aula 5 - estereoquimica (1)

Prévia do material em texto

Substâncias não idênticas que possuem a mesma fórmula molecular.
Diasteroisômeros
Estereoisômeros que não são 
imagens especulares um do outro
Enantiômeros
Estereoisômeros que são 
imagens especulares
não-superponíveis um do outro
Quiralidade - Termo quiral vem da palavra grega cheir que significa mão.
Estereoquímica – isomeria óptica.
Possui imagem especular não sobreponível.
Substâncias aquirais têm imagem especular sobreponível.
Substâncias quirais têm imagem especular não sobreponível.
BrBr
ClCl
HH HH
ClCl
BrBr
Exemplo quiralidade
HH
ClCl
BrBr
HH
FF
HH
FF
HH
FF
Para Para mostrarmostrar a a nãonão--
sobreposiçãosobreposição, , girargirar a a 
180180°°no no eixoeixo verticalvertical
H3C C
H
CH2CH3
OH
(methyl)
1
(hydrogen)
(ethyl)
3 42
*
Centro Estereogênico
Se uma molécula contem um carbono com quatro substituintes diferentes, esta 
molécula não terá plano de simetria e será quiral. Este carbono é chamado centro 
estereogênico ou centro quiral e terá um par de enantiômeros
Enantiômero – do grego OH
(hydroxyl)
H3C C
H
CH2CH3
OH
* H3C C
H
CH2CH3
OH
*
par de enantiômeros
A mistura de igual proporção dos dois enantiômeros é chamado mistura racêmica
enantio que significa “oposto”
Teste para quiralidade – plano de simetria
Plano simetria – plano imaginário que divide uma molécula de tal forma que as duas 
metades da molécula são imagens especulares uma da outra
Conformação e configuração
• Mudar a conformação de uma molécula quer dizer girar uma ligação 
sem haver quebra.
• Conformações são interconvertidas e todas as conformações 
representam a mesma molécula
• Mudar a configuração de uma molécula implica na quebra de uma 
ligação
• Uma configuração diferente é uma molécula diferente
Nomenclatura de enantiômeros
MÉTODO ORIGINAL ⇒ baseado num composto padrão: o GLICERALDEÍDO
COH
CH2OH
OHH HHO
HOC
HOH2C
D - gliceraldeído
D-(+)-gliceraldeído
L - gliceraldeído
L-(-)-gliceraldeído
Foi decidido arbitrariamente que: 
Configuração R (D) caberia ao (+)
Configuração S (L) caberia ao (−−−−)
Podiam assim, determinar as configurações 
relativas uma vez que, não sabiam associar os 
compostos reais às projeções de Fischer.
configuração relativa – significa que a molécula possui a mesma posição relativa de seus 
substituintes
Atenção! Isto foi feito até 1951, quando as configurações absolutas do gliceraldeído foram 
determinadas. Por coincidência, é igual a adotada arbitrariamente. Então o (+)-gliceraldeído tem 
configuração absoluta R, e o (−)-gliceraldeído a configuração absoluta S.
A comprovação foi possível quando foi determinado por raios-x a configuração 
absoluta do ácido (+)-tartárico, que pode ser sintetizado a partir do (-)-gliceraldeído. 
Este resultado comprovou que a configuração adotada arbitrariamente para o 
gliceraldeído estava correta. Assim os compostos relacionados ao gliceraldeído 
passaram a ter suas configurações absolutas determinadas. 
configuração absoluta – configuração R ou S
configuração relativa – significa que a molécula possui a mesma posição 
relativa de seus substituintes
John Wiley & Sons, Inc.
R do latim rectus, direita
S do latim sinister, esquerda
Nomenclatura R,S
Regras de Cahn–Ingold–Prelog
MÉTODO ATUAL ⇒ baseado nas regras de Cahn-Ingold-Prelog, que permite nomear 
TODOS os compostos.
Sentido horário Sentido antihorário
Regra de Cahn-Ingold-Prelog
Regra 1: Maior número atômico
Regra 2: Se houver empate, 
considere os demais átomos ligados
aos átomos empatados.
Regra 4: Ligações múltiplas são
consideradas como várias ligações
simples.
