Estereoquímica em Compostos Orgânicos

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QUÍMICA ORGÂNICA AVANÇADA 
UNIDADE 1: ESTEREOQUÍMICA 
 
1.1. Isomerismo Molecular 
 
1.2. Simetria em Compostos Orgânicos 
 
1.3. Estereoisomerismo 
 
1.4. Nomenclatura de Estereoisômeros 
 
1.5. Estereoquímica com Heteroátomos 
 
1.6. Estereoquímica sem Átomos Quirais 
 
1.7. Topicidade e Prostereoisomerismo 
 
1.8. Topicidade e Espectroscopia de RMN de 1H 
 
1.9. Atividade Óptica e Quiralidade 
 
1.10. A Projeção de Fischer 
 
1.11. Configuração Absoluta 
 
1.12. Métodos de Determinar a Configuração Absoluta 
 
1.13. Síntese Assimétrica 
 
1.14. Confôrmeros Acíclicos e Cíclicos 
 
Bibliografia Sugerida: 
 
1. Eliel, E. L. and Wilen, S. H. Stereochemistry of Organic Compounds; John Wiley & 
Sons, Inc.: New York, 1994. 
 
2. Buxton, S. R.; Roberts, S. M. A Guide to Organic Stereochemistry; Longman, 
Edinburgh, Inglaterra, 1996. 
 
3. Romero, J. R. Fundamentos de Estereoquímica dos Compostos Orgânicos. Editora 
Holos, Ribeirão Preto, SP, 1998. 
 
* Os itens de 1.1 a 1.8 foram baseados totalmente no material didático desenvolvido pelo 
Prof. Sergio Pinheiro da Universidade Federal Fluminense. 
2
1.1 - ISOMERISMO MOLECULAR
Estereoquímica → estuda a geometria espacial das moléculas
Importância: nas propriedades físicas das moléculas, no curso
 e no mecanismo de reações, na espectroscopia, etc.
 Estereoisômeros: são isômeros espaciais
Geométricos (cis-trans)
(trans) (cis)
(cis) (trans)
Confôrmeros interconvertíveis por rotação 
em torno de ligação simples .
Cl
Cl
H
H
H
Cl
H
Cl
Moléculas iguais
(em equilíbrio)
Conformações
diferentes
Configuracionais (ópticos) átomos têm arranjos 
espaciais diferentes
b
ac
d
b
a
d
ce
Configurações diferentes
Não são a mesma molécula 
Se interconvertem por
quebra de ligações
Homômeros são a mesma molécula. Têm fórmulas moleculares iguais
e mesmo arranjo dos átomos.
Isômeros são moléculas diferentes. Têm fórmulas moleculares iguais
e diferentes arranjos dos átomos.
3
1.2 - SIMETRIA EM COMPOSTOS ORGÂNICOS
Quiralidade → é um fenômeno molecular. Está associada à presença de
 elementos de simetria nas estruturas dos compostos.
Elemento de simetria → é uma operação que interconverte certas partes de
uma molécula em outras, de tal modo que a estrutura final seja idêntica ao
desenho original.
1.2.1- Elementos de simetria
a) Eixo Próprio (Cn)
É o eixo de ordem n tal que quando uma molécula é rodada de 360o/ n ao
redor desse eixo Cn faz com que a nova molécula seja idêntica à original.
ATENÇÃO ! Moléculas lineares têm eixo C∞
C1 → ocorre em todas as moléculas (não é eixo de simetria)
Br H
H Br
180o
Br H
H Br
360o/ 180o = 2 (eixo C2)
N
H
H
H 120o NH
H
H
360o/ 120o = 3 (eixo C3)
C6
C2
C2
Eixo principal: é o eixo de maior 
ordem n 
Exerc.: Identificar todos os eixos
Cn da molécula ao lado.
EtMe C oo
4
b) Plano de Simetria (σ)
 É o plano que divide a molécula em duas porções idênticas.
c) Centro de Simetria (inversão) (Ci)
 É um ponto Ci da molécula tal que as retas que passam por Ci cortam
 pontos equivalentes na mesma distância dos dois lados de Ci.
d) Eixo Impróprio ou Alternado (Sn)
Elemento consiste de rotação de n graus sobre um eixo e reflexão no
plano perpendicular a esse eixo.
com reflexão
com rotação ou
Tanto faz começar 
(elemento S 2)
360o / 180o = 2
Ph
H H
Ph
180o
H
Ph Ph
H
H
Ph Ph
H
180o
Ph
H H
Ph
Ci Ph
H
H
Ph
H
HO2C
CO2H
H
Ci
C6
C2
C2
σ(h)
H
H
H
H
σ(v)C2
σ(h)
σ(v)
σ (v) (vertical) plano
que contém o eixo principal.
σ (h) (horizontal) plano
perpendicular ao eixo principal.
5
ATENÇÃO ! Qualquer molécula pode ser classificada através das
 operações de simetria.
1.2.2- Simetria e quiralidade
 A presença de pelo menos um dos elementos de simetria de reflexão
(σ, Sn ou Ci) faz com que a molécula seja sobreponível, ponto a ponto, à
sua imagem especular: molécula aquiral
a
bc
c
a
b c
c
180o
(tem σ e C2)
b a a b
(tem σ e S2)
H
H
σ, C2
2 planos σ
1 eixo C2
N
H
H
H
σ
C3
3 planos σ
1 eixo C3
Cl
Cl
C2
1 eixo C2
Molécula
quiral - não é sobreponível, ponto a ponto,
à sua imagem especular.
- não tem σ, Sn nem Ci
a
b
Cd
e b
a
C
e
d
* *
(não sobreponíveis)
C* carbono assimétrico
[α]D 0o
6
PPh2
PPh2O
O
(R,R)-DIOP
C2
CO2Et
CO2EtHO
HO
H
H
C2
(+)-DET
OH
OH
(R)-BINAFTOL
C2
Moléculas quirais (tipos)
- assimétrica não tem elementos de simetria; geralmente tem C*
O
D-(+)-cânfora
CN
Br
Cl
H
- dissimétrica tem eixo de simetria Cn
Cl
Cl C2
Cl
Cl
180o
enantiômeros
C2 é o eixo Cn mais importante !
Cl
Cl
L-(-)-cânfora
O
enantiômeros
NC Cl
Br
H
enantiômeros
CO2H
CO2H
H
HO
OH
H
ácido (-)-tartárico
C2
7
GRUPOS PONTUAIS
Grupo pontual de simetria → é o grupo de todas as moléculas que
 contêm o mesmos elementos de simetria.
H H
O
C2
Cl
Cl
H
C
H
C2
2 planos σ
1 eixo C2
2 planos σ
1 eixo C2
Grupo pontual 
C2v
C2v
C2 eixo de maior n 
Cv plano σ contém o 
eixo de maior n
H
NH
H
H
ClClCl
C
Grupo pontual
σ, C3
3 planos σ
1 eixo C3
σ, C3
3 planos σ
1 eixo C3
3V
8
Exemplos: moléculas quirais
