Estereoquímica: Estudo das Moléculas Quirais

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Estereoquímica Prof. Laurent Gil (UFOP) 
1- INTRODUÇAO 
A) DEFINIÇÃO 
 A estereoquímica é o ramo da química que estuda os 
aspectos tridimensionais das moléculas. 
 
B) ISOMERISMO 
 O isomerismo ou isomeria ("iso" = "mesmo" , "meros" = "partes") é o fenômeno 
caracterizado pela existência de duas ou mais substâncias que apresentam fórmula 
moleculares idênticas, mas que diferem em suas fórmulas estruturais. 
cis-1,2-dicloroeteno trans-1,2-dicloroeteno
C
HCl
HCl
C
HCl
ClH
C C
(S)-(+)-ácido láctico e (R)-(–)- ácido láctico 
2-bromobutano 
espelho 
A ≠ B, A e B são um 1 par de enantiômeros 
 
Enantiômeros = estereoisômeros que são imagens no espelho um do 
outro e não são sobreponíveis, 
2- ENANTIOMEROS e MOLECULAS QUIRAIS 
 
A B 
Enantiômeros  só ocorrem quando a molécula é quiral 
 
 
 2-bromobutano 
 Par de enantiômeros 
Somente dois grupos são 
sobreponíveis, os outros 
dois não são! 
 
- ligações projetadas para fora do plano do papel são representadas por 
uma cunha fechada ( ) 
 
- ligações projetadas para trás do plano do papel são representadas por 
uma cunha tracejata ( ) 
 
- e ligações no plano do papel são indicadas por uma linha (―). 
 
 
 
 
 
 
 
Fórmulas Tridimensionais 
Enantiômeros  só ocorrem quando a molécula é quiral 
Carbono quiral 
→ também chamado de carbono assimétrico, centro quiral ou estereocentro. 
Características deste carbono: 
 Assimétrico; 
 Átomo com quatro grupos diferentes ligados a ele 
 Geometria tetraédrica; 
 Hibridação sp3; 
A
C
B
C
D
*
espelho
B
C
A
D
C
*
1 2
A ≠ B ≠ C ≠ D, 
1 ≠ 2 e eles são um 1 par de enantiômeros 
A
C
B
C
D
*
1
A
C
B
D
C
*
2
A
C
B
C
D
*
Importancia da quiralidade 
Quiral  palavra grega cheir  mão 
Objetos (e moléculas) que 
não são sobreponíveis às suas 
imagens especulares são 
quirais. 
 
 
Objetos (e moléculas) que não são sobreponíveis às suas imagens 
especulares são quirais. 
Importancia da quiralidade 
A atividade de medicamentos contendo 
centros esterogênicos pode variar entre 
os enantiômeros. 
 
Exemplo: Talidomida 
Importancia da quiralidade 
1. Para ser uma molécula quiral basta possuir um SÓ carbono quiral. 
 
Ex: A nicotina 
MOLECULAS QUIRAIS: Testes para ver se a molécula é quiral. 
 
N
N
H
nicotina
*
MOLECULAS QUIRAIS: Testes para ver se a molécula é quiral. 
 
2. Moléculas quirais não possuem plano de simetria. 
 
*
H H
OH OH
* *
H H
OH OH
*
espelho
*
H H
OH OH
*
plano de simetria
Molécula não quiral 
- Possui um plano de simetria 
- A sua imagem é idêntica 
*
H OH
OH H
* *
OH H
H OH
*
espelho
Molécula quiral 
- Não possui um plano de simetria 
- A sua imagem é diferente : par de ENANTIÔMEROS 
R→ Do latim rectus (direito – sentido horário) 
S → Do latim sinister (esquerdo – sentido anti-horário) 
Como designar os 2 enantiômeros? 
A ordem do arranjo desses grupos em torno do átomo assimétrico é 
conhecida como configuração absoluta. 
NOMENCLATURA DE ENANTIÔMEROS: SISTEMA (R-S ) 
 
C* SR
 
 
Configurações (R-S) são atribuídas com base nas seguintes regras: 
* * 
 
 
Quando os átomos ligados ao centro quiral forem iguais passa-se a 
determinar a prioridade pelo próximo átomo; 
C
C
C
*
H
HH
H
C
H
Grupo metila = prioridade 3 
Grupo etila = prioridade 2 
 
