
para o complexo de Ni(II)/G
4
foi necessário um tempo de “envelhecimento” da
solução do complexo de 20 minutos (figura 12a). Não foi possível utilizar a mesma
solução por mais 30 minutos além do tempo de “envelhecimento” (figura 13c).
Evitou-se assim uma concentração inicial, ainda que pequena, de Ni(III)/G
4
não
prejudicando a repetibilidade do experimento. Enquanto que para as soluções dos
complexos de Ni(II)/G
5
e Ni(II)/G
6
o tempo de “envelhecimento” foi de
aproximadamente uma hora (figuras 12b e 12c), podendo utilizá-las por 3 horas.
Com as melhores condições experimentais determinadas, foram feitos os
experimentos com os três complexos variando a concentração de S(IV). A figura
14A mostra as curvas da variação de absorbância em 325 nm na reação de
autoxidação do complexo de Ni(II)/G
4
para diferentes concentrações de S(IV).
Observa-se que quanto maior a concentração de S(IV), maior a absorbância
máxima atingida. O tempo para se atingir a absorbância máxima é de 1,0 s, após
esse tempo a reação de decomposição do complexo de Ni(III)/G
4
prevalece,
diminuindo o valor da absorbância.
A figura 14B mostra a relação linear da absorbância após 1,0 s de reação
pela concentração de S(IV) na faixa de 1,0.10
−5
mol L
−1
a 7,0.10
−5
mol L
−1
(n= 7 e
R = 0,9992), sendo possível desenvolver um método analítico. O limite de detecção
calculado é de 2,0.10
−6
mol L
−1
de S(IV).
49
0,00,51,01,52,0
0,2
0,4
0,6
(A)
Tempo / s
g
f
e
d
c
b
a
Absorbância
02468
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
(B)
Absorbância após 1,0 s
[S(IV)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 14. (A) Variação de absorbância em 325 nm devido à formação do complexo de
Ni(III)/G
4
para diferentes [S(IV)]. (B) Variação de absorbância em 325 nm após 1,0 s de
reação em função da [S(IV)]. [Ni(II)/G
4
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
(solução empregada após 20 min
de preparo); [G
4
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 8,50; I = 0,1
mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada. [S(IV)] = (a)
zero; (b) 1,0.10
−5
; (c) 2,0.10
−5
; (d) 3,0.10
−5
; (e) 4,0.10
−5
; (f) 5,0.10
−5
; (g) 7,0.10
−5
mol L
−1
.
50
A figura 15A mostra as curvas da variação de absorbância em 325 nm na
reação do complexo de Ni(II)/G
5
para diferentes concentrações de S(IV).
Igualmente, observa-se que quanto maior a concentração de S(IV), maior a
absorbância máxima atingida, sendo o tempo necessário para atingi-la de 0,8 s. Em
um tempo mais longo, há decomposição do complexo de Ni(III)/G
5
.
A figura 15B mostra a relação linear da absorbância após 0,8 s de reação
pela concentração de S(IV) na faixa de 1,0.10
−5
mol L
−1
a 7,0.10
−5
mol L
−1
(n= 7 e
R = 0,9995), também sendo possível desenvolver um método analítico. O limite de
detecção calculado é de 1,6.10
−6
mol L
−1
de S(IV).
A figura 16A mostra as curvas da variação de absorbância em 325 nm na
reação do complexo de Ni(II)/G
6
para diferentes concentrações de S(IV). O tempo
de “envelhecimento” da solução do complexo de Ni(II)/G
6
também foi de
aproximadamente uma hora antes do início dos experimentos. Assim como para os
outros dois complexos, quanto maior a concentração de S(IV), maior a absorbância
máxima atingida, sendo que o tempo necessário para atingi-la é de 0,6 s. Após esse
tempo o valor da absorbância diminui.
A figura 16B mostra a relação linear da absorbância após 0,6 s de reação
pela concentração de S(IV) na faixa de 1,0.10
−5
mol L
−1
a 7,0.10
−5
mol L
−1
(n= 7 e
R = 0,9999), também sendo possível desenvolver um método analítico. O limite de
detecção calculado é de 8,9.10
−7
mol L
−1
de S(IV).
51
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0,2
0,4
0,6
(A)
Tempo / s
g
f
e
d
c
b
a
Absorbância
02468
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
(B)
Absorbância após 0,8 s
[S(IV)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 15. (A) Variação de absorbância em 325 nm devido à formação do complexo de
Ni(III)/G
5
para diferentes [S(IV)]. (B) Variação de absorbância em 325 nm após 0,8 s de
reação em função da [S(IV)]. [Ni(II)/G
5
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
(solução empregada após uma
hora de preparo); [G
5
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 8,50; I =
0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada.
[S(IV)] = (a) zero; (b) 1,0.10
−5
; (c) 2,0.10
−5
; (d) 3,0.10
−5
; (e) 4,0.10
−5
; (f) 5,0.10
−5
; (g) 7,0.10
−5
mol L
−1
.
52
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0,2
0,4
0,6
(A)
g
f
e
d
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
02468
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
(B)
Absorbância após 0,6 s
[S(IV)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 16. (A) Variação de absorbância em 325 nm devido à formação do complexo de
Ni(III)/G
6
para diferentes [S(IV)]. (B) Variação de absorbância em 325 nm após 0,6 s de
reação em função da [S(IV)]. [Ni(II)/G
6
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
(solução empregada após uma
hora de preparo); [G
6
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 8,50; I =
0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada.
[S(IV)] = (a) zero; (b) 1,0.10
−5
; (c) 2,0.10
−5
; (d) 3,0.10
−5
; (e) 4,0.10
−5
; (f) 5,0.10
−5
; (g) 7,0.10
−5
mol L
−1
.
53
Comparando-se a reação de autoxidação dos três complexos apresentados
na presença de S(IV), observa-se que a velocidade da reação aumenta com a
concentração de S(IV) nos três casos, sendo que o período de indução, evidência
de um processo autocatalítico, diminui com o aumento da concentração de S(IV).
Observa-se também que na presença de S(IV) a reação de formação do
complexo de Ni(III)/G
n
atinge uma absorbância máxima nos tempos de 1,0 s, 0,8 s e
0,6 s para as soluções de Ni(II)/G
4
, Ni(II)/G
5
e Ni(II)/G
6
, respectivamente.
Os valores máximos da absorbância limite para a formação dos complexos
de Ni(III) estão na seguinte ordem: Ni(III)/G
4
(figura 14A) > Ni(III)/G
6
(figura 16A) >
Ni(III)/G
5
(figura 15A) .
A velocidade de decomposição dos complexos de Ni(III), nas condições
empregadas obedece a seguinte ordem: Ni(III)/G
4
(figura 14A) < Ni(III)/G
5
(figura
15A) < Ni(III)/G
6
(figura 16A).
2.3.7. Cálculo das constantes de velocidade observadas para a autoxidação
dos complexos de Ni(II)/G
n
induzida por S(IV)
As figuras 11 e 17 mostram o efeito da acidez do meio na formação e
decomposição de Ni(III)/G
5
. O valor da absorbância máxima foi observado em meio
de pH = 8,50. A velocidade da reação de decomposição do complexo de Ni(III)/G
5
é
maior com o aumento do pH. Um resultado similar foi observado para os complexos
de Ni(III)/G
4
e Ni(III)/G
6
.
54
01234
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
pH
(A)
8,24
8,50
8,79
9,05
8,02
9,50
10,1
7,51
9,30
Absorbância
Tempo / s
7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5
0
2
4
6
8
10
(B)
k
obs
/ s
-1
pH
Figura 17. (A) Variação de absorbância em 325 nm devido à formação do complexo de
Ni(III)/G
5
para diferentes valores de pH. (B) k
obs
para a reação de autoxidação do complexo
de Ni(II)/G
5
na presença de S(IV) em função do pH. [Ni(II)/G
5
] = 2,0.10
−4
mol L
−1
; [G
5
]
exc
=
2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
; I = 0,1 mol L
−1
;
T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada.
55
A constante de velocidade observada de formação de Ni(III)/G
5
foi obtida pela
inclinação inicial da reta (ln A
t
– ln A
i
) vs. tempo (negligenciando o período de
indução e os dados de absorbância constante no patamar).
Infelizmente o “software” do acessório Pro-K.2000 Stopped-Flow Mixing
acoplado em série ao espectrofotômetro HP 8453 diode-array permite aquisição de
dados com intervalos de tempo de 0,1 s, tal que após o período de indução apenas
três ou quatro pontos foram empregados para obter o valor da inclinação inicial da
reta de (ln A
t
– ln A
i
) vs. tempo. Esta parte da curva refere-se a máxima velocidade
de formação de Ni(III)/G
5
.
(9,10)
Os valores de k
obs
(obtidos de experimentos realizados em triplicata) versus
pH, representados na figura 17B, estão sujeitos a algum erro devido à interferência
do período de indução (evidência de um processo autocatalítico) e a posterior
decomposição de complexo de Ni(III)/G
5
, especialmente em meio de pH maiores.
Os valores de k
obs
aumentam com o aumento do pH no intervalo de 7,5 a 9,0,
devido ao grau de protonação diferente dos complexos de níquel, que depende da
acidez do meio. [Ni
II
(H
−3
G
5
)]
2−
é provavelmente a principal espécie presente em
solução em pH 8,5 a 9,0.
Estudos comparativos foram realizados em pH = 8,5 (já que a absorbância
máxima é maior e a decomposição posterior do complexo de Ni(III)/G
5
é mais lenta)
empregando-se as soluções de complexos de Ni(II)/G
n
na presença de oxigênio e
variando a concentração de S(IV).
Para uma melhor comparação, os resultados da variação da absorbância em
325 nm para as reações de autoxidação dos complexos de Ni(II)/G
4
, Ni(II)/G
5
e
Ni(II)/G
6
foram representados novamente nas figuras 18A, 18B e 18C,
respectivamente, para diferentes concentrações de S(IV). Em todas as reações a
56
velocidade aumenta com a concentração de S(IV), sendo que o período de indução
diminui com o aumento da concentração de S(IV).
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0,2
0,4
0,6
(A)
Tempo / s
g
f
e
d
c
b
a
Absorbância
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0,2
0,4
0,6
(B)
Tempo / s
g
f
e
d
c
b
a
Absorbância
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0,2
0,4
0,6
(C)
g
f
e
d
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
Figura 18. Variação de absorbância em 325 nm devido à formação do complexo de
Ni(III)/G
n
para diferentes [S(IV)], sendo G
n
= (A) G
4
; (B) G
5
; (C) G
6
. [Ni(II)/G
n
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [G
n
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 8,50;I = 0,1 mol L
−1
;
T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada. [S(IV)] = (a) zero;
(b) 1,0.10
−5
; (c) 2,0.10
−5
; (d) 3,0.10
−5
; (e) 4,0.10
−5
; (f) 5,0.10
−5
; (g) 7,0.10
−5
mol L
−1
.
57
As constantes de velocidade observadas (k
obs
) para as reações de
autoxidação dos complexos de Ni(II)/G
n
na presença de S(IV) estão representadas
na figura 19. A velocidade da reação aumenta linearmente com a concentração de
S(IV) para o complexo de Ni(II)/G
4
(figura 19a). Para os complexos de Ni(II)/G
5
(figura 19b) e Ni(II)/G
6
(figura 19c) a velocidade da reação aumenta atingindo um
valor constante, o que evidencia uma etapa inicial com possível formação de
complexos mistos de Ni(II)/(III)/peptídeo e S(IV).
Para o complexo de Ni(II)/G
4
, ocorre claramente um intercepto no eixo da
ordenada (figura 19a), que pode ser atribuído a uma reação paralela.
(7)
A
dependência de S(IV) só pôde ser estudada em uma faixa limitada de concentração
onde [S(IV)] ≅ (0,05 – 0,35) x [Ni(II)] (em concentrações mais altas de S(IV) ocorre a
redução do Ni(III) formado). Experimentos em concentrações de S(IV) mais baixas
que 1,0.10
−5
mol L
−1
poderiam definir melhor o intercepto observado na figura 19a.
No entanto, as mudanças de absorbância, usando concentrações mais baixas de
S(IV), não foram significativas, apresentando incertezas altas. Devido à insuficiência
de informação experimental detalhada nessas condições, o tratamento dos dados
cinéticos conduziu a uma descrição semiquantitativa.
2.3.8. Considerações sobre o mecanismo da reação de oxidação de Ni(II)/G
n
na presença de O
2
e S(IV)
Como já foi mostrado anteriormente a autoxidação do complexo de Ni(II)/G
n
induzida por S(IV) é um processo autocatalítico envolvendo uma cadeia de reações
redox com formação de radicais livres.
58
02468
2
3
4
5
6
c
b
a
k
obs
/ s
-1
[S(IV)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 19. k
obs
em função da [S(IV)] para a autoxidação de Ni(II)/G
n
induzida por S(IV),
sendo G
n
= (a) G
4
; (b) G
5
; (c) G
6
. [Ni(II)/G
n
]= 2,0.10
−4
mol L
−1
; [G
n
]
exc
= 2,0.10
−4
mol L
−1
;
[tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 8,50; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções saturadas
com ar. Branco: água deionizada.
59
O esquema 1 descreve as principais reações envolvendo o ciclo redox para a
oxidação de complexos de Ni(II)/G
n
promovidas por fortes agentes oxidantes (SO
4
•−
,
SO
5
•−
, e HSO
5
−
) gerados na reação.
Na autocatálise é necessária pequena concentração de Ni(III)/G
n
para iniciar
o processo (eq. 23). Quantidades pequenas do íon metálico no estado de oxidação
+3 (Ni(III)/G
n
) são produzidas pela oxidação direta de Ni(II)/G
n
pelo oxigênio
dissolvido (eq. 18).
(1,7)
O processo autocatalítico inicia-se com a reação entre
Ni(III)/G
n
e SO
3
2−
(eq. 23) com formação de SO
3
•−
, que reage com O
2
produzindo
SO
5
•−
(eq. 24). A oxidação de Ni(II)/G
n
ocorre com consumo simultâneo de O
2
e
oxidação de S(IV). O balanço das concentrações de S(IV) e O
2
controla o processo
cíclico redox.
(9,11−24)
A formação de um complexo de ligante misto (eqs. 19 e 20), antes da etapa
de oxidação (eq. 21), pode envolver um lento processo de descomplexação do
ligante G
n
coordenado ao SO
3
2−
e O
2
para Ni(II)/G
n
. Uma transferência eletrônica
interna pode produzir [Ni
III
(H
−2
G
n
)SO
3
]
2−
(eq. 21). Em uma etapa posterior, Ni(III) é
reduzido pelo SO
3
2−
para gerar [Ni
II
(H
−3
G
n
)]
2−
e SO
3
•−
(eq. 23).
Dois estudos na literatura sobre complexos peptídicos de Ni(II)/Ni(IIII) são
relevantes nesta discussão. Lepentsiotis e colaboradores
(24)
propuseram a formação
de Ni
III
L(SO
4
•−
) (L=lisilglicilhistidina carboxiamida), onde o radical SO
4
•−
pode se
coordenar ao complexo de Ni
III
L. Green e colaboradores
(25)
consideraram a
formação de espécies dímeras reativas de Ni(II) e complexos de Ni(III)Gly
2
HisGly na
autodecomposição oxidativa do complexo de Ni(III).
60
Esquema 1. Mecanismo da reação de oxidação de Ni(II)/G
n
na presença de O
2
e S(IV)
(7,26)
Iniciação
2 [Ni
II
(H
−3
G
n
)]
2−
+ O
2
+ 2 H
2
O → 2 [Ni
III
(H
−3
G
n
)]
−
+ H
2
O
2
+ 2 OH
−
[18]
[Ni
II
(H
−3
G
n
)]
2−
+ SO
3
2−
+ H
+
→ [Ni
II
(H
−2
G
n
)SO
3
]
3−
[19]
[Ni
II
(H
−2
G
n
)SO
3
]
3−
+ O
2
+ H
+
→ [Ni
II
(H
−1
G
n
)SO
3
.O
2
]
2−
[20]
[Ni
II
(H
−1
G
n
)SO
3
.O
2
]
2−
→ [Ni
III
(H
−2
G
n
)SO
3
]
2−
+ H
2
O
2
[21]
Autocatálise
[Ni
III
(H
−2
G
n
)SO
3
]
2−
→ [Ni
II
(H
−3
G
n
)]
2−
+ SO
3
•−
+ H
+
[22]
[Ni
III
(H
−3
G
n
)]
−
+ SO
3
2−
→ [Ni
II
(H
−3
G
n
)]
2−
+ SO
3
•−
[23]
SO
3
•−
+ O
2
→ SO
5
•−
[24]
[Ni
II
(H
−3
G
n
)]
2−
+ SO
5
•−
→ [Ni
III
(H
−3
G
n
)]
−
+ SO
5
2−
[25]
SO
5
2−
+ H
+
HSO
5
−
pK = 9,4 [26]
[Ni
II
(H
−3
G
n
)]
2−
+ HSO
5
−
→ [Ni
III
(H
−3
G
n
)]
−
+ SO
4
•−
+ OH
−
[27]
[Ni
II
(H
−3
G
n
)]
2−
+ HSO
5
−
→ [Ni
III
(H
−3
G
n
)]
−
+ SO
4
2−
+
•
OH
[28]
[Ni
II
(H
−3
G
n
)]
2−
+ SO
4
•−
→ [Ni
III
(H
−3
G
n
)]
−
+ SO
4
2−
[29]
onde H
−1
G
n
2−
, H
−2
G
n
3−
e H
−3
G
n
4−
referem-se aos ligantes com 1, 2 e 3 nitrogênios
peptídicos desprotonados coordenados ao íon Ni(II).
61
2.4. CONSIDERAÇÕES GERAIS
A reação de formação do complexo de Ni(III)/G
5
na presença de S(IV) e
oxigênio é mais rápida e mais efetiva efetuando a ordem de adição de reagentes II
(solução A: Ni(II)/G
5
+ G
5
em excesso + tampão borato; solução B: S(IV)). O tempo
para atingir a absorbância máxima para a ordem de adição II é de aproximadamente
1,0 s enquanto para a ordem de adição I (solução A: Ni(NO
3
)
2
; solução B: G
5
+
tampão borato + S(IV)) é de 2,6 s. Isso acontece porque no início da reação na
ordem de adição I, não há traços do iniciador Ni(III)/G
5
gerado pela oxidação do
complexo de Ni(II)/G
5
pelo oxigênio dissolvido, já que a solução de íon Ni(II) não foi
preparada em meio complexante contendo pentaglicina.
O complexo de Ni(II)/G
5
de geometria quadrado planar reage mais rápida e
eficientemente do que o complexo de Ni(II)/G
5
de geometria octaédrica, havendo a
formação do mesmo produto Ni(III)/G
5
(figura 6).
Com experimentos feitos sobre reação de autoxidação dos complexos de
Ni(II)/G
n
na ausência e na presença de oxigênio comprova-se que em 250 nm é
possível verificar a variação da absorbância do complexo de Ni(II) referente à
mudança de geometria de octaédrica para quadrado planar. Nesse comprimento de
onda o complexo de Ni(III)/G
n
também absorve. Para finalidades analíticas e
estudos cinéticos, a formação do complexo de Ni(III) pode ser monitorada melhor a
partir da absorbância em 325 nm, onde somente Ni(III)/G
n
absorve.
A concentração de oxigênio é muito importante na reação de oxidação dos
complexos de Ni(II)/G
n
na presença de S(IV). Na ausência de oxigênio o complexo
de Ni(III)/G
5
praticamente não é formado (figura 8a e b). Já na presença de oxigênio
e S(IV) (figura 8d) ocorre uma rápida formação do complexo de Ni(III)/G
5
(primeiros
2 s) seguida de decomposição do mesmo.
62
As velocidades de decomposição dos complexos de Ni(III)/G
n
obedecem a
seguinte ordem: Ni(III)/G
4
< Ni(III)/G
5
< Ni(III)/G
6
(figura 18) e depende da acidez do
meio (figura 17).
A constante de velocidade observada na formação de Ni(III) aumenta
linearmente com a concentração de S(IV) para a reação de autoxidação do
complexo de Ni(II)/G
4
, enquanto que para Ni(II)/G
5
e Ni(II)/G
6
os valores de k
obs
aumentam atingindo valores constantes (figura 19), evidenciando a possível
formação de complexos mistos (eqs. 19–21).
