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Química Nova

Print version ISSN 0100-4042On-line version ISSN 1678-7064

Quím. Nova vol.20 no.1 São Paulo Jan./Feb. 1997

https://doi.org/10.1590/S0100-40421997000100009 

DIVULGAÇÃO

Ressonância magnética nuclear de platina-195 em compostos organometálicos


Cleber Vinicius Ursini
Instituto de Química - Universidade Estadual de Campinas - CP 6154 - 13083-970 - Campinas - SP

Recebido em 5/3/96; aceito em 18/4/96


 

 

Platinum-195 nuclear magnetic resonance of organometallic compounds. A brief review of 195Pt NMR is presented, focusing organometallic compounds. This article gives initially basic information of NMR processes involving 195Pt nucleus. It is followed by a discussion of the factors which affect the chemical shifts and coupling constants. Finally, some aspects of 195Pt NMR of solids are commented.

Keywords: NMR; 195Pt; platinum.

 

 

INTRODUÇÃO

Todos os processos químicos envolvendo a platina, desde o estudo de interações com o DNA até o seu encapsulamento em zeólitas, contam com o auxílio da técnica de Ressonância Magnética Nuclear de Platina-195 (RMN 195Pt). Durante os anos 60, já era possível a obtenção de espectros de RMN 195Pt, apesar das limitações dos aparelhos. A partir dos anos 70, com o desenvolvimento da técnica de RMN de pulsos com transformada de Fourier, a RMN se desenvolveu rapidamente para vários núcleos1.

A RMN baseia-se nas transições entre níveis de energia de um núcleo com spin nuclear exposto a um campo magnético. A princípio, todos os núcleos com número quântico de spin nuclear I diferente de zero, tais como 1H, 2H, 10B, 31P, 197Au, etc, sofrem este fenômeno. Um spin nuclear se comporta como um dipolo magnético, que tende a se alinhar ao campo magnético aplicado. O magnetismo de um núcleo é descrito em termos de sua constante giromagnética γ, que é proporcional à razão entre o momento magnético nuclear μ e o momento angular de spin nuclear I 2:

Um núcleo ativo na RMN (I≠0) é perturbado por um campo efetivo Bef e não pelo campo magnético B0 diretamente. Este campo efetivo é resultado da soma do campo magnético originado da circulação dos elétrons em torno do núcleo (blindagem) com o campo aplicado B02:

A blindagem magnética nuclear s estabelece diferenças entre núcleos de mesma natureza em ambientes químicos diferentes.

O número quântico de spin nuclear I define o número de níveis de energia N possíveis para um núcleo em um campo magnético através da relação:

Assim, para I = 1/2, característico de núcleos de 1H e 195Pt, entre outros, existem dois níveis de energia (Fig. 1).

 

 

A diferença entre os níveis de energia, ΔE, é diretamente proporcional a magnitude do campo magnético efetivo, situando-se na região de energia das radiofreqüências:

As populações de núcleos de spins paralelos e antiparalelos a B0, nos níveis de energia, são praticamente iguais, com uma pequena vantagem para o nível menos energético. Com o aumento do campo B0, a diferença ΔE é ampliada (Fig. 1). Deste modo, o nível de energia menor tem um acréscimo na sua população de núcleos de spins paralelos a B03.

Na técnica de RMN, o campo magnético de um ímã gera uma magnetização dos spins individuais que, somados, são responsáveis pela magnetização macroscópica M, paralela ao campo B0 (Fig. 2a). Um sinal de radiofreqüência, responsável por um segundo campo magnético B1, perpendicular ao campo B0, varia continuamente dentro de uma faixa de freqüências ν (aparelhos de varredura contínua) ou é emitido na forma de um pulso contendo uma faixa de freqüências (aparelhos de pulso com transformada de Fourier). A magnetização total M sofre um torque e gira com uma certa inclinação em torno do eixo paralelo a B0 (cone de precessão). Esta inclinação depende da potência e/ou do tempo de pulso da radiofreqüência. Quando a inclinação é 90° (pulso de 90°), as populações de spins paralelos e antiparalelos ao campo B0 estão igualadas (Fig. 2b). A variação de magnetização durante a relaxação dos núcleos é detectada no plano perpendicular a B03,4. Os processos de relaxação que levam novamente o vetor magnetização M à posição de equilíbrio (M0) são divididos em duas classes: relaxação longitudinal, que é atribuída aos fenômenos que trazem de volta o vetor magnetização a sua posição inicial (paralelo a B0), e a relaxação transversal, atribuída aos fenômenos que levam a desmagnetização no plano perpendicular a B0 (Fig. 2). Estes dois processos de relaxação estão relacionados às duas constantes de tempo: 1/T1 (relaxação longitudinal ou spin-rede) e 1/T2 (relaxação transversal ou spin-spin)5. O valor de T1 sempre e maior ou igual ao valor de T2, pois a anulação das componentes Mx e My do vetor M (relaxação transversal) não depende de transferência de energia; basta que os spins individuais responsáveis por M tenham uma distribuição aleatória no cone de precessão (Fig. 2d). A relaxação longitudinal ou spin-rede ocorre com transferência de energia para outros graus de liberdade do meio sem emissão espontânea6. Em sólidos e líquidos viscosos, T2 é menor que T1 enquanto para amostras não viscosas, T1 e T2 são praticamente iguais7.

