Aula.Teorica.10-Isomeria.Optica

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Prof. Ms. Zilvam Melo – Química Orgânica 
Estereoquímica 
A estéreoquímica estuda os fenômenos químicos que ocorrem em 
moléculas que apresentam esteroisomeria. 
Estereoisomeria 
Estereoisômeros não são isômeros constitucionais – eles têm seus 
átomos constituintes conectados na mesma seqüência. Estereoisômeros 
diferem apenas no arranjo de seus átomos no espaço. 
Os isômeros cis e trans de alcenos são estereoisômeros; podemos ver 
que isso é verdade ao examinarmos o cis- e trans-1,2-Dicloroeteno 
C
C
HCl
Cl H
C
C
HCl
H Cl
cis-1,2-Dicloroeteno
(C2H2Cl2)
trans-1,2-Dicloroeteno
(C2H2Cl2) 
Ambos os compostos apresentam a mesma fórmula molécular. A 
ordem das conexões (ligações) são exatamente a mesma nas duas 
moléculas. Os isômeros cis-1,2-Dicloroeteno e o trans-1,2-Dicloroeteno 
diferem apenas no arranjo de seus átomos no espaço. No cis-1,2-
Dicloroeteno, os átomos de cloro estão no mesmo lado da molécula, e no 
trans-1,2-Dicloroeteno os átmos de cloro estão em lados opostos. Então, o 
cis-1,2-Dicloroeteno e o trans-1,2-Dicloroeteno são estereoisômeros. 
 
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Os estereoisômeros podem ser classificados em: 
a) Enantiômeros 
b) Diastereômeros 
Enantiômeros são estereoisômeros cujas moléculas são imagens 
especulares uma da outra, que não se superpõe. 
Diastereômeros são estereoisômeros cujas moléculas não são 
imagens especulares umas das outras. 
 Se colocarmos a molécula de cis-1,2-dicloroeteno (Figura 1-a) a 
imagem que se vê não é o do trans-1,2-dicloroeteno (Figura 1b). Mesmo 
assim o cis e o trans 1,2-dicloroeteno são estereoisômeros e, como não se 
relacionam como um objeto e sua imagem especular, são diastereômeros. 
C
C
HCl
Cl H
C
C
HCl
H Cl
cis-1,2-Dicloroeteno
trans-1,2-Dicloroeteno
C
C
ClH
H Cl
cis-1,2-Dicloroeteno
Figura 1-a
C
C
ClH
Cl H
trans-1,2-Dicloroeteno
Figura 1-b 
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Isômeros cis e trans de cicloalcanos nos fornecem outro exemplo de 
estereoisômeros que são diastereômeros um do outro. Considere os dois 
compostos seguintes. 
cis-1,2-Dimetilciclopentano trans-1,2-Dimetilciclopentano
H H
CH3 CH3
H CH3
CH3 H
C7H14 C7H14 
Esses dois compostos são isômeros um do outro, porque são 
compostos diferentes que não se convertem um no outro e porque tem a 
mesma fórmula molecular. Eles não são isômeros constitucionais porque 
seus átomos estão ligados na mesma seqüência. Por tanto, são 
estereoisômeros. Eles diferem apenas no arranjo dos seus átomos no espaço. 
Como não guardam uma relação objeto imagem especular são 
diastereômeros. 
 
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Enantiômeros e Moléculas Quirais 
Enantiômeros ocorrem apenas com compostos cujas moléculas são 
quirais. Uma molécula quiral é definida com uma que não é idêntica a sua 
imagem no espelho. Uma molécula quiral e sua imagem especular são 
enantiômero. 
 A palavra quiral vem da palavra grega, cheir, que significa “mão”. 
Objetos quirais (incluindo moléculas) possuem um lado direito e um 
esquerdo. O termo quiral é usado é utilizado para descrever moléculas de 
enantiômeros porque estão relacionadas uma com a outra da mesma 
maneira que a mão direita está relacionada com a mão esquerda. Assim, 
significando moléculas assimétricas. 
 Quando você olha sua mão esquerda no espelho a imagem que você 
vê no espelho é a da mão direita e vice-versa. Suas mãos esquerda e direita 
não são idênticas, e isso pode ser mostrado pela observação que elas não 
se superpõe. Veja figura abaixo: 
 
