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Química IIQuímica II MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA DO AMBIENTEMESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOAUNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA Faculdade de Ciências e TecnologiaFaculdade de Ciências e Tecnologia MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA DO AMBIENTEMESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE 22º Semestre º Semestre -- 20112011/20122012 Doutor João Paulo NoronhaDoutor João Paulo Noronha jpnoronha@fct.unl.ptjpnoronha@fct.unl.pt (XIV(XIV--XV)XV) ProjecçãoProjecção de de FischerFischer:: BrBr HH CCCCHH33 CCHH22CCHH33 HH BrBr BrBr CCHH33 CCHH22CCHH33 HH OlhosOlhos no no planoplano do do quadroquadro DependendoDependendo dada nossanossa estruturaestrutura traçotraço--cunhacunha inicialinicial,, sãosão possíveispossíveis váriasvárias projecçõesprojecções dede FischerFischer parapara aa mesmamesma moléculamolécula.. Química IIQuímica II 2 Química IIQuímica II 3 Projecção de Projecção de FischerFischer Química IIQuímica II 4 ProblemaProblema:: EstasEstas duasduas moléculasmoléculas sãosão enantiómerosenantiómeros iguaisiguais ouou opostosopostos?? RR ouou SS ?? F F I H CH3 I H CH3 Química IIQuímica II 5 Projecção de Projecção de FischerFischerCH3 C C2H5 HHO CH3 C C2H5 OHH (R) (S) CH3 C H HHO CH3 C H OHH Fórmulas tridimensionais Projecção de Fischer C2H5 C2H5 (R) (S) CH3 H Cl CH3 H I IH CH3 H3C Cl H IH CH3 H CH3 Cl IH CH3 Cl H CH3 (2S) - cloro - (3R) - iodobutanoQuímica IIQuímica II 6 ProjecçõesProjecções de Fischerde Fischer OH CO2HH OH CHH OH CO2HH Vertical bonds move away (dashed bonds) Horizontal bonds approach you (wedge bonds) CH3 CH3 HO2C H 2 CH3 Ligações Ligações horizontaishorizontais para a para a frentefrente (ligações em (ligações em cunhacunha)) Ligações Ligações verticaisverticais para para trástrás (ligações a (ligações a tracejadotracejado)) Química IIQuímica II 7 AtribuirAtribuir a a ConfiguraçãoConfiguração AbsolutaAbsoluta emem ProjecçõesProjecções de Fischerde Fischer OH CO2HH OH CO HH OH CO2H CH3 HCO2H CH3 H CH3 HO2C H (S) (S) (S) rotate ((SS) Rodar () Rodar (SS) () (SS)) Química IIQuímica II 8 A A RotaçãoRotação de 90de 90º º dada ProjecçãoProjecção ReverteReverte a a ConfiguraçãoConfiguração AbsolutaAbsoluta 90 o 90 oo 90 CH3 HHO2C CO2H CH3HO H OHCH3 OH CO2HH (S) (R) (S) (R) H OH HO2C CH3 H HOOH CO2H CH3CO2H CH3 H Química IIQuímica II 9 Compostos com mais de um carbono dissimétricoCompostos com mais de um carbono dissimétrico A CB A C B A A C B B A C * * BC A B C A * * CB A C B A CB Plano deB C A B C 2,3 - dibromobutano (MESO) CB A A Plano de Simetria rotação = 0 CH3 H Br CH3 H Br Química IIQuímica II 10 Com Com doisdois estereocentrosestereocentros:: A A monocloraçãomonocloração do do 22--BromobutanoBromobutano ** BrBr BrBr ** ClCl **ClCl22, h, hνν --HClHCl OriginaOrigina:: RR, RS SR, SSRR, RS SR, SS QuatroQuatro estereoisómerosestereoisómeros RR SSRR SS ee RS SRRS SR