A absorbância máxima devido à reação de autoxidação do complexo de
Ni(II)/G
n
é linear com a concentração inicial de S(IV). As melhores condições
experimentais para o desenvolvimento de um método analítico são obtidas pela
mistura da solução A: Ni(II)/G
n
4,0.10
−4
mol L
−1
(para a mudança de geometria do
complexo, o tempo de “envelhecimento” da solução é de uma hora para Ni(II)/G
5
e
Ni(II)/G
6
e 20 minutos para Ni(II)/G
4
), G
n
4,0.10
−4
mol L
−1
(100% em excesso do
ligante utilizado para complexar o Ni(II)) em solução de tampão borato de pH 8,50
com a solução B: S(IV) variando-se a concentração na faixa de (2,0−14).10
−5
mol L
−1
(recentemente preparada).
Um método analítico baseado na linearidade da concentração de Ni(III)/G
n
com a concentração de S(IV) poderia ser empregado, sendo os limites de detecção
para S(IV) iguais a 2,0.10
−6
mol L
−1
, 1,6.10
−6
mol L
−1
e 8,9.10
−7
mol L
−1
, utilizando as
soluções de Ni(III)/G
4
, Ni(III)/G
5
e Ni(III)/G
6
, respectivamente.
O objetivo do presente trabalho foi focalizado no estudo cinético, assim
optou-se por não investigar mais profundamente o desenvolvimento de um método
analítico alternativo baseado em medidas de absorbância referente à concentração
de Ni(III). Até porque o nosso grupo de pesquisa já propôs três métodos
63
(espectrofotométrico,
(6,27)
eletroquímico
(28)
e quimiluminescente
(29)
), todos baseados
na autoxidação do complexo de M(II)/G
4
(M(II) = Cu(II) e Ni(II)).
2.5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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67
Capítulo 3: Autoxidação de complexos de
Co(II)/G
n
induzida por S(IV).
68
3.1. INTRODUÇÃO
Trabalhos anteriores sobre as reações do complexo de Co(II)/G
4
com
oxigênio na ausência e na presença de S(IV) foram realizados pelo nosso grupo de
pesquisa.
(1,2)
Outros estudos da reação de Co(II), complexado a dipeptídeos, com
oxigênio, mostraram a oxidação irreversível do íon metálico a Co(III).
(3)
Neste trabalho foi verificada a oxidação espontânea rápida dos complexos de
Co(II)/G
n
pelo oxigênio dissolvido na ausência e na presença de S(IV). O espectro
da solução resultante, contendo complexos de Co(III)/G
n
, apresenta um máximo de
absorbância em 265 nm.
3.2. PARTE EXPERIMENTAL
A seguir estão descritos os procedimentos experimentais realizados no
presente estudo. O preparo de algumas soluções está descrito na página 174.
3.2.1. Preparação das soluções dos complexos de Co(II)/G
n
Uma vez que os complexos de Co(II)/G
n
são oxidados pelo oxigênio
dissolvido
(4)
, foram preparadas soluções imediatamente antes do seu uso. A
solução do complexo de Co(II)/G
4
foi preparada dissolvendo-se 0,0054 g de
tetraglicina em 100 mL de tampão borato 0,100 mol L
−1
(pH = 9,05) e 20,8 µL de
Co(ClO
4
)
2
0,965 mol L
−1
, de modo a obter uma concentração final de 2,0.10
−4
mol L
−1
de Co(II)/G
4
, 0,100 mol L
−1
de tampão borato e 0,20.10
−4
mol L
−1
(10%
excesso) de tetraglicina.
69
A solução do complexo de Co(II)/G
5
foi preparada da mesma forma
dissolvendo-se 0,0067 g de pentaglicina em 100 mL de tampão borato 0,100 mol L
−1
(o pH dessa solução foi ajustado na faixa de 7,51 a 9,30 pela adição de HClO
4
ou
NaOH) e 20,8 µL de Co(ClO
4
)
2
0,965 mol L
−1
, de modo a obter uma concentração
final de 2,0.10
−4
mol L
−1
de Co(II)/G
5
, 0,100 mol L
−1
de tampão borato e 0,20.10
−4
mol L
−1
(10% excesso) de pentaglicina.
A solução do complexo de Co(II)/G
6
foi preparada dissolvendo-se 0,0079 g
de hexaglicina em 100 mL de tampão borato 0,100 mol L
−1
(pH = 9,05) e 20,8 µL de
Co(ClO
4
)
2
0,965 mol L
−1
, de modo a obter uma concentração final de 2,0.10
−4
mol L
−1
de Co(II)/G
6
, 0,100 mol L
−1
de tampão borato e 0,20.10
−4
mol L
−1
(10%
excesso) de hexaglicina.
3.2.2. Procedimento experimental
Para comparar o comportamento dos complexos de Co(II)/G
n
na presença de
S(IV), foi empregado o acessório de “stopped flow”, Pro-K.2000 Stopped-Flow
Mixing Accessory (Applied Photophysics) acoplado a um espectrofotômetro
HP 8453 diode-array para o complexo de Co(II)/G
4
.
O esquema do acessório de “stopped flow” empregado está representado na
figura 1 do capítulo 2 (pág. 25). Nesse sistema as seringas A e B foram preenchidas
com as soluções de Co(II)/G
4
(2,0.10
−4
mol L
−1
em tampão borato) e S(IV)
(2,0−10).10
−5
mol L
−1
, respectivamente.
Para os complexos de Co(II)/G
5
e G
6
(reações muito mais lentas em relação
a autoxidação do complexo de Co(II)/G
4
na presença de S(IV)), a variação dos
espectros foi monitorada utilizando um espectrofotômetro HP 8452 diode-array,
empregando-se celas Hellma tipo Tanden–QS de 0,875 cm de caminho óptico, as
70
quais possuem dois compartimentos isolados de 1 mL cada. Antes das medições,
as soluções dos complexos de Co(II)/G
n
foram misturadas com soluções recém
preparadas de S(IV) (2,0−10).10
−5
mol L
−1
na proporção de 1:1, por agitação
manual. As legendas das figuras apresentam as concentrações da solução final
após a mistura.
3.3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.3.1. Estudos da autoxidação dos complexos de Co(II)/G
n
induzida por S(IV)
A reação de autoxidação dos complexos de Co(II)/G
n
induzida por S(IV)
também foi estudada como descrito no capítulo anterior, para os complexos de
Ni(II)/G
n
.
A oxidação induzida por S(IV) de Co(II)/G
5
a Co(III)/G
5
é significativamente
mais lenta que a de Ni(II)/G
5
a Ni(III)/G
5
. A figura 1 mostra os espectros sucessivos
UV-visível após a mistura das soluções de Co(II)/G
5
com a de S(IV) 5,0.10
−5
mol L
−1
em presença de oxigênio dissolvido. Observa-se o aparecimento de uma banda
intensa de absorção em 265 nm e 210 nm, como resultado da formação do
complexo de Co(III)/G
5
. A solução que inicialmente era rosa (complexo de Co(II)/G
5
)
ficou alaranjada (complexo de Co(III)/G
5
).
Nas condições experimentais da figura 1, o complexo de Co(III) formado é
muito estável, pois a absorbância limite permaneceu constante durante 20 h (tempo
máximo em que foi monitorado o espectro dessa solução).
71
200 250 300 350
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
200 250 300 350
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Absorbância
λ / nm
Absorbância
λ / nm
Figura 1. Espectros sucessivos a cada 2 minutos durante a autoxidação do complexo de
Co(II)/G
5
na presença de S(IV). [Co(II)/G
5
]= 1,0.10
−4
mol L
−1
; [G
5
]
exc
= 0,1.10
−4
mol L
−1
;
[S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,05; I = 0,1 mol L
−1
;
T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Figura interna: Espectros da solução do complexo
de Co(II)/G
5
nas mesmas condições anteriores antes da adição de S(IV) e após 20 min de
reação com S(IV) e o oxigênio. Branco: água deionizada.
72
A oxidação espontânea do complexo de Co(II)/G
5
pelo oxigênio dissolvido (na
ausência de S(IV)), apesar de ser lenta, também é observada pela variação de
absorbância em 265 nm. Assim, foram feitos estudos do complexo de Co(II)/G
5
variando-se condições experimentais como concentração de Co(II), porcentagem de
ligante em excesso, pH da solução final e ordem de adição de reagentes para
minimizar o efeito da oxidação espontânea do complexo de Co(II) pelo O
2
e, dessa
maneira, efetuar os experimentos na presença de S(IV), sendo esse o interesse do
presente estudo.
3.3.2. Efeito da variação da concentração de Co(II) e da porcentagem da
pentaglicina em excesso
A fim de escolher a melhor concentração de Co(II) e do ligante, foram feitos
testes acompanhando-se a formação do complexo de Co(III)/G
5
na ausência e na
presença de S(IV).
Inicialmente os testes foram realizados em pH 9,05 (tampão borato), estando
a pentaglicina 100% em excesso com relação ao complexo de Co(II)/G
5
(solução
recém preparada).
Ao misturar soluções saturadas de ar do complexo de Co(II)/G
5
(4,0–6,0).10
−4
mol L
−1
com solução de S(IV), observou-se uma formação rápida de
Co(III)/G
5
, havendo também a formação de um sólido marrom, provavelmente
Co(OH)
3
(K
ps
= 1,6.10
−44
mol
4
L
−4
a 25°C).
(5)
Optou-se por realizar os experimentos empregando solução de Co(II)/G
5
2,0.10
−4
mol L
−1
(antes da mistura) em meio de tampão borato, pois não houve
precipitação apesar da reação de autoxidação do complexo ser mais lenta.
73
A figura 2 apresenta os resultados obtidos variando-se a porcentagem de G
5
em relação à concentração de Co(II). Na ausência de S(IV) (figura 2A), a formação
de Co(III)/G
5
, devido à oxidação do íon metálico com o oxigênio dissolvido, aumenta
em meio contendo excesso elevado de G
5
(100–200%). Na ausência e em 10% de
excesso de G
5
essa oxidação é menor, sendo, portanto, mais favoráveis os estudos
nessas condições, uma vez que o objetivo do presente trabalho é avaliar o efeito de
S(IV) na oxidação dos complexos de Co(II)/G
n
.
Na presença de S(IV) (figura 2B) também se verifica que quanto maior a
porcentagem de excesso de ligante, mais rápida e mais eficiente é a reação de
formação do complexo de Co(III)/G
5
.
Para se analisar melhor esses dados, fez-se a diferença entre os valores da
absorbância obtidos após 1200 s na presença e na ausência de S(IV) (figura 2C).
Nota-se que a diferença é maior, quando a porcentagem em excesso de G
5
foi de
10%, sendo que a variação de absorbância com o tempo na ausência de S(IV) foi
pequena (figura 2Ab), indicando uma oxidação pequena pelo oxigênio dissolvido.
Assim, foi escolhido para fazer os próximos estudos, o uso de 10% em excesso de
ligante.
74
0 400 800 1200
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
(B)
d
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
0 400 800 1200
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
(A)
d
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
0 50 100 150 200
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
(C)
∆ Absorbância após 1200 s
% em excesso de G
5
Figura 2. Variação de absorbância em 265 nm para diferentes porcentagens de G
5
em
excesso em relação ao Co(II) na reação de formação do complexo de Co(III)/G
5
.
(A) ausência de S(IV); (B) presença de S(IV) 5,0.10
−5
mol L
−1
; (C) Diferença entre a
absorbância após 1200 s na presença e na ausência de S(IV). [Co(II)/G
5
]= 1,0.10
−4
mol L
−1
;
[tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,05; I = 0,1 mol L
−1
; T = 28,0°C. Soluções saturadas
com ar. Branco: água deionizada.
(a) 0% de excesso de G
5
; (b) 10% de excesso de G
5
; (c) 100% de excesso de G
5
;
(d) 200% de excesso de G
5
.
75
3.3.3. Efeito da acidez do meio
Para obter as melhores condições de acidez do meio foram realizados
experimentos em [Co(II)/G
5
] = 1,0.10
−4
mol L
−1
e 10% em excesso de G
5
.
A figura 3 mostra que tanto na ausência (figura 3A) quanto na presença de
S(IV) (figura 3B) a formação do complexo de Co(III)/G
5
aumenta com o pH do meio.
Para soluções de pH 7,51 e 7,92 os valores de absorbância foram muito baixos, não
sendo apresentados no gráfico.
Novamente, a fim de analisar melhor os dados obtidos fez-se a diferença
entre os valores da absorbância obtidos após 1800 s de reação na presença e na
ausência de S(IV) (figura 3C). Nota-se que a diferença foi maior para uma solução
de pH igual a 9,05. Assim, os próximos estudos foram realizados com soluções de
pH igual a 9,05, uma vez que a formação do complexo de Co(III)/G
5
na presença de
oxigênio e S(IV) foi maior.
3.3.4. Efeito da ordem de adição dos reagentes
Foram realizados experimentos variando-se a ordem de adição de reagentes
para a reação de formação do complexo de Co(III)/G
5
. As concentrações das
soluções de trabalho empregadas foram tais que a solução final obtida após a
mistura foi a mesma para qualquer ordem de adição, ou seja, [Co(II)/G
5
] =
1,0.10
−4
mol L
−1
, 10% de G
5
em excesso e pH de 9,05.
Dois tipos diferentes de ordem de adição dos reagentes foram testados
(tabela 3). As soluções A e B foram misturadas na proporção 1:1.
Na ordem de adição II, a solução do complexo de Co(II)/G
5
deve ser utilizada
logo após o preparo, pois a reação de oxidação pelo oxigênio dissolvido é
relativamente rápida.
76
0 400 800 1200 1600
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
(A)
8,48
8,79
9,05
9,30
pH
Absorbância
Tempo / s
0 400 800 1200 1600
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
(B)
7,51
7,92
8,48
8,79
9,05
9,30
pH
Absorbância
Tempo / s
7891
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0
(C)
∆ Absorbância após 1800 s
pH
Figura 3. Variação de absorbância em 265 nm em função do tempo da reação de formação
do complexo de Co(III)/G
5
para diferentes valores de pH. (A) ausência de S(IV); (B)
presença de S(IV) 5,0.10
−5
mol L
−1
; (C) Diferença entre a absorbância após 1800 s na
presença e na ausência de S(IV). [Co(II)/G
5
]= 1,0.10
−4
mol L
−1
; [G
5
]
exc
= 0,1.10
−4
mol L
−1
;
[S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão borato]= 0,050 mol L
−1
; pH = 9,05; I = 0,1 mol L
−1
;
T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada.
77
Tabela 1. Ordem de adição e concentração dos reagentes na reação de oxidação de
Co(II)/G
5
na presença de oxigênio e S(IV).
Ordem de adição I
Solução A: [Co(II)] = 2,0.10
−4
mol L
−1
Solução B recentemente preparada: [G
5
]
= 2,2.10
−4
mol L
−1
+
[tampão borato] = 0,100 mol L
−1
+ [S(IV)] = 1,0.10
−4
mol L
−1
Ordem de adição II
Solução A recentemente preparada:
[G
5
] = 2,2.10
−4
mol L
−1
+ [tampão borato] = 0,100 mol L
−1
+
[Co(II)] = 2,0.10
−4
mol L
−1
(adicionado por último)
Solução B recentemente preparada: [S(IV)]= 1,0.10
−4
mol L
−1
Solução final nos
dois casos
[Co(II)/ G
5
] = 1,0.10
−4
mol L
−1
[G
5
]
exc
= 0,1.10
−4
mol L
−1
[tampão borato] = 0,050 mol L
−1
[S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
A figura 4 mostra a variação de absorbância com o tempo, no comprimento
de onda de 265 nm, para as duas ordens de adição dos reagentes. Na ausência de
S(IV), para as duas ordens de adição, os valores de absorbâncias são pequenos e
próximos (figura 4a−b), aumentando pouco com o tempo. Na presença de S(IV) a
formação de Co(III)/G
5
é mais eficiente na ordem de adição II (figura 4d) do que na I
(figura 4c).
Uma possível justificativa para o fato da reação ser mais lenta na ordem de
adição I é que em solução não há a presença do iniciador Co(III)/G
5
gerado pela
oxidação de Co(II)/G
5
pelo oxigênio dissolvido, já que o íon Co(II) só foi adicionado
à pentaglicina após iniciar a reação. Além disso, na solução B (ordem de adição I), o
78
S(IV) pode formar um composto de adição com a pentaglicina, que reagiria mais
lentamente.
0 400 800 1200 1600
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
d
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
Figura 4. Variação de absorbância em 265 nm para a comparação das ordens de adição de
reagentes I e II na formação do complexo de Co(III)/G
5
. [Co(II)/G
5
]= 1,0.10
−4
mol L
−1
;
[G
5
]
exc
= 0,1.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,05; I = 0,1 mol L
−1
;
T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada.
(a) ordem de adição II na ausência de S(IV);
(b) ordem de adição I na ausência de S(IV);
(c) ordem de adição I com [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
;
(d) ordem de adição II com [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
.
79
3.3.5. Estudo comparativo da autoxidação dos complexos de Co(II)/G
n
induzida por S(IV)
Como para a ordem de adição II (vide tabela 1, pág. 78) de reagentes a
reação foi mais eficiente e rápida do que para a ordem de adição I (figura 4),
inicialmente, foram feitos estudos da reação de autoxidação do complexo de Co(II)
variando a concentração de S(IV). Porém, uma repetibilidade boa nos experimentos
(que foram feitos em triplicata) não foi obtida, não sendo possível fazer uma
comparação. Uma justificativa para isso é que a solução de complexo de Co(II)/G
5
,
que foi preparada momentos antes de ser misturada à solução de S(IV), reagiu com
o oxigênio dissolvido gerando uma concentração inicial de Co(III). Como a mistura
das soluções de Co(II)/G
5
e S(IV) foi feita manualmente, foi difícil obter uma boa
repetibilidade nos testes, já que o tempo de preparo de cada uma delas foi
ligeiramente diferente.
Assim, a comparação da eficiência de formação do complexo de Co(III)/G
n
foi
feita empregando a ordem de adição I variando a concentração de S(IV). A figura
5A mostra a variação de absorbância em 265 nm na reação de autoxidação do
complexo de Co(II)/G
4
para diferentes concentrações de S(IV). Observa-se que
quanto maior a concentração de S(IV), maior a absorbância limite atingida e menor
o período de indução, indicativo de uma reação autocatalítica. O tempo para se
atingir a absorbância limite é de aproximadamente 40 s. Como essa reação é rápida
utilizou-se o acessório de “stopped flow”.
A figura 5B mostra a relação linear da absorbância após 40 s de reação pela
concentração de S(IV) na faixa de 1,0.10
−5
mol L
−1
a 3,0.10
−5
mol L
−1
(n= 4 e R =
0,9994).
80
0 10203040
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
(A)
a
b
c
d
e
f
Absorbância
Tempo / s
012345
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
(B)
∆ Absorbância após 40 s
[S(IV)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 5. (A) Variação de absorbância em 265 nm devido à formação do complexo de
Co(III)/G
4
para diferentes concentrações de S(IV). (B) Variação de absorbância em 265 nm
após 40 s de reação em função da [S(IV)]. [Co(II)/G
4
]= 1,0.10
−4
mol L
−1
; [G
4
]
exc
= 0,1.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,05; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Ordem de
adição dos reagentes I. Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada.
[S(IV)] = (a) zero; (b) 1,0.10
−5
; (c) 2,0.10
−5
; (d) 3,0.10
−5
; (e) 4,0.10
−5
; (f) 5,0.10
−5
mol L
−1
.
81
A figura 6A representa a variação de absorbância em 265 nm na reação de
autoxidação do complexo de Co(II)/G
5
para diferentes concentrações de S(IV).
Nota-se novamente que quanto maior a concentração de S(IV), maior a absorbância
limite atingida, porém não se observa um período de indução inicial. Mesmo após
1800 s de reação a absorbância limite não foi atingida.
A figura 6B mostra a relação linear da absorbância após 1800 s de reação
pela concentração de S(IV) na faixa de 1,0.10
−5
mol L
−1
a 5,0.10
−5
mol L
−1
(n= 5 e
R = 0,9990).
