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3 RESPOSTAS DOS EXERCÍCIOS INCLUÍDOS NO TEXTO Estereoquímica Resposta 1 Resposta 2 4 Iguais (sobreposições): (3) e (4); Enantiómeros: (1) e (3); (1) e (4); Diastereoisómeros: (1) e (2); (2) e (3); (2) e (4). Resposta 3 Forma MESO: (2) Forma MESO: (4) Resposta 4 5 Diastereoisómeros de (2): (4R,5R) e (4S,5S) Resposta 5 6 Iguais (sobreponíveis): (1) e (4); Enantiómeros: (2) e (3); Diastereoisómeros:(1) e (2); (1) e (3); (2) e (4); (3) e (4). Resposta 6 Prioridades: grupos primários < grupos secundários < grupos terciários Grupos primários: Grupos secundários: Grupos terciários: Resposta 7 7 8 Resposta 8 9 Resposta 9 Tomando como referência a configuração de (1) podem-se obter as configurações de todos os átomos no resto dos estereoisómeros: Resposta 10 A única condição que deve cumprir-se é que os átomos de carbono C2 e C3 por um lado, e os C5 e C6 por outro, tenham configurações tais que dêem lugar a uma molécula opticamente inactiva (forma MESO precursora, com um átomo de carbono a menos). 10 Resposta 11 A única condição que deve cumprir-se é que ls carbonos equidistantes de C4 tenham a mesma configuração. Os estereoisómeros que cumprem esta condição são os seguintes: Como já vimos, elegemos como exemplo o estereoisómero (2S,3S,C 4 ,5S,6S): Resposta 12 No esquema seguinte aparece a relação entre as configurações absolutas dos ácidos tetrahidroxiadípicos e pentahidroxipimélicos. Os estereoisómeros que se repetem são marcados com um asterisco. C4 não é estereogénico 11 C4 é estereogénico C4 é pseudoassimétrico Os estereoisómeros que faltam são os que não estão numerados, isto é, os quatro seguintes: Resposta 13 A molécula de ácido dihidroxisuccínico tem um número par (n = 2) de carbonos estereogénicos (a fórmula do composto se pode dividir em dois metades iguais): Moléculas opticamente activas: N = 2 (n-1) = 2 Moléculas opticamente inactivas: N' = 2 (n-2)/2 = 1 O ácido dihidroxisuccínico tem três estereoisómeros: um par de enantiómeros e una forma MESO: 12 ác. dihidroxisuccínico ác. trihidroxisuccínico (1) (2R,3S) (2) (2S,3S (3) (2R,3S (2R,3S) (2S,4S) (2R,3r,4S) (2R,3s,4S C4 não é estereogénico C4 é estereogénico Resposta 14 (1) 5’-Bromo-3-cloro-6,6’-dicarboxi-2,2’-dinitrobifenilo: (2) 6’-Carboxi-2,6-dicloro-5-metil-2’-nitrobifenilo: (2) 2,2’-Metoxicarbonil-6,6’-dinitrobifenilo: 13 Resposta 15 Resposta 16 (+)gliceraldeído Ác. tartárico (MESO) álcool opticamente inactivo A (-)-Eritrose só pode ter a seguinte estrutura: D−(−)-Eritrose Resposta 17 (op. inactiva) (−)−Eritrose (op. inactiva) 14 CHO H OH CH2OH H OH CHO H OH CH2OH COH H OH H OH CH2OH H OH D-(+)-Gliceraldeído (-)-Eritrose C D-(-)-Ribose NaBH4 Resposta 18 ác. meso-tartárico série D (descartável: série L) inactivo (descartável) C (1) É A (Manose): A (Manose) (Manose) (2) é B (glicose): 15 (2) (série L: não natural) B (Glucose) Resposta 19 Resposta 20 Iguais: (1) e (4); (2) e (3) Diastereoisómeros: (1) e (2) ; (1) e (3) ; (2) e (4) ; (3) e (4). 16 Iguais: H 1 -H 4 ; H 2 -H 3 Diastereotópicos: H 1 -H 2 ; H 1 -H 3 ; H 2 -H 4 ; H 3 -H 4 Fixando-se nos resultados obtidos para o D-treitol (2R,3R) se podem analisar os outros estereoisómeros sem fazer nenhum esboço. Como o L-treitol é o enantiómero do D- treitol, a sua configuração absoluta será (2S,3S) Ao fazer as substituições pelo átomo de prova Z, as prioridades dos grupos seguem sendo as mesmas. Como consequência, se obterão quatro moléculas com as seguintes configurações absolutas: O resultado é o mesmo que o obtido para a molécula de D-treitol. Na forma MESO (com os grupos OH situados à direita na projecção de Fischer) a configuração absoluta é (2S,3R). As quatro moléculas com o átomo de prova Z terão agora as seguintes configurações: (1) (1S,2S,3R); (2) (1R,2S,3R ; (3) (1R,2R,3S) ; (4) (1S,2R,3S) Enantiómeros: (1) e (3); (2) e (4) Diastereoisómeros: (1) e (2); (1) e (4); (2) e (3); (3) e (4) Enantiotópicos: H 1 -H 3 ; H 2 -H 4 Diastereotópicos: H 1 -H 2 ; H 1 -H 4 ; H 2 -H 3 ; H 3 -H 4 17 Resposta 21 Resposta 22 Enantiómero (2R,4R): CO2H H OH H H CO2H HO H não estereogénico C2 (R) Z H C4 (R) 3 2 4 3 C2 (R) Z H C4 (R) 3 (R ou S arbitrários) (R ou S arbitrários) CO2H H OH H H CO2H HO H 3 2 4 (2R,4R) CO2H H OH H H CO2H HO H 3 2 4 Os dois átomos de hidrogénio têm a mesma geometria (são homotópicos). No enantiómero (2S,4S) sucede o mesmo: ambos os hidrogénios são homotópicos. Na forma MESO a situação é diferente porque C3 é pseudoassimétrico (2R,C 3 ,4S) e a substituição alternativa dos dois hidrogénios por átomos de prova dá lugar a un par de diastereoisómeros MESO. neste caso, a designação deve ser pro-r / pro-s (letras r e s minúsculas): 18 Convém fixar-se também que os grupos unidos ao carbono C3 são enantiotópicos (imagens especulares). Resposta 23 A molécula de ácido 2,5-diaminoadípico tem um número par (n = 2) de carbonos estereogénicos (a fórmula do composto se pode dividir em duas metades iguais): Moléculas opticamente