CH3
OHHPh
Grupo pontual C1
Não há elementos de simetria
OH
OHC2
H
Cl
Cl
H
H
Cl
ClH
C2
Grupo pontual Cn Moléculas com eixo próprio Cn (dissimétricas)
O
OH
NO2
Cl
NO2
Cl NO2
Cl
C2
alenos com padrão abC=C=Cab
NO2
Cl
Grupo pontual Dn Moléculas com n eixos C2 ao eixo principal Cn.
O
O
bifenilas em ponte
nas posições α,α'
C2
(Grupo pontual C2)
(Grupo pontual D2)
Cn = C2
Cn = C2
C2
bifenilas com substituintes iguais em posições orto (Grupo pontual C2)
(Grupo pontual D2)
Moléculas assimétricas
9
Determinação do grupo pontual:
Grupos pontuais que contêm moléculas quirais: C1, Cn e Dn
Cn 
não
S2n
sim
com Cn ?
Há Sn colinear
não
Cnv
sim
eixo principal ?
contendo o
Há n planos σ 
não
Dn
Dnd
não
sim
ângulos entre C2 ?
que biseccionam
Há n planos σ
nãoDnh
sim
σ Cn ?
Há plano
sim
Há n eixos C2 Cn ? 
Selecionar o maior Cn;
S2~~Ci
Cl
sim
não
Há centro Ci ?
não
Cs
sim Há plano σ ?
não sim
Há eixo Cn ?
não
Ohsimoctaedro ?
Molécula énão
Td
sim
regular ?
tetraedro
Molécula é
Moléculas
assimétricas
Moléculas
dissimétricas
Moléculas
dissimétricas
assimétricas e
10
Exemplos: Moléculas aquirais
Grupo Td
Cl
Cl
Cl
Cl
moléculas
com alta simetria
Si
F
F
F
F F
F
Grupo Oh moléculas 
com alta simetria
(octaedros e cubos)
Grupo Cs moléculas 
com plano de simetria e 
Cl
Br H H
H Cl
O CHO
H
OHH
H
CR2XY
RCHO
sem eixode simetria
Grupo Ci = S2
não têm eixo de simetria
CO2H
CO2H
HHO
H OH
N
N
H O
O H
não têm plano de simetria 
têm centro de simetria
H CO2Me
O=C=O
Grupo Dooh compostos com 
simetria cilíndrica 
11
Grupo Dnh
têm eixo Cn (principal)
têm plano de simetria 
Cl
Cl
têm n eixos C2 perpendi- 
 culares ao eixo principal
perpendicular ao
eixo principal
(D2h) (D2h)
(D3h) (D3h)
(D6h)
Grupo Dnd
(D2d) (D2d) (D3d)
têm eixo principal e n eixos 
C2 perpendiculares a ele
existem n planos que inter-ceptam o eixo principal
Grupo C2V
(C2V)
Br
H H
O
(C2V) (C2V)
moléculas 
com um eixo Cn e 
n planos de simetria
12
1.3- ESTEREOISÔMEROS
Enantiômeros → estereoisômeros em que um é a imagem especular e não
 sobreponível, átomo por átomo, do outro.
ATENÇÃO ! Mistura racêmica (par d,l) é opticamente inativa.
= - 42,9oD
27[α]= + 42,9oD27[α]
CH3
HO
Ph
H
CH3
OH
Ph
H +
(1 mol) (1 mol)
Ph
OH
= 0oD
27[α]
Se um dos 
enantiômeros
for predominante 
na mistura, essa
é opticamente
ativa.
CUIDADO !
CH3
OHHPh HO
CH3
Ph
H
[α]D = + 42,927 [α]D = - 42,9
27
Uma molécula só pode ter um enantiômero
Em meio aquiral, dois enantiômeros só
diferem pelo sinal do [α].
Cada enantiômero é quiral
C2
Em enantiômeros: todos os centros quirais são invertidos
CO2H
CO2H
H
HO
OH
H
ácido (-)-tartárico
CO2H
CO2H
OH
H
H
HO
Ph CO2Me
OH
Ph CO2Me
OH
Enantiômeros: podem ser assimétricos ou dissiméticos
CO2H
CO2H
H
HO
OH
H
CO2H
CO2H
OH
H
H
HO
OH OH
par (d,l) assimétricos
ácido (+)-tartárico (d, l) ou (R, S) ou +_
dissimétricospar (d,l)
13
Diastereoisômeros → estereoisômeros em que um não é a imagem
 especular do outro. Um ou ambos podem ser
 opticamente ativos.
Cl Me 2 C* 2
2 = 4 estereoisômeros possíveis
22/2 = 2 pares (d,l) possíveis
Cl Me Cl Me Cl Me Cl Me
(d,l) (d,l)
diastereoisômeros
(todos são quirais: não têm σ, Ci nem Sn)
H OH
H OH
HO H
H OH
σ
meso (aquiral)
H OH
HO H
(d,l)
enantiômeros
(quirais)
diastereoisômeros
diastereoisômeros
(aquirais: têm plano σ)
14
Alguns termos importantes:
Meso → estereoisômero que tem um número igual de grupos identicamente
 ligados e enantioméricos e nenhum outro grupo quiral. É aquiral
Epímeros → diastereoisômeros que diferem entre si pela configuração de
 apenas um dos centros quirais.
Anômeros → são epímeros no carbono anomérico.
H OH
HH
OHH
σ
H
Ph
H
Ph
σ
Formas meso sempre 
têm plano de simetria
O
OH
HO
HO
HO
HO
O
OH
HO
HO
HO
HO
(β-D-glicose) (α-D-glicose)
O
Cl
But
(anômero β)
O
Cl
But
(anômero α)
Et Et
15
1.4- NOMENCLATURA DE ESTEREOISÔMEROS
1.4.1- Para configuração relativa
2o modo: eritro-treo
Usada para sistemas acíclicos com 2 centros quirais onde dois 
dos substituintes são iguais e o terceiro é diferente.
Usar projeções de Fischer ou formas em cavalete eclipsadas! 
Y
Z
W
X
W
X
Y
X W
X W
Z
eritro substituintes iguais
do mesmo lado
(Atenção! Se Y = Z meso) 
Y
Z
X
W
W
X
Y
X W
W X
Z
treo substituintes iguais
em lados diferentes
(Atenção! Se Y = Z d,l) 
Ex: D,L; R,S; (+) / (-)
da molécula. dá a geometria espacial- absoluta
Ex: cis-trans, eritro-treo, syn-anti
(quirais ou não).diferentes centros
dá a relação entre átomos ligados a- relativa
Configuração
1o modo: cis-trans
Et Et
cis trans cis trans
Et Et
Z E
16
ficam no plano.
Prioridade: maiores cadeias de carbonoem
zig-zag !
CO2Me
H
MePh
H
HO
syn 
dos C
CO2Me
H
MePh
HO
H
Usar forma 
3o modo: syn-anti
Mais usada para sistemas acíclicos com 2 ou mais centros quirais. 
anti 
OH e Me em lados
diferentes
Y
N
Z
X
N
Z
X Y
(syn) (anti)
X Y Z
prioridade
Cahn-Ingold-Prelog
17
1.4.2- Para configuração absoluta
prioridade
A B C D
S: sentido anti-horário
A
C
B
D
R: sentido horário
A
B
C
D
Nomenclatura atual: baseada no sistema Cahn-Ingold-Prelog . 
2o modo: Nomenclatura R,S
 