 

 

Para núcleos com I=1/2, os valores de T1 e T2 são relativamente grandes, enquanto para núcleos com I>1/2, que apresentam momento de quadrupolo nuclear, T1 e T2 são pequenos. A interação de um momento de quadrupolo nuclear com um gradiente de campo elétrico proporciona um processo de relaxação muito eficiente7,8.

Os valores de T1 para 195Pt variam de 0,014 a 8,31 s, embora a maioria deles esteja abaixo de 2 s. Os mecanismos que mais contribuem para a relaxação deste núcleo são o de deslocamento químico anisotrópico e o de spin-rotação8,9.

O resultado dos processos de magnetização e relaxação é convertido em um espectro, que apresenta linhas de ressonância em freqüências ν correspondentes aos valores de ΔE das transições dos núcleos estudados. Os valores de ν são proporcionais a B0, portanto um determinado núcleo terá diferentes freqüências de ressonância em espectrômetros de diferentes valores de B0. Para facilitar a análise do espectro, utiliza-se o deslocamento químico Δ (Equação 5) ao invés da freqüência ν. O deslocamento químico de um núcleo independe do campo B0.

A utilização da técnica de RMN depende das propriedades inerentes a cada núcleo estudado. Estas propriedades são o número quântico de spin I, o momento de quadrupolo elétrico Q, a constante giromagnética γ e a abundância natural A do isótopo ativo. Núcleos com I>1/2 possuem momento de quadrupolo elétrico Q (distribuição elipsoidal de carga), que acelera os tempos de relaxação alargando os sinais. A "facilidade" de observação de um isótopo ativo na RMN depende da receptividade R deste núcleo, que é proporcional a intensidade do sinal:

Para comparações, utiliza-se a receptividade relativa RXC de um núcleo (X) em relação ao núcleo de 13C 2:

A platina contém apenas um isótopo com spin nuclear: 195Pt. Os demais, com I = 0, são: 194Pt (A = 32,9%), 196Pt (A = 25,3%) e 198Pt (A = 7,2%)0. 0 núcleo 195Pt tem RPtC = 19,9 e I = 1/2 (Tabela 1)11. Estas características colaboram para que este núcleo seja relativamente fácil de ser estudado por RMN.

 

 

DESLOCAMENTOS QUÍMICOS EM RMN 195PT

Os deslocamentos químicos estão relacionados com os fatores de blindagem magnética do núcleo σ. Quanto mais blindado ou protegido, menor será o deslocamento químico. O fator de blindagem magnética nuclear σ para núcleos pesados como o núcleo de 195Pt é dominado pela contribuição paramagnética σp, que deriva da circulação eletrônica diamagnética ao redor do núcleo de platina. A doação ou retirada de elétrons, através de substituintes ou ligantes na platina, modifica a distribuição eletrônica nos seus orbitais de valência causando alterações na contribuição paramagnética σp12.

Os valores de Δ para núcleos de 195Pt ocupam uma faixa muito ampla, aproximadamente 15.000 ppm, dificultando a localização do sinal. Por outro lado, é quase impossível que haja deslocamentos químicos iguais ou muito próximos para compostos diferentes1.

Uma solução Na2[PtCl6] em água é a referência (Δ = 0) mais comum encontrada na literatura. Este sal é relativamente estável e disponível comercialmente. Porém, há alguns problemas como: a dependência de Δ com a temperatura e com a concentração; a largura excessiva do sinal, devido aos acoplamentos entre 195Pt e os isótopos 35C1 e 37Cl (ambos I = 3/2), e a freqüência de ressonância muito alta em relação a maioria dos compostos de platina, o que leva a valores de Δ negativos para estes compostos. A tabela 2 contém deslocamentos químicos de RMN 195Pt para alguns complexos.

 

 

Outra alternativa de referência para valores de Δ consiste em localizar Δ = 0 exatamente na freqüência de 21,4 MHz [X(195Pt) = 21.400.000 Hz] em uma "escala" onde os núcleos de 1H do TMS (tetrametilsilano) sofrem ressonância exatamente a 100 MHz13. Utilizando-se este modo de referência, o sinal de ressonância do sal Na2[PtCl6] em D20 aparece em X (195Pt) = 21.496.770 Hz, o que equivale a Δ(21,4 MHz) = +4522 (Δ([PtC16]2-) = 0) (Equação 5). Na literatura, os valores de Δ são encontrados nas duas escalas, por isto a análise dos dados disponíveis deve ser feita cuidadosamente. Para a conversão entre as "escalas", utiliza-se a equação 8. Neste resumo, os valores de Δ(195Pt) apresentados são relativos à ressonância do ânion [PtCl6]2- em 0 ppm.