activas: N = 2 (n-1) = 2 Moléculas opticamente inactivas: N' = 2 (n-2)/2 = 1 O ácido 2,5-diaminoadípico tem três estereoisómeros: um par de enantiómeros e uma forma MESO: Enantiómero (2R,5R) Análise dos hidrogénios unidos a C 3 e C 4 : Hidrogénios pro-(R) e pro-(S) 19 Iguais: (1) e (4); (2) e (3) Diastereoisómeros: (1) e (2) ; (3) e (4) ; (1) e (3) ; (2) e (4). Homotópicos: H 1 -H 4 ; H 2 -H 3 Diastereotópicos: H 1 -H 2 ; H 3 -H 4 ; H 1 -H 3 ; H 2 -H 4 Análise dos centros estereogénicos C 2 e C 5 : (os grupos aminoácidos têm a mesma geometria: homotópicos) Enantiómero (2S,5S) As relações entre hidrogéniose grupos são as mesmas que em (2R,5R): Análise dos hidrogénios unidos a C 3 e C 4 : Homotópicos: H 1 -H 4 ; H 2 -H 3 Diastereotópicos: H 1 -H 2 ; H 3 -H 4 ; H 1 -H 3 ; H 2 -H 4 Os centros estereogénicos C 2 e C 5 têm a mesma geometria: homotópicos As cadeias unidas a C 4 têm a mesma geometria: homotópicas Forma MESO (2R,5S) Análise dos hidrogénios unidos a C 3 e C 4 : Hidrogénios pro-(R) e pro-(S) 20 Enantiómeros: (1) e (3) ; (2) e (4) Diastereoisómeros: (1) e (2) ; (3) e (4) ; (1) e (4) ; (2) e (3) Enantiotópicos: H 1 -H 3 ; H 2 -H 4 Diastereotópicos: H 1 -H 2 ; H 3 -H 4 ; H 1 -H 4 ; H 2 -H 3 Análise dos centros estereogénicos C 2 e C 5 : (os grupos aminoácido unidos a C 2 e C 5 são imagens especulares: enantiotópicos) Resposta 24 Enantiómero (2R,6R) Análise dos hidrogénios unidos a C 3 ,C 4 e C 5 : Hidrogénios pro-(R) e pro-(S) 21 Homotópicos: H 3 -H 4 ; H 1 -H 6 ; H 2 -H 5 Diastereotópicos: H 1 -H 2 ; H 5 -H 6 ; H 1 -H 5 ; H 2 -H 6 Análises dos centros estereogénicos C 2 e C 6 : (os grupos aminoácidos de C 2 e C 6 são enantiotópicos) Análise das cadeias unidas a C 4 : 22 (as duas cadeias, superior e inferior, são enantiotópicas) Resposta 25 Parece que a epimerase selecciona centros quirais (S). Se isto fosse certo, a sua reacção com a forma meso [(2R,6S) / (2S,6R)] (reacção da direita para a esquerda) daria lugar ao ácido (2R,6R)-2,6-diaminopimélico e não ao seu estereoisómero (2S,6S) como sucede na realidade. Tão pouco selecciona centros estereogénicos (R) já que não reage com o ácido (2R,6R)-2,6-diaminopimélico. Que selecciona então? Talvez cadeias de distinta geometria? CO2H H2N N CO2H H NH2 2 6 CO2H H NH2 CO2H H NH2 2 6 CO2H H2N N CO2H H2N H 2 6 C2 C6 (2R,6S) MESO (2S,6R) MESO iguais epimerase (2S,6S) 23 A epimerase, em primeiro lugar, selecciona o enantiómero (S,S) ignorando o (R,R). Actua sobre o (S,S) invertendo de forma aleatória a configuração de C 2 ou C 6 , já que os grupos aminoácido têm a mesma geometria (são homotópicos) e a enzima não pode distingui-los. Quando a epimerase reage com a forma meso (R,S) do ácido diaminopimélico, selecciona de forma inequívoca uma das cadeias aminoácido. O facto de que o carbono da referida cadeia seja (R) é irrelevante, já que a enzima actua sobre a cadeia, não sobre o carbono por ter configuração (R). H H H H H H H NH2 CO2H CO2H H2N H 2 3 4 5 6 S S H H H H H H H2N H CO2H CO2H H2N H S R H H H H H H H2N H CO2H CO2H H2N H S R epimerase descarboxilase (2S,6S) (2S,6R) MESO (2S)-lisina A descarboxilase actua estereoespecificamente sobre a cadeia que tem o carbono de configuração (R) dando lugar a (S)-lisina. Se o fizesse sobre C 2 (S) obter-se-ia (R)-lisina e se reagisse indistintamente com C 2 (S) e C 6 (R) obter-se-ia um racémico da lisina. HR H2N H HS CO2H H HS HR H CO2H H H2N 2 S S 6 [enzima] (2S,6S) HR H H2N HS CO2H H HS HR H CO2H H H2N 2 S R 6 [enzima] (2S,6S) HR H H2N HS CO2H H HS HR H CO2H H H2N 2 S 6 [enzima] (S)-lisina epimerase descarboxilase MESO Resposta 26 24 Resposta 27 Resposta 28 1,2-Diclorociclohexano (3 estereoisómeros: uma forma meso e um par de enantiómeros): 25 1,3-Diclorociclohexano (3 estereoisómeros: uma forma meso e uma par de enantiómeros): 1,4-Diclorociclohexano (2 estereoisómeros: um par de diastereoisómeros cis/trans): Os carbonos C 1 e C 4 não são estereogénicos, já que ambas as moléculas têm um elemento de simetria. Não se pode atribuir configuração absoluta a nenhum dos dois carbonos, posto que cada um deles tem unidos dois substituintes iguais. Não são formas meso. 1-Bromo-2-clorociclohexano (4 estereoisómeros: dois pares de enantiómeros): 1-Bromo-3-clorociclohexano (4 estereoisómeros: dois pares de enantiómeros): 26 1-Bromo-4-clorociclohexano (2 estereoisómeros: um par de diastereoisómeros cis/trans): Os carbonos C 1 e C 4 não são estereogénicos, já que ambas as moléculas têm um elemento de simetria. Não se pode atribuir configuração absoluta a nenhum dos dois carbonos, posto que cada um deles tem unidos dois substituintes iguais. Não são formas meso. Resposta 29 a molécula não se pode dividir em duas metades iguais; tem dois átomos de carbono estereogénicos (C 2 e C 7 são assimétricos) e apresenta isómera cis-trans: Existem 8 estereoisómeros (quatro pares de enantiómeros): 27 Resposta 30 Na molécula (4) C 6 não é estereogénico, mas apresenta isomeria cis-tras em relação a C 1 (neste caso, o estereoisómero é cis): 28 Resposta 31 Uma vez conhecida a configuração absoluta de um estereoisómero, a dos outros três é evidente: enantiómeros: (1) e (2) ; (3) e (4) Resposta 32 Resposta 33 29 Resposta 34 As moléculas (1) e (2) são enantiómeros. 