Igualmente, a figura 7A mostra a variação de absorbância em 265 nm na
reação de autoxidação do complexo de Co(II)/G
6
para diferentes concentrações de
S(IV). Assim como para os outros dois complexos (Co(II)/G
4
e Co(II)/G
5
), quanto
maior a concentração de S(IV), maior a absorbância limite atingida, porém também
não se observa um período de indução inicial. Mesmo após 1800 s de reação a
absorbância limite não foi atingida.
A figura 7B mostra a relação linear da absorbância após 1800 s de reação
pela concentração de S(IV) na faixa de 1,0.10
−5
mol L
−1
a 3,0.10
−5
mol L
−1
(n= 4 e
R = 0,9908).
Comparando-se a reação de autoxidação dos três complexos apresentados
na presença de S(IV), concluiu-se que a reação de formação do complexo de
Co(III)/G
4
(figura 5A) foi muito mais rápida e eficiente (40 s para atingir a
absorbância limite) que a formação dos complexos de Co(III)/G
5
(figura 6A) e
Co(III)/G
6
(figura 7A) (ambos com mais de 1800 s para atingir a absorbância limite).
O período de indução inicial foi observado apenas para a reação de
autoxidação do complexo de Co(III)/G
4
. Uma vez formados, os três complexos
82
foram bastante estáveis, pois os valores de absorbância não diminuíram (diferente
dos complexos de Ni(III)/G
n
).
0 400 800 1200 1600
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
(A)
f
e
d
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
012345
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
(B)
∆ Absorbância após 1800 s
[S(IV)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 6. (A) Variação de absorbância em 265 nm devido à formação do complexo de
Co(III)/G
5
para diferentes concentrações de S(IV). (B) Variação de absorbância em 265 nm
após 1800 s de reação em função da [S(IV)]. [Co(II)/G
5
]= 1,0.10
−4
mol L
−1
; [G
5
]
exc
= 0,1.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,05; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Ordem de
adição dos reagentes I. Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada.
[S(IV)] = (a) zero; (b) 1,0.10
−5
; (c) 2,0.10
−5
; (d) 3,0.10
−5
; (e) 4,0.10
−5
; (f) 5,0.10
−5
mol L
−1
.
83
0 400 800 1200 1600
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
f
e
d
c
b
(A)
a
Absorbância
Tempo / s
012345
0,0
0,1
0,2
0,3
(B)
∆ Absorbância após 1800 s
[S(IV)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 7. (A) Variação de absorbância em 265 nm devido à formação do complexo de
Co(III)/G
6
para diferentes concentrações de S(IV). (B) Variação de absorbância em 265 nm
após 1800 s de reação em função da [S(IV)]. [Co(II)/G
6
]= 1,0.10
−4
mol L
−1
; [G
6
]
exc
= 0,1.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,05; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Ordem de
adição dos reagentes I. Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada.
[S(IV)] = (a) zero; (b) 1,0.10
−5
; (c) 2,0.10
−5
; (d) 3,0.10
−5
; (e) 4,0.10
−5
; (f) 5,0.10
−5
mol L
−1
.
84
3.3.6. Cálculo das constantes de velocidade observadas para a autoxidação
dos complexos de Co(II)/G
n
induzida por S(IV)
As figuras 5, 6, 7 não apresentam um período de indução definido, o que
pode indicar a formação de uma quantidade inicial de Co(III)/G
n
significante como
um resultado da oxidação com o oxigênio dissolvido.
Também nesse caso a dependência da formação do Co(III)/G
n
com a
concentração de S(IV) foi estudada em um intervalo limitado de [S(IV)] =
(0,1–0,5) x [Co(II)]. Os experimentos não foram realizados em condições de
pseudo-primeira ordem (Co(II) e O
2
em grande excesso com relação a S(IV)).
As constantes de velocidade observadas, k
1obs
e k
2obs
, foram calculadas
através do ajuste das curvas de absorbância vs. tempo mediante o programa OLIS
KINFIT
(6)
(vide anexo no final desse capítulo, pág. 93), considerando um tempo total
de 40 s para a reação do complexo de Co(II)/G
4
e 1800 s para as reações dos
complexos de Co(II)/G
5
e Co(II)/G
6
O melhor ajuste, negligenciando o período de
indução, foi obtido considerando duas reações paralelas (eqs. 1 e 2) segundo o
modelo abaixo (eq. 3):
A
1
B [1]
A
2
B [2]
[Absorbância] = [A
1
]. e
(−
k
1obs
. t)
+ [A
2
]. e
(−
k
2obs
. t)
[3]
k
1obs
k
2obs
sendo A
1
e A
2
espécies complexas de Co(II) diferentes, levando ao produto B
(complexo de Co(III)/G
n
).
85
O programa computacional Olis Kinfit foi empregado para ajustar as curvas
de absorbância vs. tempo e integrar sucessivamente em duas funções exponenciais
(tabela 2), resultando em k
1obs
e k
2obs
, ou seja, há pelo menos duas reações
consecutivas com valores de constante de velocidade diferentes em ordem de
magnitude. Entretanto, não foi possível ajustar completamente a curva de
absorbância vs. tempo com três ou quatro funções exponenciais.
A figura 8 mostra que k
1obs
aumenta linearmente com a concentração de
S(IV) para a reação do complexo de Co(II)/G
4
. k
2obs
foi praticamente constante e
igual a 2,0.10
−3
s
−1
.
Para as reações dos complexos de Co(II)/G
5
e Co(II)/G
6
, k
1obs
e
k
2obs
não variaram com a concentração de S(IV), como está apresentado na
tabela 2.
Tabela 2. Valores de k
1obs
e k
2obs
para a autoxidação de Co(II)/G
n
induzida por S(IV).
[Co(II)/G
n
]= 1,0.10
−4
mol L
−1
; [G
n
] = 0,10.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH =
9,05; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar.
[S(IV)] /
10
−5
mol L
−1
Co(II)/G
4
k
1obs
/ 10
−2
s
−1
Co(II)/G
5
k
1obs
/ 10
−3
s
−1
Co(II)/G
6
k
1obs
/ 10
−4
s
−1
1,0
1,3 ± 0,6 1,0 ± 0,3 5,8 ± 0,7
2,0
3,2 ± 0,9 0,85 ± 0,06 6,1 ± 0,8
3,0
5,4 ± 0,9 0,9 ± 0,2 5,2 ± 0,5
4,0
6,2 ± 1,5 0,80 ± 0,06 5,5 ± 0,6
5,0
8,6 ± 1,3 0,77 ± 0,03 5,9 ± 0,6
k
2obs
/ s
−1
2,0.10
−3
3,8.10
−5
3,6.10
−5
86
12345
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
k
obs1
/ s
-1
[S(IV)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 8. k
1obs
em função da [S(IV)] para a autoxidação de Co(II)/G
4
induzida por S(IV).
[Co(II)/G
4
]= 1,0.10
−4
mol L
−1
; [G
4
]
exc
= 0,1.10
−4
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH =
9,05; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada.
87
3.4. CONSIDERAÇÕES GERAIS
Dos experimentos realizados para os complexos de Co(II)/G
n
pode-se
concluir que na ausência de S(IV) a autoxidação de Co(II)/G
5
é relativamente lenta e
é mais rápida com o aumento do pH do meio (figura 3A). Em pH 8,48–9,05 (figura
3B), o efeito do S(IV), por acelerar a formação do complexo de Co(III)/G
5
, poderia
ser melhor avaliado desde que a oxidação espontânea pelo oxigênio dissolvido
fosse mais lenta.
Similar aos complexos de Ni(II)/G
n
, a velocidade da reação e a eficiência da
formação de Co(III) podem estar relacionadas às diferentes espécies reativas de
Co(II)/G
5
, devido ao grau diferente de protonação do ligante coordenado, que
depende da acidez do meio. Tanto os valores de pK para [Co
II
(H
−x
G
n
)]
(1−x)
ou
[Co
III
(H
−x
G
n
)]
(2−x)
são desconhecidos, assim não é possível definir o diagrama de
distribuição para as diferentes espécies em solução. Além disso, um deslocamento
no equilíbrio HSO
3
−
/SO
3
2−
(pK
2
= 7,2)
(5)
levaria a um aumento na constante de
velocidade redox em pH>7.
A oxidação espontânea do complexo de Co(II)/G
n
pelo oxigênio dissolvido foi
mais rápida com o aumento do pH do meio e da concentração de Co(II)/G
n
.
A formação de Co(III)/G
n
na presença ou na ausência de S(IV) depende da
concentração do ligante livre. Quando G
5
foi mantido em excesso 0–200% em
relação ao Co(II)/G
5
(figura 2) a reação foi mais rápida.
Para avaliar melhor o efeito do S(IV) na aceleração da formação de
Co(III)/G
n
, as condições experimentais devem ser de tal forma que a oxidação
espontânea pelo O
2
seja a menor possível e o efeito do S(IV) seja mais
pronunciado.
88
Comparando os complexos de Ni(II)/G
5
e Co(II)/G
5
([M(II)/G
5
]=1,0.10
−4
mol L
−1
, 100% G
5
em excesso, pH = 9,05), o último reage mais rápido com O
2
(na
ausência de S(IV)). Porém, a formação do complexo de Co(III) é muito mais lenta na
presença de S(IV) (comparação das figuras 6A − capítulo 3 pág. 83 − e 15A −
capítulo 2 pág. 52). Complexos de Co(III)/G
n
são estáveis por mais de 20 horas
(tempo monitorado), pois o valor da absorbância em 265 nm não varia.
As figuras 5, 6, 7 não mostram um período de indução definido, que indica a
formação de uma quantidade significante de Co(III)/G
n
resultado da oxidação
espontânea pelo oxigênio.
O fato da autoxidação do complexo de Co(II)/G
4
ser mais rápida que a dos
complexos de Co(II)/G
5
e Co(II)/G
6
pode estar associado ao efeito estérico dos
ligantes.
A formação do complexo de Co(III)/G
n
, especialmente no caso do Co(III)/G
5
(figura 6A) e Co(III)/G
6
(figura 7A), é a soma da oxidação espontânea pelo oxigênio
dissolvido e o efeito do S(IV). Inicialmente, a autoxidação do Co(II)/G
n
induzida pelo
S(IV) ocorre com oxidação simultânea deste último. Após o consumo de S(IV), a
formação autocatalítica de Co(III)/G
n
é devido ao oxigênio ainda remanescente em
solução (a absorbância não alcançou um valor limite).
A autoxidação dos complexos de Co(II)/G
n
induzida pelo S(IV) também
mostra evidências de um mecanismo que envolve formação de radicais. A iniciação
deve envolver uma reação paralela com formação de um complexo de ligante
misto. A literatura mostra que Co(II)/SO
3
2−
é razoavelmente estável.
(7)
No esquema 1 (vide capítulo 2 pág. 61) (proposto para a autoxidação dos
complexos de Ni(II)/G
n
induzida pelo S(IV)), etapas adicionais devem ser
89
consideradas no início do processo de geração de Co(III)/G
n
, com formação de
complexos diméricos (aducto com oxigênio) e pontes peroxo.
Estudos
(8)
com complexo de Co(II)/peptídeos (gli-gli, gli-ala, ala-gli and ala-
ala) mostraram a formação de complexos diméricos com pontes µ-superoxo. No
caso de Co(II)/aspargina, a formação do complexo de dioxigênio ocorre antes da
oxidação do centro metálico.
(9)
O pH depende da oxidação do complexo de Co(II)/G
n
pelo oxigênio (na
presença ou ausência de S(IV)), figura 3, pode ser explicado pela possível formação
de aducto com oxigênio ou ponte µ-superoxo. Esta propriedade dos complexos de
Co(II)/Co(III) pode explicar o comportamento diferente dos complexos de Co(II)/G
n
comparado aos de Ni(II)/G
n
na presença de oxigênio e S(IV).
A natureza exata destes complexos e dos produtos (estruturas, grau de
protonação dos ligantes e complexos mistos) é desconhecida.
A complexidade do sistema não permite uma atribuição definitiva das
espécies envolvidas. O processo redox é mais eficiente quando oxigênio é mantido
em grande excesso em relação à concentração de S(IV) e em meio de maiores
valores de pH.
A elucidação do mecanismo para autoxidação dos complexos de Co(II)/G
n
é
mais complicada do que para os complexos de Ni(II)/G
n
. O ciclo redox representado
no esquema 1 (vide capítulo 2 pág. 61), envolvendo mudanças no estado de
oxidação do íon metálico no complexo, é ativado quando S(IV) e oxigênio estão
presentes em solução gerando as espécies SO
5
•−
, HSO
5
−
e SO
4
•−
.
Por fim, o possível desenvolvimento de um método analítico para
determinação de S(IV) baseado na autoxidação dos complexos de Co(II)/G
n
induzida por S(IV) não seria muito adequado, em virtude do intervalo pequeno de
90
concentração de S(IV) (1–5).10
−5
mol L
−1
no qual se observa uma linearidade de
absorbância vs. [S(IV)] (figuras 5, 6 e 7).
3.5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Tese de Doutorado de Maria Vespertina Alipázaga Sebastián. Título: Estudo
da Autoxidação dos complexos de Cu(II), Ni(II) e Co(II) / Tetraglicina Induzida
por S(IV), Universidade de São Paulo - Instituto de Química, 2003.
2. Alipázaga, M. V.; Lowinsohn, D.; Bertotti, M.; Coichev, N.; Sulfite induced
autoxidation of Ni(II) and Co(II) tetraglycine complexes. Spectrophotometric
and rotating ring-disc voltammetric studies. Dalton Trans. 2004, 267−272.
3. Kufelnicki, A.; Uptake of Molecular Oxygen by Co(II) Chelates with Peptides
in Aqueous Solutions. Part II. Irreversible Autoxidation of Co(II) to Co(III) in
Reactions of Oxygen Uptake by Co(II) Chelates with Some Dipeptides. Pol. J.
Chem. 1988, 62, 641−652.
4. Harris, G. M.; van Eldik, R.;
Kinetics and mechanism of the formation, acid-
catalyzed decomposition, and intramolecular redox reaction of oxygen-
bonded (sulfite)pentaamminecobalt(III) ions in aqueous solution.
Inorg. Chem.
1980, 19, 880−886.
5. Lange, N. A.; Lange's Handbook of Chemistry, 11
th
Edition., McGraw-Hill,
New York, 1973.
6. Olis Kinfit Routines, On-line Instruments Systems, Inc., Jefferson, GA, 1989.
91
7. Cavalheiro, E.T.G.; Plepis, A.M.D.; Chierice, G.O.; Neves, E.A.; The
potentiometric determination of stability-constants of sulfite and cobalt(II) in
ionic-strength 2.0 M (NaClO
4
) – use of the matrix-method. Polyhedron 1987,
6; 1717−1719.
8. Vogt, A.; Kufelnicki, A.; Jezowska-Trzebiatowska, B.; Studies on the cobalt(II)
dipeptide imidazole system – a new dioxygen carrier. Polyhedron 1990, 9,
2567−2574.
9. Vogt, A.; Kufelnicki, A.; Lesniewska, B.; The distinctive properties of dioxygen
complexes formed in the cobalt(II)-asparagine-OH systems (in relation to
other aminoacids and mixed complexes with n-base). Polyhedron 1994, 13,
1027−1033.
92
ANEXO
Cálculo das constantes de velocidade observadas
As constantes de velocidade observadas, k
1obs
e k
2obs
, foram calculadas
utilizando o programa OLIS KINFIT (OLIS KINFIT Routines, 1989) através das
curvas de absorbância vs. tempo em 265 nm.
O programa computacional OLIS KINFIT permite o uso de dois métodos
diferentes: o da “integração sucessiva” e o método clássico aperfeiçoado de
“Levenberg-Marquardt”. Os modelos cinéticos apresentados pelo dois métodos
incluem: três velocidades de primeira ordem (uma, duas e três exponenciais), dois
casos de segunda ordem, um de terceira ordem e competição entre processos de
ordem zero e primeira ordem.
Neste trabalho, o método mais adequado é o da integração sucessiva para
processos de primeira ordem com duas exponenciais (duas reações consecutivas).
Um bom ajuste dos dados obtidos com este modelo matemático exige a negligência
do período de indução.
Para a seleção do método e modelos mais adequado levou-se em conta
tanto o ajuste gráfico, caracterizado não somente pela coincidência dos dados
experimentais e a curva calculada pelo programa, como também pela função de
autocorrelação que fornece a dispersão dos dados, além do ajuste numérico
caracterizado por um desvio padrão baixo.
93
Capítulo 4: Efeito sinérgico de Ni(II) e Co(II)
na autoxidação de Cu(II)/G
n
induzida por S(IV).
94
4.1. INTRODUÇÃO
O estado de oxidação trivalente do íon cobre é geralmente considerado
incomum, apesar de sua ocorrência em um grande número de compostos, muitos
dos quais instáveis em solução aquosa. Desde a verificação da estabilização do
cobre trivalente por ligantes peptídicos,
(1)
muitos complexos têm sido reportados
com o Cu(III).
(2)
O complexo de tetraglicina com o ligante triplamente desprotonado,
[Cu
III
(H
−3
G
4
)]
−
, foi o primeiro complexo com peptídeo de cobre trivalente a ser
caracterizado em solução aquosa.
(1)
A sua formação foi inicialmente observada a
partir dos estudos das reações de oxigênio molecular com Cu(II)/G
4
.
(3,4)
Oxigênio molecular reage espontaneamente com Cu(II)/G
4
em meio de pH
entre 7 e 9, sendo esta reação autocatalítica. Abaixo de pH 7 e acima de pH 10 não
são consumidas quantidades mensuráveis de O
2
, durante períodos de 3 a 4 h a 25
°C.
(4)
A autoxidação é muito lenta, mesmo na presença de S(IV). A adição de traços
de Ni(II) ou Co(II) em solução contendo Cu(II)/G
4
, oxigênio e S(IV) aumenta
significativamente a velocidade da reação de oxidação de Cu(II) a Cu(III).
(5,6)
4.1.1. Efeito sinérgico na reação de autoxidação de S(IV) catalisada por íons
metálicos de transição
Sinergismo ou efeito sinérgico refere-se à ação de dois efeitos diferentes
atuando juntos para criar um efeito maior ou menor que a soma das ações
produzidas por cada um atuando independentemente.
(7)
Efeitos sinérgicos têm sido reportados por alguns autores para a autoxidação
de S(IV) catalisada por íons metálicos de transição em solução aquosa (tabela 1).
Os efeitos sinérgicos desempenham um papel importante na química atmosférica.
95
Sinergismo positivo é definido como a aceleração da autoxidação de S(IV)
como resultado da catálise de dois ou mais íons metálicos de transição. Um
exemplo é a autoxidação de S(IV) catalisada por Fe(III) que é acelerada pela adição
de Cu(II).
(8)
O sinergismo negativo ocorre quando a atividade catalítica de um íon
metálico de transição é diminuída pela presença de outro íon metálico. Um exemplo
é a autoxidação de S(IV) catalisada por Fe(III) que é inibida pela adição de sais de
V(IV) ou Fe(II).
(9−11)
O efeito sinérgico de dois íons metálicos de transição (Cu
2+
e Fe
2+
) durante a
oxidação de óxidos de S(IV) foi primeiramente descrito por Titoff.
(12)
Na tabela 1
observa-se que o sinergismo entre os íons manganês e ferro é o sistema mais
estudado na oxidação catalisada de S(IV) devido a sua abundância relativamente
alta na natureza.
Efeitos sinérgicos no caso da autoxidação de complexos de metais de
transição induzida por S(IV) têm sido pouco relatados. Coichev e colaboradores
(13)
estudaram o efeito sinérgico do íon Mn(II) sobre a autoxidação de Co(II) em meio de
azoteto induzida por S(IV). O Mn(II) tem efeito catalítico significante, sendo este
mais eficiente na presença de Co(III). Foi sugerido que esses íons metálicos podem
oxidar o Mn(II) a Mn(III), o qual oxida rapidamente SO
3
2−
a radicais SO
3
•−
. Os
radicais SO
3
•−
iniciam o processo de autoxidação pela formação de SO
5
•−
e HSO
5
−
,
com oxidação de Co(II)/N
3
−
presente em maior concentração.
96
Pezza e Coichev
(14,15)
estudaram o efeito sinérgico de Co(III) e do Mn(III) na
autoxidação de [Ni(cyclam)]
2+
induzida por óxidos de S(IV). A ocorrência de
sinergismo, nos dois casos, foi revelada pela determinação da constante de
velocidade individual na ausência e na presença de quantidades variáveis de Co(III)
ou Mn(III). Em ambos os casos constatou-se a ocorrência de efeito sinérgico
positivo, sendo que o Mn(III) é mais eficiente do que o Co(III).