Regra 3: Nunca observe o 
substituinte como um grupo e sim
átomo a átomo
Nomeando a partir da Fórmula em Perspectiva
1
4
1. Classifique os grupos ligados ao carbono assimétrico 
2
3
2. Se o grupo (ou átomo) de menor prioridade está ligado com uma cunha
tracejada,
S Mantém o sentido 
3. Pode ser determinada a configuração de uma molécula “trocando” as ligações 
e identificando o isomero formado. O isomero original será o oposto do formado 
Qual configuração 
????
S R
Formação do outro 
enantiômero
CH2CH3
Br
H
CH3
CH2CH3
BrH
H3C
=
Redesenho da molécula
1
2
3
4
S
Nomeando a partir da Projeção de Fischer
1. Classifique o grupo (ou átomo) que está ligado ao carbono assimétrico e desenhe 
uma seta do grupo com maior prioridade para o grupo com a próxima maior 
prioridade (caso a ligação menor prioridade estiver na vertical)
R
2. Se o grupo com menor prioridade estiver na ligação horizontal, a nomeação 
será oposta à direção da seta
S
CH3
H OH
CH2CH3
1
2
3
4
CH3
C
HO
H
COOH
(R)-Lactic acid
Projeção em Perspectiva e Projeção de Fischer
=
Bonds out of page
Bonds into page
C
COOH
H OH
CH3
=
Fischer projection
COOH
H OH
CH3
Uma projeção de Fischer pode somente ser rodada 180° no plano do papel, obtendo-se 
a mesma molécula
COOH
H OH
CH3 COOH
HHO
CH3
Rotação 180° igual
Rotação 90°
COOH
H OH
CH3
COOH
H
OH
H3Cnão é igual
Projeção em Perspectiva e Projeção de Fischer
OH
90o rotation
COOH
H OH
CH3
Rotação 90°não representa a mesma molécula
(R)-Lactic acid
(S)-Lactic acid
Same as
Same as
C
COOH
H OH
CH3
C
OH
HOOC CH3CH3
H
HOOC (S)-Lactic acidSame as CHOOC CH3
H
Manter um dos grupos e girar os outros – mesma molécula
Hold steady
COOH
H OH
CH3
COOH
CH3HO
H
Same as
Projeção em Perspectiva e Projeção de Fischer
“dupla troca” produz o mesmo enantiômero
Br
H F
CH3
H
Br CH3
F
=
OH
CH2CH3H3C
H
CH3
HHO
CH2CH3
CH2CH3
CH3H
OH
A B C
Exemplo: qual estrutura é um confôrmero do composto A?
Propriedades dos enantiômeros: Atividade ótica
• Os enantiômeros têm pontos de fusão e ebulição idênticos, mesma solubilidade em 
solventes aquirais.
• RMN, IV, UV, idênticos
• Mesma velocidade de reação frente a reagentes aquirais
• Diferente solubilidade em solventes quirais (puro ou excesso de um enantiômero)
• Diferente velocidade de reação frente a reagentes quirais
• Feixe de luz polarizada no plano passa através de um enantiômero, o plano de 
polarização da luz gira
• Enantiômeros separados giram o plano de luz polarizada no plano em quantidades 
iguais, mas em sentidos opostos
Luz polarizada no plano
Amostra de 2-propanol na luz polarizada
Amostra pura de (R)-2-butanol na luz polarizada
A direção da rotação do plano de luz polarizada é incorporada ao nome do composto 
oticamente ativo
Não existe correlação entre as 
configurações dos enantiômeros 
(R,S) e o sentido do desvio da luz (R,S) e o sentido do desvio da luz 
polarizada no plano (+, -)
pureza óptica = 
rotação específica observada
pureza óptica = 
rotação específica do enantiômero puro
excesso 
enantiomérico = 
excesso de um único enantiômero
mistura inteira
Exemplo: amostra de 2-bromobutano tem rotação específica medida no polarímetro 
igual a 9,2°, qual isômero está presente em maior quan tidade na mistura e qual o 
excesso enantiomérico? (rotação específica pura do isômero S igual a 23,1°)
Moléculas com mais de um centro estereogênico
COOH
OHH
CH3H
HHO
HH3C
HOOC
HOOC
R
SR
S
HOOC C
H
OH
C
H
CH3
COOH
1 2 3 4
Ácido 2-hidróxi-3-metil-succínico
COOH HOOC
HOOC
HOOC
HHO
CH3H
COOH
OHH
HH3C
COOH
enanciômeros
enanciômeros
SR
SR
(A) (B)
(C) (D)
(A) ácido (2R,3S)-2-hidróxi-3-metil-succínico
(B) ácido (2S,3R)-2-hidróxi-3-metil-succínico
(C) ácido (2R,3R)-2-hidróxi-3-metil-succínico
(D)ácido (2S,3S)-2-hidróxi-3-metil-succínico 
DIASTEREOISÔMEROS = isômeros que não são enantiômeros. Estes compostos 
apresentam propriedades diferentes entre si.
