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ESTEREOQUÍMICA II Prof. Dr. Joel Passo ISÔMEROS COM MAIS DE UM CARBONO ASSIMÉTRICO Muitos compostos têm mais de um carbono assimétrico; O máximo do número de estereoisômeros pode ser calculado por 2n; Onde n é igual ao número de carbonos assimétricos. 2 p a s s o ja -2 0 1 4 22 = 4 3-cloro-2-butanol ISÔMEROS COM MAIS DE UM CARBONO ASSIMÉTRICO 1 e 2 são um par de enantiômeros; 3 e 4 são o outro par de enantiômeros; 1 e 3 não possuem imagens superponíveis, portanto não são enantiômeros e são denominados diastereoisômeros, assim como, 1,4 e 2 e também 3,2 e 4 são diastereoisômeros; 3 p a s s o ja -2 0 1 4 Enantiômeros eritro Enantiômeros treo ISÔMEROS COM MAIS DE UM CARBONO ASSIMÉTRICO Enantiômeros com grupos similares do mesmo lado são denominados enantiômeros eritro; Enantiômeros com grupos similares de lados opostos são denominados enantiômeros treo; 4 p a s s o ja -2 0 1 4 Enantiômeros eritro Enantiômeros treo Fórmula em perspectiva eclipsada dos estereoisômeros do 3-cloro-2-butanol EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1a)Quantos carbonos assimétricos o colesterol têm? 1b) Qual o número máximo de estereoisômeros que o colesterol pode ter? 1c) Quantos estereoisômeros do colesterol são encontrados na natureza? 2) Escreva os estereoisômeros do 2,4- dicloroexano. Indique os pares de enantiômeros e diasteroisômeros. 5 p a s s o ja -2 0 1 4 Colesterol ISÔMEROS COM MAIS DE UM CARBONO ASSIMÉTRICO – COMPOSTOS CÍCLICOS 1-bromo-2-metilciclopentano 1-bromo-3-metilciclobutano 6 p a s s o ja -2 0 1 4 Cis-1-bromo-2-metilciclopentano Trans-1-bromo-2-metilciclopentano Par de enantiômeros Par de enantiômeros Cis-1-bromo-3-metilciclobutano Trans-1-bromo-3-metilciclobutano ISÔMEROS COM MAIS DE UM CARBONO ASSIMÉTRICO – COMPOSTOS CÍCLICOS 7 p a s s o ja -2 0 1 4 Cis-1-bromo-3-metilcicloexano Trans-1-bromo-3-metilcicloexano ISÔMEROS COM MAIS DE UM CARBONO ASSIMÉTRICO – COMPOSTOS CÍCLICOS 1-bromo-4-metilcicloexano Não tem carbono assimétrico 8 p a s s o ja -2 0 1 4 Cis-1-bromo-4-metilcicloexano Trans-1-bromo-4-metilcicloexano EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1) Escreva todos estereoisômeros possíveis para cada composto a seguir: a) 2-cloro-3-hexanol b) 2-bromo-4-cloroexano c) 2,3-dicloropentano d) 1,3-dibromopentano 2) Escreva os estereoisômeros do 1-bromo-3- clorocicloexano. 9 p a s s o ja -2 0 1 4 COMPOSTOS MESO 10 p a s s o ja -2 0 1 4 2,3-dibromobutano Por que está faltando um isômero? COMPOSTOS MESO 11 p a s s o ja -2 0 1 4 Imagem no espelho sobreponível COMPOSTOS MESO Mesmo que um composto meso tenha um carbono assimétrico ele é aquiral devido ter uma imagem sobreponível; Todo composto que tem um plano de simetria, ele não será opticamente ativo mesmo que tenha um carbono assimétrico; 12 p a s s o ja -2 0 1 4 Compostos meso COMPOSTOS MESO Para reconhecer quando um composto com dois carbonos assimétricos tem um estereoisômero que é um meso composto verifique se os quatro grupos ligados a um carbono assimétrico são idênticos aos quatro grupos ligados ao outro carbono assimétrico. Um composto que tiver os mesmo quatro grupos ligados a dois carbonos assimétrico diferentes terá três estereoisômeros: Um meso e dois enantiômeros. 13 p a s s o ja -2 0 1 4 Composto meso Enantiômeros COMPOSTOS MESO – COMPOSTOS CÍCLICOS No caso de compostos cíclicos, o isômero cis será o composto meso e o isômero trans existirá como enantiômeros. 