Estereoquímica

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ESTEREOQUÌMICA: MOLÉCULAS QUIRAIS
ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS E ESTEREOISÔMEROS
H3C CH
CH3
CH3
H3C CH
Cl
CH3
Fórmula Molecular Isômeros Constitucionais
CH3CH2CH2CH3C4H10
C3H7Cl CH3CH2CH2Cl
C2H6O CH3CH2OH CH3OCH3
Isômeros constitucionais são isômeros que diferem porque seus átomos estão 
ligados em uma ordem diferente
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Estereoisômeros não são isômeros constitucionais – eles tem seus átomos 
constituintes ligados na mesma sequência
Estereoisômeros diferem apenas no rearranjo de seus átomos no espaço
Cl
C
C
Cl H
H H
C
C
Cl H
Cl
Fórmula 
molecular 
C2H2Cl2
Cis-1,2-dicloroeteno trans-1,2-dicloroeteno
Estereoisômeros
Enântiomeros Diastereômeros
Enantiômeros: São estereoisômeros cujas moléculas são imagens 
especulares uma da outra, que não se superpõem.
Diastereômeros: são estereoisômeros cujas moléculas não são imagens 
especulares umas das outras.
H
C
C
Cl H
Cl
X
Cl
C
C
Cl H
H
Diastereômeros
Me Me
HH
Me H
MeH
X
SUBDIVISÃO DOS ISÔMEROS
ISÔMEROS
(compostos diferentes com a mesma 
fórmula molecular)
ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS
(isômeros cujos átomos têm
conectividades diferentes)
ESTEREOISÔMEROS
(isômeros que têm a mesma conectividade 
mas diferem no arranjo de seus átomos no 
espaço
ENANTIÔMEROS
(estereoisômeros que são 
imagens especulares um do 
outro, que não se superpõem)
DIASTEREÔMEROS
(estereoisômeros que não são 
imagens especulares um do outro)
ENANTIÔMEROS E MOLÉCULAS QUIRAIS
Molécula quiral: molécula que não é idêntica a sua imagem no espelho.
Objetos (e moléculas) que se superpõem a suas imagens são aquirais.
Como podemos saber quando existe a possibilidade de enantiômeros?
Um par de enantiômeros sempre é possível para moléculas que contêm um átomo 
tetraédrico com quatro diferentes grupos ligados a ele.
H3C C
H
CH2CH3
OH
(methyl)
1
(hydrogen)
(hydroxyl)
(ethyl)
3 42
*
C2 é um estereocêntro, ou seja, 
um átomo carregando grupos de 
natureza tal que uma troca de 
quaisquer dois irá produzir um 
estereisômero.
CH3
CH3
OHH
CH3
CH3
HHO
CH3
CH3
OHH
H3C
H3C
OHH
H
CHO
H3C COOH
H
C OH
CH3HOOC
Mirror
()-Lactic acid, []D = -3.82(+)-Lactic acid, []D = +3.82
IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA DA QUIRALIDADE
O corpo humano é quiral, com o coração à esquerda do centro e o 
fígado a direita.
A maioria das pessoas é destra.
Muitas plantas apresentam quiralidade:
A “madressilva” se enrola com uma hélice levógira (esquerda)
A “adelaide” se enrola com uma hélice dextrógira (direita)
A maioria das moléculas que constituem as plantas e animais são quirais, e
geralmente apenas uma forma da molécula quiral ocorre em uma dada 
espécie.
19 dos 20 aminoácidos que constituem as proteínas são quirais, e são 
classificados como levógiros.
As moléculas dos açúcares naturais são quase todas classificadas como 
dextrógiras, incluindo o açúcar que ocorre no DNA
O DNA apresenta uma estrutural helicoidal e todos os Dna que ocorrem 
naturalmente se voltam para a direita
A especificidade para uma molécula quiral em um sítio de recepção quiral é
favorecida em apenas uma direção.
NOMENCLATURA DE ENANTIÔMEROS: O SISTEMA (R – S) 
Sistema Cahn-Ingold-Prelog é amplamente utilizado e faz parte das regras da IUPAC
Regras:
1 – A cada um dos grupos ligados ao estereocentro é atribuída uma prioridade 
ou preferência, baseada no número atômico do átomo que está
diretamente ligado ao estereocentro.
2 – Quando uma prioridade não pode ser atribuída com base no número 
atômico dos átomos que estão diretamente ligados ao estereocentro, então 
o próximo conjunto de átomos presentes nos grupos não-designados é
examinado. Este processo continua até que uma decisão possa ser tomada.
3 – Analise a fórmula, quando possível, colocando o grupo de prioridade mais 
baixa afastada do observador e observe o sentido de giro de acordo com 
as ordens de prioridade atribuídas
Se, o sentido de análise for horário, o enantiômero é chamado de R (rectus) e, se, o 
sentido de análise for anti-horário, o enantiômero é chamado de S (sinister)
Exemplos:
H C
CH3
CH2CH3
OH
H C
CH2CH3
CH3
OH
HO H
H OH
(R)
(S)
C
CH3Br
Cl H enantiômero
4 – Para grupos contendo ligações duplas ou triplas são atribuídas 
propriedades como se ambos os átomos estivessem duplicados ou triplicados
C Y C
(Y)
Y
(C)
como se fosse
C Y como se fosse
(Y)
C
(Y)
Y
(C)
(C)
CH2 CH
C
C2H5
Cl
CH3
?