Tiwari e colaboradores
(16)
estudaram a influência de Cu(II) na autoxidação de
Fe(II) induzida por S(IV). Enquanto adições de quantidades pequenas de Cu(II)
aceleram o processo de oxidação, concentrações altas de Cu(II) inibem a reação.
Carvalho e colaboradores
(17)
estudaram a reação de autoxidação de
Co(II)/2-amino-2-hidroximetil-1,3-propanediol (TRIS) induzida por óxidos de S(IV) na
presença de íon Mn(II). A eficiência do processo autocatalítico depende das
concentrações de S(IV), manganês(II) e oxigênio, além da acidez do meio e
concentração de TRIS.
Alipázaga e colaboradores
(5,18)
estudaram o efeito sinérgico dos íons
metálicos Ni(II) e Co(II) na autoxidação do complexo de Cu(II)/G
4
induzida por S(IV),
mostrando que Co(II) é cataliticamente mais ativo do que o Ni(II) na reação. A
constante de velocidade de formação máxima de Cu(III)/G
4
é linear com a
concentração de S(IV).
Assim, alguns autores têm reportado esses efeitos com o propósito de
elucidação do mecanismo envolvido,
(5,17−19)
enquanto outros direcionaram sua
pesquisa ao desenvolvimento de métodos analíticos alternativos para determinação
de S(IV), todos baseados na detecção do íon metálico no estado de oxidação 3+ em
meio complexante.
(13,18,20−23)
97
Tabela 1. Efeito sinérgico devido à combinação de dois íons metálicos como catalisadores
da autoxidação de S(IV). Estudos em meio aquoso, na presença ou não de agente
complexante.
Catalisador Efeito Referência
Fe
3+
/Cu
2+
observado, influência de Fe
2+
(24)
Fe
2+
/Mn
2+
observado, Fe
2+
é oxidado a Fe
3+
cataliticamente ativo.
(25)
Fe
3+
/Cu
2+
observado (8,26)
Fe
3+
/Mn
2+
Fe
3+
/Ni
2+
Fe
3+
/Cr
3+
não observado (26)
Fe
3+
/Mn
2+
observado (8,27−33)
Fe
3+
/Co
2+
Fe
3+
/Cu
2+
Mn
2+
/Co
2+
não observado (34)
Fe
3+
/Mn
2+
observado, influência do pH (34)
Fe
2+
/Cu
2+
observado (12)
Mn
2+
/Fe
3+
Mn
2+
/Co
2+
Mn
2+
/Ni
2+
Mn
2+
/Cu
2+
observado
(35,36)
(36)
(36)
(36)
Mn
2+
/Cu
2+
observado, inibição por Cu
2+
(8)
Fe
3+
/Mn
2+
observado, influência do SO
4
2−
e força iônica
(37)
Fe
3+
/Mn
2+
/Pb
2+
observado (29)
Fe
3+
/Mn
2+
observado, não influência de Mn
3+
(38)
Fe
2+
/Mn
2+
observado (39)
Co
2+
/Mn
2+
observado
a
(13,20,21,39)
Fe
3+
/Co
2+
Fe
3+
/Ni
2+
Fe
3+
/Cr
3+
observado (27)
Ni
2+
/Mn
3+
Ni
2+
/Co
3+
observado
b
(15)
Co
2+
/Mn
2+
observado
c
(17,22)
Cu
2+
/Fe
3+
Cu
2+
/Mn
2+
Cu
2+
/Cr
3+
Cu
2+
/Ni
2+
Cu
2+
/Co
2+
observado,
d
inibição por Fe
3+
observado,
d
inibição por Mn
2+
observado,
d
inibição por Cr
3+
observado,
e
observado,
e
(5,6,18,19)
a - meio de azoteto
b - meio de cyclam
c - meio de tris(hidroximetil)aminometano
d - meio de tetraglicina
e - meio de tetra, penta ou hexaglicina
98
4.1.2. Reação de autoxidação do complexo de Cu(II) pelo oxigênio na
presença de S(IV)
No esquema 1 estão resumidas as principais reações do mecanismo da
autoxidação de Cu(II)/G
4
induzida por S(IV).
(5)
Há a necessidade de um iniciador,
íon metálico no estado de oxidação 3+, para formar o radical SO
3
•−
(eqs. 5–7). O
efeito sinérgico positivo do Co(II) e Ni(II) pode ser explicado pela oxidação mais
rápida de Co(II)/G
4
ou Ni(II)/G
4
pelo oxigênio (eqs. 3 e 4), originando o íon metálico
no estado de oxidação 3+ (Co(III)/G
4
ou Ni(III)/G
4
), que reage com SO
3
2−
para
formar o radical SO
3
•−
(eqs. 5 e 6). O início pelo Cu(III)/G
4
, como resultado da
oxidação espontânea de Cu(II)/G
4
pelo oxigênio (eq. 1) ou pelo
desproporcionamento de Cu(II)/G
4
em Cu(I)/G
4
e Cu(III)/G
4
(eq. 2),
(40)
é menos
provável já que essas reações são muito lentas.
O efeito ativador de SO
3
2−
é explicado através da geração inicial do radical
SO
3
•−
, (eqs. 5–7), o qual reage com oxigênio formando o radical peroxomonosulfato,
SO
5
•−
(eq. 8), que então oxida Cu(II) a Cu(III) (eq. 9). As reações subseqüentes
(eqs. 11–13) também envolvem a oxidação de Cu(II).
Assim, no esquema 1 ocorre um processo redox cíclico, com uma série de
reações em cadeia com formação de radicais, que depende do balanço entre a
concentração de S(IV) e oxigênio em solução.
(40)
Uma propriedade interessante dos complexos de cobre trivalente é sua
reação rápida em processos de transferência de elétrons,
(41)
oxidando uma
variedade de substratos incluindo ascorbato, cisteína, ferrocianeto, iodeto e sulfito.
(1)
Além disso, os valores de potencial padrão dos respectivos complexos de
Cu(III)/Cu(II) são bastantes próximos (tabela 1, capítulo 1 pág. 12), o que sugere um
comportamento redox similar dos mesmos.
99
Esquema 1. Mecanismo da autoxidação de Cu(II)/G
4
induzida por S(IV). Efeito sinérgico de
Ni(II) ou Co(II).
(5)
Início na ausência de Ni(II) ou Co(II)
4 Cu(II)/G
4
+ O
2
+ 4H
+
→ 4 Cu(III)/G
4
+ 2H
2
O [1]
2Cu(II)/G
4
→ Cu(III)/G
4
+ Cu(I)/G
4
(lenta) [2]
Início na presença de Ni(II) ou Co(II)
2Co(II)/G
4
+ O
2
+ 2H
+
→ 2Co(III)/G
4
+ H
2
O
2
(mais rápida do que eqs. 2 e 4)
(5)
[3]
2Ni(II)/G
4
+ O
2
+ 2H
+
→ 2Ni(III)/G
4
+ H
2
O
2
(mais rápida do que eq. 1)
(2)
[4]
Co(III)/G
4
+ SO
3
2−
→ Co(II)/G
4
+ SO
3
•−
[5]
Ni(III)/G
4
+ SO
3
2−
→ Ni(II)/G
4
+ SO
3
•−
[6]
Cu(III)/G
4
+ SO
3
2−
→ Cu(II)/G
4
+ SO
3
•−
[7]
Autocatálise
SO
3
•−
+ O
2
→ SO
5
•−
[8]
Cu(II)/G
4
+ SO
5
•−
→ Cu(III)/G
4
+ SO
5
2−
[9]
SO
5
2−
+ H
+
HSO
5
−
pK = 9,4 [10]
Cu(II)/G
4
+ HSO
5
−
→ Cu(III)/G
4
+ SO
4
2−
+
•
OH ou [11]
Cu(II)/G
4
+ HSO
5
−
→ Cu(III)/G
4
+ SO
4
•−
+ OH
−
[12]
Cu(II)/G
4
+ SO
4
•−
→ Cu(III)/G
4
+ SO
4
2−
[13]
100
Os complexos de Cu(III)/G
n
apresentam duas bandas fortes de transferência
de carga na região UV-visível com máximos em 250 e 365 nm. Como estes
possuem absortividades molares altas em 365 nm (tabela 1, capítulo 1 pág. 12), a
sua formação e decomposição podem ser monitoradas espectrofotometricamente
neste comprimento de onda.
Os centros de coordenação envolvidos na formação do anel quelato do
complexo [Cu
II
(H
−3
G
4
)]
2−
apresentam quatro átomos doadores de nitrogênio ligados
ao metal (um nitrogênio da amina terminal e três nitrogênios peptídicos
desprotonados) em um arranjo quadrado planar
(1,42)
(vide pág. iv).
Ainda que [Cu
III
(H
−3
G
4
)]
−
possa ser considerado moderadamente estável em
solução neutra (com um tempo de vida média de 5,5 h a 25°C), sua decomposição
é catalisada em meio ácido e básico. A reação de decomposição resulta na
formação de Cu(II) acompanhada pela oxidação do peptídeo.
(43)
Estas reações
redox envolvem processos de transferência de elétrons muito rápidos. A análise dos
produtos da decomposição ácida mostra que 50% da tetraglicina é recuperada
intacta e 50% é oxidada para formar um intermediário de dehidropeptídeo
(HG
4
DHP
+
) que hidrolisa a glicilglicinamida (NH
2
CH
2
CONHCH
2
CONH
2
) e
glioxilglicina (HCOCONHCH
2
COOH). Também foram encontradas pequenas
quantidades de outros fragmentos, como glicilglicina (NH
2
CH
2
CONHCH
2
COOH) e
glicinamida (NH
2
CH
2
CONH
2
).
(3)
Em meio neutro e básico, a reação da decomposição de [Cu
III
(H
−3
G
4
)]
−
é um
pouco mais complexa devido à ocorrência de catálise pelos produtos da reação. Em
meio básico foram observados os mesmos produtos obtidos na decomposição em
meio ácido. Tem sido proposto
(43,44)
que em solução neutra a forma predominante
de complexo de Cu(II), em pH entre 6 e 8 ([Cu
II
(H
−2
G
4
)]
−
), catalisa a decomposição
101
de [Cu
III
(H
−3
G
4
)]
−
para formar [Cu
III
(H
−2
G
4
)] (eqs. 14 e 15). O complexo [Cu
III
(H
−2
G
4
)]
deve ter um potencial de redução maior que o do complexo [Cu
III
(H
−3
G
4
)]
−
devido à
perda de um nitrogênio peptídico ligado ao cobre
(2)
sofrendo desta maneira uma
reação de decomposição mais rápida.
[Cu
III
(H
−3
G
4
)]
−
+ [Cu
II
(H
−2
G
4
)]
−
→ [Cu
II
(H
−3
G
4
)]
2−
+ [Cu
III
(H
−2
G
4
)] [14]
[Cu
III
(H
−2
G
4
)] → produtos [15]
Em pH entre 9 e 12 as reações de decomposição também são catalisadas
pelos produtos. Nesse meio [Cu
II
(H
−3
G
4
)]
2−
é a forma predominante em solução. Em
pH > 9, a recuperação de tetraglicina aumenta de 60% para valores acima de 83%.
Esta mudança é acompanhada por uma diminuição na recuperação de
glicilglicinamida e por um aumento nas quantidades dos fragmentos glicina, diglicina
e glicinamida. A razão para esta mudança na distribuição dos produtos é que
[Cu
III
(H
−3
G
4
)]
−
pode reagir preferencialmente com complexos formados entre Cu(II) e
fragmentos do ligante.
(43)
O complexo de Cu(III) também é decomposto
fotoquimicamente, tendo a triglicinamida e tetraglicina como produtos.
(43)
No presente trabalho foram feitos estudos cinéticos comparativos da
autoxidação de complexos de Cu(II)/G
5
e Cu(II)/G
6
pelo oxigênio dissolvido na
presença de S(IV), avaliando o efeito sinérgico de íons metálicos Ni(II) ou Co(II) em
nível de traços (10
−6
mol L
−1
) para cada um dos complexos.
102
4.2. PARTE EXPERIMENTAL
A seguir estão descritos os procedimentos experimentais realizados no
presente estudo. O preparo de algumas soluções está descrito na página 174.
4.2.1. Preparação das soluções dos complexos de Cu(II)/G
5
ou G
6
na ausência
ou presença de Ni(II) ou Co(II)
Uma vez que os complexos de Cu(II)/G
n
sofrem oxidação pelo oxigênio
dissolvido, foram empregadas soluções preparadas minutos antes dos
experimentos.
Para se estudar o efeito sinérgico, a solução do complexo Cu(II)/G
5
na
presença de Ni(II) ou Co(II) foi preparada da seguinte forma: dissolveu-se 0,0758 g
de pentaglicina em 100 mL de tampão borato 0,100 mol L
−1
(pH = 9,0). Em um
balão de 10,0 mL transferiu-se uma parte desta solução, adicionando em seguida
um volume de zero a 200 µL de solução de Ni(NO
3
)
2
2,0.10
−3
mol L
−1
(preparada
pela diluição de 100 µL da solução estoque de Ni(NO
3
)
2
0,200 mol L
−1
em 10,0 mL
de volume final da solução) ou um volume de zero a 200 µL de solução de
Co(ClO
4
)
2
2,0.10
−3
mol L
−1
(preparada pela diluição de 52 µL da solução estoque de
Co(ClO
4
)
2
0,965 mol L
−1
em 25,0 mL de volume final da solução). Adicionou-se
posteriormente 100 µL de solução estoque de Cu(NO
3
)
2
0,200 mol L
−1
,
completando-se no final o volume do balão com a solução de pentaglicina dissolvida
em tampão borato (preparada inicialmente). A solução final foi 2,0.10
−3
mol L
−1
de
Cu(II)/G
5
, 0,100 mol L
−1
de tampão borato (pH = 9,0), 0,5.10
−3
mol L
−1
de
pentaglicina (25% excesso) e (0,2−4). 10
−5
mol L
−1
de Ni(II) ou Co(II). Pentaglicina
ou hexaglicina, quando usadas em excesso, evitam a precipitação de Cu(OH)
2
ou
Cu(OH)
3
.
103
A solução do complexo de Cu(II)/G
6
na presença de Ni(II) ou Co(II) foi
preparada de uma forma ligeiramente diferente, pois a hexaglicina não se dissolveu
em tampão borato 0,100 mol L
−1
de pH = 9,0. Assim, aumentou-se o pH desta
solução até 12 aproximadamente adicionando solução de NaOH 1,00 mol L
−1
;
dissolveu-se 0,0901 g de hexaglicina em 100 mL desta solução de pH ≈ 12, e por
fim, diminuiu-se o pH da solução com o peptídeo dissolvido até 9,0, adicionando
solução de HClO
4
1,09 mol L
−1
, obtendo-se no final a solução de hexaglicina
dissolvida em tampão borato 0,100 mol L
−1
de pH = 9,0. A partir disto, o
procedimento foi o mesmo utilizado para a solução do complexo Cu(II)/G
5
. A
solução final foi 2,0.10
−3
mol L
−1
de Cu(II)/G
6
, 0,100 mol L
−1
de tampão borato (pH =
9,0), 0,5.10
−3
mol L
−1
de hexaglicina (25% excesso) e (0,2−4).10
−5
mol L
−1
de Ni(II)
ou Co(II).
4.2.2. Procedimento experimental
Para o estudo do efeito sinérgico da reação de autoxidação dos complexos
de Cu(II)/G
5
ou G
6
na presença de Ni(II) ou Co(II) e S(IV), utilizou-se também o
acessório de “stopped flow” acoplado ao espectrofotômetro HP 8453 diode-array.
Nesse sistema a seringa A foi preenchida com solução de Cu(II)/G
5
ou G
6
2,0.10
−3
mol L
−1
em tampão borato 0,100 mol L
−1
(pH = 9,0), 0,5.10
−3
mol L
−1
de G
5
ou G
6
e (0,2−4).10
−5
mol L
−1
de Ni(II) ou Co(II). A seringa B foi preenchida com a
solução aquosa de S(IV) (2,0−14).10
−5
mol L
−1
.
As concentrações das soluções finais, obtidas após a mistura dos reagentes
estão indicadas nas legendas das figuras.
104
Nos testes foram empregadas soluções saturadas com ar, onde a
concentração de oxigênio pode ser considerada como 2,5.10
−4
mol L
−1
.
(45)
Os
espectros UV-visível foram obtidos utilizando água deionizada como branco.
As soluções foram termostatizadas em 25,0°C por pelo menos 10 minutos
antes da mistura dos reagentes.
Para as medições do pH foi usado um pHmetro Metrohm modelo 713
equipado com eletrodo de vidro Metrohm (com solução de NaCl 3,0 mol L
−1
como
eletrólito interno).
4.3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.3.1. Autoxidação de complexos de Cu(II)/G
5
e G
6
induzida por S(IV)
A autoxidação de Cu(II)/G
5
e G
6
induzida por S(IV) em soluções saturadas
com ar foi estudada sob condições de pseudo-primeira ordem, ou seja, as
concentrações de Cu(II)/G
n
foram mantidas em excesso em relação ao S(IV) e
oxigênio, sendo o S(IV) o reagente limitante.
O espectro UV-visível dos complexos de Cu(II)/G
5
e Cu(II)/G
6
em solução
aquosa de pH igual a 9,0 consiste de duas bandas intensas de transferência de
carga em 250 e 365 nm e ainda uma banda fraca em aproximadamente 550 nm. Em
365 nm a formação de Cu(III)/G
5
pode ser monitorada convenientemente, uma vez
que a presença dos complexos de Ni(II)/Ni(III)/G
5
e Co(II)/Co(III)/G
5
(usados em
concentrações baixas, M(II) = 10
−6
− 10
−5
mol L
−1
) não interfere no valor da
absorbância nesse comprimento de onda.
Comparando-se os espectros obtidos após 10 s da adição de S(IV) às
soluções de Cu(II)/G
5
(figura 1a); Cu(II)/G
5
na presença de Co(II) (figura 1b); e
105
Cu(II)/G
5
na presença de Ni(II) (figura 1c), observa-se que
a formação de Cu(III),
induzida por S(IV) na presença de oxigênio, é insignificante na ausência de um
segundo íon metálico, no caso de Ni(II) ou Co(II).
No entanto na presença de
quantidades muito pequenas (1,0.10
−5
mol L
−1
) de Ni(II) ou Co(II) há a formação
rápida de Cu(III), com o aparecimento de uma banda em 365 nm.
A figura 2 mostra os espectros sucessivos a cada 1 s durante a autoxidação
do complexo de Cu(II)/G
5
na presença de Ni(II) e S(IV). É possível verificar uma
variação na absorbância em 365 nm, devido à formação do complexo de Cu(III)/G
5
.
No presente trabalho foi realizado um estudo detalhado do efeito sinérgico de
Ni(II) e Co(II) na autoxidação dos complexos de Cu(II)/G
5
e Cu(II)/G
6
induzida por
S(IV). Cabe mencionar que concentrações tão baixas de Ni(II) ou Co(II) como
10
−
6
mol L
−
1
(presentes muitas vezes como impurezas dos reagentes), já são
suficientes para acelerar a reação
consideravelmente.
4.3.2. Efeito sinérgico de Ni(II) e Co(II) na autoxidação de Cu(II)/G
5
induzida
por S(IV)
As figuras 3A e 3B mostram as mudanças de absorbância em 365 nm
durante a autoxidação de Cu(II)/G
5
induzida por S(IV) em pH igual a 9,0. Na
ausência de adição de traços de Ni(II) ou Co(II), a formação do complexo de
Cu(III)/G
5
apresentou um longo período de indução na presença de oxigênio e S(IV)
(aproximadamente 5 h). A adição de traços de Ni(II) ou Co(II) aumentou a
velocidade da reação significativamente e o período de indução diminuiu
drasticamente (aproximadamente 1,5 s), com o aumento da concentração de Ni(II)
ou Co(II) na faixa de (0,1–2,0).10
−
5
mol L
−
1
. A eficiência da reação (valor máximo de
absorbância) também foi maior na presença desses dois íons metálicos.