Z=1 
Z=1 
Z=1 
Z=1 
Z=1 
Z=6 
C
C
C
OH
H
CH3
H3C
NH2
1
2
3 4
H3C
H
H
z=7z=1
z=1
z=6
z=6
z=6
O importante é a qualidade e não a quantidade dos átomos. 
Ex: um átomo de nitrogênio (Z=7) vai levar a prioridade sobre 3 átomos de 
carbono (Z=6). 
H2C
C
C
OH
H
O
H
OH
1
2
3
4Ex: 
Br
CH
H3C
CH2CH3
1
3
2
4
observador
Visualizar a molécula de maneira que o grupo de menor 
prioridade (4) se encontra o mais afastado possível do 
observador 
Regra 4. Traçar um caminho do grupo 1 até 2 e até 3. 
Caminho traçado  sentido horário  enantiômero é chamado (R) 
Caminho traçado  sentido anti-horário  enantiômero é chamado (S) 
 
(R) e (S) vem das palavras latinas rectus e sinister 
   
 direito esquerdo 
 
(S)-2-bromobutano (R)-2-bromobutano 
1
C
2
3
4
1
C
3
2
4
Regra normal RS
2
C
3
4
1
1
C
3
4
2
Regra invertida SR
o grupo de menor prioridade (4) se encontra o mais afastado possível do observador 
o grupo de menor prioridade (4) se encontra o mais próximo possível do observador 
 
 
Exemplo: Aspartame 
H2N
N
H
O
HO
O
O
O
H
H
1
2
43
S
1
2
3
4
S
 
 
 
 
 
 Em 1891 Emil Fischer  Projeção de Fischer 
 
um método de representar carbonos tetraédricos no papel 
Sobretudo usado para representar carboidratos 
Nenhuma ligação fica no plano da folha. 
 
 
 
 
 
Projeção de Fischer: representação bidimensional 
1
2
3
C
4
plano da folha de papel
observador
12
4
3
12
4
3
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Compostos com estereocentros: 
- cadeia principal seja escrita verticalmente; 
- substituintes sejam escritos horizontalmente. 
- Linhas verticais representam ligações que são projetadas para trás 
do plano do papel 
- Linhas horizontais representam ligações que são projetadas para fora 
do plano do papel 
 
 
 
 
 
Regra normal
R S
Regra invertida
4
3
21
3
4
21
S R
2
3
41
3
1
24
o grupo de menor prioridade (4) se encontra o mais afastado possível do observador 
o grupo de menor prioridade (4) se encontra o mais próximo possível do observador 
 
 
 
 
 
(S)-ácido lático (R)-ácido lático 
Exemplos: 
1
2
4
3
R
1
2
3
4S
CHO
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
*
*
*
*
D-glicose
R
R
Par de enantiômeros  propriedades físico-químicas idênticas (ponto de fusão, ponto de 
ebulição, etc...), exceto o sentido do desvio do plano da luz polarizada 
  
 enantiômeros puros são compostos opticamente ativos 
Propriedades dos ENANTIÔMEROS: Atividade ótica. 
 
Polarímetro: Aparelho usado para medir o efeito da luz plano polarizada 
em compostos opticamente ativos. 
D 
 
onde [] = rotação específica 
  = rotação observada em graus 
 c = concentração em g cm-3 
 l = comprimento do tubo em dm 
D 
Os enantiômeros giram o plano da luz polarizada com o 
mesmo valor de ângulo []D mas em direções opostas; 
•Direção horária, a rotação , será positiva (+) e a substância é dita dextrógira, 
do latim dexter, direita. 
 
•Direção anti-horária, a rotação , será negativa () e a substância é dita 
levógira, do latim laevus, esquerda. 
A rotação específica depende da temperatura e do comprimento de onda da 
luz que é usada.Uma rotação específica é dada como segue: []D
25 = + 3,12º 
 
Isso significa que a linha D de uma lâmpada de sódio ( = 589,6 nm) foi usada 
para a luz e que a temperatura foi mantida a 25oC. 
 