sãosão pares de pares de enantiómerosenantiómeros DiastereómerosDiastereómeros sãosão estereoisómerosestereoisómeros queque nãonão têmtêm umauma relaçãorelação imagemimagem--objectoobjecto.. DiastereómerosDiastereómeros Química IIQuímica II 11 ácido tartárico forma meso COOH H OH COOH H OH par de enantiómeros COOH H OH COOH HO H diasterómeros COOH HO H COOH H OH **2,3,4-trihidroxibutanal eritrose CHO H OH CH2OH H OH treose CHO HO H CH2OH H OH C H C O H H C OH OH CH2-OH Química IIQuímica II 12 QOGQOG R R S S R R S S S S R R Química IIQuímica II 13 R S ButBut this:this: SSRR 14 QOGQOG R S R S Química IIQuímica II 14 ConclusãoConclusão:: DoisDois estereocentrosestereocentros levamlevam aa quatroquatro estereoisómerosestereoisómeros ClClHH HH BrBr HH HH BrBr ClCl CCHH33 CCHH33 ClCl BrBr HH HH CCHH33 BrBr HH CCHH33 ClCl HH SS SS SS SS SS SS RR RR EnantiómerosEnantiómeros nº de nº de estereoisómerosestereoisómeros ≤ ≤ 22nn ((n n = = C*C*)) BrBr ClCl CCHH33 CCHH33 BrBr ClCl HH HH CCHH33 CCHH33 CCHH33CCHH33 DiastereómerosDiastereómeros RR RRSS SS HH HH Química IIQuímica II 15 DiastereómerosDiastereómeros EstereoisómerosEstereoisómeros queque NãoNão SãoSão ImagensImagens no no EspelhoEspelho 3 3 22 CO2H OHH CO2H OHH 22 opposite stereochemistry at C3 same stereochemistry at C2 (S) CO2H Br H CO2H BrH (2S,3S) (2S,3R) A mesma A mesma estereoquímicaestereoquímica no Cno C22 ((SS)) EstereoquímicaEstereoquímica oposta no Coposta no C33 Química IIQuímica II 16 ProjecçõesProjecções de Fischer de Fischer com 2 com 2 CentrosCentros QuiraisQuirais CO2H H OH H OH CO2H 2 2 CH3 H OH Br H H Br H OH CH3 (2S,3S) (2S,3R) 3 3 Química IIQuímica II 17 CompostosCompostos IdênticosIdênticos, , EnantiómerosEnantiómeros ouou DiastereómerosDiastereómeros?? a) CH2CH3 CH3 H H Br Br CH2CH3 CH3& H H CH3 CH3 & CH3 CH3 H H CC b) OH HO NH2 NH2 Química IIQuímica II 18 Química IIQuímica II 19 ÁcidosÁcidos TartáricosTartáricos CO2H H OH HO H H OH HO H CO2H R,R S,S CO2H CO2H CO2H CO2H H OH H OH HO H HO H CO2H CO2H R,S S,R Química IIQuímica II 20 São iguaisSão iguais MisturaMistura RacémicaRacémica CO2H H OH HO H H OH HO H CO2H R,R S,S o ρ (g/mL) 1.7598 1.7598 1.7723 m.p. C 168-170 168-170 210-212 [α] (degrees) - 12 + 12 0 (R,R) Tartaric acid (S,S) Tartaric Acid (+/-) Tartaric acid Racemic Mixture (Racemate): 50/50 mixture of enantiomers CO2H HO H H OH CO2H Mistura Mistura RacémicaRacémica ((RacematoRacemato): mistura ): mistura 5050//50 50 de de enantiómerosenantiómeros Ácido (R,R)TartáricoÁcido (R,R)Tartárico Ácido (S,S)TartáricoÁcido (S,S)Tartárico Ácido (+/Ácido (+/--)Tartárico)Tartárico p.f. p.f. ºCºC 168168--170170 168168--170170 210210--212212 [[αααααααα]] (graus)(graus) --1212 +12+12 00 ρρρρρρρρ (g/mL)(g/mL) 1.75981.7598 1.75981.7598 1.77231.7723 Química IIQuímica II AtribuirAtribuir a a configuraçãoconfiguração absolutaabsoluta ((RR,,SS) a ) a diastereómerosdiastereómeros Química IIQuímica II 22 Química IIQuímica II 23 AtribuirAtribuir a a configuraçãoconfiguração absolutaabsoluta ((RR,,SS) ) a a análogosanálogos cíclicoscíclicos Química IIQuímica II 24 ** BrBr BrBr ** BrBr ** BrBr2, 2, hhvv --HBrHBr MesmoMesmo procedimentoprocedimento:: SS SR RS RRSS SR RS RR CCHH33 CCHH33 CCHH33 CCHH33 DiastereómerosDiastereómeros DoisDois estereocentrosestereocentros com com osos mesmosmesmos substituintessubstituintes 25 CCHH33 HH HH BrBr BrBr CCHH33 BrBr BrBr HH HH CCHH33 BrBr HH BrBr HH CCHH33 HH BrBr HH BrBr Este Este diastereómerodiastereómero é especial: é especial: A A imagemimagem é é sobreponívelsobreponível com a com a imagemimagem no no espelhoespelho!!! A !!! A moléculamolécula possuipossui um um planoplano internointerno.. MesoMeso O O planoplano internointerno num num diastereómerodiastereómero mesomeso Química IIQuímica II 26 CompostosCompostos MesoMeso Plano Plano InternoInterno de de SimetriaSimetria OpticamenteOpticamente InactivoInactivo CO2H CO2H R,S S,R o rotate 180 superimposible CO2H H OH H OH HO H HO H CO2H mirror plane PlanoPlano espelhoespelho sobreponível sobreponível rotação 180º rotação180º Química IIQuímica II 27 O grande O grande KuduKudu é é Química IIQuímica II 28 KuduKudu é é MesoMeso Química IIQuímica II 29 A A analogiaanalogia cíclica: cíclica: mesomeso éé ciscis Química IIQuímica II 30 CCHH33 CCHH33 masmas CCHH33 ** ** CCHH33 BrBrHH CCHH CCHH33 HHHH BrBrHH ** ** MaisMais exemplosexemplos:: TodosTodos osos cicloalcanoscicloalcanos ciscis--disubstituídosdisubstituídos (com(com substituintessubstituintes iguaisiguais)) sãosão mesomeso ((ouou nãonão possuempossuem estereocentrosestereocentros;; exex..,, qualquerqualquer ciclociclo--hexanohexano 11,,44--disubstituído)disubstituído).. CCHH33 CCHH33 SemSem estereocentrosestereocentros !! CCHH33 Química IIQuímica II 31 22,,33,,44--triclorotricloro--hexanohexano QuantosQuantos estereoisómerosestereoisómeros?? C l * ** C l C l 3 asymmetric centers 8 stereoisomers * ** 2 n , n= # asymmetric centers (3) 3 3 centros assimétricoscentros assimétricos 22nn, , nn = # centros assimétricos = # centros assimétricos ((33)) 8 8 estereoisómerosestereoisómeros Química IIQuímica II 32 nn = 3; 2= 3; 2nn = 8= 8 H Cl H Cl H Cl CH3 Cl H Cl H Cl H CH3 Cl H H Cl H Cl CH3 H Cl Cl H Cl H CH3 S S R R R S CH3 CH2CH3 H Cl Cl H H Cl Cl H H Cl Cl H CH3 CH2CH3 CH3 CH2CH3 Cl H H Cl H Cl Cl H Cl H H Cl CH3 CH2CH3 H Cl CH2CH3 Cl H CH2CH3 Cl H CH2CH3 H Cl CH2CH3 R S Química IIQuímica II 33 RRRRRR RRSRRS RSRRSR SRRSRR SSSSSS SSRSSR SRSSRS RSSRSS TrêsTrês estereocentrosestereocentros DiastereómerosDiastereómeros EnantiómerosEnantiómeros 8 8 EstereoisómerosEstereoisómeros ((máximomáximo): 4 Pares ): 4 Pares DiastereoméricosDiastereoméricos dede enantiómerosenantiómeros. . EnantiómerosEnantiómeros MenosMenos se se presentepresente mesomeso, ex., , ex., mesomeso--22,,33,,44––tribromopentano:tribromopentano: BrBrHH CCHH33 CCHH33 BrBrHH BrBrHH BrBrHH CCHH33 CCHH33 HHBrBr BrBrHH Química IIQuímica II 34 GeralmenteGeralmente: n estereocentros originam um máximo de 2n estereoisómeros, ex. 2, 