H
i-Pr H
R
S
But Et
R R
N Ph
H
H R
Atualmente: só é usada para carboidratos e aminoácidos. 
1o modo: Nomenclatura D,L
Nomenclatura antiga: baseada nos enantiômeros do gliceraldeído.
CHO
OHH
CH2OH
CHO
HHO
CH2OH
D-(+) L(-)
gliceraldeído
(açúcares naturais: série D )
CO2H
NH2H
CH3
CO2H
HH2N
CH3
L(-)D-(+)
glicina
(aminoácidos naturais: série L ) 
18
ATENÇÃO! Carbono pseudo-assimétrico → é um carbono quiral contido
 em uma molécula aquiral.
Br
OH OH
Br
OH OH
Br
OH OH
Br
OH OH
Br
OH OHH OH
H Br
H OH
H OH
Br H
H OH
Br
OH OH
Br
OH OH
Ex.:
2
3
4
C3 pseudo-assimétrico
assimetria depende das
configurações de C2 e de C4
2 4
1o caso σ
2 4
σ
C3: r C3: s
(moléculas diferentes)
prioridade: R S
Br C2 C4
prioridade
molécula aquiral
C2: R; C4: S
C3 pseudo-
assimétrico
Cahn-Ingold-Prelog:
r s
2o caso
2 4
moléculas quirais
C3 aquiral
C2: R; C4: R
não é σ
nem C2
2 4
C2: S; C4: S
não é σ
nem C2
Moléculas são
assimétricas
enantiômeros
(moléculas diferentes)
19
1.5- ESTEREOQUÍMICA COM HETEROÁTOMOS
Estereoisomerismo → ocorre em átomos centrais diferentes do carbono.
a) Substâncias com átomos assimétricos trivalentes
b) Substâncias com outros átomos assimétricos tetravalentes
no P é muito lenta !
Inversão do guarda-chuva
(d,l)
P
Ph Et
MeP PhEt
Me opticamente ativos
Fosfinas, sais de sulfônio 
e não enantiômeros.
Moléculas são iguais,N
Ph Et
Me
N
PhEt
Me
(inversão do guarda-chuva)
equilíbrio rápido leva à perda da quiralidade Aminas e NH3 
e sulfóxidos são
(d,l)
S
O Et
Me
S
OEt
Me
BrBr
S
Ph Et
MeS PhEt
Me
(d,l)
N
Et Me
Pr
O
N
EtMe
Pr
O
(d,l)
BrBr N
Et Me
Pr
H
N
EtMe
Pr
H
(d,l)
compostos de Si,
(d,l)
H
Si
Ph But
Me
H
Si
PhBut
Me sais de amônio e N-óxidos
20
1.6- ESTEREOQUÍMICA SEM ÁTOMOS QUIRAIS
 Certas substâncias podem ser opticamente ativas mesmo sem possuir
 centros quirais.
 Principais casos: rotação restrita origina planos dissimétricos e perpendi-
 culares. Pertencem ao grupo pontual Cn (dissimétricas).
diferentes em ortobifenilas com substituintes volumosos e 
O2N
Et
Me
NO2 Et
NO2 Me
NO2
(d,l)
ATROPISÔMEROS são
confôrmeros que são separáveis
devido a rotação reatrita em C-C
Ex.:
Ex.: alenos dos tipos abC=C=Cab e abC=C=Cde 
 
