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17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 1/29 Tópico 08 Química Orgânica I Isomeria Espacial – 2ª Parte 1. Introdução O conceito de isomeria foi definido no século XIX. Sempre que dois compostos químicos tiverem a mesma fórmula molecular, mas tiverem estruturas diferentes, eles serão chamados de isômeros. A Química Orgânica é prodigiosa em apresentar exemplos variados de isomeria. Como existem várias situações de compostos isoméricos, buscou-se, para facilitar o entendimento, organizar esses casos, criando uma classificação, uma subdivisão, para os diferentes tipos de isomeria. Neste contexto, a isomeria é dividida em dois grandes grupos: a isomeria plana (ou constitucional) e a isomeria espacial (ou estereoisomeria). Essa classificação foi feita de acordo com a diferença entre os compostos isômeros. Por sua vez, a isomeria espacial (estereoisomeria) é subdividida em duas, conforme o referencial observado: isomeria geométrica, cujo referencial principal é a ligação dupla, e isomeria ótica, também chamada de estereoquímica, cujo referencial é o carbono assimétrico ou quiral. “A teoria estrutural permitiu que os químicos orgânicos antigos começassem a resolver um problema fundamental que os incomodava: o problema do isomerismo. Esses químicos frequentemente encontravam exemplos de diferentes compostos que têm a mesma fórmula molecular. Tais compostos são chamados de isômeros”. (SOLOMONS; FRYHLE, 2009, p. 176) 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 2/29 Nosso objeto de estudo neste tópico será especificamente a isomeria ótica (estereoquímica), então, vamos a ela! 2. Isomeria ótica (estereoquímica) Na isomeria espacial (também chamada de estereoisomeria), os isômeros têm a mesma fórmula molecular estrutural plana, a diferença está nas fórmulas estruturais espaciais. Desse modo, os isômeros espaciais (estereoisômeros) apresentarão diferença no arranjo espacial dos átomos, ou seja, grupos para cima ou para baixo, para à direita ou para à esquerda, para frente ou para trás. A isomeria ótica, também chamada de estereoquímica, ocorre em moléculas que não apresentam plano de simetria (moléculas assimétricas). Ou seja, simplificadamente, quando a molécula tiver, pelo menos, um carbono assimétrico (ou quiral). Mas você lembra quem é o carbono assimétrico ou quiral? Vamos relembrar: um carbono é dito assimétrico (quiral) quando possui seus quatro ligantes (grupos) diferentes (observe bem: grupos, não átomos). Sempre será um carbono sp , ou seja, um carbono que faz quatro ligações simples. Veja os exemplos de carbonos assimétricos (quirais): 3 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 3/29 E aí, lembrou? Espero que sim, pois o carbono assimétrico (quiral) será o nosso referencial. FIQUE SABENDO! QUIRALIDADE A quiralidade é um fenômeno que permeia o universo. Um objeto quiral é um objeto que tem a propriedade de “lateralidade”. Ou seja, um objeto quiral, como cada uma das nossas mãos, é um objeto que não pode ser colocado sobre a sua imagem especular, de forma que todas as partes coincidam. Em outras palavras, um objeto quiral não é superponível com a sua imagem especular (imagem no espelho) (SOLOMONS; FRYHLE, 2009, p. 176). Inclusive, a escolha da palavra “quiral” não foi à toa! Esta palavra vem do grego cheir, que significa mão, pois nossas mãos são assimétricas! A mão direita é a imagem no espelho da mão esquerda. Legal, não é? 