02-Estereoquímica

Prévia do material em texto

27/4/2011
1
Estereoquímica
Química Estrutural
Prof. Jorge de A. Rodrigues Jr.
Isômeros
Compostos de mesma fórmula molecular, porém distintos.
Isômeros constitucionais
O
H
O
OH
OH
Diferença na conectividade molecular
Estereoisômeros
Mesma conectividade molecular, diferentes arranjos espaciais.
ISÔMEROS
ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS ESTEREOISÔMEROS
ISÔMEROS 
CONFORMACIONAIS
ISÔMEROS 
CONFIGURACIONAIS
ENANTIÔMEROS DIASTEREOISÔMEROS
27/4/2011
2
Configuração vs Conformação
Relevância
Interação específica com receptores biológicos.
XX XX
Relevância
Interação específica com receptores biológicos.
R-limoneno S-limoneno
Odor de laranja Odor de limão
Exemplos:
N
N
O
OH O
O
Talidomida
27/4/2011
3
Quiralidade
Cl
HHO
CH3
Cl
H OH
H3C
enantiômeros
Elementos de simetria
Não apresentam elemento de simetria.
H
CH3
Cl
H
Ph
H
H
CO2H
CO2H
H
H
Ph
C C
H Cl
Cl H
Moléculas quirais
Plano de 
simetria
Centro de 
inversão
Eixo de 
simetria
Moléculas quirais
Cl
H OH
H3C
A) Moléculas com átomos de carbono como centro estereogênico
*
* Carbono quiral
B) Moléculas com centros estereogênicos de outros átomos
P
O
H3CH2CH2 CH3
27/4/2011
4
C) Moléculas com átomos trivalentes estereogênicos
D) Adamantanos substituídos
N
X Y
Z
CH3
H COOH
Br
Moléculas quirais
Podem sofrer racemização!
E) Moléculas com rotação restrita
NO2
NO2
Cl
HOOC
HOOC
Atropoisomeria
C C C
B
A A
B
C C C
BB
A A
H3C
H
C
H
CH3
Moléculas quirais
Cl
Classificações 
Enantiômeros
Estereoisômeros que são imagens especulares não superponíveis 
um do outro. 
Diastereoisômeros
Estereoisômeros que não apresentam relação objeto/imagem 
especular. 
Isômeros meso
Apresentam centros assimétricos localizados, no entanto, 
apresentam elemento de simetria. 
HOOC COOH
HO
H H
OH
27/4/2011
5
Diastereoisômeros
Configuração R e S
Sistema Cahn-Ingold-Prelog
C
H
HO CO2H
CH3 C
CO2H
HO CH3
H
1 2
3
4
1
2
3
4
Sentido horário:
Configuração R
No caso de sentido anti-horário: Configuração S
Determine a configuração absoluta das moléculas abaixo:
Determine a prioridade relativa dos grupos:
27/4/2011
6
Os pares abaixo são enantiômeros ou são a mesma molécula?
Determine a configuração absoluta das moléculas abaixo:
Moléculas com dois centros estereogênicos
Número máximo de estereoisômeros = 2n
n = número de carbonos estereogênicos
Desenhe as espécies em projeção de Fischer
27/4/2011
7
Moléculas com dois centros estereogênicos
Grupos similares do mesmo lado = enantiômero erythro
Grupos similares em lados opostos= enantiômero threo
Moléculas com dois centros estereogênicos
CO2H
CO2H
H
H
OH
OH
CO2H
CO2H
H
HO
OH
H
CO2H
CO2H
HO
H
H
OH
A B C
Moléculas com dois centros estereogênicos
Configuração R, S
27/4/2011
8
Nomeie os compostos a seguir:
Comparando propriedades físicas de estereoisômeros
Isomeria cis-trans
27/4/2011
9
Isomeria cis-trans
Isomeria cis-trans
Isômeros cis Isômeros trans
Isômero cis Isômero trans
Desenhe os possíveis isômeros de:
2-cloro-3-hexanol
2-bromo-4-cicloexano
2,3-dicloropentano
1,3-dibromopentano
Entre todos os possíveis 
ciclooctanos que têm um cloro e um 
grupo metila como substituintes, 
quais não apresentam carbonos 
assimétricos?