Influência do estado de oxidação da platina nos valores de Δ(195Pt)

Os estados de oxidação comuns da platina são 4+, 2+ e 0. O efeito generalizado da blindagem nuclear é maior para estados de oxidação menores. Complexos de Pt(IV) aparecem em freqüências mais altas, de Pt(II) em freqüências intermediárias e de Pt(0) em freqüências mais baixas (Fig. 3). Entretanto, há muitas exceções. Por exemplo, o composto organoplatina [Pt(η5-C5H5)Me 3] é, formalmente, um complexo de Pt(IV) com valor de Δ típico de complexos de platina (0) (-5275 ppm, -11,6ºC, CDCl3). A ressonância do complexo de Pt(0), [Pt(cod)2] (cod = 1,5-ciclooctadieno), aparece em freqüência mais alta: Δ = -4636 (-25ºC, tetraidrofurano-d8)17.

 

 

Influência da temperatura, concentração e do solvente em Δ(195Pt)

Estudos da variação de Δ com a temperatura, a concentração e o solvente para o complexo [Pt(η5-C5H5)Me 3] ilustram a preocupação com as condições da amostra em um experimento de RMN 195Pt. Uma alteração de temperatura na amostra, de -11,6 para 51,0°C, resultou em uma variação de Δ = -5257,2 para Δ= -5219,5 (∆δ = 37,7; Tabela 3)18. Em geral, a variação de Δ com a temperatura está na faixa de 0,5 a 1,1 ppm/K19. A influência da concentração nos valores de Δ não é muito efetiva: uma variação de 0,056 para 2,024 M a 22,0°C deslocou d de -5237,6 para -5235,7 ppm (∆δ = 1,9; Tabela 3)18. Em relação aos solventes da tabela 4, a acetonitrila-d e o clorofórmio-d foram os que apresentaram a maior diferença entre os respectivos valores de Δ (∆δ = 35).

 

 

 

Observando-se os valores de constantes dielétricas dos solventes da tabela 4, não se nota nenhuma correlação da polaridade do solvente com o deslocamento químico. Outras interações entre o soluto e o solvente, além das dipolo-dipolo, também contribuem para a alteração do ambiente químico da platina.

Efeito do isótopo

O efeito do isótopo nos deslocamentos químicos Δ(195Pt) é acentuado. Para o complexo [Pt(η5- C5H5)Me3], quando os hidrogênios dos grupos metilas são trocados por deutérios, o valor de Δ desloca-se para uma freqüência menor (∆δ = -36) (Fig. 4)18.

 

 

Efeito do ligante e do número de coordenação

O efeito do ligante sobre o valor de Δ(195Pt) foi estudado para complexos do tipo [PtCl3L]-. Para L = H2O (um ligante duro), o valor de Δ desloca-se para uma freqüência mais alta, Δ = -1169 (desprotegido), quando comparado aos valores de Δ dos complexos com os ligantes moles L = SMe2 (Δ = -2746) e PMe3 (Δ = -3489). Ligantes moles coordenam-se mais fortemente à platina, deixando-a mais protegida em relação a ligantes duros como H2O e Cl-. O efeito também é bem pronunciado para os halogênios: complexos [PtX3(AsMe3)]- apresentam deslocamentos químicos iguais a -3162, -3859 e -5435 ppm para X = Cl, Br e I, respectivamente9.

Complexos fosfinaplatina(0), [Pt(PR3)n], apresentam números de coordenação n = 2, 3 e 4, com as respectivas geometrias linear, triangular e tetraédrica. Os valores de Δ são menores para complexos bis-coordenados (Δ[Pt(Pcy3)2] = -6555), intermediários para complexos tetracoordenados (Δ[Pt(PEt3)4] = - 5262) e maiores para complexos tricoordenados (Δ [Pt(PEt3)3] = -4526 e Δ[Pt(Pcy3)3] = -4567)20.

 

CONSTANTES DE ACOPLAMENTOS DE 195PT

O acoplamento escalar ou indireto J entre dois núcleos ativos na RMN é transmitido através das ligações químicas que os separam21. Este é mais um fator de desdobramento dos níveis de energia de um núcleo com spin em um campo magnético. O diagrama de níveis de energia para dois núcleos ativos A e B, ambos com I = 1/2, mostra quatro transições possíveis: duas para o núcleo A e duas para o núcleo B (Fig. 5). Se J(AB) = 0, o espectro de RMN resulta em dois singletos. Se J(AB) > 0 ou < 0, são observados dois dubletos, um para cada núcleo (Fig. 5)5.