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 4/29 HISTÓRICO DA ISOMERIA ÓTICA Você sabia que a história da isomeria ótica está associada à uva e ao vinho? É verdade! Isso remonta ao início do século XIX. O ácido tartárico (estrutura apresentada a seguir) é o principal ácido presente no vinho, e é formado a partir do tártaro, um depósito que se forma durante a fermentação das uvas. Mas, para começarmos a falar do histórico da isomeria ótica, vamos voltar um pouquinho e falar de uma tal de “luz polarizada”, de “atividade ótica” e do “polarímetro”, para que você entenda bem este tópico. Os primeiros estudos dos conceitos envolvendo a luz polarizada são bem antigos, do século XVII, com o trabalho do físico holandês Christiaan Huygens, publicado em 1690. Já em 1808, o engenheiro e físico francês Étienne-Louis Malus, ao observar um feixe de luz atravessar o espato da Islândia (um cristal transparente de uma variedade de carbonato de cálcio), introduziu a terminologia polarização da luz, para designar A imagem especular (no espelho) da mão esquerda é a mão direita e as mãos não são superponíveis, ou seja, não se sobrepõem, sendo diferentes. 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 5/29 as qualidades distintas do raio ordinário e extraordinário na dupla refração (LIMA; SILVA, 2019). Em 1812, o físico francês Jean-Baptiste Biot estudou a polarização da luz, passando-a através de soluções químicas, e observou que o feixe de luz polarizada era rotacionado (“desviado”), em alguns cristais, para a direita (atividade dextro- rotatória ou dextrógira) e, em outros cristais, para a esquerda (atividade levo-rotatória ou levógira) (McMURRY, 2008, p. 275). Esse fenômeno acontecia com substâncias sólidas ou líquidas, puras, ou até mesmo com soluções aquosas de determinadas substâncias orgânicas, que tinham essa propriedade de desviar a luz polarizada (ou seja, apresentavam atividade ótica). Tal fato indicou que o fenômeno observado era decorrente da estrutura molecular em si. Biot então inventou um aparelho (polarímetro) para observar o fenômeno do desvio do plano da luz polarizada. Em 1842, esse aparelho foi aperfeiçoado por K. Ventzke, que adaptou um prisma de Nicol ao polarímetro e este aparelho começou a ter a sua importância e seu uso difundido (LIMA; SILVA, 2019). FIQUE SABENDO MAIS UMA! O POLARÍMETRO E A ATIVIDADE ÓTICA O polarímetro é um aparelho usado para determinar o ângulo de desvio de rotação de uma luz polarizada, ao passar por uma amostra de uma substância testada (composto com atividade ótica). Essencialmente, um polarímetro é constituído por uma fonte luminosa (normalmente luz monocromática de sódio), um polarizador (que torna a luz polarizada, ou seja, a luz passa a se propagar em um único plano), um tubo, no 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 6/29 Bem, agora vamos voltar a falar do ácido tartárico e esclarecer tudo, ok? Naquela época, início do século XIX, a forma conhecida do ácido tartárico formado (um constituinte natural do vinho) era a dextro-rotatória (dextrógira), mas, em 1820, descobriu-se um “outro tipo” de ácido tartárico que não desviava o plano da luz polarizada (oticamente inativo). Esse “outro” ácido tartárico qual a amostra contendo a substância é colocada, e o analisador, para a medida da rotação específica (determina-se o ângulo (a) do desvio). Representação esquemática de um polarímetro. Um composto que desvia a luz polarizada é considerado oticamente ativo. Se o desvio analisado for para a direita, o composto (um enantiômero) é definido como dextrógiro (do latim dexter, direito (+)). Se o composto desviar a luz polarizada para a esquerda, ele (o outro enantiômero) é definido como levógiro (do latim laevus, esquerdo (-)). Já um composto que não desvia a luz polarizada é considerado oticamente inativo. O polarímetro é importante na indústria alimentícia, farmacêuticae sucroalcooleira, além de ser utilizado em exames médicos, para medir o teor de açúcar e de proteína na urina. 