30 (5) (1R) (2R) não estereogénico (6) (1S) (2R) não estereogénico As moléculas (5) e (6) são enantiómeros. 31 As moléculas (8) e (9) são enantiómeros. (10) (3S) (1S) não estereogénico (11) (1R) não estereogénico (3R) As moléculas (10) e (11) são enantiómeros. 32 Resposta 35 Advertência muito importante: Quando se faz a substituição de um hidrogénio por um átomo de prova Z, é preciso seguir a mesma sequência de numeração nos átomos do ciclo. Concretamente, a numeração do carbono a que está unido o referido átomo Z, deve ser a mesma em todas as moléculas que se comparem. 33 Molécula (1) Enantiómeros: [1]–[3] ; [2]-[4] Diastereoisómeros: [1]-[2] ; [1]-[4] ; [2]-[3] ; [3]-[4] Molécula (2) 34 Molécula (3) Molécula (4) Molécula (5) 35 Molécula (6) (1R,2S,3r) (1S,2S) (C3 não estereogénico) (1R,2R) [1] [2] [3] Resposta36 Molécula (1) (1) (R)-(5S)-2-Benziliden-5-metilciclohexanona (R) (5S) Molécula (2) (2) (R)-(5R)-2-Benziliden-5-metilciclohexanona (R) (5R) Para nomear as moléculas, (1) e (2) pode-se empregar também a geometria da dupla ligação: E-(5S)-2-Benziliden-5-metilciclohexanona Z-(5S)-2-Benziliden-5-metilciclohexanona Molécula (3) 36 Resposta 37 Os estereoisómeros (2Z,4E) e (2E,4Z) são iguais (sobreponíveis). Resposta 38 Resposta 39 Resposta 40 37 Conformação mais estável: (4) ; conformação menos estável: (1’). Resposta 41 38 O composto tem dois pares de enantiómeros: (S)(Z) e (R)(Z) ; (S)(E) e (R)(E). Resposta 42 O composto tem dois pares de enantiómeros: (1) (R)(5R) e (2) (S)(5S) ; (3) (R)(5S) e (4) (S)(5R). Resposta 43 Por qualquer das duas vias se chegaria ao ácido D-(2R)-málico: Resposta 44 39 Resposta 45 Sequência 1 Reacções estereoespecíficas: HO2C H TOP HO2C H T O CO2H HO2C H T H CO2H HO carboxilase malato desidrogenase Ác. 3-Tritiooxalacético (1) 3re 3re HO2C H T H CO2H HO HO2C H TOP Ác. 3-Tritiomálico Ác. fumárico (não tritiado) fumarase anti eliminação Sequência 2 40 HO2C T CO2HH HO2C T H O CO2HHO2C T H H CO2H HO H CO2H T HO H HO2C Ác. 3-Tritiooxalacético Ác. 3-Tritiomálico Ác. fumárico HO2C T HO (2) P HT OHO2C P (2) Reacções estereoespecíficas: HO2C T HOP HO2C T H O CO2H HO2C T H H CO2H HO malato desidrogenase Ác. 3-Tritiooxalacético (2) 3re 3re H CO2H T HO H HO2C HO2C H TOP Ác. 3-Tritiomálico Ác. fumárico (tritiado) fumarase anti eliminação Resposta 46 Reacções de adição electrófila Resposta 47 41 a) O primeiro equilíbrio está mais deslocados para direita que o segundo (maior variação negativa de energia livre). b) c) 42 d) Por que no se obtêm nada de 1-bromopropano? O 2-bromopropano é mais estável que o 1-bromopropano Quando se deixa tempo suficiente para que a reacção alcance o equilíbrio, a mistura resultante terá 87.17 % de 2-bromopropano e 12.83 % de 1-bromopropano (a reacção está submetida a controlo termodinâmico). Quando os produtos se isolam antes de alcançar-se o equilíbrio, o produto maioritário será o que se forma más rapidamente (a reacção está submetida a controlo cinético) Por que o 2-bromopropano se forma mais depressa que o 1-bromopropano? Resposta 48 H3C C CH3 CH3 C CH2 H 1 2 H3C C CH3 CH3 C CH3 H H3C C CH3 CH3 C CH2 H H [carbocatião secundário] [carbocatião primário] H3C C CH3 CH3 C CH3 H 3-cloro-2,2-dimetilbutano Cl H3C C CH3 CH3 C CH2Cl H H 1-cloro-3,3-dibutilbutano (não se obtém) 1 2 Cl Cl HCl No carbocatião secundário tem lugar a transposição de um anião metilo: 43 H3C C CH3 H C CH3 CH3 transposição H3C C C H CH3 CH3 CH3 H3C C C H CH3 CH3 CH3Cl Cl [carbocatião secundário [carbocatião terciário] 2-C loro-2,3-dimetilbutano Resposta 49 Reacção do (Z)-3,4-dimetil-3-hexeno com HCl: Obtém-se uma mistura de dois racémicos do 3-cloro-3,4-dimetilhexano: (1) e (4) ; (2) e (3). Comprove que partindo do diastereoisómero (E) do 3,4-dimetil-3-hexeno se obtém a mesma mistura de reacção. Resposta 50 Reacção 1: (carbocatião terciário) 1-cloro-1-metilciclohexano 44 Reacção 2: H Et 1 CH3 23 4 5 6 H Et CH3 1 2 H H H Et 1 Me23 4 5 6 H Et 1 CH323 4 5 6 Cl Cl (1R,3S) (1S,3S) (1) (2) (3S)-3-Etil-1-metilciclohexano 3-Etil-1-metil-1- clorociclohexano 3-Etil-1-metil-1- clorociclohexano HCl Cl Obtém-se uma mistura de dois diastereoisómeros: (1) (1R,3S) e (2) (1S,3S) Reacção 3: Obtém-se um par de diastereoisómeros cis / trans do 1,4-dimetilciclohexanol. Resposta 51 (E)-2-Buteno: 45 Chega-se ao mesmo resultado que com o estereoisómero (E). Enantiómeros: (2) e (3) ; Forma meso: (1) = (4). Resposta 52 O resultado é o mesmo que quando se parte do outro catião bromónio: 46 Resposta 53 A seguir aparece um esquema da reacção entre XOH e os estereoisómeros (Z) e (E) de uma olefina que tem os mesmos substituintes unidos à dupla ligação. Enantiómeros: A(1) e A(2). Para obter um dos dois pares de enantiómeros, a partir do estereoisómero (Z), só é necessário trabalhar com um dos dois catiões halogenónio possíveis. Se a reacção ocorre com o estereoisómero (E), é necessário empregar os dois catiões halogenónio, já que cada um deles só dá lugar a um dos estereoisómeros do outro par de enantiómeros: 47 Enantiómeros: A(3) e A(4) Se nos esquemas anteriores R ≡ Me, os resultados são os seguintes: Resposta 54 48 Obtém-se os seguintes produtos: 2-bromo-1-etil-2-metilcjclohexanol (1) 2-bromo-2-etil-1-metilciclohexanol (2) (1R,2R) (1S,2S) (1S,2S) (1R,2R) par de enantiómeros par de enantiómeros Resposta 55 Obtém-se um par de enantiómeros do 1-etil-2-metil-1,2-ciclohexanodiol. Resposta 56 Reacção do (Z)-2-penteno: Nos dois casos obtém-se o mesmo par de enantiómeros. 