 
 
 
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 Obejtos (e moléculas) que superpõem a suas imagens especulares 
são aquirais (simétricos). 
 Uma molécula quiral é definida como uma que não é idêntica a 
sua imagem no espelho. 
 Fisicamente, a única diferença entre os isômeros ópticos está no 
sentido para o qual desviam o plano de vibração de uma luz polarizada: 
para a direita (sentido horário) ou para a esquerda (sentido anti-horário). 
 A luz natural (aquela que recebemos do sol ou de uma lâmpada 
incandescente) é composta de ondas eletromagnéticas que vibram em 
infinitos planos perpendiculares à direção da propagação da luz. 
 
 Se pudéssemos observar um único feixe de luz a partir de uma 
extremidade, e se pudéssemos realmente ver os planos em que as 
oscilações estavam ocorrendo, descobriríamos que as oscilações do campo 
estavam ocorrendo em todos os planos possíveis, perpendicularmente. 
 Quando a luz passa através de um polarizador, a luz que antes 
vibrava em todos os planos possíveis agora passa a vibra em um único 
plano. Quando isso ocorre essa luz é chamada de luz plano-polarizada. Se 
fizermos essa luz plano-polarizada passar por uma amostra contendo 
alguma substância se o feixe de luz desviar para a direita (dextrogiro(D)) 
ou para esquerda (levogiro (L)) dissemos que essas substâncias são 
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opticamente ativas. Entretanto, se a luz não sofrer nenhum desvio 
dissemos que essa substância é opticamente inativa. 
Compostos enantioméricos apresentam o mesmo ponto de ebulição, 
mesmo ponto de fusão, mesma densidade, mesmos índices de refração, 
mesmos espectros de infravermelho e etc. Então qual a diferença entre 
dois enantiômeros? A diferença está no desvio da luz plano-polarizada. Um 
dos enantiômeros desvia a luz pra direita e outro desvia para esquerda. 
diastereisomeros não apresentam atividade óptica (opticamente inaticos) 
 
 
 
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Moléculas com um Carbono Assimétrico 
Um modo de verificarmos se a molécula de determinado composto 
orgânico é assimétrico, e portanto, apresenta atividade óptica, é observar 
se essa molécula possui átomo de carbono assimétrico. Carbono 
assimétrico(C*) ou Estereocentro é aquele que sofre hibridização sp3 e 
possui quatro grupos diferentes ligados a ele. Sempre que a molécula 
apresenta um carbono assimétrico ela possui dois isômeros opticamente 
ativos (um levogiro e outro destrogiro). Esses dois isômeros desviam a luz 
polarizada em um mesmo ângulo, entretanto em sentidos contrários. 
Se tivermos os dois isômeros em quantidades iguais um vai desviar o 
feixe para esquerda e o outro para direita com a mesma intensidade. E no 
final um anulará o outro. Assim, não será observado nenhum desvio da luz. 
Essa situação é chama de mistura racêmica ou racemato. Veja o exemplo 
abaixo: 
 
 Vamos estudar o exemplo do 2-butanol. 
 
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Observamos primeiramente que esta molécula apresenta um carbono 
assimétrico. Assim, vamos desenhá-la em sua forma tridimensional e 
colocá-la diante de um espelho: 
C
CH2
CH3
HHO
CH3
C
CH2
CH3
OHH
CH3
 