 

 

A expressão de contato de Fermi, para núcleos (A e B) separados por uma ligação, indica que 1J depende das constantes giromagnéticas dos núcleos envolvidos, γA e γB, das densidades de elétrons dos orbitais s que participam da ligação, |ψ(0)|2, e da polarizabilidade mútua πAB, mas independem do campo magnético aplicado B01:

A constante de acoplamento J normalmente decresce com o aumento do número de ligações que separam os núcleos acoplados. Em muitos casos, os valores de J envolvendo 195Pt são suficientes para a caracterização de complexos. Estas constantes de acoplamento são medidas nos espectros de RMN 195Pt, como também nos espectros de núcleos acoplados aos núcleos de 195Pt. Por exemplo, a figura 6 apresenta um espectro de RMN 31P desacoplado de 1H (RMN 31P{1H}) do complexo [Pt(dppf)Cl2] [dppf= 1,1'-bis(difenilfosfino)ferroceno], que contém dois fósforos quimicamente equivalentes (a abundância natural do núcleo de 31P é praticamente de 100%). Neste espectro, são observados um singleto central mais intenso, proveniente dos núcleos de 31P de moléculas do isotopômero2 sem o isótopo 195pt (66,2%), e dois satélites (um dubleto), separados por 1J(PtP) = 3766 Hz, resultantes das moléculas do isotopômero que contém núcleo de 195Pt (33,8%)23.

 

 

Em RMN multinuclear, é comum a irradiação de núcleos de 1H, saturando-os. Este procedimento traz alguns benefícios: ganho na intensidade do sinal pelo efeito nuclear Overhauser, NOE24, e o desacoplamento de núcleos de 1H, que geralmente simplifica o espectro.

É óbvio que os sinais observados em espectros de RMN 195Pt são provenientes apenas de moléculas de isotopômeros que contêm um ou mais núcleos de 195Pt. A presença de outro núcleo ativo (I≠0) na molécula, com abundância natural abaixo de 100%, resulta em sinais satélites provenientes de acoplamentos deste núcleo com núcleos de 195Pt. Um bom exemplo é o espectro de RMN 195Pt{1H} do complexo [Pt(SnCl3)3(norbornadieno)] - (Fig. 7)9. O estanho tem dois isótopos ativos na RMN, 117Sn e 119Sn, com abundâncias naturais de 7,61% e 8,58%, respectivamente. Como há três átomos de estanho por molécula, a probabilidade de ocorrência de um dos isótopos ativos é três vezes maior que sua abundância natural. No espectro, existem dois conjuntos de satélites que são dois dubletos independentes. Os dubletos correspondem aos acoplamentos 1J(195Pt-117 Sn) e 1J(195Pt-119 Sn). O singleto central corresponde à ressonância de moléculas do isotopômero sem núcleo de 117Sn ou 119Sn. Não são observados sinais de isotopômeros contendo 195Pt juntamente com dois ou três núcleos de 117Sn ou 119Sn.

 

 

As abundâncias naturais destes isotopômeros são muito baixas para se destacarem do ruído do espectro.

Constantes de acoplamento J(PtC), J(PtH), J(PtP) e J(PtN)

Acoplamentos J(195Pt-13C) ou J(PtC) em compostos organoplatina são geralmente observados em espectros de RMN 13C{1H}. A baixa abundância natural do 13C (A=1,1%) dificulta a observação de J(PtC) em espectros de RMN 195Pt. As ligações s entre os núcleos de 195Pte 13C apresentam grandes contribuições de orbitais atômicos 2s do carbono, resultando em acoplamentos J(PtC) relativamente altos (700 a 1500 Hz aproximadamente, dependendo dos orbitais híbridos que participam da ligação Pt-C). Ligações carbono-platina, envolvendo orbitais moleculares π de olefinas ou acetilenos, apresentam 1J(PtC) bem menores (10 a 300 Hz aproximadamente, dependendo do envolvimento de orbitais 2s dos carbonos25). O acoplamento de 195Pt com um núcleo ativo X depende da natureza do ligante trans à ligação Pt-X. O complexo cis-[Pt(CºCMe)2(CO) (PMePh2)] (Tabela 5) apresenta 1J(PtC) da alquinila trans à fosfina menor do que 1J(PtC) da alquinila trans à carbonila. Este fato é atribuído à maior influência trans26, 27 da fosfina em relação à carbonila. Influência trans é a capacidade de um ligante enfraquecer a ligação oposta a ele (é um parâmetro termodinâmico, enquanto o efeito trans é um parâmetro cinético).

 

 

Acoplamentos 1J(PtH) em hidretos de platina variam em uma faixa de 700 a 1400 Hz aproximadamente31. Acoplamentos transmitidos por duas ligações, 2J(PtH), dependem do tipo de ligação entre o átomo de platina e o ligante que contém hidrogênio. Por exemplo, o complexo [Pt(η5-C5H5)(CH 3)3] apresenta 2J(PtH) = 83 Hz para os núcleos de 1H dos grupos metila (ligação s entre Pt e CH3) e 2J(PtH) = 5,8 Hz para os núcleos de 1H do grupo ciclopentadienfa (ligação π entre Pt e C5H5)18.