Me
Et
Et
Me
Et
Me
Me
Et
(d,l)
Ex.: certos alquilidenocicloalcanos
 
certos espiranos substituidos 
 
Ex.:
H
CO2H
H
Me
(d,l)
H
HO2C
H
Me
Et Me
Me
Et
Me Et
Me
Et
H
Cl
H
Me
H
Cl
H
Me
(d,l)
21
1.6.1. "MOLECULAR PROPELLERS" E "GEARS"
"Molecular Propellers"
São moléculas análogas às hélices de barcos e aviões e são um caso
especial de atropisomerismo. As "palhetas" da hélice são torcidas no mesmo
sentido, sendo constituidas de grupos planares (geralmente anéis aromáticos
com substituintes diferentes), que não são coplanares entre si. A não
coplanaridade é devida a rotação impedida nas ligações simples.
Se os 3 anéis forem perpendiculares ao plano sp2 do boro há 4 pares (d, l): os
substituintes X, Y e Z ficam acima e abaixo do plano trigonal do boro.
OBS: Se os anéis forem torcidos (e não perpendiculares ao plano sp2 do B),
há helicidade. Anéis torcidos p/ a direita e p/ a esquerda dão 8 pares (d, l).
BY
Z
X
B
X Z
Y
(d, l)
BY
Z
B
Z
Y
(d, l)
X X
BY
X
B
X
Y
(d, l)
Z Z B
Z
X
B
X Z
(d, l)
Y Y
B
X
Z
Y
B
um "propeller" não é um "propeller"
quiral; grupo C1
(assimétrica)
quiral; grupo Dn
X = Y = Z X = Y = Z
22
O átomo central da hélicedo "propeller" pode ser assimétrico.
Ex.: carbono assimétrico
Os estereoisômeros dos "molecular propellers" podem ser interconvertidos
através de mecanismos em "flip" envolvendo 0, 1, 2 ou os 3 anéis.
Conseqüência no espectro de 1H-RMN:
X
Z
YH
16 pares (d, l)
X
Z
YH
8 pares (d, l)
X
Y
Z
(há eixos C2)
Presença de eixos C2
nos anéis diminui o
número de pares (d, l)
0 anéis
1 anel
2 anéis
3 anéis
flip
flip
flip
flip
N
Ph
X
X = CO2CH3
1H-RMN (CD2Cl2) a -40
oC: há duplicidade de sinais
(há mistura de dois diastereoisômeros)
1H-RMN (CD2Cl2) a 25
oC: sinais dos dois
diastereoisômeros coalescem
Barreira de energia para interconversão dos
diastereoisômeros é relativamente baixa a 25oC
(17,8 kcal/ mol)
23
Gears
São engrenagens ("gears") observadas em moléculas aquirais onde a
rotação impedida em torno de ligações simples é decorrente de tensões de
van der Waals entre grupos não ligados.
H
H
HH
H
Grupo pontual
C6h
H
H3C
H3C
H
H3C
CH3
H
CH3H3C
H
CH3
CH3
Grupo pontual
C2h
"Gears" estáticos
Há conformações
preferenciais em C-C
Rotação restrita
em torno de C-C
H
Grupos isopropila são isócronos
24
1.7- TOPICIDADE E PROSTEREOISOMERISMO
Dá as relações entre átomos, grupos e faces em uma dada molécula.
1. Para átomos e grupos
As relações entre dois átomos (ou grupos) são dadas pela substituição de um
deles por um terceiro átomo (ou grupo). O conceito é usado principalmente
para distingüir dois átomos de hidrogênio presentes no mesmo carbono.
1o CASO Moléculas do tipo CH2X2
H1
H2 X
X
H1 X D
H2 X D
D
H2 X
X
H1
D X
X
rotação
Produtos são iguais
H1 e H2 iguais
(HOMOTÓPICOS)
2o CASO Moléculas do tipo CH2XY
H1
H2 X
Y
H1 X D
H2 X D
D
H2 X
Y
H1
D X
Y
rotação
Produtos são
enantiômeros
H1 e H2 são
ENANTIOTÓPICOS
Hidrogênios homotópicos e enantiotópicos não são diferenciados
por 1H-RMN sob condições de simetria (ex.: CDCl3 na ausência de
reagentes de deslocamento quirais).
25
ATENÇÃO! PRÓ-QUIRAL termo usado para grupo (ou molécula)
que tem dois átomos (ou grupos) enantiotópicos. A substituição
por um terceiro átomo (ou grupo) produz uma molécula quiral!
Ph
CO2Me
H1 H2
centro
pró-quiral
1. LDA, THF
2. CH3I
Ph
CO2Me
H1 CH3
centro quiral
molécula quiralmolécula aquiral
(pró-quiral)
H1 e H2: são pró-quirais
(enantiotópicos)
Posição benzílica
também é pró-quiral Ph
CO2Me
H1 H2 centro
pró-quiral
OBS:
3o CASO Moléculas do tipo XH2C-C*
H1 X D
H2 X D
Produtos são
diastereoisômeros
H1 e H2 são
DIASTEREOTÓPICOS
Hidrogênios diastereotópicos são diferenciados por 1H-RMN
sob condições de simetria.
X
H1
H2
R1
R2
R3
C* = centro quiral
C* X
D
H2
R1
R2
R3
X
H1
D
R1
R2
R3
26
 Atenção!!! O centro quiral pode estar afastado, mas os hidrogênios
 continuam sendo diastereotópicos.
Nomenclatura de átomos e grupos pró-quirais: sistema Cahn-Ingold-Prelog
 (nomenclatura R, S)
O
H1 H2
Et But H1 e H2 são diastereotópicos
Os H em cada CH2 são
diastereotópicos entre si.
O
H2 H1
(pró-quiral)
H1 x D
H2 x D
O
H2 D
O
D H1
R (quiral)
S (quiral)
R
S
H1 e H2: pró-quirais
(enantiotópicos)
H1 pró-R (HR)
H2 pró-S (HS)
27
2. Para faces
Também existe topicidade em faces de moléculas trigonais.
1o CASO Moléculas do tipo
Produtos são iguais
(HOMOTÓPICAS)
2o CASO Moléculas do tipo
rotação
Produtos são
enantiômeros
ENANTIOTÓPICAS
R R
X
R R
O
Nu
_
Nu
_
ataque
por trás
ataque
pela frente
R R
Nu OH
R R
Nu OH
H3O
+
H3O
+
R R
O
faces iguais
R R1
X
rotaçãoR R1
O
Nu
_
Nu
_
ataque
por trás
ataque
pela frente
R R1
Nu OH
R R1
Nu OH
H3O
+
H3O
+
R R1
O
faces são
(PRÓ-QUIRAIS)
28
3o CASO Moléculas do tipo
Produtos são
diastereoisômeros
DIASTEREOTÓPICAS
R R*
X
Nu
_
Nu
_ ataque
por trás
ataque
pela frente
H3O
+
H3O
+ R R*
O
faces são
R* = grupo contendo
centro quiral
R
O
R1
R2 R3
R
R1
R2 R3
Nu OH
R
R1
R2 R3
Nu OH
ATENÇÃO ! O estereocentro pode estar afastado da C=X.
Ph
O
H1 H2
H3 H4 Et
estereocentro
faces de C=O são diastereotópicas
H1 e H2 são diastereotópicos
H3 e H4 são diastereotópicos
29
Nomenclatura de faces pró-quirais (enantiotópicas): usar o sistema
 Cahn-Ingold-Prelog (nomenclatura R, S)
Y Z
X
face Si
Z Y
X
face Re
Prioridade: X Y Z
(na nomenclatura R, S)
Atenção! X é sempre o de
maior prioridade
(X = O, S, NR, etc)
Exemplo:
Et Me
O
Nu
_
face Re
Nu
_
Nu
_ H3O
+
H3O
+
face Si
_
Nu
Et Me
HO Nu
Et Me
HO Nu
30
1.8- TOPICIDADE E ESPECTROSCOPIA DE 1H-RMN
Hidrogênios homotópicos e enantiotópicos → não acoplam entre si e não
 são diferenciáveis (δ iguais)
 no espectro de 1H-RMN.
Ex.: hidrogênios homotópicos
Ex.: hidrogênios enantiotópicos
N N
Ha Hb
Ha e Hb: homotópicos
1H RMN (300 MHz, CDCl3)
Ha e Hb: 3,20 ppm (s, 2H)
Ha e Hb
N OCH3
Ha Hb
Ha e Hb: enantiotópicos
Ha e Hb: 3,44 ppm (s, 2H)
1H RMN (300 MHz, CDCl3)
Ha e Hb
31
Hidrogênios diastereotópicos → acoplam entre si e são diferenciáveis
 (diferentes δ) no espectro de 1H-RMN.
Ex.:
Ex.:
O
O
CO2CH3
Ha Hb
carbono
quiral
+_
Ha: 2,98 ppm (d, 1H, JHaHb = 15 Hz)
Hb: 2,66 ppm (d, 1H, JHbHa = 15 Hz)
Padrão AB:
1H RMN (100 MHz, CDCl3)
Hb
N
O
Ha Hb
H3
Ha: 2,68 (dd, JHaHb = 12,6 Hz e JHaH3 = 3,0 Hz)
Hb: 2,38 (dd, JHaHb = 12,6 Hz e JHaH3 = 7,2 Hz)
1H RMN (300 MHz, CDCl3)
Ha
 32
1.9- ATIVIDADE ÓPTICA E QUIRALIDADE 
 