COOH
OHH
CH3H
HHO
HH3C
HOOC
HOOC
R
SR
S
COOH HOOC
HOOC
HOOC
HHO
CH3H
COOH
OHH
HH3C
COOH
enanciômeros
enanciômeros
SR
SR
(A) (B)
(C) (D)
Exemplo: 
HOOC C
H
OH
C
H
OH
COOH
1 2 3 4
Moléculas com mais de um centro estereogênico e com plano de 
simetria: Compostos Meso
Ácido tartárico
(A) ácido (2R,3R)-(+)-2,3-dihidróxi 
butanodióico
(B) ácido (2S,3S)-(−)-2,3-dihidróxi 
butanodióico 
(C) ácido meso (2R,3S)- 2,3-dihidróxi 
Enanciômeros: (A) e (B)
racematos = 50% (A) + 50% (B)
Meso = (C) ou (D) 
(C) ácido meso (2R,3S)- 2,3-dihidróxi 
butanodióicoApenas 2 isômeros óticos
Nenhum diastereoisômero, pois C ou D são 
inativos opticamente 
Dois carbonos assimétricos 
adjacentes, os enantiômeros 
com os grupos similares no 
mesmo lado da cadeia são 
chamados enantiomeros 
ERITRO
Dois carbonos assimétricos Dois carbonos assimétricos 
adjacentes, os enantiômeros 
com os grupos similares em 
lados opostos da cadeia são 
chamados enantiomeros 
TREO
Aldoses – D e L
Hidrogênios enantiotópicos 
hidrogênio pró-R
hidrogênio pró-S
Hidrogênios Hidrogênios 
Centros pró-quirais
Hidrogênios enantiotópicos têm a mesma reatividade química e não podem ser 
distinguidos por agentes aquirais, mas eles não são quimicamente equivalentes 
frente a reagentes quirais.
Hidrogênios 
enantiotópicos homotópicos
Hidrogênios diastereotópicos não têm a mesma reatividade química com reagentes 
aquirais
Hidrogênios diasterotópicos 
Centros pró-quirais
Centros pró-quirais
Grupos carbonilas são centros pró-quirais, desde que a adição do quarto ligante gere 
um centro estereogênico. A carbonila possui uma face re e uma face si.
Reagentes aquirais não distinguem entre as duas faces, porém reagentes quirais irão 
formar produtos enantioméricos
Reações de substâncias que contenham um carbono assimétrico.
CH2CH2CH2Cl
CH3CH2 CH3
H
CH2CH2CH2OH
CH3CH2 CH3
HOH-
Se não houver reação no carbono assimétrico; ambos o reagente e o produto terão as 
mesmas configurações relativas. Diz-se que houve retenção de configuração
S S
H C
CH3
CH2
CH2
CH3
OH + H Cl
heat
H C
CH3
CH2
CH2
CH3
Cl + H OH
Same configuration
Reações de substâncias que contenham um carbono assimétrico.
CH=CH2
H3CH2CH2C
CH3
H
CH2CH3
H3CH2CH2C
CH3
H
H2
Pd/CS R
Neste caso, reagente e produto possuem as mesmas configurações relativas, porém 
diferentes configurações absolutas
Importância da quiralidade na atividade biológica
Resolução de uma Mistura Racêmica
(R)-ácido (S)-ácido
enantiômeros
(S)-base
(R,S)-sal(S,S)-sal
diastereoisômeros
Separação por 
métodos físicos
(R,S)-sal (S,S)-sal
HCl HCl
(S)-baseH+
+
(R)-ácido
(S)-baseH+
+
(S)-ácido
Exemplo:
Resolução por cromatografia
Coluna de sílica ligada a uma fase estacionária de um aminoácido quiral