PROPRIEDADES DE ENANTIÔMEROS: ATIVIDADE ÓPTICA
Ponto de fusão = igual
Ponto de ebulição = igual
Índice de refração = igual
Solubilidade em solventes comuns = igual
Espectros de infravermelho = igual
Velocidade de reação com reagentes aquirais = igual
Comportamento diferente quando interagem com outras moléculas quirais
Diferente velocidade de reação quando reagem com outras moléculas quirais
Solubilidade diferente em solventes que contém um único enantiômero ou 
excesso de um único enantiômero
Observação fácil frente ao seu comportamento em relação à luz plano-polarizada
Luz plano-polarizada e o polarímetro
Rotação específica
[ ] = 
 x 
D
T 
l c
[] rotação específica
= rotação observada
l = comprimento do tubo em dm
c = concentração da solução em g/mL
(densidade para líquidos puros)
D = linha D de uma lâmpada de sódio ( 589,6 nm)
T = temperatura da medida (25ºC)
HO C
CH3
H
CH2
CH3
H C
CH3
OH
CH2
CH3
 25Dá
(R) -2-butanol
= - 13,52º
(S) -2-butanol
 25Dá = + 13,52º
(R)-()-2-butanol (S)-(+)-2-butanol
HOH2C C
CH3
H
C2H5
H C
CH3
CH2OH
C2H5
 25Dá  25Dá
ClH2C C
CH3
H
C2H5
H C
CH3
CH2Cl
C2H5
 25Dá  
25
Dá
= + 5.756° = – 5.756°
= –1.64° = +1.64°
(R)-(+)-2-Metil-1-butanol (S)-(–)-2-Metil-1-butanol
(R)-(–)-1-Chloro-2-methylbutane (S)-(+)-1-Chloro-2-methylbutane
Não existe correlação óbvia entre as configurações de enantiômeros e a direção da 
rotação da luz plano-polarizada.
A origem da atividade óptica
Formas racêmicas
Formas racêmicas e excesso enantiomérico
MOLÉCULAS COM MAIS DE UM ESTEREOCENTRO
Quantidade de moléculas possíveis = 2n
n = nº de estereocentros presentes na moléculas
C
C
NH2H
COOH
CH3
OHH
C
C
H2N H
COOH
CH3
HO H
C
C
NH2H
COOH
CH3
HHO
C
C
H2N H
COOH
CH3
H OH
Mirror Mirror
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
1
2
3
4
2R,3R 2S,3S 2R,3S 2S,3R
enantiômeros enantiômeros
distereômeros
Compostos meso
C
C
OHH
COOH
COOH
HHO
C
C
HO H
COOH
COOH
H OH
C
C
OHH
COOH
COOH
OHH
C
C
HO H
COOH
COOH
HO H
1
2
3
4
2R,3R
Mirror 1
2
3
4
1
2
3
2S,3S
4
2S,3R
1
2
2R,3S
3
4
Mirror
C
C
OHH
COOH
COOH
OHH
C
C
HO H
COOH
COOH
HO H
1
2R,3S
2
3
4
Rotate
1
2
2S,3R
4
3180o
Identical
Molécula aquiral
Nomeando compostos com mais que um estereocentro
C
Br H
CH3
C
H Br
CH3
C
HO H
CH3
C
H Cl
CH2CH3
Fórmulas de projeções de Fischer
C
Br H
CH3
C
H Br
CH3
=
CH3
CH3
Br H
H Br
SÍNTESE DE MOLÉCULAS QUIRAIS
Formas racêmicas
CH3CH2CCH3 CH3CH2CHCH3
OHO
+ H H (+)-Ni *
2-butanona
(moléculas aquirais)
hidrogênio
(moléculas aquirais)
(±)-2-butanol [moléculas quirais, 
mas misturas 50:50 de (R) e (S)]
Se a reação for realizada na presença de uma influência quiral (solvente 
opticamente ativo) ou enzima, o resultado final será diferente.
Síntese Enantiosseletiva
OEt
O
F
OEt
O
H
lipase
F
Ethyl (R)-(+)-2-fluorohexanoate
(>99% enantiomeric excess)
OH
O
F H
(S)-()-2-Fluorohexanoic acid
(>69% enantiomeric excess)
H OH
H O+ Et+
Ethyl (+)-2-fluorohexanoate
[an ester that is a racemate 
of (R) and (S) forms]
DROGAS QUIRAIS
O
CH3
OH
Ibuprofen – antiinflamatório 
(Advil, Motrin, Nuprin)
Apenas o isômero (S) é efetivo.
Organismo converte lentamente (R) em (S)
Isômero (S) puro age mais rápido no organismo
H2N
CO2H
HO
HO
CH3
Metildopa – anti-hipertensivo
(Aldomet)
Apenas o isômero (S) é efetivo
HS
H2N
CO2H
H
Penicilina
O isômero (S) é um agente terapêutico 
altamente potente para artrite crônicaprimária.
O isômero (R) não tem ação terapêutica, e é
altamente tóxico.
RELACIONANDO CONFIGURAÇÕES ATRAVÉS DE REAÇÕES
NAS QUAIS NÃO SE ROMPEM LIGAÇÕES COM ESTEREOCENTRO
H C
CH3
CH2
CH2
CH3
OH + H Cl
heat
H C
CH3
CH2
CH2
CH3
Cl + H OH
Same configuration
25][ D 25][ D= –5.756° = +1.64°
(S)-(–)-2-metilbutanol (S)-(+)-1-cloro-2-metilbutano