Jean Baptiste Biot, físico francês - 1815: Ele descobriu que algumas substâncias 
naturais (glicose, nicotina, sucrose, ) giravam o plano da luz polarizada e outras 
não. 
Qualquer molécula que gira o plano da luz polarizada é dito ser opticamente 
ativa. Se uma substância pura é opticamente ativa, a molécula não é superponível 
na sua imagem especular. Se a molécula é superponível na sua imagem especular a 
substância não gira o plano da luz polarizada, e ela é então opticamente inativa. 
Enantiômeros somente podem ser discriminados na presença de um agente 
quiral. O plano da luz polarizada é um agente quiral. Se uma luz normal é passada 
através de um filtro polarizador, tal como um polaróide, o vetor de campo elétrico, 
associado com a propagação da luz, oscila num plano único perpendicular à direção 
de propagação. 
Fi lme Po la ro id
L u z
p o l a r i z a d a
 
Este plano de luz polarizada pode ser descrito como sendo composto de duas 
ondas em hélice, enantioméricas, circulando em torno do eixo de propagação em 
direções opostas. Cada hélice tem um vetor campo elétrico associado, e as duas 
ondas estão em fase de tal forma que a qualquer tempo as contribuições dos dois 
 33
vetores campo elétrico para a propagação se cancelam exceto no plano de 
propagação. 
 
 
Os campos elétrico e magnético de um raio de luz ordinária em um plano. 
(T.W.G. Solomons “Organic Chemistry”, John Wiley & Sons, Inc. 1996, 6th Ed.) 
 
Quando a luz plano polarizada é passada atravésde uma solução contendo 
uma substância quiral há uma interação diastereoisomérica. As moléculas quirais 
refratarão uma hélice mais que outra; cada componente terá um índice de refração 
diferente num meio quiral. Se as moléculas quirais são todas de mesma 
configuração, ou um enantiômero está em excesso, o plano da luz polarizada será 
girado em relação ao plano original. 
 