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 7/29 foi chamado por Louis Gay-Lussac de “ácido racêmico” (do latim racemus, que significa cacho de uva. Não falamos que a isomeria ótica tinha relação com a uva?). Jean-Baptiste Biot (já falamos dele) fez uma experiência em polarímetro com esse composto e verificou que nem o ácido racêmico e nem seus sais (tartaratos) desviavam realmente o plano da luz polarizada. Aí “entra em cena”, em 1848, o genial cientista francês Louis Pasteur recristalizou lentamente os cristais dos sais do “ácido racêmico” (tartarato de amônio e sódio) e separou cuidadosamente esses cristais, percebendo que existiam dois tipos deles, uns com faces para a direita e outros com faces para a esquerda (BARBOSA, 2004). Cristais de tartarato de amônio e sódio. (A) Dextrógiro; (B) Levógiro. Pasteur examinou as soluções desses cristais separadamente, em um polarímetro. Então, ele percebeu que os cristais que tinham as faces para a direita desviavam o plano da polarização da luz para a direita (dextrógiro) e os cristais que possuíam as faces para a esquerda, desviavam, com o mesmo ângulo, mas para a esquerda (levógiro). Por último, quando ele misturou os dois cristais em solução, em quantidades iguais, essa solução não desviou a luz polarizada. A conclusão foi a de que, como uma solução desviava para a direita e a outra desviava para a esquerda, ocorreu uma “neutralização” não havendo nem desvio para a direita e nem para a esquerda, sendo a mistura racêmica oticamente inativa. Veja o resumo: 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 8/29 Enantiômero dextrógiro (d) ⇒ Desvia a luz polarizada para a direita (ângulo (α) = “+x”) Enantiômero levógiro (L) ⇒ Desvia a luz polarizada para a esquerda (ângulo (α) = “-x”) Mistura racêmica (racemato) = d + L ⇒ Não desvia a luz polarizada (ângulo (α) = 0) Com esses experimentos, Pasteur concluiu que a atividade ótica (ou seja, a capacidade de desviar a luz polarizada em um polarímetro) deveria refletir uma diferença em nível molecular. Ele, então, sugeriu que, da mesma forma que os próprios cristais, as moléculas que os constituíam deveriam também ser imagens especulares umas das outras (BARBOSA, 2004, p. 148). Já em 1874, dois químicos, o francês Jules Le Bel e o holandês Jacobus van’t Hoff, trabalhando independentemente, observaram que os compostos oticamente ativos tinham em comum a presença de, pelo menos, um carbono assimétrico (quiral). Daí surgiu a relação entre a existência dos enantiômeros (dextrógiro/levógiro), a atividade ótica e o carbono assimétrico (quiral). Com a evolução do conhecimento e novas descobertas, que começaram a associar a quiralidade à atividade biológica, o estudo da estereoquímica passou a ser de extrema importância. ENANTIÔMEROS Na estereoquímica, por definição, os enantiômeros são os isômeros oticamente ativos (ou seja, desviam a luz polarizada quando em um polarímetro), que apresentam uma relação de imagem/espelho entre si (um enantiômero é a imagem especular do outro), mas não são superponíveis. Ou seja: Enantiômeros (enantio = oposto; meros = parte(s) – relação de imagem/espelho) = Enantiomorfos = isômeros oticamente ativos 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 9/29 Para que haja a ocorrência de enantiômeros, a molécula deve ser assimétrica. Deste modo, a existência de carbonos assimétricos (quirais) é um pré-requisito estrutural para termos moléculas enantioméricas. Por que isso acontece? Bem, quando o carbono é tetraédrico (sp3, lembra? Quatro ligações simples) e assimétrico, os quatro grupos (diferentes) podem se organizar de duas formas distintas, e essas duas formas serão imagens especulares uma da outra, sendo substâncias diferentes. Veja o exemplo: Traço “normal” (-) indica o grupo que está no plano da tela ou do papel (mesmo plano do carbono assimétrico). O flúor está no plano do carbono. Linha tracejada (“tracejado”) indica que o grupo está para trás em relação ao plano do carbono. O cloro está para trás. Linha grossa (“cunha fechada”) indica que o grupo está para frente em relação ao plano do carbono. O bromo e o iodo estão para frente, “saindo” da tela ou do papel. Par de enantiômeros – compostos com a mesma fórmula molecular, mas arranjos espaciais diferentes, de forma que um é a imagem no espelho do outro e não são superponíveis. Se você observar rapidamente os dois compostos acima, vai