106
300 350 400 450
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
c
b
a
Absorbância
λ / nm
Figura 1. Espectros obtidos após 10 s da adição de S(IV) à solução de: Cu(II)/G
5
(a);
Cu(II)/G
5
na presença de Co(II) (b); e Cu(II)/G
5
na presença de Ni(II) (c). [Cu(II)/G
5
]=
1,0.10
−3
mol L
−1
; [G
5
]
exc
= 2,5.10
−4
mol L
−1
; [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
; [Co(II)] ou [Ni(II)] =
1,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,0; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C.
Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada.
107
300 350 400 450
0,0
0,2
0,4
0,6
Absorbância
λ / nm
Figura 2. Espectros sucessivos a cada 1 s durante a autoxidação do complexo de Cu(II)/G
5
na presença de Ni(II) e S(IV). [Cu(II)/G
5
]= 1,0.10
−3
mol L
−1
; [G
5
]
exc
= 2,5.10
−4
mol L
−1
;
[S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
; [Ni(II)] = 1,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH =
9,0; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada.
108
0 5 10 15 20
0,0
0,2
0,4
0,6
(A)
f
e
d
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
0 5 10 15 20
0,0
0,2
0,4
0,6
f
e
d
c
b
a
(B)
Absorbância
Tempo / s
Figura 3. Mudanças de absorbância durante a autoxidação de Cu(II)/G
5
induzida por S(IV)
na presença de (A) Ni(II) ou (B) Co(II). [Cu(II)/G
5
] = 1,0.10
−3
mol L
−1
; [G
5
]
exc
= 2,5.10
−4
mol L
−1
; [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,0; I = 0,1 mol L
−1
;
T = 25,0 °C. Soluções saturadas com ar. [Ni(II)] ou [Co(II)] = (a) zero, (b) 1,0.10
−6
,
(c) 3,0.10
−6
, (d) 6,0.10
−6
, (e) 1,0.10
−5
, (f) 2,0.10
−5
mol L
−1
.
109
Desta maneira, Ni(II) e Co(II) mostraram efeito sinérgico positivo na
autoxidação de Cu(II)/G
5
induzida por S(IV).
O efeito sinérgico observado depende do tipo e da concentração do segundo
íon metálico (no caso de Ni(II) e Co(II)). Por exemplo, para um mesmo nível de
concentração de Ni(II) e Co(II) como 1,0.10
−5
mol L
−1
(figuras 3A e 3B), os dois íons
metálicos têm efeito sinérgico marcante, sendo que Co(II) é mais ativo
cataliticamente que Ni(II), ou seja, a formação de Cu(III)/G
5
é um pouco mais rápida
na presença de Co(II), embora a mesma se processe mais eficientemente na
presença de Ni(II).
A decomposição do complexo de Cu(III)/G
5
também é influenciada pela
presença desses dois íons metálicos. Após a etapa rápida de formação de
Cu(III)/G
5
, foi atingida uma absorbância máxima seguida de um decréscimo
(observado para um tempo de reação maior que 40 s) como resultado da
decomposição do complexo de Cu(III)/G
5
na presença de Ni(II) (figura 3A). Já na
presença de Co(II), logo após a etapa rápida de formação de Cu(III)/G
5
, a
absorbância continuou aumentando lentamente, devido à formação contínua de
Cu(III)/G
5
(figura 3B). A decomposição inevitável do complexo de Cu(III)/G
5
logo
após a sua formação (na presença de Ni(II)/Ni(III)), pode ser atribuída a oxidação do
ligante, resultando em resíduos do ligante que catalisam a decomposição do
complexo de Cu(III)/G
5
ou ainda a um fenômeno de catálise de Ni(III).
(43)
Com o fenômeno de autocatálise da reação e o sinergismo apresentado foi
difícil o estudo da cinética da reação, no entanto considerando só a primeira parte
das curvas de Absorbância vs. tempo, após o período de indução, foi encontrada
uma formação de primeira ordem em Cu(III)/G
5
.
110
A inclinação da reta (ln Absorbância
t
– ln Absorbância
i
) vs. tempo,
(negligenciando o período de indução e o patamar), permitiu o cálculo da constante
de velocidade observada (k
obs
) de formação de Cu(III)/G
5
. Na figura 4 observa-se
que a formação de Cu(III)/G
5
exibe uma dependência da concentração de M(II)
(Ni(II) e Co(II)) e atinge valores constantes de k
obs
em concentrações mais altas
desses íons metálicos.
Um valor de k
obs
observado para concentrações de Mn(II) pode ser explicado
pela formação de um complexo misto entre M(II), M(III) e S(IV), embora não haja
evidência a partir dos dados espectrofotométricos.
Co(II) é cataliticamente mais ativo que Ni(II) na autoxidação de Cu(II)/G
5
induzida por S(IV). Isso pode ser devido à oxidação espontânea mais rápida de
Co(II)/G
5
(presente na solução de Cu(II)/G
5
) pelo oxigênio, na ausência de S(IV), a
qual produz concentrações iniciais maiores de Co(III) (eq. 3 pág. 100). Na presença
de S(IV), essas quantidades de Co(III) afetam a etapa inicial da reação, e
conseqüentemente, o período de indução é menor e a formação de Cu(III)/G
5
é
mais rápida, sendo o efeito sinérgico do Co(II) maior que o do Ni(II) (figuras 3 e 4).
4.3.3. Efeito sinérgico de Ni(II) e Co(II) na autoxidação de Cu(II)/G
6
induzida
por S(IV)
O mesmo estudo do efeito sinérgico dos íons Ni(II) e Co(II) foi feito para o
complexo de Cu(II)/G
6
na presença de S(IV). As figuras 5A e 5B representam as
mudanças de absorbância em 365 nm durante a autoxidação de Cu(II)/G
6
induzida
por S(IV) em pH igual a 9,0.
111
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
b
a
k
obs
/ s
-1
[M(II)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 4. k
obs
em função da concentração de Ni(II) (a) ou Co(II) (b) para a autoxidação de
Cu(II)/G
5
induzida por S(IV). [Cu(II)/G
5
] = 1,0.10
−3
mol L
−1
; [G
5
]
exc
= 2,5.10
−4
mol L
−1
; [S(IV)] =
5,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,0; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0 °C.
Soluções saturadas com ar.
112
0 5 10 15 20
0,0
0,2
0,4
0,6
(A)
f
e
d
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
0 5 10 15 20
0,0
0,2
0,4
0,6
(B)
f
e
d
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
Figura 5. Mudanças de absorbância durante a autoxidação de Cu(II)/G
6
induzida por S(IV)
na presença de (A) Ni(II) ou (B) Co(II). [Cu(II)/G
6
] = 1,0.10
−3
mol L
−1
; [G
6
]
exc
= 2,5.10
−4
mol L
−1
; [S(IV)] = 5,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,0; I = 0,1 mol L
−1
;
T = 25,0 °C. Soluções saturadas com ar. [Ni(II)] ou [Co(II)] = (a) zero, (b) 1,0.10
−6
,
(c) 3,0.10
−6
, (d) 6,0.10
−6
, (e) 1,0.10
−5
, (f) 2,0.10
−5
mol L
−1
.
113
Na ausência de adição de traços de Ni(II) ou Co(II), a formação do complexo
de Cu(III)/G
6
apresentou um longo período de indução na presença de oxigênio e
S(IV). A adição de traços de Ni(II) ou Co(II) aumentou a velocidade e a eficiência da
reação e o período de indução diminuiu gradualmente com o aumento da
concentração de Ni(II) ou Co(II) na faixa de (0,1–2,0).10
−
5
mol L
−
1
.
A decomposição do complexo de Cu(III)/G
6
também é influenciada pela
presença desses dois íons metálicos. Após a etapa rápida de formação de
Cu(III)/G
6
foi atingida uma absorbância máxima seguida de um decréscimo
(observado para um tempo de reação maior que 30 s) como resultado da
decomposição do complexo de Cu(III)/G
6
na presença de Ni(II) (figura 5A).
Já na presença de Co(II), logo após a etapa rápida de formação de Cu(III)/G
6
,
a absorbância continuou aumentando lentamente, devido à formação contínua de
Cu(III)/G
6
(figura 5B).
Considerando só a primeira parte das curvas de Absorbância vs. tempo, após
o período de indução, também foi encontrada uma formação de primeira ordem em
Cu(III)/G
6
. Na figura 6 observa-se que a formação de Cu(III)/G
6
exibe uma
dependência de Ni(II) e Co(II) e atinge valores constantes de k
obs
em concentrações
mais altas desses íons metálicos.
Co(II) é cataliticamente mais ativo que Ni(II) na autoxidação de Cu(II)/G
6
induzida por S(IV). No entanto, quando Ni(II) e Co(II) estão em concentrações mais
baixas, como 1,0.10
−6
mol L
−1
, o Ni(II) é cataliticamente o mais ativo (figura 6).
114
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
b
a
k
obs
/ s
-1
[M(II)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 6. k
obs
em função da concentração de Ni(II) (a) ou Co(II) (b) para a autoxidação de
Cu(II)/G
6
induzida por S(IV). [Cu(II)/G
6
] = 1,0.10
−3
mol L
−1
; [G
6
]
exc
= 2,5.10
−4
mol L
−1
; [S(IV)] =
5,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,0; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0 °C.
Soluções saturadas com ar.
115
4.3.4. Efeito da concentração de S(IV) nas reações de autoxidação dos
complexos de Cu(II)/G
5
e G
6
na presença de Ni(II)
As velocidades das reações de autoxidação dos complexos de Cu(II)/G
5
e
Cu(II)/G
6
, na presença de Ni(II), aumentaram com a concentração de S(IV), com
diminuição do período de indução (figuras 7A e 8A).
As figuras 7B e 8B mostram a relação linear da absorbância pela [S(IV)] após
20 s das reações de autoxidação de Cu(II)/G
5
e Cu(II)/G
6
. A faixa de linearidade é
de 1,0.10
−5
mol L
−1
a 7,0.10
−5
mol L
−1
, sendo possível desenvolver um método
analítico para as duas reações. Os limites de detecção calculados foram 6,5.10
−6
mol L
−1
(n= 7 e R = 0,9999) e 9,4.10
−6
mol L
−1
(n= 7 e R = 0,9985) de S(IV) para as
reações de autoxidação de Cu(II)/G
5
e Cu(II)/G
6
, respectivamente.
Os valores de k
obs
calculados, mesmo sujeitos a um considerável erro devido
à negligência do período de indução, aumentaram com a concentração de S(IV)
(figura 9). Esses resultados foram obtidos em condições tais que Cu(II)/G
n
e O
2
estão em excesso com relação ao S(IV) inicialmente presente.
Observa-se também que a reação de autoxidação do complexo de Cu(II)/G
6
foi mais rápida (valores de k
obs
maiores) do que a reação do complexo de Cu(II)/G
5
para a mesma concentração de S(IV).
116
0 5 10 15 20
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
(A)
g
f
e
d
c
b
a
Absorbância
Tempo / s
01234567
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
(B)
Absorbância após 20 s
[S(IV)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 7. (A) Variação de absorbância em 365 nm devido à formação do complexo de
Cu(III)/G
5
para diferentes concentrações de S(IV). (B) Absorbância em 365 nm após 20 s de
reação em função da [S(IV)]. [Cu(II)/G
5
]= 1,0.10
−3
mol L
−1
; [G
5
]
exc
= 2,5.10
−4
mol L
−1
; [Ni(II)] =
1,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,0; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C.
Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada. [S(IV)] = (a) zero; (b) 1,0.10
−5
;
(c) 2,0.10
−5
; (d) 3,0.10
−5
; (e) 4,0.10
−5
; (f) 5,0.10
−5
; (g) 7,0.10
−5
mol L
−1
.
117
0 5 10 15 20
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
g
f
e
d
c
b
a
(A)
Absorbância
Tempo / s
01234567
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
(B)
Absorbância após 20 s
[S(IV)]/ 10
-5
mol L
-1
Figura 8. (A) Variação de absorbância em 365 nm devido à formação do complexo de
Cu(III)/G
6
para diferentes concentrações de S(IV). (B) Absorbância em 365 nm após 20 s de
reação em função da [S(IV)]. [Cu(II)/G
6
]= 1,0.10
−3
mol L
−1
; [G
6
]
exc
= 2,5.10
−4
mol L
−1
; [Ni(II)] =
1,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,0; I = 0,1 mol L
−1
; T = 25,0°C.
Soluções saturadas com ar. Branco: água deionizada. [S(IV)] = (a) zero; (b) 1,0.10
−5
;
(c) 2,0.10
−5
; (d) 3,0.10
−5
; (e) 4,0.10
−5
; (f) 5,0.10
−5
; (g) 7,0.10
−5
mol L
−1
.
118
1234567
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
b
a
k
obs
/ s
-1
[S(IV)] / 10
-5
mol L
-1
Figura 9. k
obs
em função da concentração de S(IV) para a autoxidação de Cu(II)/G
5
(a)
ou Cu(II)/G
6
(b) induzida por S(IV). [Cu(II)/G
n
] = 1,0.10
−3
mol L
−1
; [G
n
]
exc
= 2,5.10
−4
mol L
−1
;
[Ni(II)] = 1,0.10
−5
mol L
−1
; [tampão borato] = 0,050 mol L
−1
; pH = 9,0; I = 0,1 mol L
−1
; T =
25,0 °C. Soluções saturadas com ar.
119
4.4. CONSIDERAÇÕES GERAIS
Dos experimentos realizados para os complexos de Cu(II)/G
n
pode-se
concluir que a aceleração da autoxidação de Cu(II)/G
5
ou Cu(II)/G
6
induzida por
S(IV) só ocorre na presença de um segundo íon metálico, Co(II) ou Ni(II), devido ao
efeito sinérgico. Na ausência desses íons, a reação é extremamente lenta e
ineficiente.
O processo autocatalítico da reação de autoxidação de Cu(II)/G
n
e o
sinergismo apresentado são de difícil interpretação, no entanto, considerando só a
primeira etapa da reação, após o período de indução, foi encontrada uma formação
de primeira ordem em Cu(III)/G
n
que depende da concentração de Ni(II) ou Co(II). O
valor constante de k
obs
em concentrações altas desses íons metálicos pode ser
interpretado pela formação de um complexo entre M(II) ou M(III) e S(IV).
Co(II) é cataliticamente mais ativo que Ni(II) na autoxidação de Cu(II)/G
n
induzida por S(IV), embora na presença de Ni(II) a reação seja mais eficiente.
Para uma mesma concentração de S(IV) a reação de autoxidação do
complexo de Cu(II)/G
6
é mais rápida do que a reação do complexo de Cu(II)/G
5
.
Um método analítico baseado na relação linear da absorbância referente a
Cu(III)/G
4
com a concentração de S(IV) foi desenvolvido pelo nosso grupo de
pesquisa
(18)
. Também seria possível propor um procedimento similar empregando-
se penta e hexaglicina como ligantes, sendo que os limites de detecção para o S(IV)
obtidos para os complexos de Cu(III)/G
5
e Cu(III)/G
6
foram 6,5.10
−6
mol L
−1
e
9,4.10
−6
mol L
−1
de S(IV), respectivamente.
120
4.5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Margerum, D. W.; Chellappa, K. L.; Bossu, F. P.; Burce, G. L.;
Characterization of a Readily Accessible Copper(III)-Peptide Complex. J.
Amer. Chem. Soc. 1975, 97, 6894−6896.
2. Bossu, F. P.; Chellappa, K. L.; Margerum, D. W.; Ligand Effects on
Thermodynamic Stabilization of Copper(III)-Peptide Complexes. J. Amer.
Chem. Soc. 1977, 99, 2195−2203.
3. Burce, G. L.; Paniago, E. B.; Margerum, D. W.; Photochemical Inhibition of
Reactions of Copper(II) Peptide Complexes with Molecular-Oxygen. J. Chem.
Soc. Chem. Commun, 1975, 7, 261−262.
4. Kurtz, J. L.; Burce, G. L.; Margerum. D. W.; Trivalent Copper Catalysis of the
Autoxidation of Copper(II) Tetraglycine. Inorg. Chem. 1978, 17, 2454−2460.
5. Alipázaga, M. V.; Moreno, R. G. M.; Coichev, N.; Synergistic Effect of Ni(II)
and Co(II) Ions on the Sulfite Induced Autoxidation of Cu(II)/tetraglycine
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6. Tese de Doutorado de Maria Vespertina Alipázaga Sebastián. Título: Estudo
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126
Capítulo 5: Autoxidações de Ni(II)/G
4
e
Ni(OH)
2
induzidas por S(IV)
na presença de luminol.
Desenvolvimento de métodos analíticos.
127
5.1. INTRODUÇÃO
5.1.1. Métodos analíticos para determinação de S(IV) por quimiluminescência
Estudos realizados pelo nosso grupo de pesquisa
(1)
mostraram que a
determinação de S(IV) livre em amostras de vinhos, sucos e água de chuva é
possível por um método envolvendo uma reação quimiluminescente.
As reações envolvidas estão apresentadas no esquema 1. Na autoxidação de
Ni(II)/G
4
induzida por S(IV) há a formação de Ni(III)/G
4
, SO
5
2−
e radicais (SO
4
•−
e
•
OH) que oxidam o luminol com emissão de luz. A intensidade de radiação emitida é
diretamente proporcional a concentração inicial de S(IV).
Esquema 1. Mecanismo de oxidação de Ni(II)/G
4
na presença de SO
3
2−
e O
2
.
(1)
2 Ni(II) + O
2
+ 2 H
2
O → 2 Ni(III) + H
2
O
2
+ 2 OH
−
[1]
Ni(III) + SO
3
2−
→ Ni(II) + SO
3
•−
[2]
SO
3
•−
+ O
2
→ SO
5
•−
[3]
Ni(II)
+ SO
5
•−
→ Ni(III) + SO
5
2−
[4]
SO
5
2−
+ H
+
HSO
5
−
pK
a
= 9,4 [5]
Ni(II)
+ HSO
5
−
→ Ni(III) + SO
4
•−
+ OH
−
[6]
Ni(II)
+ HSO
5
−
→ Ni(III) + SO
4
2−
+
•
OH
[7]
Ni(II)
+ SO
4
•−
→ Ni(III) + SO
4
2−
[8]
Na presença de luminol:
Luminol + (radicais, ou Ni(III) ou SO
5
2−
) → produtos + hν [9]
sendo Ni(III)/Ni(II) complexos com tetraglicina em meio de tampão borato.
128
Na literatura são encontrados vários métodos para a determinação de S(IV)
em amostras ambientais, de alimentos e outros materiais empregando-se as mais
diversas técnicas analíticas, tais como espectrofotometria
(2,3)
, fluorimetria
(4)
,
espectroscopia de emissão atômica
(5)
, cromatografia
(6)
, métodos eletroquímicos
(7,8)
e enzimáticos
(9)
. Somente ao longo dos últimos anos foram propostos métodos para
determinação de S(IV) por quimiluminescência. Um extenso levantamento
bibliográfico foi realizado por Bonifácio.
(10)
A emissão produzida pela autoxidação do complexo de Ni(II)/G
4
em meio de
tampão borato induzida por S(IV), na presença de luminol, pode ser usada para
determinar S(IV) em vinhos, sucos, açúcar e água de chuva na faixa de
(0,0500−5,00).10
−6
mol L
−1
.
(1)
Este sistema foi utilizado para desenvolvimento de
método analítico para determinação de S(IV) empregando-se unidade de difusão
gasosa para separação do analito da matriz.
(1)
O luminol é um reagente bastante utilizado no desenvolvimento de
metodologias para determinação de S(IV) por quimiluminescência. Dióxido de
enxofre em fase gasosa pode ser determinado a partir do efeito ativador de SO
2
na
reação quimiluminescente entre luminol e NO
2
.
(11)
Posteriormente, verificou-se que
a utilização de H
2
O
2
ao invés de NO
2
implicava em menor tempo de resposta e
diminuição da interferência associada a outros gases.
(12)
Schmid e colaboradores
(13)
focaram o caráter supressor de S(IV) na reação
quimiluminescente de luminol e H
2
O
2
catalisada pela enzima peroxidase na
presença de EDTA. Um método indireto, no qual a reação enzimática entre sulfito
oxidase e S(IV) gera H
2
O
2
para posterior reação quimiluminescente com luminol e
peroxidase, também encontra-se descrito na literatura.