E
< a'
EL
X
ER
Y
 
Este fenômeno forma a base da análise de enantiômeros pela suas rotações 
óticas. Um aparelho chamado polarímetro é usado para estudar rotações óticas 
 34
passando luz plano-polarizada monocromática (usualmente a linha D do sódio a 589 
nm) através de uma célula de comprimento fixo e medindo sua rotação. A rotação 
numa direção horária, em relação ao observador, olhando através da solução em 
direção a fonte de luz, é registrado como positiva (+) e uma rotação anti-horária é 
negativa (-). 
Um enantiômero com uma rotação positiva é algumas vezes descrito como d 
(destro) (não confundir com D!) e um com uma rotação negativa como l (levo). 
A quantidade de rotação a não é uma constante para um dado enantiômero, 
ela depende do comprimento do vidro da amostra, da temperatura, do solvente e 
concentração (para soluções), da pressão (para gases), e do comprimento de onda 
da luz. 
O O Po la r ímet roPo la r ímet ro
c h e m i s t r y
n e r d
samp le ce l l
po la r i ze rpo la r i ze r
N a l a m p
p lane i s
ro ta ted
ana l yze rana l yze r
aaaaaaaa
p lane -po la r i zed
l igh t
obse rved
ro ta t ion
00000
00000
r o t a t e t o nu l l 
 
 35
Rotação específica (aa ) 
 
 
a [ ] = 
a 
lc
 ( para soluções ) e a [ ] = 
a 
ld
 ( para substâncias puras ) 
 
a- rotação observada 
l- comprimento da célula (decímetros) 
c- concentração (g/mL) 
d- densidade 
 
[a]D Æ rotação foi medida com a luz D de sódio (l= 589 nm). 
 
Pureza Óptica 
A pureza óptica é uma medida do excesso de um enantiômero sobre outro 
em uma amostra opticamente ativa. Um composto opticamente puro é 100% de um 
enantiômero. Uma mistura racêmica é 0% em pureza óptica (já que os 50% de um 
enantiômero cancela a atividade óptica dos 50% do outro enantiômero). 
Por outro lado, uma amostra opticamente ativa que contenha 75% de um 
enantiômero dextrógiro (+) e 25% do levógiro (-) será somente 50% opticamente 
pura. Isto é: 25% do enantiômero (+) cancelará a atividada óptica dos 25% de 
enantiômero (-), sobrando 50% do enantiômero (+) responsável pela rotação do 
plano de luz polarizada. 
A porcentagem de pureza óptica se mede comparando a rotação específica 
da amostra, com aquela do estereoisômero puro o [a]max e aplicando a seguinte 
equação: 
% Pureza Optica = 
[a] D muestra
t0C
[a] D enantiómero puro
t0C
x 100
 
 
Por exemplo, para cada enantiômero de ácido láctico as rotações específicas 
a 150C são respetivamente: 
Acido-(-)-láctico
[a] D = 3.82
015
0C
Acido-(+)-láctico
[a] D = 3.82
015
0C
 
 36
Então, uma amostra de ácido láctico com 50% de pureza óptica produz uma 
rotação específica de +1.910 ou -1.910 (0.5 x 3.82) dependendo de qual enantiômero 
se encontra em excesso. 
Assumindo que há uma relação linear entre a rotação específica [a] e a 
concentração dos enantiômeros (o qual é certo para a maioria dos casos), a pureza 
óptica é também igual à porcentagem em excesso de um enantiômero sobre o outro: 
 
% Pureza Optica = porcentagem em excesso = 
[ ( ) ] [ ( ) ] x 100 
[ ( ) ] [ ( ) ] 
= % [ ( ) ] % [ ( ) ] 
 
 
 
Obs: com o advento da cromatografia quiral a determinação da pureza óptica pelo 
método acima ficou totalmente obsoleto, pois através da cromatografia quiral pode-
se obter rapidamente as proporções entre os enantiômeros e conseqüentemente a 
pureza óptica de maneira incontestável. 
 
 37
Quais Tipos de Moléculas Mostram Atividade Ótica? 
A descoberta de Pasteur (Louis Pasteur 1848, Sorbonne, Paris) 
H O O C C H C H C O O H
O H O H
O O C C H C H C O O
O H O H
N H 4N a
++
2-
Ácido tartárico Tartarato de amônio e sódio
(Obt ido índustr ia lmente) Pasteur cristalizou esta
substância num dia frio.
 
 
Pasteur encontrou dois diferentes cristais. Louis Pasteur separou esses 
cristais e os encaminhou para Biot medir a atividade óptica de cada um deles. 
 
(+) (-)Resultado de Biot :
Faces hemi-hedral
 
 
Pasteur decidiu que as moléculas que faziam os cristais, assim como os 
cristais, deveriam também ser imagens especulares uma da outra. Cada cristal, 
portanto, deveria conter um simples tipo de enantiômero. 
 
 38
A descoberta de Pasteur do enanciomerismo e sua demonstração de que a 
atividade óptica das duas formas do ácido tartárico era uma propriedade das 
moléculas levou, em 1874, à proposta da estrutura tetraédrica do carbono por van’t 
Hoff e Le Bel. 
Somente a geometria tetraédirca pode levar as 
Moléculas serem imagens especulares:
C
C C
Carbono
tetraédrico
Van’t Hoff e
LeBel (1874) 
 