49 Resposta 57 A molécula A é uma olefina. Depois da adição de HOCl, os grupos OH e Cl devem estar situados nos carbonos que na olefina estavam unidos por dupla ligação: Como só se obtém um par de enantiómeros, é razoável supor que a reacção ocorre através de catiões clorónio. Depois da adição, o Cl e o OH estarão situados em lados opostos do plano molecular. Trata-se de averiguar se o 2-buteno de partida é Z ou E. Fixando-se no par de enantiómeros, vê-se bem que ambos provêem do (E)-2-buteno: 50 Resposta 58 Com ácido peroxifórmico a adição à dupla ligação é anti: 51 Fixando-se no par de enantiómeros, resulta óbvio que a olefina de partida é o (Z)-2- penteno: Com tetraóxido de ósmio a adição à dupla ligação é syn : De novo é evidente que a olefina é o (Z)-2-Penteno: 52 Reacção do (Z)-2-Penteno com ácido hipocloroso: Obtém-se uma mistura dos seguintes estereoisómeros: Resposta 59 Reacção com tetraóxido de ósmio: 53 Reacção com ácido peroxibenzóico: Par de enantiómeros Reacção com ácido clorídrico: 54 Par de enantiómeros Par de enantiómeros Resposta 60 A) Como se obtém uma mistura de dois racémicos, a reacção deve ocorrer através de carbocatiões:racémico do 1-fenil-3- bromopentano No carbocatião (2) tem lugar uma transposição, que conduz a outro carbocatião mais estável (conjugado com o núcleo benzénico): 55 O carbocatião (3) é o que dá lugar ao racémico do 1-Bromo-1-fenilpentano: racémico do 1-Bromo-1-fenilpentano B) Reacção com ácido peroxibenzóico: Reacção com tetraóxido de ósmio: Resposta 61 56 Durante a reacção tem lugar uma mudança no esqueleto carbonado, já que o derivado halogenado que se obtém não é nenhum dos dois anteriores, mas o 1-bromo-1-fenil-2- metilbutano: O mais razoável é pensar que a reacção ocorre através de um carbocatião, que é o resultado de uma transposição no carbocatião formado inicialmente: H3C C C6H5 C C CH3 H3C C C6H5 C C CH3 H H HH H H H transposiçãoH 1-Bromo-1-fenil-2-metilbutano Estereoquímica: 57 Resposta 62 Tendo em conta que a reacção ocurre através de iões clorónio, a adição à dupla ligação dos grupos HO e Cl (marcados no esboço com negrito) é anti: 58 A olefina identifica-se também facilmente no resto dos estereoisómeros: O composto A só pode ser: (1S,2R)-1233,3-Dicloro-1,2-ciclohexanodiol Reacção de substituição nucleófila Resposta 63 Mecanismo SN1: 59 Suponhamos: 100 moléculas (R) ao principio 20 moléculas se substituem, dando [10(R) + 10(S)] Agora existem 80R + [10(R) + 10(S)]; do ponto de vista da actividade óptica é como se restassem 80 moléculas R. O poder rotatório aparente diminuiu 20 % depois de 20 % de substituição. velocidade de substituição = velocidade de racemização Mecanismo SN2: Suponhamos: 100 moléculas (R) ao principio 20 moléculas se substituem, dando 20 (S) Agora existem [80(R) + 20(S)]; do ponto de vista da actividade óptica é como se restassem 60 moléculas (R). O poder rotatório aparente diminuiu 40 % depois de 20 % de substituição. velocidade de substituição = 2 velocidade de racemização Resposta 64 60 Resposta 65 Resposta 66 Carbocatião terciário incipiente: 61 Carbocatião secundário incipiente: a reacção ocorre preferentemente através do carbocatião incipiente terciário, mas neste caso concreto obtêm-se os mesmos produtos com o carbocatião incipiente secundário. Resposta 67 62 Resposta 68 Resposta 69 A substituição de Br por CN faz mudar as prioridades relativas dos grupos. Há inversão da configuração, mas a configuração absoluta não varia. Resposta 70 A reacção é reversível; a água reage com o anião enolato regenerando a cetona: Resposta 71 A síntese de Williamson de éteres cíclicos ocorre através de um mecanismo SN2. os oxiranos não simétricos reagem com nucleófilos em meio ácido através do carbocatião incipiente mais estável (regiosselectividade Markovnikov). Reacções: 63 Estereoquímica: Resposta 72 64 Estereoquímica: Resposta 73 O anião brometo é um bom nucleófilo e reage com o epóxido protonado: 65 Estereoquímica: Resposta 74 B só pode ser um epóxido e A um bromoálcool: Reacções: O anel dos oxiranos abre-se facilmente com reagentes nucleófilos na ausência de ácidos; a reacção SN2 tem lugar sobre o carbono menos substituído (menor impedimento estéreo). 