(14)
129
Zhang e colaboradores
(15)
descreveram as potencialidades analíticas da
reação direta entre luminol e S(IV) em meio fortemente alcalino. A reação entre
luminol e o íon radical superóxido, O
2
−
•, resultante da reação entre S(IV) e O
2
, seria
responsável pela emissão quimiluminescente observada.
(15)
5.1.2. Algumas considerações sobre o luminol
O luminol (5-amino-2,3-dihidro-1,4-ftalazinadiona) é certamente um dos mais
conhecidos substratos empregado em reações quimiluminescentes. A reação de
oxidação do luminol por oxigênio ou peróxido de hidrogênio, em meio básico, é
representada pela equação 10. O mecanismo conhecido envolve a formação de um
ânion radical, que é rapidamente oxidado a uma diazaquinona.
(16)
A diazaquinona,
ao reagir com peróxido de hidrogênio, sofre eliminação de nitrogênio com abertura
de anel, levando ao íon aminoftalato no estado excitado. Esta espécie, por sua vez,
decai ao estado fundamental com emissão de radiação.
N
O
NH
2
O
N
H
H
O
O
NH
2
O
O
-
+
-
+
+ 2 NaOH
+ O
2
++
N
2
2
H
2
O
+
Na
Na
h
ν
[10]
(1) (2)
O equilíbrio ácido-base do luminol pode ser representado pelas equações 11
e 12.
(17)
130
N
O
NH
2
O
N
-
-
N
O
NH
2
O
N
H
-
N
O
NH
2
O
N
H
H
N
O
NH
2
O
N
H
-
+ H
+
+ H
+
pK
1
= 6
[11]
(3)
pK
2
= 13
[
12
]
(
4
)
Em sistemas próticos somente o oxigênio não é suficiente para a oxidação do
luminol, sendo necessária a presença de ativadores, tais como íons metálicos de
transição complexados ou não, além do peróxido de hidrogênio. A hipótese mais
razoável é que, em solução aquosa, é necessária a formação do luminol ânion
radical
(6), que então reage rapidamente com um oxidante (equação 13).
(16)
+ OH
.
N
O
NH
2
O
N
H
-
N
O
NH
2
O
N
_
.
_
N
O
NH
2
O
N
.
+ H
2
O
[13]
(6)
(
5
)
meio aquoso
Maiores detalhes sobre o reagente luminol com as aplicações analíticas
estão descritos no artigo de revisão elaborado por Ferreira e Rossi.
(18)
131
5.1.3. Autoxidação de Ni(II)/G
4
induzida por S(IV) na presença de luminol e
aldeído. Desenvolvimento de método analítico
Um procedimento bem conhecido para estabilizar S(IV) em solução é o
emprego de aductos hidroxissulfônicos com aldeídos. O S(IV) se combina
facilmente com o aldeído e forma um aducto estável segundo a equação 14.
(19)
[14]
C
H
CH
2
O
CH
3
OH
CH
3
CH
2
OSO
2
−
C
HOSO
2
−
+
H
Conforme trabalhos anteriores do nosso grupo de pesquisa, a presença de
acetaldeído e formaldeído não evita a oxidação de S(IV) em solução aquosa que
contenha traços de íons metálicos, tais como: Fe(II), Cu(II), Mn(II) e outros.
Observou-se que a velocidade da reação de autoxidação do íon metálico com o
consumo simultâneo de S(IV) é menor, inibindo parcialmente a reação.
(7,20,21)
Sendo assim, optou-se por desenvolver um método analítico simples
baseado na diminuição da intensidade de radiação emitida pela adição de
acetaldeído e formaldeído a uma solução saturada de ar contendo concentrações
fixas de Ni(II)/G
4
, S(IV) e luminol.
5.1.4. Autoxidação de Ni(OH)
2
induzida por S(IV) na presença de luminol
Como o método quimiluminescente de determinação de S(IV) é mais sensível
que os métodos espectrofotométricos e sendo a tetraglicina um reagente caro,
optou-se por adaptar o método analítico para determinação de S(IV) empregando-
se solução de Ni(II). Como a reação na presença de luminol ocorre só em meio
132
básico, o Ni(II) estará presente no meio na forma de Ni(OH)
2
, e não como um
complexo peptídico.
A reação de oxidação de Ni(OH)
2
(precipitado de coloração verde) pelo
oxigênio dissolvido na presença de S(IV) forma uma suspensão de Ni(OH)
3
(precipitado de coloração preta)
(22)
, por um mecanismo similar ao apresentado no
esquema 1. Na presença de luminol esta reação produz uma radiação emitida, cuja
intensidade é função da concentração de S(IV) inicial.
5.2. PARTE EXPERIMENTAL
A seguir estão descritos os procedimentos experimentais realizados no
presente estudo. O preparo de algumas soluções está descrito na página 174.
5.2.1. Preparação das soluções
(a) Solução de Ni(II) 1,4.10
−
3
mol L
−
1
A solução de Ni(II) 1,4.10
−3
mol L
−1
foi preparada a partir da diluição de 70 µL
da solução estoque de Ni(II) 0,200 mol L
−1
em 10,0 mL de água deionizada.
(b) Solução estoque de luminol 1,0.10
−3
mol L
−1
Foi preparada pela dissolução de 0,020 g de NaOH e 0,0089 g de luminol
(pureza 97%) em 50,0 mL de água deionizada. A solução de luminol
1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
foi preparada a partir da diluição dessa
solução estoque.
133
(c) Solução do complexo de Ni(II)/G
4
A solução do complexo de Ni(II)/G
4
foi preparada misturando-se 250 µL de
solução de Ni(II) 1,4.10
−3
mol L
−1
e 250 µL de solução de tetraglicina 2,8.10
−3
mol L
−1
(0,0069 g de G
4
em 10,0 mL de solução) em 25,0 mL de tampão borato
0,100 mol L
−1
(pH = 9,25), de modo a obter uma concentração final de 1,4.10
−5
mol L
−1
de Ni(II)/G
4
, 0,100 mol L
−1
de tampão borato e 1,4.10
−5
mol L
−1
de G
4
(100%
excesso).
(d) Solução de formaldeído 0,010 mol L
−1
A solução de formaldeído 0,010 mol L
−1
foi preparada diluindo-se 75 µL de
solução de formaldeído 37% a 100 mL com água deionizada em balão volumétrico.
(e) Solução de acetaldeído 1,0 mol L
−1
A solução de acetaldeído 1,0 mol L
−1
foi preparada diluindo-se 1,4 mL de
solução de acetaldeído 99,5% a 25 mL com água deionizada em balão volumétrico.
(f) Solução estoque de NaOH 0,10 mol L
−1
A solução preparada a partir da dissolução de cerca de 0,40 g de lentilhas de
NaOH em 100,0 mL de água deionizada.
(g) Suspensão de Ni(II) 7,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 5,0.10
−4
mol L
−1
A suspensão foi preparada a partir da diluição de 500 µL de solução de Ni(II)
1,4.10
−3
mol L
−1
e de 50 µL de solução de NaOH 0,10 mol L
−1
em 10,0 mL de água
deionizada. Esta suspensão não pode ser utilizada por mais de uma hora já que
Ni(OH)
2
reage com o oxigênio dissolvido espontaneamente formando Ni(OH)
3
.
134
Todas as soluções utilizadas nos experimentos e a água usada para preparar
as soluções diluídas de S(IV) e Ni(II) foram termostatizadas (quando necessário) por
pelo menos 10 minutos. A solução diluída de S(IV) foi preparada imediatamente
antes da mistura de todas as soluções dos demais reagentes.
5.2.2. Procedimento experimental
As medidas de quimiluminescência foram efetuadas utilizando-se um
luminômetro Bertold Lumat LB 9507 (esquematizado na figura 1) que consiste em
um sistema estático contendo um dispositivo de injeção direta de até dois reagentes
diferentes. Neste equipamento, um tubo de polipropileno de 1,5 mL, contendo os
reagentes ou a amostra, é posicionado em um compartimento interno ao abrigo da
luz ambiente, em cuja base encontra-se uma fotomultiplicadora que capta a
radiação gerada na reação quimiluminescente sem discriminação de comprimento
de onda na faixa de 330 a 650 nm. As paredes internas deste compartimento são
espelhadas internamente de modo a refletir a intensidade de radiação emitida em
direção à fotomultiplicadora, maximizando assim a sensibilidade dos procedimentos
de análise.
A mistura seqüencial dos reagentes foi obtida a partir da injeção de 10 a 300
µL de um ou dois reagentes dentro de um intervalo mínimo de 0,7 s. Os reagentes
são injetados a alta pressão, sendo introduzidos no tubo a uma velocidade
suficiente para promover uma mistura instantânea e eficiente das soluções. Deste
modo, são obtidos resultados com ótima reprodutibilidade.
135
Tampa da
câmara de
medição
Linhas de
injeção
Posição de
introdução
do tubo
Tubo em posição
de medição
Orifício da
câmara de
medição para a
Câmara
espelhada
de medição
Pino para
detecção da
introdução do tubo
Fotomultiplicadora
(PMT)
Figura 1. Estrutura da unidade de medição do luminômetro da marca Berthold, modelo
Lumat LB 9507.
136
5.2.2.1. Obtenção da curva analítica para determinação de formaldeído e
acetaldeído
No tubo foram adicionados com auxílio de micropipeta 300 µL da solução de
S(IV) (1,0 ou 5,0).10
−6
mol L
−1
e 50 µL da solução de aldeído ([formaldeído] =
(5,0.10
−5
– 1,0.10
−2
) mol L
−1
ou [acetaldeído] = (1,0.10
−4
– 0,10) mol L
−1
) ou água. O
tubo foi introduzido no equipamento, e após 60 s (tempo necessário para formar o
aducto do S(IV) com o aldeído) foi feita a injeção de 50
µL de solução de luminol
1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH
1,0.10
−4
mol L
−1
. A seguir, depois de 0,7 s, foi feita a injeção
de 300
µL de solução do complexo de Ni(II)/G
4
1,4.10
−5
mol L
−1
em tampão borato
com início imediato da aquisição dos valores de intensidade de radiação emitida por
30 s e 100 s para o acetaldeído e formaldeído, respectivamente.
O sinal analítico foi avaliado a partir do valor de intensidade máxima de
radiação emitida (I
máx
) e a área da intensidade de radiação vs. tempo. Cada solução
de aldeído foi analisada 3 vezes repetidamente. Uma curva analítica foi construída
relacionando a média dos valores de I
máx
ou a média dos valores da área com a
concentração do aldeído.
As soluções foram termostatizadas na temperatura desejada por pelo menos
10 minutos antes da mistura dos reagentes.
5.2.2.2. Amostras de álcool combustível
Duas amostras de álcool combustível foram coletadas em postos de gasolina
diferentes. Não foi feito tratamento e nem diluição da amostra para a determinação
da quantidade de acetaldeído.
No tubo foram adicionados 300
µL da solução de S(IV) 1,0.10
−6
mol L
−1
e 50
µL da amostra, sendo introduzido no luminômetro, e após 60 s foram feitas as
137
injeções de 50 µL de solução de luminol 1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH
1,0.10
−4
mol L
−1
e
de 300
µL de solução do complexo de Ni(II)/G
4
1,4.10
−5
mol L
−1
em tampão borato
com início imediato da aquisição dos valores de intensidade de radiação emitida por
30 s.
Para determinar a exatidão do método proposto foram feitos ensaios de
recuperação em triplicata, adicionando às amostras de álcool combustível
acetaldeído em duas concentrações diferentes (1,0.10
−3
mol L
−1
e 2,0.10
−3
mol L
−1
).
5.2.2.3. Obtenção da curva analítica para determinação de S(IV)
Os estudos foram conduzidos adicionando-se no tubo, com auxílio de
micropipeta, 300
µL da solução de S(IV) (0,5–100).10
−7
mol L
−1
e a seguir 300 µL de
solução de Ni(II)
7,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH
5,0.10
−4
mol L
−1
. O tubo foi introduzido no
equipamento, e após 10 s foi feita a injeção de 50
µL de solução de luminol 1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH
1,0.10
−4
mol L
−1
com início imediato da aquisição dos valores de
intensidade de radiação emitida.
Para que houvesse maior reprodutibilidade nos dados obtidos, a suspensão
de Ni(OH)
2
no tubo foi homogeneizada e não pôde ser utilizada por mais de uma
hora.
O sinal analítico foi avaliado a partir do valor de intensidade máxima de
radiação emitida (I
máx
) e a área da intensidade de radiação vs. tempo. Cada solução
de S(IV) foi analisada 5 vezes repetidamente. Uma curva analítica foi construída
relacionando a média dos valores de I
máx
ou a média dos valores da área com a
concentração de S(IV).
As soluções foram termostatizadas na temperatura desejada por pelo menos
10 minutos antes da mistura dos reagentes.
138
5.2.2.4. Preparo das amostras de vinho e açúcar para determinação de S(IV)
a)
Vinhos: preparadas por diluição direta de 0,200 a 2,00 mL de amostra com água
deionizada a 100,0 mL em balão volumétrico, de modo a resultar em concentrações
finais de S(IV) na faixa de 5,0.10
−7
a 5,0.10
−6
mol L
−1
(diluição de 50 a 500 vezes).
b) Açúcar refinado: 3,9 a 4,0 g de amostra foram pesados (precisão de 0,1 mg) e
dissolvidos em 100,0 mL de água em balão volumétrico.
5.2.2.5. Sistema em fluxo para separação do analito da matriz por unidade de
difusão gasosa
A separação do analito da matriz das amostras diluídas antes da reação
quimiluminescente foi feita empregando-se um sistema em fluxo contendo uma
célula de difusão gasosa, conforme a figura 2.
Neste sistema, soluções de H
2
SO
4
1,0 mol L
−1
e de amostras diluídas ou
solução-padrão de S(IV) 1,0.10
−6
mol L
−1
foram bombeadas a 1,7 mL min
−1
em um
reator de 20 cm para liberação de dióxido de enxofre (solução doadora). A seguir, a
mistura era conduzida até uma célula de difusão gasosa de 920
µL construída a
partir de dois blocos de acrílico (figura 3).
Uma membrana de politetrafluoretileno (PTFE) (tamanho dos poros 0,02
µm
e espessura 0,45
µm) foi disposta de modo a cobrir e dividir ao meio um canal de 4
mm de profundidade, 2 mm de largura e 115 mm de comprimento, arranjado no
formato de chicanas.
A solução aceptora de NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
foi bombeada em sentido
contrário a 0,25 mL min
−1
e admitida na secção superior do canal da célula de
difusão. A solução de NaOH resultante, contendo S(IV) proveniente da amostra e
livre das espécies presentes na matriz, foi então coletada para imediata análise.
139
célula de
difusão
descarte
bobina
p
ara análise
0,25
mL min
-1
1,70
mL min
-1
H
2
SO
4
amostra
1,70
mL min
-1
NaOH
bomba
peristáltica
bomba
peristáltica
Figura 2. Diagrama esquemático do sistema em fluxo para separação do analito da matriz
para determinação de S(IV) por quimiluminescência. H
2
SO
4
1,0 mol L
−1
e NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
. Comprimento da bobina para mistura 20 cm. Diâmetro interno dos tubos 0,8 mm.
140
Vista frontal
Secção superior do
canal de difusão
(solução aceptora)
passante
passante
Canal de
difusão
membrana
Secção inferior do
canal de difusão
(solução doadora)
Vista superior
Figura 3. Vistas frontal e superior da célula de difusão empregada no sistema em fluxo para
separação do analito da matriz para determinação de S(IV).
141
5.3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.3.1. Desenvolvimento de método analítico para determinação de aldeído
O acompanhamento da intensidade de radiação emitida em função do tempo
foi realizado após a mistura dos reagentes na seguinte ordem: 300
µL de S(IV)
(5,0.10
−6
mol L
−1
ou 1,0.10
−6
mol L
−1
); 50 µL de formaldeído ou acetaldeído
(concentração variável); após 60 s adição de 50
µL de solução luminol 1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
e 300 µL da solução de Ni(II)/G
4
1,4.10
−5
mol L
−1
(100% de G
4
em excesso) em tampão borato 0,100 mol L
−1
.
Na figura 4 observa-se a variação da velocidade da reação
quimiluminescente na presença de formaldeído. Aumentando-se a concentração
deste, o valor de I
máx
diminui e a área do pico aumenta, indicando uma redução na
velocidade da reação, porém com uma maior eficiência.
Para a observação de uma variação melhor do I
máx
foram empregadas
soluções de S(IV) de concentrações iniciais iguais a 5,0.10
−6
mol L
−1
e 1,0.10
−6
mol L
−1
, nos experimentos realizados com formaldeído e acetaldeído,
respectivamente. Salienta-se que quanto maior a concentração de S(IV), maior é o
valor de I
máx
na ausência de aldeído, ou seja, a concentração de S(IV) define a
extensão do intervalo de escala de medições (comparação das ordenadas das
figuras 5 e 6).
Observa-se uma diminuição acentuada de I
máx
com o aumento da
concentração de formaldeído na faixa de (0,50 –10).10
−4
mol L
−1
, seguida de um
menor decréscimo (figura 5). Isso pode estar relacionado com a alteração da
velocidade de reação com o luminol ou a formação do aducto de S(IV) com o
formaldeído.
142
0 20406080100
0
1
2
3
4
I
máx
/ 10
6
Tempo / s
E
D
C
B
A
Figura 4. Intensidade de radiação emitida em função do tempo após a mistura dos
reagentes na seguinte ordem: 300 µL de S(IV) 5,0.10
−6
mol L
−1
; 50 µL de formaldeído (A =
zero; B = 5,0; C = 50 ; D = 500; E = 1000).10
−5
mol L
−1
; após 60 s adição de 50 µL de
solução luminol 1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
e 300 µL da solução de Ni(II)/G
4
1,4.10
−5
mol L
−1
(100% de G
4
em excesso) em tampão borato 0,100 mol L
−1
(pH = 9,25).
T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar.
143
0 20 40 60 80 100
0
1
2
3
4
I
máx
/ 10
6
[formaldeído] / 10
-4
mol L
-1
Figura 5. Variação de I
máx
com a concentração de formaldeído. Mistura das soluções na
seguinte ordem: 300 µL de S(IV) 5,0.10
−6
mol L
−1
; 50 µL de formaldeído (5,0.10
−5
– 1,0.10
−2
)
mol L
−1
; após 60 s adição de 50 µL de solução luminol 1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
e 300 µL da solução de Ni(II)/G
4
1,4.10
−5
mol L
−1
(100% de G
4
em excesso) em
tampão borato 0,100 mol L
−1
(pH = 9,25). T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar.
144
0 20406080100
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
1,5
I
máx
/ 10
6
[formaldeído] / 10
-4
mol L
-1
Figura 6. Variação de I
máx
com a concentração de formaldeído. Mistura das soluções na
seguinte ordem: 300 µL de S(IV) 1,0.10
−6
mol L
−1
; 50 µL de formaldeído (1,0.10
−4
– 1,0.10
−2
)
mol L
−1
; após 60 s adição de 50 µL de solução luminol 1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
e 300 µL da solução de Ni(II)/G
4
1,4.10
−5
mol L
−1
(100% de G
4
em excesso) em
tampão borato 0,100 mol L
−1
(pH = 9,25). T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar.
145
Na figura 7 observa-se um aumento da área do pico de intensidade de
radiação
vs. tempo, atingindo valores constantes, evidenciando que a reação
quimiluminescente é mais eficiente na presença de formaldeído.
Para uma melhor comparação, duas novas séries de experimentos foram
realizadas empregando-se solução de S(IV) (300
µL de S(IV) 1,0.10
−6
mol L
−1
) na
presença de formaldeído (figura 6) e acetaldeído (figura 8). Observa-se que a
supressão do sinal é muito mais pronunciada pelo formaldeído do que para o
acetaldeído. Para um mesmo grau de supressão de I
máx
foi necessário empregar
uma solução de acetaldeído cerca de dez vezes mais concentrada do que a solução
de formaldeído. Assim para o uso dessa reação com finalidades de
desenvolvimento de método analítico, a sensibilidade para o formaldeído seria
maior.
A curva da figura 8 pode ser ajustada segundo uma exponencial
(I
máx
=116.449 + 1.128.188 e
−x/19,214
, sendo x a concentração de acetaldeído), que
pode ser também ser representada graficamente por uma reta (figura 9).
Pereira e colaboradores
(23)
determinaram o teor de acetaldeído, formaldeído
e acetona em amostras de álcool combustível empregando-se a técnica de
eletroforese capilar. Esses autores concluíram que o acetaldeído é a principal
impureza encontrada nesse tipo de amostra.