14 p a s s o ja -2 0 1 4 Composto meso Enantiômeros Composto meso Enantiômeros Cis-1,3-dimetilciclopentano Cis-1,2-dibromocicloexano Trans-1,3-dimetilciclopentano Trans-1,2-dibromocicloexano COMPOSTOS MESO – COMPOSTOS CÍCLICOS 15 p a s s o ja -2 0 1 4 Confôrmero cadeira Confôrmero bote Confôrmero eclipsado Confôrmero alternado Se um confôrmero apresenta plano de simetria, os estereoisômeros apresentarão um composto meso. EXERCÍCIO RESOLVIDO Quais dos seguintes compostos tem um estereoisômero que é um composto meso? a) 2,3-dimetilbutano b) 3,4-dimetilexano c) 2-bromo-3-metilpentano d) 1,3-dimetilcicloexano e) 1,4-dimetilcicloexano f) 1,2-dimetilcicloexano g) 3,4-dietilexano h) 1-bromo-2-metilcicloexano 16 p a s s o ja -2 0 1 4 EXERCÍCIO RESOLVIDO 17 p a s s o ja -2 0 1 4 Não tem carbono assimétrico Tem carbonos assimétricos, porém com quatro grupos diferentes nos carbono assimétrico. EXERCÍCIO RESOLVIDO 18 p a s s o ja -2 0 1 4 Tem carbonos assimétricos com quatro grupos semelhantes nos carbonos assimétricos, ou seja, possuem compostos meso. EXERCÍCIO RESOLVIDO Qual dos seguintes compostos são quirais? Para ser quiral a molécula não pode ter plano de simetria, portanto, somente o compostos abaixo são quirais. 19 p a s s o ja -2 0 1 4 EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1) Quais dos seguintes compostos tem um estereoisômero como composto meso? a) 2,4-dibromoexano b) 2,4-dibromopentano c) 2,4-dimetilpentano d) 1,3-diclorocicloexano e) 1,4-diclorocicloexano f) 1,2-diclorociclobutano 20 p a s s o ja -2 0 1 4 EXERCÍCIOS PROPOSTOS a) 1-bromo-2-metilbutano b) 1-cloro-3-metilpentano c) 2-metil-1-propanol d) 2-bromo-1-butanol e) 3-cloro-3-metilpentano f) 3-bromo-2-butanol g) 3,4-dicloroexano h) 2,4-dicloropentano i) 2,4-dicloroeptano j) 1,2-diclorociclobutano k) 1,3-diclorocicloexano l) 1,4-diclorocicloexano m) 1-bromo-2- clorociclobutano n) 1-bromo-3- clorociclobutano 21 p a s s o ja -2 0 1 4 2) Desenhe todos os estereoisômeros de cada composto a seguir: NOMENCLATURA DO SISTEMA R,S DE ISÔMEROS COM MAIS DE UM CARBONO ASSIMÉTRICO Para compostos com mais de um carbono assimétrico os passos para determinar a configuração, se R ou S, do carbono assimétrico devem ser aplicados para cada carbono individualmente. 22 p a s s o ja -2 0 1 4 S R NOMENCLATURA DO SISTEMA R,S DE ISÔMEROS COM MAIS DE UM CARBONO ASSIMÉTRICO 23 p a s s o ja -2 0 1 4 ESTEREOISÔMEROS DO 3-BROMO-2-BUTANOL 24 p a s s o ja -2 0 1 4 Os enantiômeros possuem configurações opostas nos carbonos assimétricos dos dois carbonos. Os diastereoisômeros possuem a mesma configuração em um dos carbonos assimétricos e configuração oposta no outro. ESTEREOISÔMEROS 25 p a s s o ja -2 0 1 4 Ácido (2R,3S)-tartárico Ácido (2R,3R)-tartárico Ácido (2S,3S)-tartárico Composto meso Par de enantiômeros EXERCÍCIO RESOLVIDO Escreva as fórmulas em perspectiva dos seguintes compostos: a) (R)-2-butanol b) (2S,3R)-3-cloro-2-pentanol Solução: a) Primero desenhe o composto , ignorando a configuração do carbono assimétrico. Desenhe as ligações em torno do carbono assimétrico 26 p a s s o ja -2 0 1 4 EXERCÍCIO RESOLVIDO Coloque o grupo de menor prioridade ligado a cunha tracejada e o grupo de maior prioridade em qualquer outra posição; Escreva o grupo seguinte em prioridade numa posição que o sentido da seta indique sentido horário para obter o enantiômero R; 27 p a s s o ja -2 0 1 4 EXERCÍCIO RESOLVIDO Coloque o grupo que restou na outra posição. b) Primero desenhe o composto , ignorando a configuração do carbono assimétrico. 