Em relação ao núcleo ele 31P, os valores de 1J(PtP) variam dentro de um intervalo de 60 Hz a 9000 Hz, aproximadamente. Foi observado que estes acoplamentos crescem com a diminuição do comprimento da ligação Pt-P e decrescem com o aumento da basicidade do fósforo, embora haja exceções. A contribuição de orbitais atômicos 3s do fósforo na ligação Pt-P e a influência trans também são importantes para 1J(Ptp)32.

Os sinais de ressonância dos núcleos de 195Pt em, complexos contendo ligação Pt-N costumam ser pouco resolvidos, dificultando uma boa visualização dos acoplamentos entre 195Pt e 14N (I = 1). A relaxação quadrupolar do 14N é muito eficiente, o que reduz o tempo de relaxação dos núcleos de 195Pt, alargando seus sinais de ressonância. Em espectros de RMN 195Pt de complexos contendo tiocianatos, cianatos e nitrilas como ligantes, é possível visualizar acoplamentos 1J( 195pt- 14N), que variam de 200 a 500 Hz, conforme a influência trans31. Espectros de RMN 195Pt de complexos contendo ligantes nitrogenados são mais informativos, quando as amostras são enriquecidas com o isótopo 15N (I = 1/2), que apresenta uma abundância natural muito baixa (A = 0,37%)9.

Relação entre J e a isomeria geométrica

Os complexos isômeros de platina(IV) cis- e trans- [PtF4Cl2]2- ilustram a relação entre a isomeria geométrica e as constantes de acoplamentos 1J(195Pt-19 F).O complexo cis contém dois ligantes fluoros não equivalentes quimicamente, enquanto o trans possui todos os ligantes fluoros equivalentes quimicamente. Para o isômero trans, todos os quatro fluoros sofrem a mesma influência trans. Já o isômero cis apresenta dois ligantes cloros em posição trans a dois ligantes fluoros, o que resulta em constantes 1J(PtF) diferentes daquelas com fluoros trans entre si (Fig. 8)21

 

 

Influência da piramidalização de alquenos coordenados à platina

A figura 9 mostra a estrutura básica de três complexos de platina (0): 1a, 1b e 1c, os quais contêm duas fosfinas e uma olefina cíclica coordenadas à platina. Nestes complexos, o tamanho da cadeia de grupos -CH2- é alterado, permitindo diferentes ângulos de abertura para os dois anéis. Estes anéis têm em comum a olefina coordenada à platina. Quanto menor é o número de grupos ¾CH2- separando os anéis, menor é o ângulo de abertura entre eles e maior é a piramidalização do alqueno. Isto afeta diretamente os valores de Δ(195Pt), 1J(PtC) e 1J(PtP) (Tabela 6). Uma maior piramidalização favorece a retrodoação do HOMO do fragmento [Pt(PPh3)2] para o LUMO (orbital molecular π*) do alqueno. O aumento da retrodoação tem o efeito sinérgico de aumentar a doação de elétrons do orbital π da olefina para orbitais de mesma simetria na platina. Os valores de 1J(PtC) crescem por causa da interação mais forte da olefina com a platina (retrodoação e doação mais efetivas) e da maior contribuição de orbitais atômicos 2s dos carbonos olefínicos na ligação do alqueno à platina. Conseqüentemente, as ligações Pt-P são enfraquecidas e os valores de 1J(PtP) reduzidos25.

 

 

 

Complexos com mais de um átomo de platina

O espectro de RMN 195Pt de um complexo com duas ou mais platinas é a soma ponderada dos espectros dos isotopômeros (subespectros) que contêm, ao menos, um núcleo de 195Pt. Cada isotopômero corresponde a um sistema de spin. Por exemplo, o complexo 2 possui praticamente quatro isotopômeros com os seguintes sistemas de spins: AA'BC (43,8%), AA'BCM (22,4%), AA'BCX (22,4%) e AA'BCMX (11,4%), nos quais A, A', B e C são núcleos de 31P, enquanto X e M são núcleos de 195Pt. O subespectro do sistema de spins AA'BC não apresenta linhas de ressonância no espectro de RMN 195Pt (não há núcleos de 195Pt). Os sistemas de spins restantes são responsáveis pelos seus respectivos subespectros, que somados fornecem o espectro experimental (Fig. 10a)34

 

 