dizer que são iguais. Mas olhe novamente, com calma. No composto (a), o bromo está para a frente à esquerda, e o iodo está também para frente, mas à direita. Já no composto (b), há uma inversão. Observou? O bromo está para frente à direita, e o iodo continua também para frente, mas à esquerda (como uma imagem no espelho). Essas imagens não se 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 10/29 sobrepõem. (Tente fazer o exercício de “arrastar” o composto (b) para cima do composto (a). Conseguiu? Ficou igual? Não, não é?). Isso acontece com as nossas mãos (daí surgiu o termo quiralidade, descrito anteriormente). Uma é a imagem no espelho da outra, mas elas não são superponíveis. Veja os modelos em “pau e bola”, a seguir, para visualizar esse raciocínio: 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 11/29 Par de enantiômeros e comparações. (a) Enantiômeros usados como referências. (b) Os mesmos enantiômeros no modelo em “pau e bola”. (c) Relação imagem/espelho dos enantiômeros (um é a imagem especular do outro). (d) Os enantiômeros não se superpõem (não são superponíveis). Essa “pequena” diferença faz com que para cada carbono quiral (ou “centro quiral”) presente em uma molécula, exista a possibilidade de um par de enantiômeros. Esses compostos apresentam propriedades físicas (ponto de fusão e ebulição, densidade…) semelhantes, mas diferem na capacidade de desviar a luz polarizada em um polarímetro (um é dextrógiro e o outro será levógiro). Observe o exemplo: Par de enantiômeros do 2-metilbutanol. Esses compostos apresentam propriedades físicas semelhantes, mas diferem na capacidade de desviar a luz polarizada em um polarímetro (dextrógiro/levógiro). Apesar dessa grande semelhança, os compostos quirais podem apresentar propriedades biológicas completamente diferentes, 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 12/29 daí a importância do estudo da estereoquímica. Observe os exemplos de importantes moléculas a seguir. Exemplos de pares de substâncias quirais e a variação de suas propriedades biológicas. (*As letras R e S que aparecem na nomenclatura dessas moléculas indicam a configuração absoluta de cada um dos enantiômeros, assunto que veremos a seguir). Mas por que ocorrem essas diferenças nas propriedades dos compostos quirais, se eles são tão parecidos? A resposta mais simples é baseada em um modelo de “encaixe” entre moléculas (modelo “chave-fechadura”), criado em 1894, por Emil Fischer. Para que as substâncias tenham suas propriedades biológicas, deve ocorrer interação entre a substância (“princípio ativo”) e a estrutura chamada receptora (“sítio ativo”). Esse encaixe perfeito geraria a resposta biológica ideal. Os receptores agiriam como pequenos interruptores de grande seletividade. Uma vez ligados (“encaixados”),eles podem 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 13/29 desencadear uma série de reações intracelulares que originam o efeito biológico. Esse modelo simplificado (“chave-fechadura”) valeria para a interação fármaco/sítio ativo e para a interação enzima/substrato. Se essas estruturas (sítio ativo e/ou enzima) têm quiralidade, podemos sugerir que, para ocorrer interação, o fármaco e/ou o substrato devem ter um arranjo estrutural espacial muito bem definido. Esse arranjo deve coincidir com aquele da estrutura com a qual ele irá interagir. Como podem existir dois enantiômeros para cada carbono quiral, existirão duas possibilidades de arranjo espacial. Logo, em um arranjo (um dos enantiômeros), a interação do fármaco ou substrato ocorrerá, no outro arranjo possível (o outro enantiômero), a interação ocorrerá parcialmente ou não ocorrerá. Deu para entender? Veja a ilustração abaixo. Ilustração comparativa da possível resposta biológica (atividade) usando o modelo simplificado (modelo “chave-fechadura”) de “encaixe” entre um princípio ativo quiral em um sítio ativo específico (a) e de “não encaixe” entre seu enantiômero e o mesmo sítio ativo específico (b). Podemos perceber, então, que a modificação da orientação espacial dos substituintes ao redor do centro quiral pode mudar completamente o efeito biológico de uma substância em nosso organismo, não é? 