146
020406080100
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
2,0
Área / 10
7
[formaldeído] / 10
-4
mol L
-1
Figura 7. Variação da área do pico com a concentração de formaldeído. Mistura das
soluções na seguinte ordem: 300 µL de S(IV) 5,0.10
−6
mol L
−1
; 50 µL de formaldeído
(5,0.10
−5
– 1,0.10
−2
) mol L
−1
; após 60 s adição de 50 µL de solução luminol 1,0.10
−5
mol L
−1
/
NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
e 300 µL da solução de Ni(II)/G
4
1,4.10
−5
mol L
−1
(100% de G
4
em
excesso) em tampão borato 0,100 mol L
−1
(pH = 9,25). T = 25,0°C. Soluções saturadas com
ar.
147
0 20406080100
0,0
5,0x10
5
1,0x10
6
1,5x10
6
I
máx
[acetaldeído] / 10
-3
mol L
-1
Figura 8. Variação de I
máx
com a concentração de acetaldeído. Mistura das soluções na
seguinte ordem: 300 µL de S(IV) 1,0.10
−6
mol L
−1
; 50 µL de acetaldeído (1,0.10
−4
– 0,10)
mol L
−1
; após 60 s adição de 50 µL de solução luminol 1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
e 300 µL da solução de Ni(II)/G
4
1,4.10
−5
mol L
−1
(100% de G
4
em excesso) em
tampão borato 0,100 mol L
−1
(pH = 9,25). T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar.
Equação ajustada:
I
máx
=116.449 + 1.128.188 e
−x/19,214
, sendo x concentração de
acetaldeído.
148
0 1530456075
10
11
12
13
14
ln (I
máx
- 116.449)
[acetaldeído] / 10
-3
mol L
-1
Figura 9. Variação da função de ln (I
máx
) em função da concentração de acetaldeído,
conforme dados representados na figura 8.
Equação da reta:
ln (I
máx
− 116.449) = 13,9 − 0,0506.x, sendo x concentração de
acetaldeído, R = 0,99055.
149
A determinação de acetaldeído empregando-se o método proposto no
presente trabalho, baseado na curva analítica representada nas figuras 8 ou 9,
levou aos resultados apresentados na tabela 1. Os valores estão dentro do intervalo
de concentração para 5 amostras diferentes ((0,6–1,7).10
–3
mol L
–1
) encontrados
por Pereira e colaboradores
(23)
usando a técnica de eletroforese capilar, a qual
possibilita a detecção não somente do acetaldeído, como também do formaldeído e
acetona (0 – 1,62.10
–3
mol L
–1
). O acetaldeído é a impureza majoritária e sua
concentração possui uma ampla variação nas diferentes amostras analisadas.
Tabela 1. Resultados das determinações de acetaldeído em amostras de álcool
combustível e testes de recuperação.
AMOSTRA
[acetaldeído] /
10
–3
mol L
–1
% de recuperação pela
adição de 1,0.10
–3
mol L
–1
de acetaldeído
% de recuperação pela
adição de 2,0.10
–3
mol L
–1
de acetaldeído
amostra 1
1,5
± 0,3 95 ± 1 97 ± 1
amostra 2
1,3
± 0,2 95 ± 2 99 ± 1
Cabe ressaltar que no presente método tanto acetaldeído como formaldeído
contribuem para o sinal analítico. Para uma mistura contendo esses dois aldeídos, o
resultado final também poderia ser expresso na forma de aldeído total. No entanto,
a presença de formaldeído é muito pequena na amostra de álcool combustível,
optando-se por expressar o resultado apenas na forma de acetaldeído.
Verificou-se que etanol e acetona não alteram a intensidade de radiação
emitida, no método quimiluminescente proposto. Essa constatação foi realizada
comparando-se o resultado similar de alguns testes de controle registrando o sinal
após a mistura dos reagentes na seguinte ordem: 300
µL de S(IV) 1,0.10
−6
mol L
−1
;
50
µL de acetaldeído 5,0.10
−3
mol L
−1
(solução tendo como solvente apenas água
150
ou etanol 10% ou acetona 5,0.10
−3
mol L
−1
); após 60 s adição de 50 µL de solução
luminol 1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
; e 300 µL da solução de Ni(II)/G
4
1,4.10
−5
mol L
−1
(100% de G
4
em excesso) em tampão borato 0,100 mol L
−1
(pH =
9,25).
Para avaliar a exatidão do método proposto, uma quantidade conhecida de
acetaldeído foi adicionada à amostra. As porcentagens de recuperação (tabela 1)
indicam boa exatidão.
O acetaldeído é geralmente mais abundante que o formaldeído na atmosfera
de grandes centros brasileiros, como conseqüência do uso do álcool hidratado e
gasolina misturada com álcool anidro como combustível de automóveis.
(24,25)
A exposição humana aos aldeídos voláteis (como formaldeído, acetaldeído e
propionaldeído) causa irritação dos olhos, problemas respiratórios, dor de cabeça,
fadiga e sede.
(26,27)
O acetaldeído é um composto supostamente carcinogênico e
mutagênico.
(27)
Devido à importância industrial, ambiental e toxicológica de aldeídos e S(IV)
muitos métodos têm sido propostos. Os principais métodos de análise de aldeídos
são baseados em técnicas espectrofotométricas e cromatográficas.
(28,29)
No método
espectrofotométrico o resultado final da análise é expresso na forma de aldeído
total.
O método proposto neste trabalho é simples, com o uso de pequenos
volumes de reagentes, equipamento de baixo custo e tempo de análise curto.
A cromatografia líquida de alto desempenho (HPLC) tem as desvantagens do
uso de grandes volumes de solventes orgânicos e longos tempos de análise. Por
outro lado, a eletroforese capilar tem superado algumas técnicas no que se refere a
separação de analitos, versatilidade e simplicidade.
151
5.3.2. Autoxidação de Ni(OH)
2
induzida por S(IV) na presença de luminol
A figura 10 mostra que a mistura de uma suspensão de Ni(OH)
2
com solução
de luminol gera uma emissão de radiação de baixa intensidade (
figura interna). Na
presença de S(IV) a intensidade emitida é acentuada. Este aumento é função da
concentração da solução de S(IV).
Observou-se que com o aumento da concentração de S(IV) houve diminuição
da largura e aumento da altura do pico, ou seja, a reação é mais rápida e a
intensidade máxima de radiação é mais intensa.
Inicialmente foram feitos alguns estudos para a determinação das melhores
condições experimentais para o possível desenvolvimento do método analítico, que
serão apresentados nos próximos itens.
5.3.2.1. Efeito da ordem de adição dos reagentes
A ordem de mistura dos reagentes foi avaliada em função do I
máx
obtido na
presença de S(IV). Isso permite avaliar a condição em que o efeito ativador de S(IV)
é máximo, de modo a assegurar a maior sensibilidade na detecção do analito. Para
isto, soluções de luminol, Ni(OH)
2
e S(IV) (ou água, utilizada como branco) foram
misturadas seqüencialmente em todas as combinações possíveis.
A melhor ordem de adição obtida foi a seguinte: adição com micropipeta de
um volume de solução de S(IV) no tubo; seguida da adição com micropipeta de um
volume da suspensão de Ni(OH)
2
. Por último uma solução de luminol foi adicionada
automaticamente pelo injetor 1 do equipamento.
Foi ajustado também o intervalo de tempo entre a injeção da suspensão de
Ni(OH)
2
e a injeção da solução de luminol. O melhor tempo obtido foi de 10 s de
intervalo entre as injeções.
152
Figura 10. Intensidade de radiação emitida em função do tempo decorrente de mistura de
300 µL de S(IV) 5,0.10
−7
mol L
−1
, 300 µL de suspensão de Ni(II) 7,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH
5,0.10
−4
mol L
−1
e 50 µL de solução luminol 1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
.
T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar. Figura interna: mesmas condições experimentais
na ausência de S(IV) (“branco”).
153
5.3.2.2. Efeito da temperatura
A velocidade da reação aumenta com a temperatura (figura 11), melhorando
portanto a sensibilidade do método analítico.
Cabe salientar que o emprego de soluções de concentrações de S(IV) da
ordem de 10
−8
mol L
−1
origina um significativo sinal analítico. Escolheu-se 25°C
como temperatura de trabalho.
A água usada para preparar as soluções diluídas de S(IV) e Ni(II) foi
termostatizada por pelo menos 10 minutos. A solução diluída de S(IV) foi preparada
imediatamente antes da mistura de todas as soluções (também termostatizadas)
dos demais reagentes.
Todos esses cuidados especiais são necessários a uma solução muito
diluída, já que o S(IV) é oxidado pelo oxigênio dissolvido, não sendo estável por um
longo período (5
−10 minutos).
5.3.2.3. Curva analítica para S(IV)
Para a obtenção da curva analítica as seguintes soluções foram
termostatizadas a 25°C e misturadas na seguinte ordem:
• 1º: 300
µL de S(IV) (5,0.10
−8
– 1,0.10
−5
) mol L
−1
;
• 2º: 300
µL de suspensão de Ni(II) 7,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 5,0.10
−4
mol L
−1
;
• 3º: Após 10 segundos adição de 50
µL de solução luminol 1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH
1,0.10
−4
mol L
−1
.
154
0 4 8 12 16 20
0,0
0,3
0,6
0,9
1,2
32°C
30°C
25°C
22°C
20°C
I
máx
/ 10
6
[S(IV)] / 10
-7
mol L
-1
Figura 11. Variação de I
máx
com a concentração de S(IV) em diferentes temperaturas.
Mistura de reagentes na seguinte ordem
300 µL de S(IV) (0,5–20).10
−7
mol L
−1
, 300 µL de
suspensão de Ni(II) 7,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 5,0.10
−4
mol L
−1
e 50 µL de solução luminol
1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
. Soluções saturadas com ar.
155
A relação do valor máximo I
máx
com a concentração de S(IV) foi linear na
faixa de 5,0.10
−8
a 1,0.10
−5
mol L
−1
, com limite de detecção estimado de 1,3.10
−8
mol L
−1
(figura 12). Quando considerada a área do respectivo sinal
quimiluminescente, a faixa de linearidade foi relativamente estreita (figura 13).
Desse modo, optou-se pelo uso de I
máx
como sinal analítico.
5.3.2.4. Determinação de S(IV) em amostras de vinho e açúcar refinado.
Separação do analito da matriz
Vários estudos apresentados no capítulo 1 demonstraram que, na presença
de íons metálicos na faixa de concentração de 1.10
−4
mol L
−1
, S(IV) ao nível de
5.10
−5
mol L
−1
(solução aquosa saturada com ar) é totalmente oxidado após cerca
de duas horas. Para soluções mais diluídas de S(IV) este é um efeito que não pode
ser negligenciado, ainda mais se considerado que Fe(III) pode estar presente em
níveis próximos a 10
−8
mol L
−1
mesmo em água altamente purificada.
(30)
Deste
modo, todas as soluções de S(IV) foram utilizadas imediatamente após a
preparação, a partir de diluição direta de solução estoque 1,00.10
−2
mol L
−1
.
Íons metálicos de transição podem ocasionar sinergismo positivo ou negativo
no que se refere à autoxidação de complexos de Ni(II) na presença de S(IV).
(21)
Açúcares ou quaisquer substratos orgânicos que possam atuar como seqüestrantes
de radicais impedem as etapas de propagação da cadeia envolvendo radicais de
enxofre.
156
0 20406080100
0
1
2
3
4
5
I
máx.
/ 10
6
[S(IV)] / 10
-7
mol L
-1
Figura 12. Variação de I
máx
em função da concentração de S(IV). Mistura dos reagentes na
seguinte ordem:
300 µL de S(IV) (5,0.10
−8
– 1,0.10
−5
) mol L
−1
, 300 µL de suspensão de Ni(II)
7,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 5,0.10
−4
mol L
−1
e 50 µL de solução luminol 1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH
1,0.10
−4
mol L
−1
. T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar.
157
0 20406080100
0,0
0,3
0,5
0,8
1,0
Área / 10
6
[S(IV)] / 10
-7
mol L
-1
Figura 13. Variação da área do pico em função da concentração de S(IV). Mistura dos
reagentes na seguinte ordem:
300 µL de S(IV) (5,0.10
−8
– 1,0.10
−5
) mol L
−1
, 300 µL de
suspensão de Ni(II) 7,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 5,0.10
−4
mol L
−1
e 50 µL de solução luminol
1,0.10
−5
mol L
−1
/ NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
. T = 25,0°C. Soluções saturadas com ar.
158
O método proposto no presente trabalho foi aplicado para determinação de
S(IV) livre em amostras de vinhos e açúcar refinado. Foi empregado um processo
de separação a partir de um sistema de difusão gasosa
(10)
, representado pela
figura 2. A amostra contendo S(IV) é misturada em fluxo a uma solução de ácido
sulfúrico para liberação de dióxido de enxofre. A solução resultante é introduzida em
um módulo de difusão gasosa contendo uma membrana microporosa. Neste
módulo, o SO
2
é captado em um fluxo aceptor e direcionado para o detector. Este
tratamento permite a determinação de S(IV) livre na amostra. Já a determinação do
S(IV) total requer uma etapa prévia de adição de solução de NaOH para liberação
do SO
2
ligado a certos compostos orgânicos, tais como aldeídos
(31)
, não sendo alvo
destes estudos.
Empregando-se o sistema de difusão gasosa para preparação de amostra de
S(IV) 1,0.10
−6
mol L
−1
, verificou-se que o aproveitamento global do SO
2
liberado foi
de 78%, a partir da mistura com solução de H
2
SO
4
1,0 mol L
−1
por uma solução
aceptora de NaOH 1,0.10
−4
mol L
−1
.
O sistema de detecção quimiluminescente proposto pode ser empregado
para detectar concentrações muito baixas de S(V) (da ordem de 10
−8
– 10
−6
mol L
−1
), e um pré-tratamento de amostras tão diluídas não é adequado.
Procedimentos de adição e recuperação nestes níveis de concentração também
não são recomendados, pois a oxidação de S(IV) pelo oxigênio dissolvido altera
significativamente a concentração de analito em um curto espaço de tempo. A curva
de I
máx
vs. [S(IV)] (figura 12) é linear para concentração de S(IV) no intervalo de
5.10
−8
mol L
−1
a 1.10
−5
mol L
−1
. Para concentrações de S(IV) maiores que 1.10
−5
mol L
−1
, a curva se desvia da reta ajustada (valores de I
máx
obtidos são menores do
159
que os esperados). Assim, as amostras de vinho e açúcar foram diluídas de modo a
obter uma solução na faixa de concentração de 5,0.10
−7
a 5,0.10
−6
mol L
−1
.
Determinação de S(IV) livre em amostras de vinho
Empregando-se a curva analítica (figura 12) foi determinada a concentração
de S(IV) livre para amostras de vinhos branco e tinto, conforme representado na
tabela 2. As amostras foram diluídas convenientemente, de modo a resultar em
soluções de concentração da ordem de 5,0.10
−7
mol L
−1
a 5,0.10
−6
mol L
−1
, e
introduzidas no sistema em fluxo de separação do analito da matriz conforme
descrito no item 5.2.2.4. A seguir, 300
µL de solução aceptora contendo S(IV) foram
coletados e analisados para S(IV) conforme descrito no item 5.2.2.5.
Tabela 2. Determinação de S(IV) livre em amostras de vinhos branco e tinto, através de
detecção quimiluminescente (n = 3).
AMOSTRAS
S(IV) livre / mol L
−1
Vinho Branco 1 (3,41 ± 0,03).10
−4
Vinho Branco 2 (3,35 ± 0,02).10
−4
Vinho Tinto 1 (1,39 ± 0,04).10
−4
Vinho Tinto 2 (1,44 ± 0,03).10
−4
Observa-se que amostras de vinho branco possuem mais S(IV) livre do que
amostras de vinho tinto. Verifica-se, ainda, que todas as amostras analisadas
encontram-se dentro dos limites máximos permitidos pela legislação para S(IV) total
nos vinhos
(32)
expressos como: 0,035 g SO
2
/
100 mL de vinho (5,5.10
−3
mol L
−1
).
160
Determinação de S(IV) livre em amostras de açúcar refinado
A determinação de S(IV) livre em amostras de açúcar refinado envolveu a
dissolução de cerca de 4 g de amostra em 100 mL de água deionizada em balão
volumétrico. A solução resultante foi introduzida no mesmo sistema em fluxo para
separação do analito da matriz, com subseqüente análise da solução aceptora
contendo S(IV) de maneira análoga ao já discutido para as amostras de vinhos.
Foram realizadas análises de soluções de açúcar às quais alíquotas definidas de
solução-padrão de S(IV) foram previamente adicionadas (ensaios de adição e
recuperação).
A tabela 3 relaciona os resultados obtidos a partir da análise de S(IV) em
duas marcas de açúcar refinado, assim como os valores de recuperação para as
adições de S(IV). É possível verificar que os valores de recuperação das adições de
S(IV) são muito próximos a 100%. Além disto, os resultados obtidos são
condizentes com aqueles esperados em amostras de açúcar refinado, que variam
tipicamente de 0,3 a 4,8
µg de S(IV) total expresso como SO
2
por grama de
amostra, de acordo com estudo de conformidade realizado pelo Instituto Nacional
de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Inmetro) com 9 marcas de
açúcar refinado de procedência nacional em 1999.
(33)
O limite previsto pela
legislação brasileira para açúcar refinado é de 20
µg de S(IV) total (expresso como
SO
2
) por grama de amostra.
(32)
161
Tabela 3. Valores de S(IV) livre obtidos para duas amostras de açúcar refinado (n = 3) e
valores de recuperação para as adições de soluções-padrão de S(IV).
Amostras
[S(IV)] livre /
µg de SO
2
. g
−1
de
amostra
[S(IV)] na solução
da amostra
dissolvida/ mol L
−1
Recuperação
adição de S(IV)
1.10
−6
mol L
−1
/ %
Recuperação
adição de S(IV)
2.10
−6
mol L
−1
/ %
Açúcar 1
2,8 ± 0,1 (1,75 ± 0,07).10
−6
93,2 ± 0,8 100 ± 1
Açúcar 2
3,4 ± 0,2 (2,09 ± 0,09).10
−6
97,4 ± 0,9 102 ± 1
5.4. CONSIDERAÇÕES GERAIS
A velocidade da reação de autoxidação do complexo de Ni(II)/G
4
induzida por
S(IV) é alterada na presença de acetaldeído ou formaldeído devido à formação de
aductos. Para mesmas concentrações de Ni(II)/G
4
e S(IV), quanto maior a
concentração do aldeído presente, menor o I
máx
obtido, porém mais eficiente é a
reação dos radicais formados com o luminol.
Uma comparação foi feita para a reação quimiluminescente na presença de
formaldeído e acetaldeído. A supressão do I
máx
foi maior para o formaldeído,
portanto, um método analítico utilizando este último na reação é mais sensível.
O método quimiluminescente pode ser empregado para determinação de
formaldeído ((5,0.10
−5
– 1,0.10
−2
) mol L
−1
) e acetaldeído ((1,0.10
−4
– 0,10) mol L
−1
),
não sendo possível detectar separadamente cada um desses aldeídos.
Amostras de álcool combustível foram utilizadas para se determinar a
concentração de acetaldeído através do método analítico quimiluminescente
desenvolvido neste trabalho. Adicionando-se luminol ao meio reacional, há emissão
de radiação a qual foi relacionada com a concentração do aldeído na amostra. É
importante ressaltar que como a quantidade de formaldeído na amostra é muito
pequena, considerou-se a concentração de aldeído total igual a de acetaldeído.
162
Ensaios de adição e recuperação foram realizados com amostras de álcool
combustível. As porcentagens de recuperação ficaram entre 95% e 99%, validando
o método proposto para determinação de acetaldeído em amostras de álcool
combustível.
Assim, o método proposto é simples, de baixo custo e de rápida análise.
A mistura de soluções de luminol e Ni(OH)
2
é acompanhada de emissão de
radiação de baixíssima intensidade. A posterior adição de S(IV) a esta mistura
aumenta a intensidade de emissão. Este aumento é função da concentração da
solução de S(IV) adicionada, possibilitando a detecção de S(IV) na faixa de 5,0.10
−8
mol L
−1
a 1,0.10
−5
mol L
−1
, com limite de detecção estimado de 1,3.10
−8
mol L
−1
.