Dessa forma, observamos que os dois isômeros guardam uma 
relação objeto e imagem especular. Mas ao tentarmos superpô-las 
observamos que nem todos os átomos vão coincidir. Assim, dizemos que 
essas moléculas são enantiomeros um do outro. Um vai desviar a luz plano 
polarida para a direita e outro para esquerda. 
Nomenclatura de Enantiômeros: o Sistema (R-S) 
Para o exemplo do 2-butanol, de acordo comesse sistema, um 
enantiômero do 2-butanol deve ser designado (R)-2-butanol e o outro 
enantiômero deve ser designado (S)-2-butanol. [(R) e (S) vêm das palavras 
latinas rectus e sinister, significando direito e esquerdo, respectivamente.] 
Diz-se que essas moléculas têm configurações opostas em C-2. 
Configurações (R) e (S) são atribuídas com base no seguinte 
procedimento: 
1. Primeiramente, torna-se eficaz passar a estrutura de uma projeção 
tridimensional para uma bidimensional para facilitar seu 
entendimento. Assim, utilizaremos as fórmulas de projeção de 
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Fischer. Por convenção, projeções de Fischer são escritas com a 
cadeia carbônica principal estendida do topo ao fundo e com todos 
os grupos eclipsados. As linhas verticais representam ligações que 
são projetadas para trás do plano do papel. As linhas horizontais 
representam ligações que são projetadas para fora do plano do 
papel. A interseção das linhas vertical e horizontal representa um 
carbono, geralmente assimétrico. 
C
C2H5
CH3
HHO =
CH3
C2H5
HO H
 
2. A cada um dos quatro grupos ligados ao estereocentro (carbono 
assimétrico) é atribuída uma prioridade de 1, 2, 3 e 4 (de acordo 
com seus respectivos números atômicos) aos grupos que estão 
diretamente ligados ao estereocentro. Quem tem maior prioridade 
terá menor numeração. O oxigênio tem número atômico mais 
elevado dos quatro grupos ligados ao carbono assimétrico e recebe a 
prioridade mais elevada (1). Ao grupo com menor prioridade 
(geralmente o hidrogênio) será atribuída a menor prioridade (4). 
Não se pode atribuir prioridades ao grupo metila e etila, por essa 
regra, pois ambos apresentam átomos de carbono diretamente 
ligados ao carbono assimétrico. 
 
CH3
C2H5
1 4
 
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3. Quando uma prioridade não pode ser atribuída com base no número 
atômico dos átomos que estão diretamente ligados ao estereocentro, 
então o próximo conjunto de átomos presentes nos grupos não-
designados é examinado. Esse processo continua até que uma 
decisão possa ser tomada. Atribuímos uma prioridade no primeiro 
ponto de diferença. 
C
C
1 4
C
H H
H
HH
H
H H
 
4. Após atribuímos todas as prioridades, devemos observar se o grupo 
de menor prioridade (4) já está para trás (indicado pelas linhas 
verticais). Se este for o caso pode-se fazer o giro. No nosso exemplo, 
o grupos de menor prioridade não está para trás. Assim, devemos 
fazer a troca de dois grupos quaisquer duas vezes para podermos 
colocar o grupo de menor prioridade para trás sem que haja a 
inversão da configuração. 
3
2
1 4
4/2
3
4
1 2
1/3
1
4
3 2
Primeira
troca
Segunda
troca
 
 
Desde que, o grupo de menor prioridade fique no plano de trás não 
importa quais grupos participarem das trocas. No nosso caso, 
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primeiramente ocorreu a primeira troca do grupo 4 pelo 2. Em seguida, 
ocorreu a segunda troca do grupo 1 pelo3. 
Agora, para achar a configuração do carbono assimétrico, omitimos 
o grupos de menor prioridade e traçamos um caminho de 1 para 2 e para 
3, sem nos importamos com o 4. Se, quando fazemos isso, a direção for no 
sentido horário, o enantiômero é chamado (R). Se a direção está no 
sentido antihorário, o enantiômero é chamado de (S). Com base nisso o 2-
butanol que estamos analisando é o (R)-2-butanol. 
1
4
3 2
 
Assim, se colocarmos a molécula inicial diante de um espelho 
obteremos o enantiômeros deste composto e sua configuração será (S). E o 
nome do composto será (S)-2-butanol. 
 