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 14/29 Um triste exemplo dessa especificidade envolvendo carbonos quirais ocorreu no final da década de 50 do século passado e despertou a atenção da comunidade científica e das autoridades farmacêuticas sobre a importância dos centros quirais na atividade farmacológica. Foi o caso da talidomida. A molécula da talidomida e seus efeitos completamente diferentes (os carbonos marcados (vermelho/azul) são os centros quirais, responsáveis pela existência de dois enantiômeros). A talidomida é uma molécula com ação sedativa leve e podia ser utilizada no tratamento de náuseas, muito comum no período inicial da gravidez. Quando foi lançada, era considerada segura para grávidas. Entretanto, uma coisa que não se sabia na época é que um dos enantiômeros da talidomida, o enantiômero “S”, apresentava atividade teratogênica (do grego teratos = monstro; gene = origem), ou seja, levava à má formação congênita, afetando, principalmente, o desenvolvimento normal dos membros dos bebês. Ou seja, só a “forma R“ (o enantiômero R) é que apresentava a atividade benéfica sedativa. O uso em larga escala da talidomida levou ao nascimento de milhares de crianças deformadas, com focomelia. Saiba um pouco mais sobre a história da molécula da talidomida, uma substância que por causa de um “simples” carbono quiral gerou um triste e lamentável incidente, com mais de 10.000 vítimas. Leia este artigo bem legal: 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 15/29 A talidomida é o exemplo mais marcante de um efeito nocivo grave causado por um enantiômero de um fármaco comercial. Vale esclarecer que esses casos severos não acontecem para todo carbono quiral. E, graças ao caso da talidomida, todas as substâncias que apresentam centros quirais e podem virar fármacos passam por inúmeros testes extras, para evitar que ocorra uma “nova talidomida”. Moléculas com mais de um carbono quiral e quantidade de estereoisômeros Você já viu que cada carbono quiral gera a possiblidade de dois enantiômeros (dextrógiro/levógiro ou R/S), não é? Mas e quando um composto tem dois ou mais centros quirais? Existe uma pequena fórmula para isso. O número máximo de estereoisômeros (isômeros oticamente ativos) é dado por: 2 , na qual “n” é o número de carbonos quirais do composto analisado. Por exemplo, se um composto, como o mostrado abaixo, tem três3 carbonos quirais, existirão oito estereoisômeros diferentes possíveis (2 = 8), ou seja, 4 quatro pares de enantiômeros. Veja: Clique aqui Vale a pena! n 3 http://static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/Vol24No5_683_15.pdf 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 16/29 3 carbonos quirais Nº isômeros oticamente ativos = 2 8 estereoisômeros = 4 pares de enantiômeros (A mistura de cada par de enantiômeros é chamada de “mistura racêmica” (ou racemato)). Uma molécula com 3 carbonos quirais terá 8 estereoisômeros diferentes (4 pares de enantiômeros). Vale salientar que uma mistura equimolar (quantidades iguais) de um par de enantiômeros é oticamente inativa (ou seja, não desvia a luz polarizada), sendo chamada de “mistura racêmica” (ou racemato). Desse modo, se existem oito estereoisômeros diferentes possíveis (para três carbonos quirais: 2 = 8) e, consequentemente, quatro pares de enantiômeros, podemos afirmar que existem quatro racematos, que seriam as misturas de cada par de enantiômeros, ok? Então, se um composto, como a glicose (abaixo), tem quatro carbonos quirais, significa que existem 16 estereoisômeros diferentes possíveis (2 = 16), ou seja, oito pares de enantiômeros (e oito racematos). Veja: A molécula de glicose e seus quatro carbonos quirais, o que gera 16 estereoisômeros diferentes (isto significa que existem outros 15 monossacarídeos (Bioquímica!) que são isômeros da glicose). Pense na “famosa” molécula de colesterol, que tem oito carbonos quirais… São 256 estereoisômeros possíveis (2 = 256)! 