66 Estereoquímica: Resposta 75 C só pode ser um epóxido e A/B os estereoisómeros de um bromoálcool: Mecanismo da reacção: 67 Resposta 76 O anel dos oxiranos abre-se facilmente com reagentes nucleófilos na ausência de ácidos; a reacção SN2 tem lugar sobre o carbono menos substituído (menor impedimento estéreo). A síntese de Williamson de éteres cíclicos ocorre através de um mecanismo SN2. os oxiranos não simétricos reagem com nucleófilos em meio ácido através do carbocatião incipiente mais estável (regiosselectividade de Markovnikov). Reacções: 68 Estereoquímica: Reacções de eliminação Resposta 77 Todos os estereoisómeros do substrato (um álcool no exercício) originam uma mistura das olefinas Z e E. Estereoisómeros (3R,4R) e (3S,4R): 69 H Et H Et Me OH 34 H Et H Et Me OH2 H Et H Et Me H2O Et H EtMeH3O -H2O -H3O (3R,4R) (1) (E) H Et Et H Me OH 34 H Et Et H Me OH2 H Et Et H Me H2O Et Et HMeH3O -H2O -H3O (3S,4R) (2) (Z) (maioritário) (minoritário) O carbocatião (1) origina o estereoisómero (E), que será o maioritário, ja que as interacções Et / Me e Et / H dão lugar a uma conformação com menor conteúdo energético que (2) (impedimento estérico entre os grupos Et / Et e Me / H). Estereoisómeros (3S,4S) y (3R,4S): H Me Et H Et OH 34 H Me Et H Et OH2 H Me Et H Et H2O Et Et HMeH3O -H2O -H3O (3S,4S) (1) (E) H Me H Et Et OH 34 H Et H Et Me OH2 H Et H Et Me H2O Et H EtMeH3O -H2O -H3O (3R4S) (2) (Z) (maioritário) (minoritário) 70 Qualquer dos quatro estereoisómeros do álcool dá lugar à mesma mistura de diastereoisómeros da olefina. Resposta 78 O grupo CH 3 –CHBr não intervém na reacção e designa-se por R; a configuração do carbono assimétrico nos produtos finai será a mesma que no estereoisómero de partida. Enantiómero (2R,3R) do 2,3-dibromopentano: (2R,3R) (E)-(4R) [maioritário] Enantiómero (2R,3S): (E)- (4R)[maioritário] Enantiómero (2S,3S): 71 (E)- (4S)[maioritário] Enantiómero (2S,3R): (E)- (4S)[maioritário] (2R,3R)-2,3-Dibromopentano ou (2R,3S)-2,3-Dibromopentano (E)-(4R)-4-Bromo-2-penteno [maioritário] + (Z)-(4R)-4-Bromo-2-penteno [minoritário] E2 (2S,3S)-2,3-Dibromopentano ou (2S,3R)-2,3-Dibromopentano (E)-(4S)-4-Bromo-2-penteno [maioritário] + (Z)-(4S)-4-Bromo-2-penteno [minoritário] E2 Resposta 79 A) O par de enantiómeros (2R,3R) e (2S,3S): 72 B) O par de diastereoisómeros (2S,3S) e (2R,3S) : C) Os três estereoisómeros dão lugar a reacções E2 estereoespecíficas. (R,R) ou (S,S) (Z) (R,S) (E)Estereoisómerou (2R,3R): [estereoespecífica] Estereoisómero (2S,3S): [estereoespecífica] 73 Estereoisómero (2R,3S): [estereoespecífica] Resposta 80 Trata-se da forma meso (2R,3S) do 2,3-dibromobutano: 74 Resposta 81 (maioritário) (3) (minoritário) (minoritário) (4) (maioritário) A rotação livre em torno da ligação C 2 -C 3 nos carbocatiões (1) e (2) faz com que a configuração absoluta de C 2 e C 3 no produto inicial não influam no resultado final. 75 Resposta 82 Composto A: A reacção com EtO − é E2. Se fosse E1 obter-se-ia se uma mistura dos estereoisómeros (Z) e (E). A configuração de C 2 em A é (2R): Se a configuração de A fosse (2S,3S) obter-se-ia o estereoisómero (E): Reacções: A reacção com IK + H 2 O é SN1 e tem lugar uma transposição de H: 3-Fenil-2-iodobutano 76 3-Fenil-2-iodobutano (2R,3S) (2R)- (2S)-2-Fenil-2-iodobutano (2S)-2-Fenil-2-iodobutano A reacção com EtO − /EtOH é E2: Resposta 83 O paso D(R-Br) E é uma síntese acetilacética, logo E tem que ser um β- cetoéster: O haleto de alquilo D é: 77 B(C9H9Br) apresenta isomeria (Z)/(E) e só pode ser: Analogamente, o passo F(C 9 H 11 Cl) H também é uma síntese acetilacética, e H será outro β-cetoéster: O haleto de alquilo F é: C(C9H9Cl) apresenta isomeria (Z)/(E) e será: Como A sofre uma reacção de eliminação, para dar B + C, só pode ser: 78 As configurações absolutas dos estereoisómeros do racémico A são: Todas as reacções indicam que A é o racémico [(1R,2R) + (1S,2S)]. Se A fosse o racémico [(1R,2S) + (1S,2R)] obter-se-iam os estereoisómeros (E) de B e C: 79 Resposta 84 Sequência 1 80 C(2S,3S) (Z)-2-iodo-2-buteno (Z)-2-Bromo-2-buteno O enantiómero C(2R,3R) dá lugar aos mesmos produtos de eliminação. Sequência 2 81 O diastereoisómero C(3S,4S) dá lugar aos mesmos produtos, já que C4 tem a mesma configuração absoluta e C3 deixa de ser assimétrico. Respostas dos exercícios adicionais Estereoquímica Resposta 1 Prioridade crescente Resposta 2 1-Cloro-1-penteno (dois estereoisómeros: um par de diastereoisómeros Z / E): 82 3-Cloro-1-penteno (dois estereoisómeros: um par de enantiómeros): 4-Cloro-1-penteno (dois estereoisómeros: um par de enantiómeros): 4-Cloro-2-penteno (quatro estereoisómeros: dois pares de enantiómeros): Resposta 3 83 2,3-Hexadieno (dois estereoisómeros: um par de enantiómeros): 2,4-Dicloro-2,3-pentadieno (dois estereoisómeros: um par de enantiómeros): 2,3,4-Hexatrieno (dois estereoisómeros: um par de diastereoisómeros Z / E): 84 Resposta 5 Resposta 6 85 86 87 Resposta 7 2-Cloro-1,3-ciclopentanodiona Nenhum estereoisómero (plano de simetria): 1,3-Ciclohexanodiol Três estereoisómeros: um par de enantiómeros e uma forma meso. 1,2-Dimetilciclobuteno Nenhum estereoisómero (plano de simetria): 88 4-Amino-2,3-butadieno Dois estereoisómeros: um par de enantiómeros (eixo quiral): 2-Metil-1,3,butadieno Nenhum estereoisómero: 2-Metoxicarbonil-1,3-ciclohexadiona Nenhum estereoisómero (plano de simetria): 2-Metoxi espiro[3,3]heptano Nenhum estereoisómero (plano de simetria): 3-Nitro-1-penteno Dois estereoisómeros: um par de enantiómeros: 89 1,2,3-Pentatrieno Nenhum estereoisómero Ciclohexilamina Nenhum estereoisómero (plano de simetria). Resposta 8 1) 3-Nitrociclobuteno Dos estereoisómeros: um par de enantiómeros (3R)/(3S). 