Quimica Feltre - Vol 3-208-210

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No polarímetro existem:
• a fonte de luz (I), normalmente de luz monocromática (por exemplo, uma lâmpada de sódio,
que produz luz amarela);
• o polarizador (II), um prisma de Nicol que polariza a luz;
• o tubo com a amostra (III), onde fica a solução da substância a ser analisada;
• o analisador (IV), um segundo prisma de Nicol, utilizado para medir a rotação (desvio) que o
plano da luz polarizada sofre quando essa luz atravessa a substância em análise.
c) Substâncias opticamente ativas
A luz polarizada foi descoberta em 1808 por Malus. Logo
depois, Biot descobriu que certos cristais de quartzo desviam,
ou melhor, fazem girar o plano de polarização da luz. Essas subs-
tâncias são chamadas substâncias opticamente ativas, ou seja,
têm atividade óptica. É esse o fato que se pode observar colo-
cando-se a substância opticamente ativa na posição III do
polarímetro que descrevemos.
Posteriormente, outros estudos comprovaram a existên-
cia de dois tipos de cristal de quartzo, com formas geométri-
cas assimétricas, de tal maneira que a forma de um deles é
igual à imagem do outro num espelho plano (observe na
figura ao lado).
Para entendermos melhor a assimetria existente entre os cristais de quartzo, é interessante compa-
rar esses cristais com pares de objetos assimétricos que possuam formas geométricas “opostas”, tais
como as nossas mãos, um par de sapatos, um par de luvas etc. Esses objetos não são superponíveis,
isto é: colocando a mão direita sobre a mão esquerda, elas não coincidem; a luva da mão esquerda não
se ajusta à mão direita (e vice-versa); do mesmo modo, os pares de sapatos obedecem à assimetria
própria de nossos pés; e assim por diante.
Plano original
de vibração
Novo plano
de vibração
Desvio
Cristais de quartzo assimétricos
Esse tipo de assimetria é chamado de assimetria quiral,
palavra que vem do grego cheir, que significa mão — a propó-
sito, esse termo originou, na língua portuguesa, várias palavras,
como quiromancia (leitura das mãos) e cirurgia (intervenção
com as mãos).
Uma descoberta importantíssima para a ciência foi a se-
guinte: enquanto um dos tipos de cristal de quartzo desvia a
luz polarizada para a direita, o outro a desvia para a esquer-
da, com ângulos exatamente iguais.
A imagem da mão direita em um espelho plano
tem a mesma forma da mão esquerda.
Tentando superpor a mão direita sobre
a esquerda, vemos que os polegares
ficam em lados opostos.
A luva da mão direita não se
encaixa na mão esquerda.
+ α – α
Substância
levogira (l) (#)
Substância
dextrogira (d) (")
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189Capítulo 7 • ISOMERIA EM QUÍMICA ORGÂNICA
Surgiram da percepção desse fato as expressões antípodas ópticos ou enantiomorfos (do grego
enantios, oposto; morpho, forma). A substância que desvia o plano da luz polarizada para a direita
chama-se dextrogira (do latim dexter, direito); a que desvia para a esquerda chama-se substância
levogira (do latim laevus, esquerdo).
Em 1815, Biot descobriu que certas substâncias da natureza (açúcar, cânfora etc.) têm atividade
óptica não apenas quando cristalizadas, mas também quando em solução. Essa constatação tornou
evidente a seguinte conclusão: essas substâncias devem ter, dentro de suas próprias moléculas, uma
assimetria do tipo quiral. São elas que iremos estudar agora.
2.2. Isomeria óptica com carbono assimétrico
(ou carbono quiral ou centro estereogênico)
a) Compostos com um carbono assimétrico
O exemplo clássico é o ácido lático (ou ácido α-hidróxi-propanóico ou ácido-2-hidróxi-propanóico),
que é proveniente do leite:
O carbono central é assimétrico (costuma-se indicar os carbonos assimétricos com um asterisco),
pois a ele estão ligados quatro radicais diferentes: H, CH3, OH e COOH. Lembrando a estrutura tetraédrica
do carbono, temos:
C* COOH
OH
CH3
H
H
OH
CH3
COOH
Espelho
H
OH
CH3
COOH
Modelo da molécula de ácido
lático dextrogiro e sua imagem
refletida num espelho plano.