128 pares de enantiômeros! Impressionante, não é? A Química é ou não é mágica e linda? 3 3 4 8 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 17/29 OS DIASTEREOISÔMEROS Acabamos de ver que quando um composto tem mais de um carbono quiral, temos vários pares de enantiômeros possíveis. Nesses pares, por definição, um enantiômero é a imagem especular do outro, não sendo superponíveis. Mas como fica a relação de imagem/espelho entre os outros estereoisômeros que não são pares? Daí entra o conceito de diastereoisômeros. Veja o exemplo considerando um composto com 2 carbonos quirais (4 estereoisômeros – 2 ): Observe que os pares I/II e III/IV são pares de enantiômeros, pois um composto é a imagem no espelho do outro (tente enxergar – quando você se olha no espelho, sua mão direita “vira” a mão esquerda e vice- versa. Neste caso, “trocam-se” os braços das moléculas). Mas qual a relação que existirá entre os pares I e III, I e IV, II e III, II e IV? Então, esses pares são pares de diastereoisômeros! Ou seja, são pares de compostos oticamente ativos que não apresentam relação de imagem/espelho (observe que se você “olhar o composto I no 2 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 18/29 CONFIGURAÇÃO ABSOLUTA (R/S): DENOMINAÇÃO DOS ENANTIÔMEROS Para que saibamos exatamente sobre qual enantiômero estamos nos referindo, evitando equívocos (e tragédias!), e, para que possamos desenhar corretamente a forma como os substituintes de um carbono assimétrico (“centro quiral”) se orientam no espaço, foi criada uma notação fácil, que pudesse ser reconhecida em qualquer lugar do mundo. Essa notação foi proposta por Cahn, Ingold e Prelog (CIP – também usado na isomeria geométrica), e é conhecida como configuração absoluta ou “sistema R e S” (volte nos exemplos anteriores e veja que usei várias vezes estas letras nos nomes das moléculas). Deste modo, cada carbono quiral é “R” ou “S”. Mas como saber qual é? Foi estabelecida uma regra(CIP), na qual numeramos de 1 a 4 os grupos ligados ao centro quiral, conforme a “prioridade”. Essa prioridade se baseia no número atômico dos átomos ligados ao carbono quiral avaliado (maior número atômico = maior prioridade = “n° 1”; menor número atômico = menor prioridade = “n° 4”). espelho, não verá o composto III e assim sucessivamente). Toda vez que um composto apresentar mais de um carbono quiral, teremos os pares de enantiômeros (onde há relação de imagem/espelho) e os pares de diastereoisômeros (onde não há relação de imagem/espelho). E, diferentemente dos enantiômeros, os diastereoisômeros apresentam propriedades físicas diferentes e diferentes ângulos de desvio da luz polarizada. Ok? 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 19/29 As regras, então, para você definir se o enantiômero é R ou S são as seguintes: 1) Observe os grupos substituintes ao redor do carbono quiral que você está avaliando. 2) Numere os grupos de 1 a 4 (Lembrando: maior número atômico = maior prioridade = “n° 1”; menor número atômico = menor prioridade = “n° 4”). 3) Após numerar os grupos, você deve observar o grupo “4”. Ele é o referencial e deve estar para trás em relação ao plano do carbono quiral (simbologia “tracejado”, lembra?). Falamos que o grupo 4 deve estar “afastado do observador” (você!). ORDEM DE PRIORIDADE DOS ÁTOMOS – NÚMERO ATÔMICO: Para relembrar, a ordem decrescente de número atômico dos ametais que “aparecem” na Química Orgânica é a seguinte: (Usa-me a mesma regra na isomeria geométrica) Vale salientar que a escolha do número atômico como referência não é por acaso. É para você ter em mente que NUNCA deverá somar os números atômicos, pois números atômicos não se somam (quando você faz cálculos químicos, como em soluções, o que se somam são as massas atômicas, não os números atômicos). 