2) 3-Metilclorociclohexano Quatro estereoisómeros: dois pares de enantiómeros. 3) Ácido 1,3-ciclopentanodióico Três estereoisómeros: um par de enantiómeros e uma forma meso. 90 4) Espiro [3.3] 2-metoxicarbonil-6-formilheptano Dois estereoisómeros: un par de enantiómeros (eixo quiral). 5) 5-Fenil-2,3-hexadieno Quatro estereoisómeros: dois pares de enantiómeros. 6) 3-Metil-4-hexen-2-ona Quatro estereoisómeros: dois pares de enantiómeros (Z)/(E). 7) Metilciclopropano Nenhum estereoisómero. 91 Resposta 9 A) B) Resposta 10 (3-Metil-2-ciclohexenil)amina 92 Dois estereoisómeros (um par de enantiómeros): 5-Metil-2-ciclohexeno-1-carbaldeído Quatro estereoisómeros (dois pares de enantiómeros): Ácido 2-Metil-3-pentenóico Quatro estereoisómeros (dois pares de enantiómeros): 93 2-Cloro-1-etilidenciclohexano Quatro estereoisómeros (dois pares de enantiómeros): (9-Acetil-3-ciano-2-hidroxi) espiro[5.5]undecano. Oito estereoisómeros (quatro pares de enantiómeros): 94 1,2,3-Trimetilciclobuteno Dois estereoisómeros (um par de enantiómeros): Resposta 11 95 (1) Ácido 2-Amino-3-metilpentanóico (2) 1-Cloro-2-metil-1,3-butadieno (3) 1-Etoxicarbonil-1,2-propadieno (não tem estereoisómeros) (4) 1,2-Dimetilciclohexano (5) 1-Ciano-2-metil-2-vinilciclobutano (6) 3-Cloro-9-hidroxi espiro[5,5]undecano (7) 1,4-Dimetilciclohexano 96 trans (opticamente inactiva; não é MESO) (8) 3-Amino-4-metil-3-nitro-1-hexen-5-ino (9) Ácido 2-amino-3-metilpentanoico (10) 2,3-Diclorobutano Resposta 12 Quatro estereoisómeros: dois pares de enantiómeros. 97 Três estereoisómeros: um par de enantiómeros e uma forma meso. Oito estereoisómeros: quatro pares de enantiómeros. Quatro estereoisómeros: um par de enantiómeros (C 2 não é estereogénico) e duas formas meso (C2 é pseudoassimétrico). 98 [o carbono 2 não é estereogénico] [o carbono 2 é pseudoassimétrico] Oito estereoisómeros: quatro pares de enantiómeros. Quatro estereoisómeros: um par de enantiómeros (C 3 não é estereogénico) e duas formas meso (C 3 é pseudoassimétrico). [o carbono 3 não é estereogénico] [o carbono 3 é pseudoassimétrico]99 Quatro estereoisómeros: um par de enantiómeros (C 2 não é estereogénico) e duas formas meso (C 2 é pseudoassimétrico). [o carbono 2 não é estereogénico] [o carbono 2 é pseudoassimétrico] Dez estereoisómeros: quatro pares de enantiómeros e duas formas meso. 100 Dezasseis estereoisómeros: seis pares de enantiómeros e quatro formas meso. Dois pares de enantiómeros em que C 3 não é estereogénico: Quatro pares de enantiómeros em que C 3 é assimétrico [prioridades: (RR)=(SS)>(RS)=(SR)]: Quatro formas meso em que C 3 é pseudoassimétrico: 101 Dez estereoisómeros: quatro pares de enantiómeros e duas formas meso: Resposta 13 A molécula não se pode dividir em duas partes iguais e tem dos átomos de carbono estereogénicos: C 2 é assimétrico e C 9 dá lugar à isomeria cis-trans: Dois pares de enantiómeros: cis-(2R) / cis-(2S) e trans-(2R) / trans-(2S): 102 Resposta 14 A molécula não se pode dividir em duas partes iguais e tem dois átomos de carbono estereogénicos: C 3 é assimétrico e C 4’ dá lugar à isomeria (Z)-(E): Dois pares de enantiómeros: (Z)-(3R) / (Z)-(3S) y (E)-(3R) / (E)-(3S) 103 Resposta 15 A molécula não se pode dividir em duas partes iguais e tem três átomos de carbono estereogénicos: C 6 e C 8 são assimétricos e C 3 dá lugar à isomeria cis-trans: Quatro pares de enantiómeros; o estereoisómero do exercício é o trans (6S,8R): 104 Resposta 16 Fixe-se bem nas moléculas que aparecem neste exercício. Algumas têm uma estrutura muito parecida e, no entanto, os seus descriptores estereoquímicos são diferentes. Pelo contrário, outras têm estruturas bastante distintas e os seus descriptores são parecidos. (eixo quiral) (R)-(5R)-2-Etiliden-5-Metilciclohexanona (eixo quiral) (R)-(3R)-2-Etiliden-3,5-dimetilciclohexanona Existe outro estereoisómero, com o Me do grupo etiliden situado em trans em relação ao grupo carbonilo: (R)-(3R)-2-Etiliden-3,5-dimetilciclohexanona Como nomearia ambos os compostos de forma inequívoca? 