A temperatura é muito importante no desenvolvimento do método analítico
quimiluminescente, já que quanto maior a temperatura mais rápida é a reação e
maior a sensibilidade do método.
A fim de se evitar a influência de algumas espécies na reação
quimiluminescente, um sistema em fluxo empregando uma unidade de difusão
gasosa foi utilizado para separação do analito da matriz das amostras diluídas. O
método proposto (diluição ou dissolução das amostras; separação do analito da
matriz através de sistema em fluxo com célula de difusão gasosa; detecção "off line"
empregando-se a reação quimiluminescente em modo estático) permitiu a
determinação de S(IV) livre em amostras de vinhos branco e tinto e açúcar refinado.
Ensaios de adição e recuperação foram realizados com amostras de açúcar
refinado. Índices de recuperação entre 93% e 102% foram obtidos, consolidando a
validade do procedimento proposto para determinação de S(IV) em amostras de
açúcar refinado.
163
A elevada sensibilidade do sistema de detecção quimiluminescente sugerido
possibilita a detecção de S(IV) em amostras ambientais, por exemplo água de
chuva, onde S(V) encontra-se presente em baixíssimas concentrações (10
−7
mol L
−1
).
5.5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Manganese Catalyzed Oxidation of Sulfur(IV) by Oxygen in Aqueous Solution.
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and Total Sulfur Dioxide in Wine.
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32. Diário Oficial da União, 12 de março de 2001, Resolução RDC nº 34, de 9 de
março de 2001, da Agência Nacional de Vigilância Sanitária (ANVISA).
33. INMETRO.
Home page. “Programa de análise de produtos: açúcar”:
http://www.inmetro.gov.br/consumidor/produtos/acucar.asp. Outubro de 2006.
167
Capítulo 6: Algumas considerações finais.
168
6.1. ALGUMAS CONSIDERAÇÕES FINAIS
Ao final de cada capítulo foram enfatizadas as principais observações de
cada estudo, procurando-se efetuar comparações da autoxidação dos vários
complexos estudados. No presente capítulo será feita uma abordagem mais geral.
O baixo custo, eficiência e versatilidade fazem com que o dióxido de enxofre
seja largamente utilizado com finalidades industriais. S(IV) (SO
3
2−
, HSO
3
−
e H
2
SO
3
)
é utilizado como antioxidante em indústrias farmacêuticas e alimentícias, agente
branqueador de polpa de celulose em indústrias de celulose e papel, seqüestrante
de oxigênio em água destinada à geração de vapor e no tratamento de minérios de
sulfeto.
A sulfitagem do vinho, como é conhecida a adição de compostos de S(IV) ao
mosto de uva, é uma das etapas mais importantes na fabricação desta bebida
milenar. Dentre os efeitos da sulfitagem, destacam-se a ação anti-séptica,
antioxidante e inibidora de certas enzimas oxidantes. Em dose adequada, a
sulfitação promove a seleção do levedo ao eliminar as células menos vigorosas e
bactérias contaminantes.
Na fabricação do açúcar, o dióxido de enxofre é adicionado durante a etapa
de clarificação. Esta operação é utilizada para o branqueamento do melado da
cana, de coloração escura.
Do ponto de vista ambiental, SO
2
é um importante poluente atmosférico,
oriundo principalmente da combustão de combustíveis fósseis. Na literatura
encontram-se descritos vários trabalhos que buscam elucidar os mecanismos de
oxidação do dióxido de enxofre em fase aquosa pelo oxigênio, pois esta reação é
importante para a produção de ácido sulfúrico sob condições atmosféricas. A
importância de íons metálicos na oxidação de S(IV) é importante na química
169
atmosférica, mostrando que traços de íons metálicos (em nuvens, água de chuva e
em partículas de aerossol) são importantes na remoção de S(IV) e deve ser
considerado no balanço químico global. A elucidação do efeito do íon metálico pode
permitir o desenvolvimento de modelos adequados para o controle de poluição
especialmente na remoção de S(IV) de gases de exaustão.
O crescimento da exposição humana ao sulfito faz com que seus efeitos
tóxicos sejam alvo de preocupação crescente por organismos ligados à saúde
humana. Segundo o FDA (“Food and Drug Administration”), uma em cada 100
pessoas é sensível a sulfito, assim como 4 a 8% dos pacientes asmáticos.
Embora
segura para a maioria da população, a exposição a S(IV) é de imprevisível
gravidade para asmáticos e pessoas hiper-sensíveis, podendo levar a dificuldades
respiratórias, choque anafilático e urticária.
A preservação de amostras para futura determinação analítica é um grave
problema, uma vez que na presença de traços de íons metálicos a oxidação de
S(IV) ocorre em segundos. Íons de ferro(III) freqüentemente estão presentes como
impurezas na água de reagentes.
Vários esclarecimentos sobre o mecanismo da reação de autoxidação de
íons metálicos puderam ser obtidos pelo acompanhamento da concentração do íon
metálico no estado de valência 3+, do consumo de oxigênio e pela detecção do
radical SO
3
•−
.
A oxidação rápida do íon metálico (Ni(II), Co(II) e Cu(II)) e de S(IV) na
presença de oxigênio, pode ser claramente entendida na presença de um meio
contendo um ligante (G
n
) adequado que forma um complexo estável com o íon
metálico no estado de oxidação 3+. Em alguns casos um ciclo de reações redox
pode ser verificado. A combinação de estudos cinéticos com equilíbrios de formação
170
de complexos permitiu acompanhar as variações no estado de oxidação do íon
metálico por medições espectrofotométricas com desenvolvimento de método
analítico sensível para S(IV) (limite de detecção da ordem de 1.10
−6
mol L
−1
).
Formaldeído e acetaldeído, que formam aductos com S(IV), mudam a
velocidade de autoxidação do íon metálico aumentando o período de indução.
Assim a reação é mais lenta e menos efetiva na presença de formaldeído. Esses
aldeídos podem interferir na determinação de S(IV). Em amostras de vinho, S(IV) é
encontrado como uma fração livre e como aducto. Nos estudos
(1)
realizados pelo
nosso grupo de pesquisa foi possível verificar o efeito de aldeídos em
concentrações muito baixas (10
−6
mol L
−1
), usualmente presente em amostras
ambientais (água de chuva, “fog”, aerossol e soluções empregadas como coletoras
de SO
2
do ar).
Baseado na formação do aducto de S(IV) e aldeídos, no presente trabalho foi
desenvolvido um método analítico quimiluminescente para determinação de
acetaldeído em álcool combustível.
O estudo de mecanismos de reações de autoxidação de íons metálicos
empregando diferentes técnicas (espectrofotometria, ressonância paramagnética
nuclear, quimiluminescência e eletroquímica) permitiram realizar experimentos com
os reagentes em concentrações muito baixas (da ordem de 10
−7
– 10
−6
mol L
−1
),
justificando em muitos casos a falta de concordância de muitos dados da literatura,
simplesmente devido ao uso de reagentes e água com traços de impurezas.
A importância do estudo dessa reação é ainda mais ampla e justifica o
cuidadoso estudo cinético não só para o desenvolvimento de métodos analíticos e
interesse na química ambiental. Finalmente, da apreciação da literatura e de outros
estudos realizados pelo nosso grupo de pesquisa
(2,3)
, concluiu-se que os danos no
171
DNA promovidos pela autoxidação de S(IV), na presença de íons metálicos de
transição, claramente envolvem radicais de óxidos de enxofre (SO
3
•−
, SO
4
•−
, SO
5
•−
)
e outras espécies (HSO
5
−
,
•
OH) formadas durante este processo oxidativo. Os
estudos aqui apresentados também indicaram a existência de condições críticas
(pH, concentração dos reagentes, natureza do íon metálico, ligante e concentração
de oxigênio) a serem consideradas na etapa inicial da reação. A identificação das
espécies envolvidas nem sempre pode ser realizada com segurança.
O radical SO
3
•−
(E
o
SO
3
•−
/SO
3
2
−
= 0,76 vs. NHE), formado inicialmente, não deve
ser o responsável pela oxidação da guanina devido ao seu potencial de redução
relativamente baixo. Portanto outras espécies devem estar envolvidas no dano ao
DNA. O ânion HSO
5
−
(E
o
HSO
5
−
/SO
4
2
−
= 1,75 vs. NHE) e o radical SO
4
•−
(E
o
SO
4
•−
/SO
4
2
−
=
2,43
−3,08 vs. NHE), que são oxidantes potentes, devem oxidar não somente a
guanina, mas também os outros nucleosídeos. A reação de SO
5
•−
(E
o
SO
5
•−
/HSO
5
−
=
1,10
vs. NHE) com nucleosídeos ainda não foi descrita na literatura. Alguns autores
sugerem que a reação de complexos de Cu(II) com HSO
5
−
, podem produzir SO
4
•−
e
•
OH, os quais poderiam oxidar os quatro nucleosídeos. Muitos dados mostram que
a natureza do íon metálico é muito importante na autoxidação de S(IV) e na
eficiência da quebra das fitas de DNA.
(2,3)
Caso o leitor tenha interesse sobre lesões em DNA induzidas pela
autoxidação de S(IV) na presença de íons metálicos de transição recomendamos a
leitura das referências 4 e 5, artigos de revisão de divulgação, com amplo
levantamento bibliográfico.
172
6.2. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Bonifácio, R. L.; Coichev, N.; Chemiluminescent reaction of sulfite
autoxidation in the presence of Ni(II)/tetraglycine and ruthenium(II)/bipy
complexes. Mechanistic considerations.
Luminescence 2005, 20, 428−434.
2. Alipázaga, M. V.; Moreno, R. G. M.; Linares, E.; Medeiros, M. H. G.; Coichev,
N.; Oxidative DNA damage induced by autoxidation of microquantities of S(IV)
in the presence of Ni(II)/Gly-Gly-His.
Dalton Trans. 2005, 3738−3744.
3. Moreno, R. G. M.; Alipázaga, M. V., Medeiros, M. H. G.; Coichev, N.; DNA
damage induced by sulfite autoxidation catalyzed by copper/tetraglycine
complexes.
Dalton Trans. 2005, 1101−1107.
4. Pezza, H. R.; Ferreira, C. L., Suárez-Iha, M. E. V.; Coichev, N.; Cinética e
mecanismo da reação de S(IV) catalisada por íons metálicos de transição.
Quim. Nova 1999, 22, 529−440.
5. Moreno, R. G. M.; Alipázaga, M. V.; Medeiros, M. H. G.; Coichev, N.; Lesões
em DNA induzidas pela autoxidação de S(IV) na presença de íons metálicos
de transição.
Quim. Nova 2006, 29, 1086−1093.
173
REAGENTES E SOLUÇÕES
Todas as soluções foram preparadas com reagentes de pureza analítica
(Merck, Aldrich ou Sigma) e água deionizada pelo sistema Nanopure – Ultrapure
Water System da Barnstead, 18 M
Ω.cm
−1
.
(a) Solução estoque de Co(ClO
4
)
2
0,965 mol L
−1
Foi preparada da reação direta de carbonato de Co(II) com ácido perclórico.
A padronização foi feita com EDTA.
(1)
(b) Solução estoque de Cu(NO
3
)
2
0,200 mol L
−1
Foi preparada a partir da dissolução de 1,27 g de fios de cobre (99,99%,
Sigma) com ácido nítrico bidestilado seguido pela diluição em 100 mL de água
deionizada. A padronização foi realizada com EDTA, usando murexida como
indicador.
( ) 1
(c) Solução estoque de Ni(NO
3
)
2
0,200 mol L
−1
Foi preparada pela dissolução de 1,17 g de pó de níquel (99,99% Sigma)
com ácido nítrico bidestilado seguido pela diluição em 100 mL de água deionizada.
A padronização foi feita com EDTA.
(1)
(1)
Flaschka, H. A.; EDTA Titrations; Pergamon Press; London, 1959.
174
(d) Soluções estoque de tampão borato 0,100 mol L
−1
Os tampões borato de pH 7,51; 7,92; 8,48; 8,79; 9,05; 9,30 foram preparados
dissolvendo-se a mesma massa (2,38 g) de Na
2
B
4
O
7
.10H
2
O em cerca de 100 mL
de água deionizada em balão volumétrico de 250 mL, seguido da adição de solução
padronizada de HClO
4
1,09 mol L
−1
(tampões de pH 7,51; 7,92; 8,48; 8,79; 9,05) ou
da adição da solução de NaOH 1,00 mol L
−1
(tampão de pH 9,30) e água até
completar o volume do balão. Em todas as soluções tampão foi adicionado
perclorato de sódio de modo que a força iônica da solução final foi ajustada em 0,2
mol L
−1
.
A solução de HClO
4
1,09 mol L
−1
foi obtida a partir da adição de 20,8 mL de
HClO
4
de τ = 72% e d = 1,68 g/mL a cerca de 150 mL de água em balão
volumétrico, completando o volume do mesmo a 250 mL com água deionizada. A
solução de NaOH 1,00
mol L
−1
foi preparada a partir da dissolução de cerca de 8,00
g de lentilhas de NaOH em 200 mL de água deionizada em balão volumétrico.
(e) Solução de sulfito 0,0100 mol L
−1
Foi preparada diariamente dissolvendo-se 0,0969 g de Na
2
S
2
O
5
em 100 mL
de água deionizada isenta de oxigênio (pelo borbulhamento prévio de nitrogênio).
Em solução aquosa, um mol de S
2
O
5
2−
gera dois mols de HSO
3
−
(eq. 1). A
padronização foi efetuada iodometricamente.
( )2
S
2
O
5
2−
+ H
2
O → 2HSO
3
−
[1]
Para preparar as soluções diluídas de sulfito, pequenos volumes de solução
estoque foram diluídos com água saturada com ar.
(2)
Vogel, A. I.; Bassett, J.; Espinola, A.; Análise Inorgânica Quantitativa, Ed. Guanabara
Dois, Rio de Janeiro, 1981.
175
PERSPECTIVAS DE TRABALHOS FUTUROS
A autoxidação do complexo de Ni(III)/G
4
na presença de S(IV), oxigênio e
Ru(II)/bipiridila ocorre com emissão de radiação. Os oxidantes fortes gerados como
espécies intermediárias (SO
5
•−
, SO
4
•−
,
•
OH e HSO
5
−
), oxidam Ni(II) e Ru(II). A
intensidade de radiação gerada depende da concentração de cada um dos
reagentes. Estudos anteriores
(1)
mostraram que o mecanismo dessa reação é
complexo com oxidação dos dois íons metálicos em solução, em um processo
cíclico de reações de oxidorredução. O complexo de Ru(III)/bipiridila é reduzido pelo
S(IV) ainda presente em solução. A regeneração de Ru(II)/bipiridila no final desse
ciclo de reações, é uma evidência para investimento na pesquisa de um possível
sensor para S(IV) sem o consumo do reagente Ru(II)/bipiridila, o qual poderia ser
imobilizado sobre um suporte sólido.
Formaldeído em concentrações de 10
−6
– 10
−5
mol L
−1
inibe parcialmente a
reação quimiluminescente, havendo também possibilidade de desenvolvimento
analítico.
(1)
Bonifácio, R. L.; Coichev, N.; Chemiluminescent reaction of sulfite autoxidation in the
presence of Ni(II)/tetraglycine and ruthenium(II)/bipy complexes. Mechanistic
considerations. Luminescence 2005, 20, 428−434.
176
CURRICULUM VITAE
Luciana Batista de Carvalho
• Nascida em 24 de fevereiro de 1981 em Guarulhos - SP - Brasil.
FORMAÇÃO ACADÊMICA:
•
Aluna de doutoramento em Ciências, área de Química Analítica, no Instituto
de Química da Universidade de São Paulo, desde março de 2003.
• Aluna de Iniciação Científica (Bolsista CNPq/PIBIC) - Instituto de Química da
Universidade de São Paulo, de agosto de 2000 a 2002. Orientadora: Profª.
Drª. Nina Coichev.
• Bacharel em Química, pelo Instituto de Química da Universidade de São
Paulo, em 2002.
• Licenciada em Química, pelo Instituto de Química da Universidade de São
Paulo, em 2002.
EXPERIÊNCIA PROFISSIONAL:
•
Monitoria na disciplina oferecida para alunos de graduação do curso de
Química da USP de agosto a dezembro de 2003: QFL 2241 - Princípios de
Análise Química sob a supervisão de Profª. Drª. Maria Encarnación V.
Suarez Iha (Programa de Aperfeiçoamento de Ensino - PAE).
177
CONGRESSOS, REUNIÕES E SIMPÓSIOS:
• Carvalho, L. B.; Coichev, N. Desenvolvimento de método analítico
quimiluminescente para determinação de S(IV) em açúcar refinado, vinhos e
sucos. 13º Encontro Nacional de Química Analítica (ENQA) / 1º Congresso
Ibero-Americano de Química Analítica (CIAQA)
, realizado de 12 a 16 de
setembro de 2005, Niterói - RJ.
• Carvalho, L. B.; Alipázaga, M. V.; Coichev, N. Synergistic effect of Ni(II) and Co(II)
ions on the sulfite induced autoxidation of Cu(II)/pentaglycine and hexaglycine
complexes. XII Brazilian Meeting on Inorganic Chemistry / II Joint
Brazilian/Italian Inorganic Chemistry Meeting
, realizado de 08 a 11 de
setembro de 2004, São Carlos - SP.
• Carvalho, L. B.; Coichev, N. Estudos comparativos da autoxidação dos
complexos de Ni(II) com tetra, penta e hexaglicina na presença de S(IV). XXVI
Congreso Latinoamericano de Química (CLAQ) / 27
a
Reunião Anual da
Sociedade Brasileira de Química (SBQ)
, realizado de 30 de maio a 02 de junho
de 2004, Salvador - BA.
• Participação no Workshop on Environmental Chemistry durante o XXVI
Congreso Latinoamericano de Química / 27
a
Reunião Anual da Sociedade
Brasileira de Química
, realizado nos dias 28 e 29 de maio de 2004, Salvador -
BA.
• Carvalho, L. B.; Alipázaga, M. V.; Coichev, N. Estudos do mecanismo da reação
de autoxidação do complexo Co(II)/tris(hidroximetil)aminometano na presença de
S(IV). 11° Simpósio Internacional de Iniciação Científica da USP
, realizado de
5 a 7 de novembro de 2003, São Carlos - SP.
• Carvalho, L. B.; Alipázaga, M. V.; Coichev, N. Estudos complementares do
mecanismo da reação de autoxidação do complexo Co(II)/tris(hidroximetil)
aminometano na presença de S(IV).
10° Simpósio Internacional de Iniciação
Científica da USP
, realizado de 6 a 8 de novembro de 2002, São Carlos - SP.
178
• Carvalho, L. B.; Alipázaga, M. V.; Coichev, N. Estudos complementares do
mecanismo da reação de autoxidação do complexo Co(II)/tris(hidroximetil)
aminometano na presença de S(IV). 25
a
Reunião Anual da Sociedade
Brasileira de Química (SBQ), realizada de 20 a 23 de maio de 2002, Poços de
Caldas - MG.
• Carvalho, L. B.; Coichev, N. Determinação fluorimétrica de alumínio com
lumogallion.
9° Simpósio Internacional de Iniciação Científica da USP,
realizado de 5 a 7 de novembro de 2001, São Paulo - SP.
ARTIGOS SUBMETIDOS E PUBLICADOS:
•
Carvalho, L. B.; Alipázaga, M. V.; Moreno, R. G. M.; Coichev, N.; Further studies
on the synergistic effect of Ni(II) and Co(II) ions on the sulfite induced
autoxidation of Cu(II) penta and hexaglycine complexes.
J. Braz. Chem. Soc.,
submetido em 2006.
• Carvalho, L. B.; Alipázaga, M. V.; Lowinsohn, D; Bertotti, M.; Coichev, N.;
Autoxidation of Ni(II) and Co(II) tetra, penta and hexaglycine complexes
accelerated by oxy sulfur radicals.
J. Braz. Chem. Soc., aceito em 2006.
• Carvalho, L. B.; Alipázaga, M. V.; Crivelente, W. C. T.; Coichev, N.; The
autoxidation of Co(II)/2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol in the presence
of Mn(II) and S(IV).
Inorg. Reac. Mech., 5, 101-108, 2004.
179
Livros Grátis
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