4, 8, 16, 32… Nota: Nota: Os Os estereocentrosestereocentros nãonão necessitamnecessitam ser ser Nota: Nota: Os Os estereocentrosestereocentros nãonão necessitamnecessitam ser ser adjacentesadjacentes:: ** ** ** Química IIQuímica II 35 2 2 CentrosCentros QuiraisQuirais 4 4 EstereoisómerosEstereoisómeros EstereoisómerosEstereoisómeros do do 33--CloroCloro--22--butanolbutanol ((22S,S,33R) (R) (22R,R,33S) (S) (22R,R,33R) (R) (22S,S,33S)S) Química IIQuímica II 36 CarbohidratoCarbohidrato -- AçúcarAçúcar C HO H O H R C H2O H HO H H O H H O H (+) D-Glucose S R R (+)(+)--DD--GlucoseGlucoseQuímica IIQuímica II 37 PlanosPlanos InternosInternos de de SimetriaSimetria CH3CH3 CH3CH3 Both are MesoAmbos são Ambos são MesoMeso CH3CH3 CH3 CH3 Química IIQuímica II 38 CentrosCentros AssimétricosAssimétricos emem AnéisAnéis Br Br BrBr Br Br 1(R),2(S) cis 1,2-dibromocyclohexane nonsuperimposible but A flips into B A B Meso ((11R,R,22SS))--ciscis--11,,22--dibromociclodibromociclo--hexanohexano Não sobreponível mas Não sobreponível mas AA converteconverte--se em se em BB MesoMeso Química IIQuímica II 39 Química IIQuímica II 40 RegraRegra básicabásica:: NãoNão sese consegueconsegue obterobter excessoexcesso dede umum enantiómeroenantiómero aa partirpartir dede umum materialmaterial dede partidapartida aquiralaquiral ouou aa partirpartir dede umum racematoracemato.. II..ee..,, nãonão podemospodemos ““gerargerar”” actividadeactividade ópticaóptica (a(a menosmenos queque sese EstereoquímicaEstereoquímica emem ReacçõesReacções QuímicasQuímicas podemospodemos ““gerargerar”” actividadeactividade ópticaóptica (a(a menosmenos queque sese useuse umum ““arranquearranque quiralquiral”)”).. BrBr ** BrBr2, 2, hhvv --HBrHBr aquiralaquiral QuiralQuiral, , masmas racémicoracémico 50:50 50:50 misturamistura dede RR ee SSmeiomeio aquiralaquiral Química IIQuímica II 41 Resultados Resultados estereoquímicosestereoquímicos de reacção simpde reacção simples CH3CH2CH2CH3 + Br2 hνννν CH2BrCH2CH2CH3 aquiralaquiral radical radical aquiralaquiral Modificação Modificação racémicaracémica Química IIQuímica II 42 QuandoQuando oo materialmaterial dede partidapartida éé enantiomericamenteenantiomericamente puropuro ouou enriquecidoenriquecido (e(e portantoportanto opticamenteopticamente activoactivo)) ee ocorreocorre aa abstraçãoabstração dede HH numnum estereocentroestereocentro:: OsOs produtosprodutos sãosão racémicosracémicos ee nãonão opticamenteopticamente activosactivos.. CCHH33 HH HH BrBr HH ClCl·· CCHH33 ClCl BrBr CCHH33 HH ClClBrBr HH CCCC CCHH HH BrBr CCHH-- SS SS RRClCl22 CCHH33 HHHH HHClCl CCHH33 HHHH CCHH33 HHHH MesmoMesmo ambienteambiente RacematoRacemato NotaNota:: SeSe sese partirpartir dede umum racematoracemato,, formarformar--sese--áá umum racematoracemato.. OpticamenteOpticamente inactivoinactivo CCCC CCHH33 HH CCHH33-- FormadoFormado emem quantidadesquantidades iguaisiguais Química IIQuímica II 43 QuandoQuando oo materialmaterial dede partidapartida éé