105 (eixo quiral) 106 (eixo quiral) (eixo quiral) (R)-3,9-Dimetil espiro[5,5]undecano (eixo quiral) 107 Resposta 17 A molécula não se pode dividir em duas partes iguais; têm um átomo de carbono estereogénico (C 5 é assimétrico) e um eixo quiral: Dois pares de enantiómeros: (R)-(5R) / (R)-(5S) y (S)-(5R) / (S)-(5S). (R)-(5R)-2-Clorometilen-5-metilciclohexanona (eixo quiral) R)-(5S)-2-Clorometilen-5-metilciclohexanona (eixo quiral) (S)-(5R)-2-Clorometilen-5-metilciclohexanona (eixo quiral) 108 (S)-(5S)-2-Clorometilen-5-metilciclohexanona (eixo quiral) Resposta 18 a molécula não se pode dividir em duas partes iguais; tem dois átomos de carbono estereogénicos (C 1 e C 6 são assimétricos) e apresenta isomeria cis / trans: Existem 8 estereoisómeros (quatro pares de enantiómeros): 109 Resposta 19 A molécula não se pode dividir em duas partes iguais; tem dois átomos de carbono estereogénicos (C 1 e C 6 são assimétricos) e apresenta isomeria cis-trans: Existem 8 estereoisómeros (quatro pares de enantiómeros): 110 111 Resposta 20 O composto (1) tem um par de enantiómeros: diastereoisómeros: (1) e (2) ; (3) e (4). 112 O composto (2) também é quiral. Análise dos H do grupo CH 2 Cl: diastereoisómeros: (1) e (1’). O composto (3) é aquiral. 113 O composto (4) é aquiral. par de enantiómeros O composto (5) é quiral. 114 Os hidrogénios de C 2 e C 5 são homotópicos. Análise dos H do grupo CH 2 C 6 H 5 O núcleo de pirrolidina é designado por N-R: (1'S) par de enantiómeros (1'R) Os dois derivados são agora diastereoisómeros: (1’S,2R,5R) e (1’R,2R,5R). Na cis-N-Benzil-2,5-dimetilpirrolidina, os hidrogénios H 1 e H 2 ; H 3 e H 4 são enantiotópicos. O composto (6) é aquiral e os dois grupos metilo são enantiotópicos: 115 O composto (7) é aquiral e os dois hidrogénios do grupo benzilo são enantiotópicos: O composto (8) é quiral: Resposta 21 Molécula (1) A molécula é quiral. 116 Molécula (2) A molécula não é quiral. (R) par de enantiómeros (S) Molécula (3) A molécula é quiral: par de diastereoisómeros 117 Molécula (4) A molécula é quiral: par de diastereoisómeros Molécula (5) A molécula é quiral: par de diastereoisómeros 118 Resposta 22 Sulfito de etileno Acoplamentos H1: H2: H3: H4 H1 com H2 e H4 (dd) H2 com H1 e H3 (dd) H3 com H4 e H2 (dd) [16 linhas] H4 com H3 e H1 (dd) _________________________ 119 Resposta 23 120 Resposta 24 121 122 Álcool de Patchouli (1S,2R,5S,6S,8R) 123 PG quer dizer prostaglandina; F denota o hidrogénio C 9 ; α significa que o OH em C 9 está para baixo; 2 indica que ha duas duplas ligações. 124 125 126 Reacções de adição electrófila Resposta 25 127 A) Obtém-se uma mistura de (1R,3R) e (1R,3S)-3-hidroximetil-1,3-ciclohexanodiol. B) Obtêm-se os mesmos estereoisómeros que na reacção com OsO 4 . Resposta 26 128 A reacção também pode ocorrer através do carbocatião primário incipiente, mas os produtos só aparecerão em quantidades muito pequenas: CH2H OH 1 2 3 CH2H OH 1 2 CH2H OH 1 2 3 Cl Cl 1 2 CH2OH H OH 1 CO2OH H OH 1 3 Cl Cl 3 (1R)-3-Metilenciclohexanol carbocatião primário incipiente carbocatião primário incipiente (1R,3S) (1R,3S) ClOH HO HO 3 Agora o composto obtido é diferente. Trata-se de uma mistura de estereoisómeros do 3- cloro-3-hidroximetilciclohexanol. Resposta 27 A(C 5 H 10 ) é um alceno. A sua reacção com OsO 4 dá um diol em que os grupos OH estão na posição syn: 129 Enantiómeros: (1) e (2) A reacção de A com o ácido peroxifórmico conduz a uma adição líquida anti dos dois grupos OH: (racémico do 2,3-Pentanodiol) A reacção de A comHOCl ocorre através de catiões clorónio: 130 (racémico do 3-Cloro-2-pentanol (racémico do 2-Cloro-3-pentanol) Resposta 28 A) A reacção do estereoisómero A com ácido peroxibenzóico dá uma adição líquida anti dos dois grupos HO à dupla ligação: 131 O composto A é o estereoisómero (Z) do 2-buteno. Por conseguinte, o estereoisómero (E) deve ser o composto B: B) A reacção do estereoisómero A(Z) com HCl ocorre através de carbocatiões: C) Carbono assimétrico 132 Resposta 29 Reacção 1 Estereoisómeros: um par de enantiómeros. Reacção 2 Estereoisómeros: um par de enantiómeros: 133 Reacção 3 Estereoisómeros: dois pares de enantiómeros cis/trans. Reacção 4 Estereoisómeros: um par de enantiómeros trans. 134 Resposta 30 A) A reacção de uma olefina com um peroxiácido dá uma adição líquida anti de dois grupos hidroxilo aos átomos de carbono da dupla ligação. No estereoisómero inicial existe um grupo metilo unido a um dos carbonos da dupla ligação; no entanto, depois de realizar a reacção de hidroxilação, um dos grupos OH introduzidos deve estar também unido ao referido carbono. O outro grupo OH o estará ao carbono contíguo, e ambos se encontrarão em posição trans (adição anti). O átomo de carbono a que está unido o OH no estereoisómero de partida, não muda de configuração durante a reacção de hidroxilação; isto é, a sua configuração será a mesma no par de estereoisómeros finais (3S) e, neste caso, coincide com a de A, ja que as prioridades relativas dos grupos são as mesmas. Nos esquemas estão representados a negrito os dois grupos OH introduzidos na reacção de hidroxilação: O estereoisómero (A) é o (3S)-1-metil-3-hidroxiciclohexeno: Reacção de hidroxilação: 135 B) O enantiómero de (A) é o (3R)-1-metil-3-hidroxiciclohexeno: A reacção com solução aquosa de HBr ocorre através de carbocatiões: (nucleófilo mais abundante) (nucleófilo menos abundante) (carbono menos substituído) (carbocatião mais estável) 136 Resposta 31 Reacção 1 Estereoisómeros: um par de enantiómeros. Reacção 2 Estereoisómeros: um par de enantiómeros (é indiferente partir do estereoisómero Z ou do E). 