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 20/29 4) Após observar o grupo 4, traçamos uma seta imaginária do grupo 1 ao grupo 3, passando pelo grupo 2, e analisamos o resultado: – Se a seta for para o sentido horário, o enantiômero é R (do latim, rectus = direita). – Se a seta for para o sentido anti-horário, o enantiômero é S (do latim sinistrum = esquerda). Veja os exemplos: Exemplos de uso das regras de Cahn, Ingold e Prelog (CIP) para a determinação da configuração absoluta (R/S) de enantiômeros. Nos quatro exemplos, o grupo “4” está correto, ou seja, para trás (tracejado), afastado do observador. Conseguiu enxergar e entender as comparações para a definição das prioridades (1 a 4)? Repare, nos exemplos, que a comparação é feita sempre considerando o átomo diretamente ligado ao centro quiral. 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 21/29 Caso seja o mesmo átomo ligado ao centro quiral (mesmo número atômico = mesma prioridade), você deve comparar os próximos átomos ligados a cada um destes átomos, como nos exemplos (c) e (d) acima. No exemplo (c), temos três carbonos ligados diretamente ao centro quiral. Para “desempatar”, olhamos o próximo átomo ligado a cada um deles (C-O > C-C > C-H). O hidrogênio sozinho (Z = 1) nós já sabíamos que seria o grupo “4”, não é? Já no exemplo (d), de cara já sabemos quem são os grupos “1” e “4”, pois a comparação dos átomos ligados diretamente ao centro quiral fica: O (8), C (6), C (6) e H (1). Logo, o oxigênio é o grupo “1” e o hidrogênio é o grupo “4”. Para “desempatar” os dois carbonos, mais uma vez, olhamos o próximo átomo ligado a cada um deles (C-N > C-C) e pronto. Para finalizar, há algo bem importante: caso o grupo “4” (¯Z, o de menor prioridade), que é o nosso referencial, esteja para frente (simbologia “cunha fechada”), ou seja, posicionado de maneira errada, pois não segue a regra definida, basta você seguir o método normalmente (numerar os grupos de 1 a 4 e traçar aquela seta imaginária “1®2®3”) e observar o resultado. Como você sabe que o grupo “4” está errado (deveria estar para trás), basta inverter o resultado obtido, ou seja, Grupo “4” errado (para frente): – Se der R, na verdade, o enantiômero é S. – Se der S, na verdade, o enantiômero é R. Percebeu o raciocínio? Veja os exemplos: 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 22/29 Exemplos de determinação da configuração absoluta (R/S) de enantiômeros quando o grupo “4” está errado (para frente – “cunha fechada”). Enxergou os exemplos? Entendeu? Então, exercite bastante! A configuração absoluta (R/S) na nomenclatura Para darmos nome aos compostos que contém um ou mais carbonos quirais, os descritores estereoquímicos R e S vêm sempre à frente do nome, entre parênteses, e separados do nome por hífen. Toda vez que houver mais de um centro quiral, colocamos os números dos carbonos quirais associados ao descritor, separando-os por vírgulas. Veja os exemplos seguintes: 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 23/29 Conseguiu compreender como se dá a nomenclatura dos centros quirais? Veja o vídeo na sequência, para te auxiliar nesse estudo. Existem muitos materiais e vídeos sobre estereoquímica, mas, mais uma vez, cuidado, pois muitos materiais estão desatualizados e têm até erros! Veja este vídeo da Khan Academy, que busca ser bem didático para a definição da configuração absoluta R/S, em: 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 24/29 O estudo da isomeria ótica envolve treino, pois você pode “vacilar” em algum “detalhezinho” e não é o que queremos. Então faça exercícios. Vamos ver mais um detalhe importante. Sistema R, S | Química orgânica | Khan AcadSistema R, S | Química orgânica | Khan Acad…… Caso você tenha um enantiômero R, como representar o seu estereoisômero S ou vice- versa? Muitas vezes, precisamos representar o enantiômero oposto (R/S). Você saberia como fazer isso? É simples! Basta