Método pra detecção se duas estruturas são 
enantiômeras uma da outra ou se são duas 
representações diferentes do mesmo composto. 
C
H
CH3
Br
C
Br
Cl
H
A B
Cl CH3
 
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Uma maneira de resolver este problema, mas não a única, é 
reconhecer que trocar dois grupos no estereocentro inverte a configuração 
do átomo de carbono e converte uma estrutura com apenas um 
estereocentro em seu enantiômero; uma segunda troca recria a molécula 
original. Então prosseguindo dessa forma, mantenha a contagem de 
quantas trocas são necessárias para converter a molécula A na molécula B. 
Neste caso, vemos que duas trocas são necessárias, e, novamente, 
concluímos que A e B são os mesmos. 
C
Br
Cl
H
CH3
C
Br
CH3
H
Cl
Cl/CH3
C
H
CH3
Br
Cl
Br/H
Primeira
troca
Segunda
troca
 
Uma verificação muito útil é denominar cada composto incluindo 
sua configuração (R-S). Se os nomes são os mesmos, então as estruturas 
são as mesmas. Neste caso, ambas as estruturas são (R)-1-Bromo-1-
cloroetano. 
 
Moléculas com Mais de um Estereocentro 
(carbono assimétrico) 
Muitas moléculas orgânicas, especialmente aquelas importantes em 
biologia, contêm mais de um estereocentro. O colesterol é um exemplo de 
molécula com oito estereocentros. Podemos começar, entretanto, com 
moléculas mais simples. Vamos considerar o 2,3-Dibromopentano – uma 
estrutura com dois estereocentros. 
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CH3CHCHCH2CH3
Br Br
* *
 
 Uma regra útil fornece o número máximo de estereocentros: em 
compostos cujo isomerismo é devido a estereoisômeros tetraédricos, o 
número total de estereoisômeros não irá exceder 2n, onde n é igual ao 
número de estereocentros tetraédricos. Para 2,3-Dibromopentano não 
devemos esperar mais do que quatro estereoisômeros (22 = 4). 
 Nossa próxima tarefa é escrever fórmulas tridimensionais para os 
estereoisômeros do composto. Começamos escrevendo as fórmulas 
tridimensionais para um estereoisômero e, então, escrevemos a fórmula 
para a sua imagem no espelho. 
C
C
CH3
C2H5
BrH
BrH
C
C
CH3
C2H5
HBr
HBr
A B 
 Agora devemos passa essa estrutura para a projeção de Fischer para 
facilitar nosso entendimento. 
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A B
CH3
H Br
C2H5
H Br
CH3
Br H
C2H5
Br H
 
Agora iremos determinar a configuração do enantiômero A. Para 
isso deveremos atribuir prioridades, como visto anteriormente, para cada 
estereocentro. Assim, vamos determinar a configuração do primeiro 
carbono (estereocentro). Para isso, vamos chamar todo o grupo que está 
ligado ao primeiro estereocentro de G. Fazemos isso somente para maior 
praticidade. 
CH3
H Br
G 
Agora vamos atribuir as prioridades. O bromo tem o maior número 
atômico, então assume a maior prioridade (1). O hidrogênio assume a 
menor prioridade (4). Em seguida o carbono assimétrico está ligado a dois 
outros carbonos que têm o mesmo número atômico. Assim, devemos ver a 
quem estes carbonos estão ligados. O carbono do grupo metil está ligado a 
três hidrogênios que tem número atômico 1, já o carbono do grupo G está 
liga a um bromo, um carbono e a um hidrogênio, números atômicos 35, 6, 
1, respectivamente. Assim, a prioridade 2 será atribuída ao grupo G e a 
prioridade 3 será atribuída ao grupo metil. 
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3
2
4 1
 
 Como o hidrogênio não está para trás devemos fazer duas 
trocas: 
3
2
4 1
4/3
42
3 1
2/1
4
1
3 2
Primeira
troca
Segunda
troca
 
Agora fazemos o giro indo do 1 para o 2 e depois para o 3, sem nos 
importarmos com o 4. 
4
1
3 2
 
O giro foi no sentido anti-horário então a configuração é (S). Agora 
devemos encontrar a configuração do segundo estereocentro. 
CH3
H Br
C2H5
H Br
 