137 Reacção 3 Estereoisómeros: dois pares de enantiómeros cis/trans. Reacção 4 138 Estereoisómeros: um par de enantiómeros trans. Resposta 32 A) A reacção da olefina com o peroxiácido, seguida de hidrólise ácida, não afecta a geometria de C 3 . Contudo, a sua configuração absoluta muda, ja que variam as prioridades relativas dos grupos unidos a ele: Por conseguinte, o 3-Fenil-1-buteno terá configuração (3S): Reacções a reacção ocorre com regiosselectividade Markovnikov (forma-se o carbocatião incipiente más estável: o secundário): 139 B). A reacção das olefinas com haletos de hidrogénio ocorre através de carbocatiões com regiosselectividade Markovnikov: 3-Fenil-1-buteno carbocatião secundário 2-Bromo-3-fenilbutano não estabilizado [transposição] carbocatião secundário 1-Bromo-1-fenil-2-metilbutano estabilizado por C6H5 Carbocatião secundário estabilizado por deslocalização da carga: sistema conjugado de sete carbonos 140 Estereoquímica: Resposta 33 A) A reacção da olefina com o tetraóxido de ósmio, seguida de hidrólise básica, não afecta a geometria de C 4 . Contudo, a sua configuração absoluta muda, já que variam as prioridades relativas dos grupos unidos a ele: Por conseguinte, o 4-fenil-2-penteno terá configuração (4R): 141 Reacções A reacção da olefina com OsO 4 dá adição sin de dois grupos OH à dupla ligação: A configuração absoluta do 4-fenil-2-penteno será (Z)-(4R): B) A reacção com bromo ocorre através de um catião bromónio: Estereoquímica Configuração absoluta dos produtos obtidos: 142 Reacções de substituição nucleófila Resposta 34 A reacção em meio ácido de um oxirano substituído assimetricamente, tem lugar no átomo de carbono mais substituído. Se o ácido empregado carece de um anião nucleófilo (por exemplo, H 2 SO 4 ; anião: SO 4 H − ) é uma molécula de água que reage com o oxirano protonado: A reacção de um oxirano com um nucleófilo, na ausência de ácidos, tem lugar no átomo de carbono menos substituído (menor impedimento estéreo): Resposta 35 Resposta 36 143 Reacções de eliminação e de adição nucleófila Resposta 37 Sequência 1 Haletos de alquilo primário que pode dar lugar a um carbocatião estabilizado. Reacção de substituição S N 1: Sequência 2 Haletos de alquilo secundário, base forte e temperatura moderadamente alta. Reacção de eliminação E2: 144 Sequência 3 Haleto de alquilo primário com dois substituintes em C-β e solvente polar. Reacções simultâneas E1 e S N 1: Reacção de eliminação E1: Reacção de substituição nucleófila S N 1: Resposta 38 A reacção de A com HO − (dil.) (S N 2) dá 1,2-butanodiol. Este resultado indica que os halogénios estão situados nos carbonos 1 e 2. Por outra parte, a hidrogenação de (B + C) origina 1-bromobutano; isto é, o átomo de bromo está no carbono 1. O composto A só pode ser o 1-bromo-2-iodobutano: 145 A reacção de A com HO − (dil.) (S N 2) provoca a inversão da configuração do carbono 2. Como consequência, a configuração do respectivo carbono no composto A deve ser (S): (2S)-1-Bromo-2-iodobutano (2R)-1,2-Butanodiol Estereoquímica das reacções de eliminação E2: (maior) (maior) Abundância relativa: D(E) > B(E) > G = D(Z) ≅ B(Z) 146 Resposta 39 Comece-se a averiguar a estrutura de G, realizando a sua síntese: Os passos D F G e E F G são sínteses acetilacéticas: Os derivados halogenados D e E são: Na reacção de eliminação com EtO − , o racémico A dá dois únicos produtos. Isto significa que o mecanismo não ocorre através de carbocatiões, porque sendo assim obter-se-iam quatro estereoisómeros (dois Z e dois E). Como consequência, o passo A B + Cé uma eliminação bimolecular (E2). Por outro lado, no composto A os halogénios devem estar unidos ao mesmo átomo de carbono, ja que é a única possibilidade de obter só dois produtos. Esta exigência fica confirmada pelo facto de que R = R’. O racémico A é [(1R,2S) + (1S,2R)]: 147 Se o racémico A fosse [(1R,2R) + (1S,2S)] obter-se-ia uma mistura de (E)-B e (Z)-C. Resposta 40 A). Posto que se obtém um só produto, a reacção do (1S,2S)-1-fenil-1,2-propanodiol com HBr é uma reacção S N 2, que ocorre com inversão da configuração: A reacção de eliminação E2 de (1) dá os seguintes produtos: Estereoquímica: Abundância relativa: (4) (Hofmann) > (2) (Saytzev) = (3) (Saytzev). B) Reacções do composto (2): 148 Estereoquímica: Reacções do composto (3): Estereoquímica: Reacções do composto (4): Estereoquímica: 149 Resposta 41 Regra de Cram Conformação mais favorecida em relação ao grupo carbonilo: o carbonilo está situado entre os grupos pequeno (H) e mediano (Me) Estereoisómero maioritário: (2S,3S)-3-fenil-2-butanol (I). 150 Estereoisómero maioritário: (2S,3S)-3-fenil-2-butanol (I).
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