28 p a s s o ja -2 0 1 4 3-cloro-2-pentanol EXERCÍCIO RESOLVIDO Desenhe as ligações em torno do carbono assimétrico Coloque os grupos de menor prioridade ligados as cunhas tracejadas dos carbonos; 29 p a s s o ja -2 0 1 4 EXERCÍCIO RESOLVIDO Para cada carbono assimétrico coloque o grupo de maior prioridade de maneira que a seta aponte para o sentido horário para configuração R ou anti- horária para configuração S. Coloque os grupos que restaram nas outras posições. 30 p a s s o ja -2 0 1 4 (2S,3R)-3-cloro-2-pentanol EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1) Desenhe as fórmulas em perspectiva dos seguintes compostos: a) (S)-3-cloro-1-pentanol b) (2R,3R)-2,3-dibromopentano c) (2S,3R)-3-metil-2-pentanol d) (R)-1,2-dibromobutano 2) Por muitos séculos, os chineses têm usado extratos de um grupo de ervas conhecido como efedra para tratar asma. Os químicos isolaram um composto destas ervas que eles denominaram efedrina, um potente dilatador da passagem de ar nos pulmões. a) Quantos estereoisômeros são possíveis para efedrina? 31 p a s s o ja -2 0 1 4 Efedrina EXERCÍCIOS PROPOSTOS b) O estereoisômero mostrado abaixo tem atividade farmacológica. Qual é a configuração de cada carbono assimétrico? 3) Dê o nome dos seguintes compostos: 32 p a s s o ja -2 0 1 4 REAÇÕES DOS COMPOSTOS QUE CONTÊM CARBONO ASSIMÉTRICO Quando um composto que contém um carbono assimétrico sofre uma reação, o que acontece com a configuração do carbono assimétrico vai depender da reação. Se na reação não há quebra de ligação no carbono assimétrico a posição relativa dos grupos não muda. 33 p a s s o ja -2 0 1 4 (S)-1-cloro-3-metilexano (S)-3-metil1-hexanol REAÇÕES DOS COMPOSTOS QUE CONTÊM CARBONO ASSIMÉTRICO Cuidado: A posição relativa dos grupos não muda, mas, a prioridade dos grupos pode ser alterada. O produto tem a mesma configuração relativa, porém diferente configuração absoluta. 34 p a s s o ja -2 0 1 4 (S)-3-metil-3-metilexeno (R)-3-metil-3-metilexeno EXERCÍCIO RESOLVIDO (S)-(-)-2-metil-1-butanol pode ser convertido para Ácido (+)-2-metilbutanóico sem quebra de ligação do carbono assimétrico. Qual a configuração do (-)- Ácido 2-metilbutanóico? Solução: Sabemos que o ácido (+)-2-metilbutanóico a configuração relativa mostrada devido ele ter sido formado a partir do (S)-(-)-2-metil-1-butanol sem quebra de ligação do carbono assimétrico. Portanto, sabemos que Ácido (+)-2-metilbutanóico tem configuração S. Então podemos concluir que o Ácido (-)-2- metilbutanóico tem configuração R. p a s s o ja -2 0 1 4 35 EXERCÍCIO PROPOSTO O estereoisômero do 1-iodo-2-metilbutano com configuração S rotaciona a luz plano polarizada no sentido anti-horário. A seguinte reação resulta num álcool que rotaciona a luz plano polarizada no sentido horário. Qual a configuração do (-)-2-metil- 1-butanol? p a s s o ja -2 0 1 4 36 CONFIGURAÇÃO ABSOLUTA DO (+)-GLICERALDEÍDO Até 1951 não se sabia a configuração do (+)- Gliceraldeído; Por escolha o definiram como enantiômero R; Várias substâncias foram sintetizadas tendo o (+)- gliceraldeído como referência. (R)-(+)-gliceraldeído (S)-(+)-gliceraldeído p a s s o ja -2 0 1 4 37 CONFIGURAÇÃO ABSOLUTA DO (+)-GLICERALDEÍDO (+)-gliceraldeído Ácido (-)-glicérico (+)-isoserina Ácido (-)-3-bromo-2- hidroxipropanóico Ácido (-)-lático p a s s o ja -2 0 1 4 38 Em 1951, J. M. Bijvoet, A. F. Peerdeman e J. van Bommel usando cristalografia