Desenhe um diastereoisômero para 
cada uma das moléculas a seguir:
27/4/2011
10
Compostos meso
Representar em Fischer
Compostos meso
Compostos meso
27/4/2011
11
Quais das moléculas abaixo são quirais?
Desenhe os isômeros das moléculas a seguir:
Atividade ótica
27/4/2011
12
Atividade ótica
Atividade ótica
Moléculas opticamente ativas
Dextrorrotatória e levorrotatória
(+) ou d (-) ou l
Não confundir com R e S!
Mistura 
racêmica
Pureza óptica (op) e excesso enantiomérico (ee)
Pureza 
óptica =
Rotação específica observada
Rotação especícica do enantiômero puro
(S)-(+)-2-bromo-butano Rotação específica observada = +23,1°
Se uma amostra de 2-bromo-butano tem rotação específica 
observada de +9,2°....
Pureza 
óptica = 0,40 ou 40%
27/4/2011
13
Pureza óptica (op) e excesso enantiomérico (ee)
O ácido mandélico tem rotação específica de +158°. Qual será a 
rotação específica observada para as seguintes misturas?
25% (-) - ácido mandélico; 75% (+) - ácido mandélico
50% (-) - ácido mandélico; 50% (+) - ácido mandélico
75% (-) - ácido mandélico; 25% (+) - ácido mandélico
Uma solução preparada a partir da mistura de 10ml de uma solução a 
0,1M de um enantiômero R e 30ml de uma solução a 0,1M do 
enantiômero S resultou em uma rotação específica observada de 
+4,8°. Qual a rotação específica de cada um dos enantiômeros?
Métodos de resolução de enantiômeros
1. Conversão a diastereoisômeros
2. Separação mecânica
Alguns enantiômeros cristalizam de forma distinta, seja pela formação de sais 
ou pela adição de cossolventes, tornando viável a separação mecânica.
3. Adsorção diferencial
A utilização de fases estacionárias quirais na técnica de cromatografia 
resulta em velocidades de eluição distintas para cada enantiômero, 
viabilizando a separação.
Métodos de resolução de enantiômeros
27/4/2011
14
4. Resolução cinética
Baseia-se na diferença de velocidade de reação de dois enantiômeros com 
um reagente quiral. 
Quanto maior a diferença de velocidades, maior a velocidade de separação.
Ex:
OH
CH3
H2
cat.
OH
CH3
48% recuperado
96% ee
[Kitamura, M., et al. J. Org. Chem. 53:708, 1988]
Métodos de resolução de enantiômeros
Estereoquímica de reações
Reação estereoespecífica
Diferentes estereoisômeros utilizados como reagentes de partida, 
resultam em estereoisômeros distintos, quando submetidos às 
mesmas condições reacionais.
Reação estereosseletiva
Um único reagente forma dois ou mais estereoisômeros, sendo 
um preferencialmente formado.
Reações Estereoespecíficas
C C
H CH3
H3C H Br2 Br
BrH
H3C
H CH3
Br
BrH
H3C
H3C HBr2
C C
H H
H3C CH3
Reações de adição anti
Estereoquímica de reações
27/4/2011
15
Reações Estereoespecíficas
Br
H H
Ph
CH3Ph EtO-K+
C C
Ph H
H3C Ph
C C
Ph Ph
H3C HEtO-K+Br
H Ph
H
CH3Ph
Reações de eliminação anti
Estereoquímica de reações
Reações Estereoespecíficas
Substituição nucleofílica SN2
H3C
OTsH3C(CH2)5
H
CH3
CH3CO2 (CH2)5CH3
H
CH3CO2
-
CH3CO2
-
H
CH3CO2 (CH2)5CH3
CH3
H
OTsH3C(CH2)5
H3C
Inversão de configuração
Estereoquímica de reações
Reações Estereosseletivas
C C
H3C H
H CH3
I
H
H3C
H
H
H3C
(CH3)3CO-K+
(CH3)3CO-K +
H3C
I
H
H
H3C
H
C C
H H
H3C CH3
Produto preferencial (mais estável)
Reações de eliminação anti
Estereoquímica de reações