O sinal de ressonância do núcleo Pt(M) em -4061 ppm é um tripleto de dubletos (sistema de spins AA'BCM) com satélites (sistema de spins AA'BCMX), resultante dos seus acoplamentos com P(A), P(A'), P(B) e Pt(X). Os núcleos P(A) e P(A') são equivalentes quimicamente e apresentam constantes 1J(MA) = 1J(MA') = 2964 Hz. O valor de 4J(MB) é de 127 Hz, enquanto que, 4J(MC) não foi observado. O sinal do núcleo Pt(X) aparece em -4441 ppm. Este sinal é um dubleto de dubletos (sistema de spins AA'BCX) com satélites (sistema de spins AA'BCMX). Os núcleos P(B) e P(C) não são equivalentes quimicamente e acoplam ao núcleo Pt(X) com 1J(XB) = 4100 Hz e 1J(XC) = 2057 Hz. Acoplamentos 4J(XA) e 4J(XA') não foram observados. O posicionamento cis dos fósforos A, A' e C em relação à carbonila (em ponte com os átomos de platina) desfavorece a transmissão de acoplamentos 4J(PtP). O valor da constante de acoplamento entre os núcleos de 195Pt, 3J(MX) = 1000 Hz, foi obtido pela simulação do sistema de spins AA'BCMX (Fig. 10e). Os sinais deste sistema correspondem aos picos satélites do espectro experimental (Fig.10a). Em conseqüência dos efeitos de segunda ordem, o valor de 3J(MX) não foi medido diretamente no espectro. A utilização de um aparelho de RMN mais potente (operando, por exemplo, em 42,8 MHz) evitaria os efeitos de segunda ordem, permitindo medidas diretas de deslocamentos químicos e de constantes de acoplamento no espectro, dispensando a simulação. Um espectro de RMN é considerado de primeira ordem, quando a diferença entre as freqüências de ressonâncias de dois núcleos é bem maior (pelo menos dez vezes maior) do que o acoplamento entre eles35:

No espectro da figura 10a, a diferença |ν(M) - ν(X)| é de 6540 Hz, enquanto 4J(MX) é igual a 1000 Hz; ou seja, |ν(M) - ν(X)| é aproximadamente seis vezes maior do que 4J(MX) (espectrômetro operando em 17,2 MHz). Em um espectro obtido por um aparelho operando na freqüência de 42,8 MHz, a diferença |ν(M) - ν(X)| seria igual a 16260 Hz, que é aproximadamente dezesseis vezes maior do que 4J(MX). No entanto, espectros em aparelhos com campos magnéticos mais fortes podem ser prejudicados pelo aumento do efeito de deslocamento químico anisotrópico, que gera uma relaxação spin-rede mais efetiva, alargando os sinais36.

Complexos com ligação Pt-Pt

Os complexos dinucleados [Pt2X2(μ-dppm)2] [X = Cl (3a), Br (3b), I (3c) e dppm = bis(difenilfosfino)metano] contêm ligações metal-metal, cujos valores de 1J(PtPt) estão na faixa de 8000 a 9000 Hz, aproximadamente (Fig. 11). O subespectro resultante do sistema de spin AA'A"A"'XX' (A = 31P, X = 195Pt) é de segunda ordem, o que impossibilita a medida de 1J(PtPt) diretamente no espectro37.

 

 

Acoplamentos entre núcleos de platina separados por uma ligação não são obrigatoriamente grandes (acima de 5000 Hz). Acoplamentos abaixo de 1000 Hz ou mesmo com sinais negativos são encontrados em clusters triangulares de platina. O acoplamento 1J(PtPt) para o triângulo [Pt3(μ-CNBut)3(CNBut )3] (4), por exemplo, é de 188 Hz em CD2Cl238, enquanto o complexo [Pt3(μ-CO)3(PPh2Pr i)3] (5) apresenta um acoplamento de -1667 Hz39. Os acoplamentos 1J(PtPt) em complexos deste tipo, na verdade, são resultantes de várias possibilidades de acoplamentos transmitidos por diferentes caminhos através das ligações químicas. Por exemplo, o acoplamento 1J(PtPt) no complexo 3a é transmitido através da única ligação separando os dois átomos de platina, 1J(Pt-Pt), e através das ligações dos ligantes dppm em ponte, 4J(Pt-P-C-P-Pt). Os complexos 4 e 5 permitem contribuições de acoplamentos 1J(Pt-Pt), 2J(Pt-C-Pt) e 2J(Pt-Pt-Pt), entre outras de menor importância. Para o complexo 5, especificamente, foi determinado que o sinal relativo de seu acoplamento 1J(PtPt) é negativo (-1667 Hz). Isto significa que a soma das contribuições de acoplamentos 2J( Pt-C-Pt) e 2J(Pt-Pt-Pt), que são negativos, superam a contribuição do acoplamento 1J(Pt-Pt), que é positivo39.