de raios-X e uma técnica conhecida como dispersão anômala e determinaram que o sal de sódio e rubídio do ácido (+)-tartárico tinha configuração R,R; Com esse experimento eles confirmaram que a configuração R assumida para o (+)-gliceraldeído estava correta e consequentemente todos os compostos que o utilizaram como referência. CONFIGURAÇÃO ABSOLUTA DO (+)-GLICERALDEÍDO (-)-gliceraldeído Ácido (+)-tartárico p a s s o ja -2 0 1 4 39 EXERCÍCIO PROPOSTO Qual a configuração dos seguintes compostos? a) Ácido (-)-glicérico b) (+)-isoserina c) (-)-gliceraldeído d) Ácido (+)-lático p a s s o ja -2 0 1 4 40 SEPARAÇÃO DE ENANTIÔMEROS Enantiômeros não podem ser separados por técnicas como destilação fracionada ou cristalização; Louis Pasteur foi o primeiro a separar enantiômeros com sucesso; Tartarato de Amônio e sódio Tartarato de Amônio e sódio Cristais canhotos Cristais destros Rotaciona a luz plano-polarizada em sentido horário Rotaciona a luz plano-polarizada em sentido anti-horário p a s s o ja -2 0 1 4 41 SEPARAÇÃO DE ENANTIÔMEROS VIA SÍNTESE Ácido-R Ácido-S Enantiômeros Sal-R,S Sal-S,S Diastereoisômeros Diastereoisômeros Separação Sal-R,S Sal-S,S Ácido-R Ácido-S Mistura racêmica Enantiômeros separados Morfina, estricnina e brucina são exemplos de bases-S que ocorrem naturalmente e são usadas Na resolução de misturas racêmicas. p a s s o ja -2 0 1 4 42 Outra metodologia utilizada para resolução de misturas racêmicas é a técnica chamada de cromatografia. SEPARAÇÃO DE ENANTIÔMEROS CROMATOGRAFIA Coluna quiral p a s s o ja -2 0 1 4 43 DISCRIMINAÇÃO DOS ENANTIÔMEROS POR MOLÉCULAS BIOLÓGICAS - ENZIMAS Enantiômeros possuem as mesmas propriedade químicas perante reagentes aquirais; Em relação reagentes ou catalisadores quirais a reatividade dos enantiômeros se diferenciam, reagindo somente um enantiômero. Enzimas é um exemplo de catalisadores naturais. Enantiômero R Enantiômero S Enantiômero S que não reagiu Enantiômero R oxidado p a s s o ja -2 0 1 4 44 SÍNTESE ASSIMÉTRICA (R)-3-metilexano (S)-3-metilexano 50% 50% Metal complexado com molécula orgânica quiral p a s s o ja -2 0 1 4 45 RECEPTORES BIOLÓGICOS (R)-(-)-carvona (S)-(+)-carvona Óleo de hortelã Óleo de semente de alcavaria Um receptor é uma proteína que se liga a uma molécula em particular. Devido um receptor ser quiral ele reconhece um enantiômero melhor do que o outro. Receptores localizados nas células nervosas externas do nariz podem diferenciar 10.000 tipos de cheiros diferentes. p a s s o ja -2 01 4 46 RECEPTORES BIOLÓGICOS Enantiômero R Enantiômero S Ligação no sítio do receptor Ligação no sítio do receptor p a s s o ja -2 0 1 4 47 Muitos fármacos demonstram sua atividade fisiológica se ligando a receptores celulares; Se o fármaco possui um carbono assimétrico, o receptor pode se ligar preferencialmente a um enantiômero; Enantiômeros podem ter a mesma atividade fisiológica, diferentes graus da mesma atividade ou atividades muito diferentes. RECEPTORES BIOLÓGICOS p a s s o ja -2 0 1 4 48 TALEDOMIDA E SEUS ENANTIÔMEROS Aprovada em 1956 na Europa e Canadá; O isômero dextrorrotatório é um forte sedativo; Vendido na forma racêmica; O isômero levorrotatório é teratogênico; O isômero dextrorrotatório é levemente teratogênico e racemiza in vivo; Aprovado recentemente, sob restrições, para o tratamento de lepra e melanomas. p a s s o ja -2 0 1 4 49 GRATIAM AUDIENTIBUS SDG p a s s o ja -2 0 1 4 50
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