enantiomericamenteenantiomericamente puropuro ouou enriquecidoenriquecido (e(e portantoportanto opticamenteopticamente activoactivo)) ee aa reacçãoreacção nãonão racemizaracemiza oo estereocentroestereocentro:: OsOs produtosprodutos enantiomericamenteenantiomericamente purospuros ouou enriquecidosenriquecidos ee opticamenteopticamente activosactivos.. CCHH33 HH HH BrBr HH ClCl·· HHClCl CCHH33 ClCl HH BrBr HH CCHH33 HH HH ClCl CCCC CCHH HH HH CCHH33-- SS SS SS SSRR SS ClCl22 HH CCHH33 HHHH HHClCl CCHH33 ClClHH CCHH33 HHClCl AmbienteAmbiente diferentediferente DiastereómerosDiastereómerosNotaNota:: SeSe sese partirpartir dede umum racematoracemato,, formarformar--sese--ãoão diastereómerosdiastereómeros,, masmas eleseles sãosão racémicosracémicos ((nãonão opticamenteopticamente activosactivos)).. Ambos Ambos opticalmenteopticalmente activosactivos CCHH33 BrBr CCHH33-- SSRR FormadosFormados emem quantidadesquantidades diferentesdiferentes:: ““EstereoselectividadeEstereoselectividade”” Química IIQuímica II 44 Química IIQuímica II 45 ResoluçãoResolução:: A A SeparaçãoSeparação QuímicaQuímica de de EnantiómerosEnantiómeros 46 EnantiómerosEnantiómeros Química IIQuímica II 46 EnantiómerosEnantiómeros e e ActividadeActividade FisiológicaFisiológica Química IIQuímica II 47 DrogasDrogas: : EnantiómerosEnantiómeros ActuamActuam DiferentementeDiferentemente H2N OH O O H2N H S Amargo Doce Asparagina NH2 HO O O NH2H R Cl CH3H Cl H3C H Cl O OH O 3 R Cl O HO O S Activo Inactivo Dichlorprop (Herbicida) HO HOH2C H N HO H OH CH2OH H N OHH RS BroncodilatadorAntagonista AlbuterolQuímica IIQuímica II 48 ActividadeActividade BiológicaBiológica (R)(+) Thalidomide (S)(-) Thalidomide O O H O O H ((RR))--(+)(+)--TalidomidaTalidomida ((SS))--((--))--TalidomidaTalidomida N N O O O O H H a sedative and hypnotic a teratogen N N O O O O H H hipnóticohipnótico--sedativosedativo teratogénicoteratogénico Química IIQuímica II 49 Química IIQuímica II 50 Química IIQuímica II 51 Química IIQuímica II 52 Química IIQuímica II 53 Química IIQuímica II 54 Neurotransmissor SNC (estimulante cardíaco) Hormona SNS/stress Noradrenalina Química IIQuímica II 55 Reconhecimento Reconhecimento EnantioméricoEnantiomérico Química IIQuímica II 56 Reconhecimento Reconhecimento EnantioméricoEnantiomérico Química IIQuímica II 57 Química IIQuímica II 58 ReacçõesReacções queque GeramGeram CentrosCentros QuiraisQuirais HidrogenaçãoHidrogenação, , synsyn CH3CH3 H2, Pt/C CH3CH3 HH CH2CH3CH2CH3 CH2CH3 CH2CH3 CH3CH3 CH2CH3 CH2CH3 H CH3 H CH3 product is meso Química IIQuímica II 59 BromaçãoBromação FormaForma--se se exclusivamenteexclusivamentetranstrans NãoNão se forma se forma produtoproduto MesoMeso ((ciscis)) Br2 racemic mixture S SR R Br BrBr Br Br2 Química IIQuímica II 60 O O IãoIão BromónioBromónio abreabre--se se igualmenteigualmente pelospelos doisdois ladoslados Br2 Br Br Br Br R RBr Br δ δ+ - R R S S racemic mixture Br Br Br Br Br Br Química IIQuímica II 61 transtrans--AlcenoAlceno + + adiçãoadição antianti = = MESOMESO CH2CH3 CH2CH3 H H Br2 CH2CH3 CH2CH3 H H Br BrCH2CH3H CH2CH3Br Br Br CH2CH3CH2CH3 HH meso Química IIQuímica II 62 ciscis--AlcenoAlceno + + adiçãoadição anti anti = = misturamistura racémicaracémica Br H H CH2CH3CH2CH3 Bra b H CH2CH3 CH2CH3 H Br2 Br Br CH2CH3 CH2CH3 H H R R CH2CH3 CH2CH3 H H Br Br CH2CH3 CH2CH3 H H Br Br S S Br Br Br H H CH2CH3 CH2CH3 a b Química IIQuímica II As As BromaçõesBromações GeralmenteGeralmente OriginamOriginam CentrosCentros AssimétricosAssimétricos Br2 R RS S CH3CH3 H H CH3CH3 Br Br H H CH3CH3 Br Br H H R RS S racemic mixture CH3 CH3 H H CH3 CH3 H H Br Br CH3CH3 Br Br H H S R meso Br2 Química IIQuímica II 64 Centro Centro AssimétricoAssimétrico é é geradogerado FormaForma--se se MisturaMistura RacémicaRacémica H-Br Br H a) Br H b)(R) (S) H H Br Br a) b) a) Br b)(R) (S) Química IIQuímica II 65 InduçãoIndução AssimétricaAssimétrica PPh2 PPh2 RuCl2 CH3 OH H2 Ru(BINAP)Cl2 CH3H OH 96% e.e. Noyori and Knowles shared Nobel Prize in Chemistry, 2001Química IIQuímica II 66 PreparaçãoPreparação de (L)de (L)--DopaDopa parapara TratamentoTratamento de Parkinsonde Parkinson C=C NH2 CO2HH HO HO HO HO CH2C CO2H NH2 H l-(-) Dopa HO HO CH2CH2NH2 Dopamine cannot cross blood-brain barrier 2 H2 Rh(DIOP)Cl2 enz. Química IIQuímica II 67 RelevânciaRelevância dada EstereoquímicaEstereoquímica d-pseudoephedrine and l-ephedrine * EPHEDRA from Ma Huong NHCH3 OH EFEDRA da EFEDRA da Ma Ma HuangHuang dd--PseudoefedrinaPseudoefedrina e e ll--EfedrinaEfedrina (R,S) (S,S)(R,S) (S,S) (S,S)(R,S) useful decongenstants d-pseudoephedrine and l-ephedrine 4 stereoisomers ** 2 asymmetric centers NHCH3 CH3 2 centros assimétricos2 centros assimétricos 4 4 estereoisómerosestereoisómeros (R,S) (S,S)(R,S) (S,S) DescongestionantesDescongestionantes Química IIQuímica II 68 SínteseSíntese emem UmUm--PassoPasso PseudophedPseudoefedrinaPseudoefedrina * d-(S)- "Meth" l-(R) - Vicks (methamphetamine) "desoxyephedrine"NHCH3 CH3 Química IIQuímica II 69 ÁcidoÁcido αααααααα--(p(p--isobutilfenilisobutilfenil))propiónicopropiónico CH3 CO2H H (S)(+) ibuprofen (R)(-) ibuprofen CH3 HO2C H anti-inflammatory 80-90% metabolized to (S)(+)(S)(S)--(+)(+)--IbuprofenoIbuprofeno (R)(R)--((--))--IbuprofenoIbuprofeno AntiinflamatórioAntiinflamatório 8080--9090% metabolizado a (S)% metabolizado a (S)--(+)(+) Química IIQuímica II 70 ModeloModelo dada TalidomidaTalidomida Química IIQuímica II 71 QuãoQuão docedoce é!é! O HO CH2OH CH2OH OH O Cl HO CH2OH O CH2Cl Sucrose HO OH O O CH2OH CH2OH HO HO Sucralose or Splenda HO OH O O CH2Cl CH2Cl HO HO Sucralose is 600 times sweeter and does not get metabolized. Sacarose Sacarose SucraloseSucralose ou ou SplendaSplenda A A SucraloseSucralose é é 600600x mais doce x mais doce e não é metabolizadae não é metabolizada Química IIQuímica II 72 SildenafilSildenafil ((ViagraViagra)) e e CafeínaCafeína NN N N CH3 H O CH CH O N N N N CH3 O CH3 NCH3CH2O S N N CH3 O O N O CH3 Química IIQuímica II 73
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