inverter dois dos grupos de centro quiral que você está analisando. Vamos ver um exemplo? Então, caso você tenha o composto seguinte: https://www.youtube.com/watch?v=9fdE4MyrCTM 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 25/29 E aí, entendeu tudo da isomeria ótica? Não é difícil, né? Para finalizar, veja mais uma importante aplicação da estereoquímica, na Bioquímica. (S)-3-bromo-2-metilpentanoComo você desenharia o enantiômero R?Você tem duas possibilidades: Vale destacar que os dois compostos são iguais (não são isômeros)! Ambos são o enantiômero R. Só estão representados de formas diferentes. Resumindo: para você desenhar o enantiômero oposto, basta você “trocar” (inverter) dois grupos do centro quiral analisado. PARA SABER MAIS! Designação D–L para carboidratos e aminoácidos O conceito de quiralidade e o tipo de enantiômero são muito importantes na Bioquímica, disciplina fundamental para a área de saúde. Para se descrever carboidratos e aminoácidos, moléculas fundamentais nessa área, além da configuração absoluta R/S, usa-se a 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 26/29 Esperamos que você tenha percebido que a estereoquímica não se trata apenas de uma teoria “pura e simples” e sim de um “designação D–L”, conhecida como convenção de Fischer-Rosanoff: – Carboidratos: quando a hidroxila, ligadaao carbono quiral mais afastado da carbonila, estiver para a direita, o isômero será D. Se estiver para a esquerda, será L. Veja o exemplo para o carboidrato glicose: – Aminoácidos: representa-se o grupo carboxila (COOH ou CO H) na posição superior. Se o grupo NH estiver para a direita, o isômero será denominado D. Se estiver para a esquerda, será denominado L. Veja o exemplo para o aminoácido alanina: Vale destacar que para nós, seres humanos, a maioria dos carboidratos é do tipo D. E a maioria dos nossos aminoácidos é do tipo L. 2 2 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 27/29 conceito com bastante aplicação. Mais uma vez, o segredo é estudar fazendo exercícios. Bons estudos! 3. Conclusão Neste Tópico vimos a definição e a classificação da isomeria ótica/estereoquímica. O conhecimento dos enantiômeros nos faz perceber claramente como existem especificidades nos compostos orgânicos e, principalmente, como os arranjos espaciais podem influenciar na atividade biológica das moléculas. Estas atividades biológicas serão muito importantes ao longo de seu curso, ok? 4. Referências BARBOSA, L.C.A. Introdução à química orgânica. São Paulo: Pearson Prentice-Hall, 2004. COELHO, F.A.S. Fármacos e quiralidade. Cadernos Temáticos de Química Nova na Escola, n.3, p.23-32, maio 2001. LIMA, L.M.; FRAGA, C.A.M.; BARREIRO, E.J. O renascimento de um fármaco: talidomida. Química Nova, v.24, n.5, p.683-688, 2001. Disponível em: <http://static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/Vol2 4No5_683_15.pdf>. LIMA, M.C.; SILVA, L. Sobre as origens das Leis de Fresnel. Revista Brasileira de Ensino de Física, v.41, n.3, e20180264, 2019. LIMA, V.L.E. Os fármacos e a quiralidade: uma breve abordagem. Química Nova, v.20, n.6, p.657-663, 1997. http://static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/Vol24No5_683_15.pdf http://static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/Vol24No5_683_15.pdf 17/06/24, 19:35 Isomeria Espacial – 2ª Parte https://ceadgraduacao.uvv.br/conteudo.php?aula=isomeria-espacial-2a-parte&dcp=quimica-organica-i&topic=8 28/29 Disponível em: <https://www.scielo.br/pdf/qn/v20n6/v20n6a15.pdf>. McMURRY, J. Química orgânica. 6.ed. São Paulo: Cengage Learning, 2008. SOLOMONS, T.W.G.; FRYHLE, C. Química orgânica. 9.ed. Rio de Janeiro: LTC, 2009. v.1. YouTube. (2018, Fevereiro, 07). Khan Academy Brasil. Sistema R,S | Química orgânica | Khan Academy. 10min27. Disponível em: <https://www.youtube.com/watch?v=9fdE4MyrCTM>. Parabéns, esta aula foi concluída! O que achou do conteúdo estudado? 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