Abreviadamente:
Você poderá perceber que, se tentarmos “encaixar” uma molécula
na outra, nunca haverá coincidência de todos os grupos. São, pois, mo-
léculas diferentes (para visualizar melhor esse fato, o leitor poderá “mon-
tar” os modelos usando bolinhas de isopor coloridas espetadas em pali-
tos de fósforos):
• das duas moléculas ao lado, uma representa o ácido lático
dextrogiro, e nós escrevemos ácido d-lático ou ácido (") lático;
• a outra é o ácido lático levogiro, e nós escrevemos ácido l-lático
ou ácido (#) lático.
H
OH
COOH
CH3
H
OH
CH3
COOH
C COOH
OH
CH3
H
C
OH
HOOC CH3
H
Espelho plano
Par de enantiomorfos
ou antípodas ópticos
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Os dois ácidos láticos têm todas as propriedades físicas iguais, exceto o desvio do plano da
luz polarizada.
Ponto de fusão (°C) Densidade (g/mL) Rotação específica [α]20D °C
Ácido (") lático 52,8 1,2485 "2,6
Ácido (#) lático 52,8 1,2485 #2,6
Completando o que vínhamos explicando antes do boxe anterior, diremos ainda que racêmico ou
mistura racêmica é a mistura do isômero dextrogiro com seu antípoda levogiro, na proporção de
50% de cada um.
O racêmico não desvia o plano da luz polarizada (isto é, tem [α]D
20 °C % zero), pois o desvio
provocado por uma molécula é sempre neutralizado pelo desvio provocado por outra. Dizemos então
que o racêmico não tem atividade óptica, ou que é opticamente inativo; com mais propriedade,
dizemos que o racêmico é inativo por compensação externa, já que o efeito produzido por uma
molécula é compensado externamente, por outra molécula. No exemplo do ácido lático, o racêmico é
representado por ácido (d) (l) lático ou ácido (") (#) lático. É curioso notar que o racêmico tem
propriedades físicas diferentes das dos enantiomorfos. O ácido lático racêmico, por exemplo, tem pon-
to de fusão igual a 16,8 °C, enquanto os enantiomorfos, como vimos na tabela da página anterior, têm
ponto de fusão igual a 52,8 °C.
ROTAÇÃO ESPECÍFICA OU PODER ROTATÓRIO ESPECÍFICO
Temos dito, em várias ocasiões, que a ciência somente progride com a execução de experiências e
com a medição dos fenômenos observados. No caso da atividade óptica, o fenômeno que se observa
é o desvio da luz polarizada. Logo, esse desvio deve ser medido segundo critérios bem definidos.
Sendo assim, quando usamos um polarímetro, devemos levar em conta que o ângulo (α) de desvio
do plano da luz polarizada, provocado por uma solução opticamente ativa, depende (considerando
somente soluções aquosas, que são as mais comuns):
• da concentração (C) da solução, normalmente expressa em g/mL;
• do comprimento (d) do tubo que contém a solução, isto é, da espessura da solução atravessada
pela luz polarizada, expressa em decímetros (dm);
• da temperatura da solução, normalmente fixada em 20 °C;
• do comprimento de onda da luz utilizada — em geral, a luz amarela (monocromática) corres-
pondente à raia D emitida pelo sódio.
Feitas essas considerações, definimos o poder rotatório específico ou rotação específica, que re-
presentamos por [α], pela fórmula:
[ ]α αD C d
20 C° %
"
Essa fórmula equivale a dizer que a rotação específica corresponde ao desvio verificado quando a
luz atravessa 1 dm de solução de concentração igual a 1 g/mL.
Note que na expressão do poder rotatório específico são indicadas a temperatura (20 °C) e a luz
utilizada (raia D do sódio).
O poder rotatório específico de uma substância opticamente ativa é uma constante física, as-
sim como seu ponto de fusão, de ebulição, sua densidade etc. Assim, a glicose dextrogira,por
exemplo, tem [α]D
20 °C % "52°.
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