 
Moléculas possuindo um plano de simetria são sempre oticamente inativas, 
mas existem uns poucos casos nos quais moléculas não têm um plano de simetria e 
são contudo inativas. Tais moléculas possuem um centro de simetria, tal como o 
ácido a-truxílico (exemplo c), ou um eixo alternado de simetria como no exemplo d 
(subunidade 1.2, página 4). Um centro de simetria é um ponto dentro de um objeto 
tal que uma linha reta desenhada de qualquer parte ou elemento do objeto para o 
centro e estendida a uma distância igual no outro lado encontra uma parte igual. Um 
eixo de simetria alternado de ordem n é um eixo tal que quando um objeto contendo 
tal eixo é girado por 360o/n em torno do eixo e então uma reflexão é efetuada 
transversalmente a um plano em ângulo reto ao eixo, um novo objeto é obtido que é 
indistinguível daquele original (veja mais detalhadamente na subunidade 1.2). 
Uma molécula que contém somente um carbono quiral (definida como um 
átomo de carbono conectado à quatro grupos diferentes; também chamado de 
átomo de carbono assimétrico) é sempre quiral e daí oticamente ativo. Contudo, a 
presença de um carbono quiral não é uma condição nem necessária e nem 
suficiente para atividade ótica, uma vez que atividade ótica pode estar presente em 
 39
moléculas sem átomo quiral (veja a subunidade 1.6) e uma vez que moléculas com 
dois ou mais átomos de carbono quiral são superponíveis sobre suas imagens 
especulares e daí inativas (subunidade 1.3). 
 
Rotações Especí f i cas Para A lguns Compostos Rotações Especí f i cas Para A lguns Compostos Bio loBio lo --
g i camen teg i camen te At ivosAt ivos
cholesterol -31.5
cocaine -16
morphine -132
codeine -136
heroin -107
epinephrine -5.0
progesterone +172
testosterone +109
sucrose +66.5
bb-D-glucose +18.7
aa-D-glucose +112
oxacillin +201
COMPOSTOSCOMPOSTOS [[aaaa]]DD
 
Quadro Retirado do site: http://www.chem.wwu.edu/dept/facstaff/pavia/paviacourses.shtml 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 40
1.10- A PROJEÇÃO DE FISCHER 
 
 Para um entendimento completo de estereoquímica é útil examinar modelos 
moleculares. Contudo, não é praticável quando estamos escrevendo no papel ou no 
quadro. Em 1891 Emil Fischer serviu grandemente os interesses da química 
inventando a projeção de Fischer, um método de representar carbonos tetraédricos 
no papel. Por esta convenção, o modelo é mantido de tal forma que as duas 
ligações na frente do papel é horizontal e aquelas atrás do papel são verticais. 
 
CHOCHO
HOCH2HOCH2 H
OH
OHH
CHOCHO
CH2OHCH2OH
H
CH2OHCHO
OH
P r o j e ç ã o d e F i s c h e r
P r o j e ç ã o “ c a v a l e t e ”
 
 
 
Veja com modelos moleculares: 
 41
O R I E N T A Ç Ã O D A
C A D E I A P R I N C I P A L
E D O S S U B S T I T U I N T E S
N A P R O J E Ç Ã O
D E F I S C H E R
con t inuação 
da cade ia p r inc ipa l
CH3
OHH
OHH
OHH
CH3
OH
OH
OH
H
H
H
 
 
Como obter a projeção de Fischer a partir de outras projeções: 
a) 
H H
CH3 CH3
Cl Br
H H
CH3 CH3
Cl Br
CH3
CH3
H
H
Cl
Br
Cl
CH3
Br
CH3
Cade ia p r inc ipa l em ve rme lho
Colocar a cadeia principal
verticalmente
Converter
Para a
Projeção de
Fischer
rotate
90o
Br
Cl
CH3
H
H
 
 
 42
b) 
H
OHC
OH
CH2OH
HO
H
CH2OH
CHO
HO
OHH
H
H
CHO
HO
CH2OH
HO
H
CH2OH
CHO
H OH
HO H
CHO
CH2OH
HO H
H OH
180o
 
 
De forma a obter resultados adequados através destas fórmulas, deveria ser 
relembrado que elas são projeções e devem ser tratadas diferentemente de modelos 
quando testamos superponibilidade. Todo plano é superponível na sua imagem 
especular; daí com estas fórmulas devemos fazer algumas restrições. 
 
 Restrições para as fórmulas de Fischer: 
 
 1. Não devem ser retiradas do plano do papel ou quadro; 
 2. Elas não podem ser giradas de 90o, embora 180o é permitido: 
180o
CHO
OH
OH
CH2OH
CH2OH
HO
HO
CHO
.
 
 3. É permitido manter qualquer grupo fixo e girar os outros três nos sentido 
horário ou anti-horário: 
 
CHO
H
HO H
HO CH2OH
CHO
CH2OH
HO H
H OH
 
 43
C H 3 C H 2 O H C H
C
O H
O
C H O C O O H
C
O
H
C
O
O H
AUMENTANDO O ESTADO DE OXIDAÇÃOAUMENTANDO O ESTADO DE OXIDAÇÃO
Estado de oxidação cresce
N a p r o j e ç ã o d e F i s h e r a c a d e i a p r i n c i p a l é o r i e n t a d a d e m a n e i r a q u e o g r u p o 
c o m o m a i o r e s t a d o d e o x i d a ç ã o f i q u e n o t o p o d o d e s e n h o .
C = O o n c a r b o n-2 i n c r e a s e s
t h e p r i o r i t y o f C -O H 
 
 
Rotações podem ser usados para comparações...….. 
 
 
3 
A 
A e A* são enantiômeros ? 
C H 3 
B r 
B r 
C H 
C H 
1) reflexo 
A* 3 
B r 
B r 
C H 3 
C H 
1) reflexo 
A* 3 
B r 
B r 
C H 3 
H C 
2) giro 
3 
B r 
B r 
C H 3 
H C 
2) giro 
3 
B r 
B r 
C H 3 
3) comparação 3) comparação 
 
 
 44
CO O H
OH
OH
OH
OH
CO O H
F U R T H E R H O M E S T U D Y
F i n d a l l o f t h e s t e r e o i s o m e r s f o r t h i s c o m p o u n d . G r o u p a l l e n a n t i o m e r s in pa i rs . A r e the re any 
m e s o s t e r e o i s o m e r s ? 
W i l l y o u f i n d 1 6 ( 2 4 = 1 6 )
s t e r e o i s o m e r s ? W h y o r
w h y n o t ?
 