Acoplamentos 1J(PtPt) também podem ser obtidos em espectros de RMN de núcleos que não sejam 195Pt 31. O espectro de RMN 31P{1H) do complexo [Pt2Fe(μ-dppm)-(CNBut)2 (CO)4]5 (6) (Fig. 12) traz esta informação através do subespectro de moléculas do isotopômero que contém duas platinas ativas. Este isotopômero apresenta o sistema de spins AA'XX' com abundância natural de 11,4% ( A, A'= 31p e X, X'= 195Pt). O subespectro mostra seis sinais. Dois deles são os satélites difusos próximos do sinal central (a, a'). Outros dois sinais, também largos e de baixa intensidade, estão localizados externamente (b, b'). Finalmente, há dois picos relativamente finos e intensos (c, c') situados em freqüências intermediárias às dos sinais a e b e às dos sinais a' e b'(Fig. 12). Contudo, todos estes sinais são menos intensos do que aqueles provenientes dos sistemas de spins AA' (A = 43,8%) e AA'X (A = 44,8%), cujos isotopômeros são mais abundantes.

 

 

Em sistemas de spins AA'XX' são permitidas 24 transições de intensidades significativas, mas, por causa da sobreposição de algumas delas, são observadas somente 10 linhas próximas de νA e 10 linhas próximas de νX. O espectro de núcleos A é idêntico ao espectro de núcleos X; assim, as ressonâncias de A não fornecem nenhuma informação adicional do sistema de spins AA'XX' além daquelas que são obtidas pelas ressonâncias de X e vice-versa41. Na prática, a análise pode ser feita tanto pelo espectro de A como pelo de X, que são idênticos. Muitas vezes, é possível obter somente um espectro: de A ou de X, ou então, são obtidos os dois espectros, mas um deles apresenta uma melhor resolução permitindo uma análise mais apurada.

As freqüências das linhas de ressonância de A ou de X no sistema AA'XX' são dadas em termos dos parâmetros K, L, M, N, P e R. Estes parâmetros são definidos a seguir41:

O valor da constante de acoplamento J(XX') é igual a (KM)/2 e o módulo de J(XX') é igual a média entre os módulos de K e de M, independentemente dos sinais relativos de J(AA') e de J(XX'):

Os módulos de K, M e N e os valores de 2P e 2R correspondem às separações entre linhas de ressonância de A ou de X no espectro do sistema de spins AA'XX' (Fig. 13). Dependendo dos sinais relativos das constantes de acoplamento J(AA') e J(XX'), o módulo de K pode ser maior do que o módulo de M ou vice-versa. As separações entre linhas, correspondentes aos módulos de K e de M, são indistinguíveis ao analisarmos o espectro, o que não permite a obtenção dos sinais relativos de J(AA') e J(XX'). Voltando ao espectro de RMN 31P{1H} do complexo 6 (Fig. 12), concluiu-se que cada um dos pequenos e largos sinais (a, a', b e b') contém duas linhas de ressonância, de acordo com o espectro simulado (Fig. 13). A distância, em Hz, entre o centro do sinal a e o centro do sinal b, como também a distância entre o centro do sinal a' e o centro do sinal b', correspondem a |J(XX')| ou |J(PtPt)|, que é igual a média entre |K| e |M|. A constante |J(PtPt)| obtida foi de (850 ± 10) Hz.

 

 

RMN 195PT DE SÓLIDOS

A quantidade de trabalhos envolvendo RMN 195Pt de sólidos é bem pequena. Uma extensa faixa de deslocamentos químicos e efeitos anisotrópicos bem pronunciados em complexos quadrados de Pt(II) (anisotropias em torno de 10.000 ppm) são as principais causas do pouco interesse em RMN 195Pt de sólidos42.

Os deslocamentos químicos, como já foi dito, dependem da blindagem que envolve cada núcleo. O tensor de blindagem σ é composto basicamente por três componentes: σ11, σ22 e σ33 (outros componentes têm um efeito negligenciável no espectro). A média aritmética entre eles é chamada de tensor isotrópico σiso. Os deslocamentos químicos de núcleos em espectros de soluções provêm dos tensores isotrópicos σiso.2.

Em sólidos, um fator que muito contribui para a largura do sinal é o deslocamento químico anisotrópico, que se origina das várias orientações das moléculas de um composto policristalino em relação ao campo magnético B0. Uma das orientações possíveis contribuiria para uma blindagem máxima do núcleo estudado e o deslocamento químico estaria em uma freqüência mínima. Uma outra possibilidade de posição contribuiria para uma blindagem mínima, com o deslocamento químico em uma freqüência máxima. A largura do sinal seria determinada por estes deslocamentos químicos. Para um monocristal, seria observado apenas um sinal fino com deslocamento químico variável com a orientação do cristal no campo magnético43.

O espectro de RMN 195Pt de sólido do complexo [PtMe3(acac)]2 (acac = acetilacetonato) mostra um sinal largo, no qual podemos notar os componentes principais do tensor de blindagem e o tensor isotrópico (Fig. 14). A anisotropia44 deste complexo é relativamente grande: ∆σ = 1123 ppm. Complexos octaédricos de Pt(IV) costumam ter anisotropias abaixo de 1000 ppm, enquanto complexos quadrados de platina (II) apresentam anisotropias próximas de 10.000 ppm (um octaedro é "mais entérico" que um quadrado)45,46.