Uma mistura equimolar dos dois enantiômeros é opticamente inativa e é 
chamada forma racêmica (ou mistura racêmica ou racemato). 
É designada como () e []D
25 = 0º 
levógira dextrógira 
32 
 
 
Princípio 
Importante: 
Não existe correlação 
entre as configurações 
(R) e (S) e o sentido de 
de rotação da luz plano-
polarizada 
Se uma molécula possui n C*, o número de estereoisômeros possíveis será igual a 2n 
 
3- Moléculas com mais de um carbono quiral 
CHO
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
*
*
*
*
D-glicose = 4 C* 16 estereoisômeros
Ex: 
 
CH3 CH CH CH3
Br Cl
* *
2-bromo-3-clorobutano
2C*, 22= 4 estereoisômeros possíveis 
Projeção de Fischer: 
espelho
CH3
BrH
ClH
CH3
CH3
HBr
HCl
CH3
CH3
BrH
HCl
CH3
CH3
HBr
ClH
CH3
espelho
A B C D
Quais são as relações entre os 4 estereoisômeros? 
A e B são imagens um do outro. Eles são enantiômeros. 
C e D são imagens um do outro. Eles são enantiômeros. 
A com C e D não são imagens um do outro. Eles são diastereoisômeros. 
B com C e D não são imagens um do outro. Eles são diastereoisômeros. 
 
 
 
A B
DC
enantiômeros
diastereoisômeros
Par de diastereoisômeros.  propriedades físico-químicas diferentes (ponto de fusão, 
ponto de ebulição, []D etc...) 
 
Ex: 
 
CH3 CH CH CH3
Br Cl
* *
2-bromo-3-clorobutano
2C*, 22= 4 estereoisômeros possíveis 
Projeção de Fischer: 
espelho
CH3
BrH
ClH
CH3
CH3
HBr
HCl
CH3
CH3
BrH
HCl
CH3
CH3
HBr
ClH
CH3
espelho
A B C D
S 
R S 
R S 
S R 
R 
Ex: 
 
CH3 CH CH CH3
Br Cl
* *
2-bromo-3-clorobutano
2C*, 22= 4 estereoisômeros possíveis 
Fórmulas Tridimensionais 
Br
Cl
Br
Cl
Br
Cl
Br
Cl
R 
R 
S 
S 
R 
S 
S 
R 
D C B A 
Composto meso 
 
 Algumas moléculas são aquirais embora contenham centros estereogênicos. 
- 2,3-dibromobutano : 2C*, 4 estereoisômeros? 
Enantiômeros 
As estruturas C e D são iguais e possuem 
plano de simetria 
Composto meso 
(composto aquiral, , []D =0) 
 Os três estereoisômeros possíveis 
para o 2,3-dibromobutano são um 
composto meso e um par de 
enantiômeros. 
Exemplo de composto meso: 
 
*
H H
OH OH
* *
H H
OH OH
*
espelho
*
H H
OH OH
*
plano de simetria
Molécula com 2C* 
- Possui um plano de simetria 
- A sua imagem é idêntica 
- Aquiral 
*
H OH
OH H
* *
OH H
H OH
*
espelho
Molécula quiral 
- Não possui um plano de simetria 
- A sua imagem é diferente : par de ENANTIÔMEROS 
composto meso 
4- Outras designações em estereoquímica 
É comum no estudo de substâncias quirais, além das designações R-S, as letras 
D-L antes dos nomes de alguns compostos, principalmente de carboidratos e 
aminoácidos. (usando projeção de Fischer) 
 
 
 referência: gliceraldeído 
 
 
[α]25D = +8,7
o (em água) [α]25D = −8,7
o (em água) 
A- Carboidratos 
A partir da projeção de Fischer, considerar a hidroxila ligado ao carbono quiral 
mais afastado da função carbonila. 
 
Quando esta hidroxila está a direita, o enantiômero é D 
Quando esta hidroxila está a esquerda, o enantiômero é L 
CHO
OHH
HHO
OHH
OHH
CH2OH
*
*
*
*
D-glicose
CHO
HHO
OHH
HHO
HHO
CH2OH
*
*
*
*
L-glicose
CHO
OHH
HHO
HHO
OHH
CH2OH
*
*
*
*
D-galactose
CHO
HHO
OHH
OHH
HHO
CH2OH
*
*
*
*
L-galactose
A posição dos 4 substituintes é fundamental. 
Na vertical: Para cima: COOH 
 Para baixo: R 
Na Horizontal: H e NH2 
Se o grupo NH2 está a esquerda: aminácido L 
Se o grupo NH2 está a direita: aminácido D 
 
 
 
 
 
B- Aminoácidos 
COOH
R
HH2N
aminácidos L (naturais)