 
 45
1.11- CONFIGURAÇÃO ABSOLUTA 
 
 Suponha que temos dois tubos de ensaio, um contendo (-)-ácido lático e o 
enantiômero (+). 
 
 Um tubo contêm I e o outro II. 
 
H
HO2C
OH
CH3
(-)-ácido lático
[a] 25
oC
D = -3,8
H
HO2C
CH3
OH
(+)-ácido lático
[a] 25
oC
D = +3,8
Tubo I Tubo II
 
 
Como nós saberemos qual é qual? Químicos no início do século ponderaram 
sobre este problema e decidiram que eles não podiam saber - para o ácido lático ou 
qualquer outra substância. Portanto Rosanoff propôs que uma substância fosse 
escolhida como padrão e uma configuração fosse arbitrariamente atribuída a ele. A 
substância escolhida foi o gliceraldeído por causa de sua relação com açúcares. Ao 
isômero (+) foi atribuída a configuração mostrada em III e dado o rótulo D 
(atualmente R pelo sistema R/S). O isômero (-), designado para ser IV, foi dado o 
rótulo L (S). 
 
 Exemplo: 
CHO
CH2OH
H OH
(+)- Gliceraldeído
 D
III
CHO
CH2OH
HO H
(-)- Gliceraldeído
 L
IV
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 46
Por exemplo, (+)-gliceraldeído, oxidado com óxido de mercúrio, fornece (-)-
ácido glicérico: 
CHO
CH2OH
H OH
(+)- Gliceraldeído
CO2H
CH2OH
H OH
(-)- ácido glicérico
HgO
 
 
Uma vez que é altamente improvável que a configuração do átomo de 
carbono central seja alterada, pode-se concluir que (-)-ácido glicérico tem a mesma 
configuração que (+)-gliceraldeído e portanto (-)-ácido glicérico é também chamado 
D. Este exemplo enfatiza que moléculas com a mesma configuração não precisam 
girar o plano da luz polarizada na mesma direção. 
Uma vez que a configuração dos ácidos glicéricos foi conhecida (em relação 
aos gliceraldeídos), foi então possível relacionar outras substâncias a um ou outro 
destes, e cada vez que uma nova substância foi relacionada, outras poderiam ser 
relacionadas a ela. Desta maneira centenas de substâncias foram relacionadas, 
indiretamente, ao D- ou L-gliceraldeído, e foi determinado que III, o qual tem a 
configuração D, é o isômero que gira o plano da luz polarizada para a direita. 
Mesmo substâncias sem átomos assimétricos, tais como bifenilas e alenos, 
têm sido colocados nas séries D ou L. Quando uma substância era colocada nas 
séries D ou L, sua configuração absoluta era dita ser conhecida. 
 
Em 1951 tornou-se possível determinar se a suposição de Rosanoff estava 
correta. Cristalografia de raios-X comum não pode distinguir entre um isômero D ou 
L, mas pelo uso de uma técnica especial, Bijvoet foi capaz de examinar tartarato de 
sódio e rubídio e descobriu que Rosanoff tinha feito a escolha correta. Foi 
historicamente adequado que a primeira configuração absoluta tivesse sido 
determinada num sal de ácido tartárico, uma vez que Pasteur fez suas grandes 
descobertas num outro sal deste ácido. 
 
 
 
 
 
 
 47
Resumindo: 
 
 48
O Sistema Cahn-Ingold-Prelog 
 
 1) Especificação de Configuração: a mais comum origem da dissimetria 
molecular em moléculas orgânicas é a presença de um ou mais centros quirais (ou 
centros assimétricos), ou seja, átomos de carbono saturado sustentando quatro 
diferentes substituintes. 
 A configuração de um centro quiral é atualmente especificada pelo sistema 
Cahn-Ingold-Prelog. 
 
 Sistema Cahn-Ingold-Prelog: os ligantes do centro quiral são assinalados 
numa ordem de prioridade: 
 
 1. Quanto maior o número atômico do átomo diretamente ligado, maior é a 
prioridade; 
 2. Se dois átomos são isótopos, aquele com maior massa atômica tem maior 
prioridade; 
 3. Um par de elétrons não compartilhados é tratado como um átomo ligante 
de número atômico zero; 
 4. Se dois átomos ligados são os mesmos, os átomos ligados a eles são 
comparados, e assim por diante, até a prioridade puder ser estabelecida; 
 5. Ligações múltiplas são trocadas por ligações simples, com ambos átomos 
considerados para serem duplicados ou triplicados. 
 
Visualiza-se a molécula ao longo da ligação do centro quiral para o grupo de 
mais baixa prioridade, com o centro quiral na frente do grupo de baixa prioridade. Se 
os grupos restantes, partindo da mais alta prioridade para a mais baixa, estão 
arranjados no sentido horário, o centro é R; se são anti-horário, S. 
 
2
c l o c k w i s e c o u n t e r
c l o c k w i s e
( r ec tus ) (s i n i s t e r)
1
2
4
3
C
C
1
4
3
R S 
 
 49
 6. Grupos próximos tomam preferência sobre todos os distantes. 
 
Usando a projeção de Fischer para denotar a configuração 
absoluta pelo sistema R/S: 
 
Exemplo: 
Coloque o grupo ou átomo com prioridade = 4 em uma das posições verticais 
e olhe para os outros 3 restantes:H
CH2OH
CHO
OH
H
OH
OHC CH2OH
1
2
3
4
1
2 3
4
R
alternativamente:
H
CH2OH
CHO
OH1
2
3
4 HOCH2 CHO
OH
2
1
4
3
H
R
#4 no topo#4 no topo
#4 em baixo#4 em baixo
A M B O S D Á
O M E S M O
R E S U L T A D O