 

 

Outro fator de anisotropia é o acoplamento direto D (acoplamento dipolo-dipolo), que deriva da interação dipolar direta entre dois momentos magnéticos nucleares através do espaço. O desdobramento da ressonância de um núcleo X, ocasionado pelo acoplamento dipolo-dipolo com outro núcleo Y, depende das constantes giromagnéticas γX e γY, da distância r entre os núcleos X e Y, e do ângulo θ entre o campo B0 e o vetor r, que une os núcleos X e Y:

As interações dipolares não contribuem para as posições das linhas de ressonância em espectros de soluções. A movimentação das moléculas faz com que a soma de todas as orientações do vetor r em relação ao campo B0 seja nula2.

Valores de acoplamentos dipolares envolvendo 1H são muito grandes devido à sua constante giromagnética. Estes acoplamentos normalmente inviabilizam o espectro, sendo necessária a utilização de desacopladores de alta potência43.

Os acoplamentos escalares ou indiretos J podem também ser observados em espectros no estado sólido. São independentes da anisotropia molecular (a transmissão do acoplamento se dá através dos elétrons das ligações químicas).

Uma maneira de amenizar os fatores anisotrópicos consiste na utilização da técnica MAS (do inglês: Magic Angle Spinning). Nesta técnica, a amostra sofre alta rotação com um ângulo de 54,7º (ângulo mágico) em relação ao campo magnético47. Quando a rotação da amostra não é suficiente para neutralizar totalmente os fatores anisotrópicos, observam-se bandas laterais. Os espectros, estático e com rotações de 3200 Hz e 1907 Hz, do composto K2[Pt(OH)6] mostram que o número de bandas laterais decresce com o aumento da freqüência de rotação da amostra (Fig. 15)46. A diferenciação entre bandas laterais e sinais de ressonância é feita comparando-se os espectros obtidos em duas diferentes freqüências de rotação da amostra. As bandas laterais se modificam com a variação da freqüência de rotação, enquanto os deslocamentos químicos dos sinais da amostra são mantidos.

Outro fator importante a ser comentado, é a questão da equivalência química entre núcleos no estado sólido. Núcleos que são quimicamente equivalentes em uma molécula em solução nem sempre são equivalentes no estado sólido. A molécula em sua cela unitária pode conter estes núcleos em sítios cristalográficos diferentes. Isto ocorre, por exemplo, com o complexo cis-[PtMe2(PPh3)2 ]. O valor de Δ(Pt) é único em -4682 ppm com os átomos de platina ocupando apenas um tipo de sítio cristalográfico. Mas há um dubleto de dubletos proveniente de duas constantes de acoplamentos distintas entre platina e fósforo: 1J(PtPª) = 1825 Hz e 1J(PtPB) = 1979 Hz (Fig. 16). Portanto, as duas fosfinas do complexo, estão em sítios cristalográficos diferentes, ou seja, não são quimicamente equivalentes no estado sólido48.

 

 

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Espectros de RMN 195Pt em solução estão se tornando rotineiros. Uma grande variedade de deslocamentos químicos e constantes de acoplamentos de várias espécies químicas contendo platina está documentada. Até o momento, esta técnica é mais empregada para caracterização de compostos de coordenação, principalmente os que contêm ligações entre átomos de platina e átomos de nitrogênio, oxigênio e cloro. Em comparação aos compostos de coordenação, poucos estudos têm sido realizados com compostos organometálicos de platina (com ligações Pt-C). Novos métodos, que utilizam dupla e tripla ressonância, têm sido desenvolvidos, ampliando as aplicações da RMN 195Pt. A RMN 195Pt no estado sólido permite estudos de compostos sem influência do solvente ou da troca de ligantes, e de materiais insolúveis ou que não retenham a estrutura em solução. Provavelmente, o desenvolvimento desta técnica minimizará os efeitos das elevadas anisotropias dos complexos quadrados de platina(II), propiciando um aumento significativo de trabalhos nesta área.

 

AGRADECIMENTOS

Aos professores Gilson Herbert Magalhães Dias, Maria Domingues Vargas e Roberto Rittner Neto do Instituto de Química da UNICAMP pelas sugestões e incentivo.

 

REFERÊNCIAS E NOTAS

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21. Costuma-se representar o acoplamento entre dois núcleos, A e B, como nJ(AB), sendo que n é o número de ligações separando A de B.

22. Isotopômeros de um composto são moléculas idênticas com isótopos diferentes, por exemplo: CHCl3 e CDC13 são dois isotopômeros do clorofórmio.

23. Ursini, C. V.; Tese de doutorado em andamento no Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas.         [ Links ]

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44. A anisotropia é definida como ∆σ = σ33 - (σ22 + σ11)/2, sendo que, convencionalmente, σ33 ≥ σ 22 σ11. Jameson, C. J.; Mason, J.; In Multinuclear NMR; Mason, J., Ed.; Plenum Press; Nova York, 1987; p 3.         [ Links ]

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