Assim, vamos determinar a configuração do segundo carbono 
assimétrico (estereocentro). Para isso, vamos chamar todo o grupo que 
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está ligado ao primeiro estereocentro de D. Fazemos isso somente para 
maior praticidade. 
D
H Br
C2H5 
Agora vamos atribuir as prioridades. O bromo tem o maior número 
atômico, então assume a maior prioridade (1). O hidrogênio assume a 
menor prioridade (4). Em seguida o carbono assimétrico está ligado a dois 
outros carbonos que têm o mesmo número atômico. Assim, devemos ver a 
quem estes carbonos estão ligados. O carbono do grupo etil está ligado a 
um carbono e dois hidrogênios que tem número atômico 6, 1, 1, 
respectivamente, já o carbono do grupo D está liga a um bromo, um 
carbono e a um hidrogênio, números atômicos 35, 6, 1, respectivamente. 
Assim, a prioridade 2 será atribuída ao grupo D e a prioridade 3 será 
atribuída ao grupo etil. 
2
4 1
3 
 Como o hidrogênio não está para trás devemos fazer duas 
trocas: 
4/2
4
3
2 1
2/3
4
2
3 1
Primeira
troca
Segunda
troca
2
4 1
3
 
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Agora fazemos o giro indo do 1 para o 2 e depois para o 3, sem nos 
importarmos com o 4. 
4
2
3 1
 
O giro foi no sentido horário então a configuração é (R). Com isso podemos 
dizer o nome do enantiômero A que é (2S, 3R)-2,3-Dibromopentano. O 
mesmo raciocínio deve ser adotado para identificar as configurações do 
enantiômero B para poder determinar sua nomenclatura corretamente. 
 Existem ainda mais duas estruturas para este estereoisômero, que 
estão representados abaixo: 
A B
CH3
H Br
C2H5
H Br
CH3
Br H
C2H5
Br H
C
CH3
H Br
C2H5
Br H
D
CH3
Br H
C2H5
H Br
 
 
Compostos Meso 
Uma estrutura com dois estereocentros nem sempre tem quatro 
estereoisômeros possíveis. Às vezes, existem apenas três. Isto ocorre 
porque algumas moléculas são aquirais embora contenham estereocentro. 
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Para entender isso, vamos escrever as fórmulas estequiométricas 
para o 2,3-Dibromobutano mostrado aqui. 
*
*
CH3
CHBr
CHBr
CH3
2,3-Dibromobutano
 
 Começamos da mesma maneira como fizemos anteriormente. 
Escrevemos para um isômero e para sua imagem no espelho. 
CH3
H Br
CH3
Br H
CH3
H Br
CH3
Br H
A B 
 As estruturas A e B não se superpõem e representam um par de 
enantiômeros. 
 Quando escrevemos a estrutura C e sua imagem especular D, 
entretanto, a situação é diferente. As duas estruturas se superpõem. Isto 
significa que C e D não representam um par de enantiômeros. As fórmulas 
C e D representam duas orientações diferentes do mesmo composto. 
CH3
H Br
CH3
H Br
CH3
Br H
CH3
Br H
C D
Esta estrutura quando girada de
180o no plano da página pode se
superpor em C
 
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 A molécula representada pela estrutura C (ou D) não é quiral 
embora contenha átomos tetraédricos com quatro grupos diferentes 
ligados. Estas moléculas são chamadas de compostos meso. Compostos 
meso, por serem aquirais, são opticamente inativos. 
Assim, para verificar a quiralidade molecular é construir um modelo 
(ou escrever a estrutura) da molécula e então testar se o modelo (ou 
estrutura) se superpõe ou não com sua imagem especular. Se sim, a 
molécula é aquiral. Se não, a molécula é quiral. 
 Outro simples teste é observar se a molécula apresenta plano de 
simetria. Plano de simetria é um plano, imaginário, que divide a molécula 
em metades que são imagens especulares uma da outra, como mostra a 
figura abaixo: