Capítulo 9 Estereoquímica

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x
I/c,
H/ \'H
H
x
I
/C,
H/ \'Y
H
Estereoquimica
Voce e canhoto ou destro? Embora nao pense muito sobre is so, a questao so-
bre a quiralidade tern urn papel muito import ante em suas atividades
diarias. Muitos instrumentos musicais, como clarinetas e oboes, apresentam
a quiralidade; a luva de beisebol mais moderna sempre se encaixa na mao
errada; os canhotos escrevem de urn modo "engra~ado". A razao fundamen-
tal para essas dificuldades e que suas maos nao SaDidenticas, pelo contrario,
elas SaDa imagem especular uma da outra. Quando voce levanta sua mao di-
reita na frente de urn espelho, a imagem que voce ve e identic a a de sua mao
esquerda. Experimente.
A quiralidade tamMm e muito import ante na quimica organic a em
conseqiiencia da estereoquimica tetraedrica do carbono com hibridiza~ao
sp3.Amaioria das moleculas em nosso organismo e muitos dos remedios, por
exemplo, apresentam a estereoquimica e SaDquirais. Alem disso, a quirali-
dade molecular e responsavel por muitas das intera~oes especificas entre
moleculas, tao fundamentais para a bioquimica.
Vejamos como a quiralidade aparece na quimica organica.
Enantiomeros e
o Carbono Tetraedrico
Observe as mole cuIas do tipo CH3X, CH2XY e CHXYZ mostradas na Figura
9.1. A sua esquerda estao as tres moleculas e a direita, as imagens refietidas
no espelho. As mole cuIas CH3X e CH2XY SaDidenticas as suas imagens es-
peculares e, dessa maneira, nao se sobrepoem. Be voce montar modelos
moleculares dessas moleculas e de suas imagens especulares, descobrira que
pode sobrepor uma a outra.
Contrariamente as moleculas de CH3X e CH2XY, a molecula de ~
CHXYZ naa e identic a a sua imagem especular. Voce nao consegue sobrepor ~
o modelo da molecula com 0 de sua imagem especular pela mesma razao que
nao consegue sobrepor a mao dire ita com a mao esquerda. Voce ate consegue ~
sobrepor dais substituintes, X e Y, por exemplo, mas os substituintes H e Z.----.
ficam em posi~ao contraria. Be os substituintes H e Z se sobrepusessem, se- ~
ria a vez dos substituintes X e Y ficarem em posi~ao contraria.
FIGURA 9.1 Os atomos de
carbona tetraedricos e suas x
I
/C,
H/ \'H
H
imagens especulares. As
~ moleculas do tipo CH3Xe
CH2XYsac identicas as suas
imagens especulares,
contrariamente a molecula do
x
I
/C,
H/ \'Y
H
tipo CHXYZ.A molecula
CHXYZpode ser relacionada a
sua imagem especular da
........mesma maneira que a mao
direita esta relacionada a mao
esquerda.
H
I
HO--;C-C02H
H,le
FIGURA 9.2 Tentativas de
sobreposigao das imagens
H--especulares do acido latico: I
/"(a) quando os substituin.tes Nao se
r- -H e -OH se sobrepoem, os H 1sobrepoem
3ubstituintes -C02H e -CH3 HO--IC"'I---c02H
=:dOe~:nSdOeb:::~::~ da ~~:~/- C--- CHo
maneira como as moleculas Nao se .,
/'- sobrepoem CO?HJejam orientadas, elas
-'ao sac identicas. (a)
As moleculas que SaDimagens especulares umas das outras, mas nao
se sobrepoem, SaDdenominadas enantiomeros (derivado do grego enantio,
que significa "oposto"). Os enantiomeros assemelham-se uns aos outros da
mesma maneira que a mao direita se assemelha a mao esquerda. Os enan-
tiomeros SaD0 resultado da presen<;a de urn carbono tetraedrico ligado a
quatro substituintes diferentes. Por exemplo, 0 acido latico (acido 2-hidro-
xipropan6ico) existe com urn par de enantiomeros porque possui quatro gru-
pos diferentes ligados ao atomo de carbono central (-H, -OH, -CHa,
-C02H). Os enantiomeros SaDchamados (+ )-acido latico e (- )-acido latico.
H
I
CH3-y-C02H
OH
H
~ I /~~",-C-",Io
H
I
H02C-C\--OH
CH3
Nao importa 0 quanto tente, voce nao conseguira sobrepor a mole cui a
de (+)-acido ,latico com a molecula de (- )-acido latico: as duas nao SaDiden-
ticas como mostra a Figura 9.2. Be dois grupos se sobrepoem, -H e -C02H,
por exemplo, os outros dois grupos restantes nao se sobrepoem.
A Raz30 para a Quiralidade
em Moleculas
FIGURA 9.3 0 significado do plano
de simetria. Um frasco de
laborat6rio (a) possui um plano de
simetria que separa 0 objeto em
duas partes que SaDas imagens
uma da outra. Um objeto - assim
como uma mao - (b) nao possui
plano de simetria; a metade
"direita" da mao nao e a imagem
especular da metade "esquerda".
FIGURA 9.4 A molecula aquiral do
acido propan6ico em comparac,;ao
com a molecula quiral do acido
latico. 0 acido propan6ico possui
um plano de simetria que faz que
um lado da molecula seja a imagem
especular do outro lado. 0 acido
latico nao possui plano de simetria.
As moleculas que nao se sobrep6em com suas imagens especulares, origi-
nando duas formas enantiomericas sao chamadas moleculas quirais (qui-
ral, palavra de origem grega, cheir, que significa "mao"). Voce nao consegue
sobrepor uma mOlecula quiral com seu enantiomero de forma que todos os
atomos se coincidam.
Como prever se uma determinada molecula e ou nao quiral? Uma
molecula niio e quiral se ela contem um plano de simetria. Urn plano de
simetria e aquele que passa pelo meio de urn objeto (ou uma molecula) de
forma que a metade do objeto seja a imagem especular da outra. Por exem-
plo, urn frasco de laborat6rio possui urn plano de simetria. Se voce pudesse
cortar 0 frasco ao meio, uma metade seria a imagem especular da outra. Uma
mao, ao contrario, nao possui plano de simetria. Uma "metade" da mao nao e
a imagem especular da outra metade (Figura 9.3).
Uma molecula que possui urn plano de simetria em qualquer uma de
suas possiveis conformac;6es deve ser identica a sua imagem especular e,
dessa maneira, e uma molecula nao-quiral ou aquiral. Assim, 0 acido pro-
pan6ico possui urn plano de simetria quando disposto linearmente, como in-
dica a Figura 9.4, e e, portanto, uma molecula aquiral. 0 acido latico (acido
2-hidroxipropan6ico), entretanto, nao possui plano de simetria em qualquer _
conformac;ao e, dessa forma, e uma molecula quiral.
A causa mais comum da quiralidade em uma mole cuIa organica, ainda
que nao seja a unica, e a presenc;a de urn atomo de carbono ligado a quatro
grupos diferentes - por exemplo, 0 atomo de carbono central no acido latico.
Esses carbonos sao denominados centros de quiralidade, embora sejam
empregados outros termos, como centro assimetrico e centro estereogenico.
Observe que a quiralidade e uma propriedade da molecula como urn todo, ao ~
pas so que 0 centro de quiralidade e a caracteristica estrutural dentro da
mole cuIa que origina a quiralidade.
Plano
simetrico
Plano
NAo
simetrico
CHs
IH_C_H
I
902H,
CH3
IH-C-OH
I
902H,,
Acido propan6ico
(aquiral)
Acido llitico
(quiral)
o reconhecimento de centros de quiralidade em uma molecula com~
plexa requer uma certa pratica, porque muitas vezes nao e aparente qUE>~
quatro grupos diferentes estejam ligados a urn determinado atomo de car-
bono. As diferenc;as nao aparecem necessariamente pr6ximas ao centro d:
quiralidade. Por exemplo, 0 5-bromodecano e uma molecula quiral, pois qua-
tro grupos diferentes eshio ligados ao C5 (0 centro de quiralidade esta mar-
cado com urn asterisco):
Br
I
CHaCH2CH2CH2CH2?~H2CH2CH2CH3
H
-"CH2CH2CH2CHa (butill
- CH2CH2CH2CH2CHa (pentil)
Urn substituinte butil e semelhante ao pentil, mas nao e id€mtico. A
diferenc;a nao e aparente ate 0 quarto atomo de carbono a partir do centro de
quiralidade.
Como outros exemplos, observe as moleculas de metilciclo-hexano e 2-
metilciclo-hexanona. Essas moleculas saD quirais? 0 metilciclo-hexano e
aquiral porque nenhum dos atomos de carbono da molecula esta ligado a
quatro grupos diferentes. Voce pode desconsiderar todos os carbonos
-CH2- e 0 carbono -CHg, mas e 0 carbono Cl do anel? 0 carbono Cl esta
ligado a urn grupo -CHg, a urn atomo -H e aos carbonos C2 e C6 do anel.
Os atomos de C2 e C6 saDequivalentes, da mesma maneira que os atomos de
carbono C3 e C5. Assim, 0 "substituinte" C6-C5-C4 e equivalente ao subs-
tituinte C2-C3-C4, portanto,a molecula de metilciclo-hexano e aquiral.
Outra forma de chegar a mesma conclusao e observar que 0 metilciclo-
hexano possui urn plano de simetria que passa atraves do grupo metil e do
Cl e C4 do anel.
A situac;ao e diferente para a molecula 2-metilciclo-hexanona. Essa
mole cuIa nao possui plano de simetria e e quiral porque 0 C2 esta ligado a
quatro grupos diferentes: urn grupo -CHg, urn atomo -H, uma ligac;ao
-COCH2 no anel (Cl) e uma ligac;ao -CH2CH2- no anel (C3).
Plano de
simetria
Metilciclo-hexano
(aquiral)
2-Metilciclo-hexanona
(quiral)
Mais exemplos de moleculas quirais saD apresentados a seguir. Veri-
fique voce mesmo que os carbonos marcados com urn asterisco saDcentros de
quiralidade. (Os atomos de carbono nos grupos -CH2-, -CHg, C=C, C=O
e C==Cniio podem ser centros de quiralidade.)
Carvona
(oleo de horteHi)
Nootkatona
(oleo de pamplemussa)
Quais dos seguintes objetos sao quirais?
(a) Urna chave de fenda (b) Urn parafuso
(d) Urn sapato (e) Urn rnartelo
Identifique os centros de quiralidade nas seguintes rnoleculas. Construa rnode-
los rnoleculares, se necessario.
Cicutina
(extrato toxico da
cicuta venenosa) Mentol
(agente de sabor)
Dextrometorfano
(calmante da tosse)
A alanina, urn arninoacido encontrado em protefnas, e urna rnolecula quiral. Re-
presente os dois enantiorneros da alanina utilizando a convenc;ao-padrao de
linhas solidas, grossas e pontilhadas.
Treose
(a~ucar)
Enflurano
(anestesico)
FIGURA 9.5 Representa<;ao
esquematica de um
polarimetro. A luz plano-
polarizada pass a atraves de
uma solu<;ao contendo
moleculas organicas
opticamente ativas, que
giram 0 plano de
polariza<;ao da luz.
o estudo da estereoquimica tern sua origem no trabalho do quimico frances
Jean Baptiste Biot, no seculo XIX, que investigou a natureza da luz-plana
polarizada. Urn feixe de luz comum consiste em ondas eletromagneticas que
oscilam em urn mimero infinito de pIanos perpendiculares a direr;ao de
propagar;ao da luz. Quando urn feixe de luz comum passa atraves de urn
aparelho chamado polarizador, somente as ondas luminosas que oscilam em
urn determinado plano atravessam 0 polarizador, dai 0 nome de luz plano-
polarizada. As ondas luminosas que oscilam em todos os outros pIanos sao
bloqueadas.
Biot fez uma extraordinaria observar;ao de que, quando urn feixe de
luz-plana polarizada passa atraves de uma solur;ao de certas moleculas
organicas, como 0 ar;ucar ou a canfora, 0 plano de polarizar;ao sofre rotac;;ao.
Nem todas as substancias organic as apresentam essa propriedade, mas
aquelas que 0 fazem sao denominadas opticamente ativas.
o angulo de rotar;ao pode ser medido por meio de urn instrumento
conhecido como polarimetro, representado na Figura 9.5. Uma solur;ao con-
tendo moleculas opticamente ativas e colocada em urn tubo de amostra, a
luz-plana polarizada passa atraves desse tubo, ocorrendo uma rotar;ao do
plano de polarizar;ao. A luz entao passa atraves de urn segundo polarizador
intitulado analisador. Podemos determinar 0 novo plano de polarizar;ao gi-
rando 0 analisador ate que a luz passe atraves dele. A rotar;ao observada e
simbolizada pela letra grega (l' (alfa) e expressa em graus.
Luz
polarizada
Alem de determinar 0 angulo de rotar;ao, podemos tambem descobrir 0
sentido da rotar;ao. Do ponto de vista de urn observador que olha diretamente
pelo angulo do analisador, algumas moleculas opticamente ativas giram a
luz polarizada para a esquerda (no sentido anti-horario) e sao denominadas
lev6giras, outras giram a luz polarizada para a direita (no sentido horario)
e sao chamadas dextr6giras. Por convenr;ao, a rotar;ao para a esquerda re-
cebe 0 sinal de menos (-) e a rotar;ao para a direita recebe 0 sinal de mais
(+).A (- )-morfina, por exemplo, e uma substancia lev6gira, enquanto a (+)
-sacarose e uma subs tan cia dextr6gira.
o angulo de rotar;ao obtido em urn experimento de polarimetria de-
pende do numero de moleculas opticamente ativas encontradas pelo feixe de
luz. Esse numero, por sua vez, depende da concentrar;ao da amostra e do
caminho 6ptico. Se dobrarmos a concentrar;ao da amostra, a rotar;ao obser-
vada tambem dobrara. De maneira semelhante, se dobrarmos 0 caminho 6p-
tico do tubo de amostra, veremos que a rotar;ao tambem dobrara. 0 angulo
de rotar;ao depende ainda do comprimento de onda da luz utilizada.
Para expressarmos os valores de rota<;ao 6ptica de uma forma signi-
ficativa de maneira que possam ser feitas compara<;6es, e necessario pa-
dronizar as condi<;6es de medida. A rota~ao especifica, [alD,de urn com-
posta e definida como a rota<;ao observada quando 0 caminho 6ptico l e de
1 decimetro (l dm = 10 cm), a concentra<;ao C da amostra e 1 g mL -1 e 0 com-
primento de onda utilizado e de 589 nanometros (nm). (A luz de comprimento
de onda de 589 nm, conhecida como linha D do s6dio, e a luz amarela emi-
tida pelas lampadas de s6dio comuns; 1nm = 10-9 m.)
[] _ Rota9ao observada (graus)
a D - Caminho 6ptico, l (dm) X Concentra9ao, C (g·mL)
Quando os valores de rota<;ao sao expressos na forma padronizada, a
rota<;ao especifica, [a]D, e uma constante fisica caracteristica de urn determi-
nado composto opticamente ativo. Por exemplo, 0 (+ )-acido latico, visto na
Se<;ao9.1, apresenta [a]D =3,82° e 0 (- )-acido latico apresenta [a]D = -3,82°.
Alguns outros exemplos sao apresentados na Tabela 9.1.
TABELA 9.1 Rota9ao EspecTfica para Algumas Moleculas Organicas
Composto [«]D (graus) Composto
+233 Colesterol
Mortina
+44,26
+25,5
Urn gram a e meio de uma amostra de cicutina, 0 extrato taxico da cicuta ve-
nenosa, foi dissolvido em 10,0 mL de etanol e colocado em urn tubo de amostra
de caminho aptico igual a 5,00 em.A rota<;aoobservada na linha D do sadio foi
de +1,21°13. Calcule 0 valor de [a]D para a cicutina.
Pasteur Descobre
os Enantiomeros
Louis Pasteur (1822-1895),
nasceu em Dole, na regiao da
Jura, na Fran9a, era filho de
tingidores de couro. Sua
descoberta lendaria sobre
os enantiomeros do acido
tartarico ocorreu um ana
depois de receber 0 titulo
doutor pela Ecole Normale
Superieure, aos 25 anos.
Pasteur e mais conhecido por
seus estudos em bacteriologia
e pela descoberta de vacinas
contra 0 antrax e a raiva.
Muito pouco foi feito ap6s a descoberta da atividade 6ptica por Biot ate que
Louis Pasteur iniciasse seu trabalho em 1849. Pasteur teve sua forma<;ao
academic a em quimica, mas se interessava sobre 0 estudo da cristalografia.
Ele come<;oua trabalhar com sais cristalinos do acido tartarico obtidos a par-
tir do vinho e estava repetindo algumas medidas publicadas alguns anos
antes quando fez uma descoberta surpreendente. Ao recristalizar uma
solu<;aoconcentrada de tartarato de amonio e s6dio abaixo de 28°C, obser-
you a precipita<;ao de dois tipos de diferentes cristais. Pasteur tambem ob-
servou que esses cristais eram a imagem especular urn do outro e estavam
relacionados entre si do mesmo modo que a mao direita se relaciona com a
esquerda.
Trabalhando cuidadosamente com uma pin<;a, Pasteur foi capaz de
separar os cristais em duas por<;6es, uma de cristais "destros" e outra de
cristais "sinistros" como mostra a Figura 9.6. Muito embora a amostra origi-
nal, uma mistura 50:50 de destros e sinistros, fosse opticamente inativa, as
solUl:;8es con tendo somente os cristais de cada uma das porr;8es separadas
eram opticamente ativas e suas rota<;6es especificas, iguais, porem com sinais
opostos.
FIGURA 9.6 Desenhos dos
cristais de tartarato de arnonio
~, e sadie tirados dos rascunhos
originais de Pasteur. Urn dos
cristais e "destro" e 0 outro,
"sinistro".
co2- Na+
I
H-C-OH
I
HO-C-H
I
CO2- NH4+
Pasteur estava muito adiante de seu tempo. Embora a teoria estru-
tural de Kekule ainda nao tivesse sido proposta, Pasteur explicou seus re-
sultados falando em termos moleculares: "Nao ha duvida de que [no acido
dextro-tartarico]existe urn arranjo assimetrico que possui uma imagem a
que nao se sobrepoe. Tambem e certo que os atomos do acido levo-tartarico
possuem precisamente 0 arranjo assimetrico inverso". A concepc;;aode Pas-
teur foi extraordinaria, visto que somente 25 anos mais tarde Van't Hoff e Le
Bel confirmaram suas ideias acerca do atomo de carbono assimetrico.
Hoje em dia, descreveriamos 0 trabalho de Pasteur dizendo que ele des-
cobriu 0 fenomeno da enantiomeria. Os sais de acido tartarico enantiome-
ricos que Pasteur separou sao fisicamente identicos em quase todos os
aspectos, exceto na forma dos cristais e em sua interac;;ao com a luz-plana po-
larizada. Possuem os mesmos pontos de fusao e de ebulic;;ao,as mesmas solu-
bilidades e propriedades espectrosc6picas.
Regras de Seqiiencia para
a Especifica(:ao da
Configura(:ao
ww Clique na pagina do livro,
no site http://www.
thomsonlearning.com.br, em
Organic Interactive. Regras de
Sequencia R,S: aprenda a listar
os substituintes baseando-se nas
regras de Cahan-Ingold-Prelog.
Os desenhos fomecem uma representac;;ao visual da estereoquimica, porem
se faz necessario urn me todo verbal que indique 0 arranjo tridimensional dos
atomos no centro de quiralidade, ou configura~ao.0 metodo-padrao em-
prega as mesmas regras de sequencia Cahan-Ingold-Prelog para a especifi-
cac;;aoda geometria de alcenos E e Z apresentada na Sec;;ao6.6. Vamos fazer
uma breve revisao das regras de sequencia ever como elas sao usadas para
especificar a configurac;;ao de urn centro de quiralidade. Para uma revisao
mais detalhada, leia novamente a Sec;;ao6.6.
Observe os quatro atomos ligados diretamente ao centro de quiralidade e
atribua prioridades em ordem decrescente de mimero atomico. 0 atomo com
numero atOmicomais alto e 0 primeiro da serie; 0 atomo commimero atomico
mais baixo (geralmente 0 hidrogenio) e 0 quarto da serie.
Se nao for possivel determinar a prioridade pela aplicaC;;aoda Regra 1, com-
pare os nlimeros atomicos dos atomos seguintes em cada substituinte, se
necessario continue a comparaC;;aodo terceiro ou quarto atomo seguinte ate
que 0 ponto de diferenc;;aseja atingido.
Os atomos com ligac;;oesmultiplas sao equivalentes ao mesmo numero de ato-
mos com ligac;;oessimples. Por exemplo:
H
I
+C=O
H
I
+C-O
I I° C
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Organic Interactive.
Determinando as Sequencia em
Moleculas Organicas: utilize 0
Chime™ para manipular as
estruturas 3D e atribua as
designa<;:oes R,S.
FIGURA 9.7 Atribui<;:aoda
configura<;:aode um centro de
quiralidade. Quando a moh§culae
orientada de maneira que 0 grupo
de mais baixa prioridade (4) esteja
situ ado na parte detras da
molecula, os tres grupos restantes
apontam na dire<;:aodo observador
como os aros de um volante. 5e 0
giro 1 ~ 2 ~ 3 for no sentido
horario (para a direita), 0 centro de
quiralidade apresenta configura<;:ao
R. 5e 0 giro 1 ~ 2 ~ 3 for no
sentido anti-horario (para a
esquerda), 0 centro de quiralidade
apresenta configura<;:aoS.
Tendo decidido a ordem de prioridade dos quatro grupos ligados ao
carbono quiral, descrevemos a configural;ao estereoquimica ao redor do car-
bono orientando a molecula de maneira que 0 grupo de mais baixa prioridade
(4) esteja apontando para tnis, afastado do leitor. Em seguida, vejamos os
tres substituintes restantes que agora apontam para 0 leitor como os aros de
urn volante (Figura 9.7). Be a seta curva que parte do substituinte de maior
para 0 substituinte de menor prioridade (l ~ 2 ~ 3) estiver no sentido
horario, entao 0 centro de quiralidade apresenta con:figura~ao R (pro-
veniente do latim, rectus, que significa "direito"). Be a seta curva 1 ~ 2 ~ 3
estiver no sentido anti-horlirio, entao 0 centro de quiralidade apresenta con-
:figura~ao S (derivado do latim, sinister, que significa "esquerdo"). Para se
lembrar dessas atribuil;oes, pense no volante de urn carro quando gira para
a direita (sentido horario) e quando gira para a esquerda (sentido anti-
horario).
IJ)
!)>>
<c----- ~ c :--------~ 0 mesmo que
\ Observador
3
~
IJ),~/~
~1)
(Girar 0 volante
a direita)
'ilt
<c----- ~ c:--------~ 0 mesmo que
\ Observador
~
(Girar 0 volante
a esquerda)
Observe no exemplo do (- )-acido latico na Figura 9.8 como a configu-
ral;ao pode,ser atribuida. A regra de sequencia mimero 1 diz que 0 grupo
-OH tern prioridade 1 e que - H tern prioridade 4, mas nao permite a dis-
tinl;ao entre os grupos -CHg e -COzH, uma vez que ambos os grupos tern 0
carbono como 0 primeiro atomo. Entretanto, a regra de sequencia numero 2
informa que 0 grupo -COzH tern prioridade mais alta que 0 grupo -CHg,
porque 0 atomo de oxigenio (0 segundo atomo no -COzH) tern numero
at6mico maior que 0 atomo de hidrogenio (0 segundo atomo no -CHg). Agora
gire a moIecula de maneira que 0 grupo de mais baixa prioridade (-H) per-
manel;a na parte detras da molecula, afastado do observador. Vma vez que a
seta curva de 1 (-OH) para 2 (-COzH) para 3 (-CHg) esta no sentido
horario (gire 0 volante para direita), 0 (- )-acido latico apresenta configu-
ral;ao R. 0 mesmo procedimento pode ser aplicado para 0 (+ )-acido latico,
conduzindo a uma atribuil;ao inversa.
FIGURA 9.8 Atribuiyao da
configurayao para (a) (R)-( - )-acido
latico e (b) (S)-(+)-acido latico.
FIGURA 9.9 Atribuiyao da
configurayao para (a)
(- )-gliceraldeido e (b) (+ )-alanina.
Ambos apresentam configurayao S,
embora um seja levogiro e 0 outro
dextrogi ro.
H
I
H;JC--; C -- C02H
HO
H
I
HO C-C---CH
2 \ 3
OH
Configural,lao R
(a) (- )-Acido latico
Configural,lao 8
(b) (+ )-Acido latico
0(- )-gliceraldeido e a (+ )-alanina sao exemplos de moIeculas organi-
cas naturais que apresentam eonfigura~ao S, como mostrado na Figura 9.9.
Observe que 0 sinal da rotar;do 6ptica, ( +) ou (-), ndo esta relacionado com a
designar;do R,S. 0 composto (S)-gliceraldeido e lev6giro (-), enquanto a (S)-
alanina e dextr6giro (+). Nao existe uma rela~ao simples entre a configu-
ra~ao R,S e 0 sentido ou grandeza da rota~ao 6ptica.
(8)-Gliceraldeido
[(8)-(- )-2,3-Di-hidroxipropanal]
[a]n = -8,7°
~
3 H 2C't7
1
(8)-Alanina
[Acido (8)-(+)-2-aminopropan6ico]
[a]n = +8,5°
Outra questao merece destaque - a importancia da configura~ao
absoluta. Como podemos saber se nossa designa~ao sobre a configurac;ao R,S
esta correta em termos absoluto ou relativo? Como nao podemos enxergar
as moIeculas, como sabemos que a configura~ao R pertence ao enantiomero
dextr6giro do acido latico? Essa e uma questao dificil que nao foi resolvida
ate 1951, quando J.M. Bijvoet, da University ofUtrecht, publicou urn metodo
de espectroscopia de raios X para a determina~ao do arranjo espacial abso-
luto dos atomos em uma molecula. Com base em seus resultados, podemos
dizer com certeza que as conven~6esR,S estao corretas.
Oriente cada urn dos seguintes desenhos de maneira que os grupos de mais baixa
prioridade estejam situados na parte detras da molecula, e entao atribua a con-
figurac;;aoR ou S.
ESTRATEGIA A visualizac;;ao e orientac;;ao do centro de quiralidade em tres dimens6es re-
querem uma certa pratica. Vocedeve comec;;arindicando onde 0 observador deve
ser posicionado - afastado 1800 do grupo de mais baixa prioridade. Agora se
imagine na posic;;aodo observador e desenhe novamente aquilo que voce ve.
SOLU~AO Em (a) voce esta em frente da pagina do lado superior a direita da molecula, ob-
servando 0 grupo 2 a sua esquerda, 0 grupo 3 a sua direita e 0 grupo 1 abaixo.
Essa disposic;;aocorresponde a configurac;;aoR.
~
O,~/~)
~l)
Em (b) voce esta atras da pagina do lado superior a esquerda da
molecula. Do seu ponto de observa~ao voce ve 0 grupo 3 a sua esquerda, 0
grupo 1 a sua direita e 0 grupo 2 abaixo. Essa disposi~ao tambem corres-
ponde a configura~ao R.
(b) Observador
(it ./~Ie
tf'n- - -C''--
VU.. -- / "--Ii(J( ,~
~~
~, ~/Q)
~l)
ESTRATEGIA Comece pela atribuic;;aoda prioridade dos quatro substituintes ligados ao centro
de quiralidade. Para desenhar uma representac;;ao tetraedrica da molecula,
oriente 0 grupo -H de mais baixa prioridade, de maneira que ele fique afastado
'"
~
'"
~
'"
~
~
~ SOLUt;AO
~
de voce e entao imagine que os outros tres grupos estao saindo da pagina em sua
diret;ao. Entao, coloque os tres grupos restantes de maneira que 0 giro 1 ~
2 ~ 3 seja no sentido horario (para a direita) e incline a molecula em 900
para deixar 0 atomo de hidrogenio a vista.
Os quatro substituintes ligados ao carbono quiral do (R)-2-clorobutano apresen-
tam a seguinte ordem de prioridade: (1) -CI, (2) -CH2CH3, (3) -CH3, (4) - H.
Deixe 0 grupo -H de mais baixa prioridade afastado de voce e coloque os tres
grupos restantes de maneira que 0 giro 1 ~ 2 ~ 3 seja no sentido
horario (para a direita). Finalmente, incline a molecula para a frente para obter
a seguinte representat;ao tetraedrica.
Atribua prioridades aos seguintes conjuntos de substituintes:
(a) -H, -Br, -CH2CH3, -CH2CH20H
(b) -C02H, -C02CH3, -CH20H, -OH
(c) -CN, -CH2NH2, -CH2NHCH3, -NH2
(d) -Br, -CH2Br, -CI, -CH2CI
Oriente cada urn dos seguintes desenhos de maneira que 0 grupo de mais baixa
prioridade esteja situado na parte detras da molecula, e entao atribua a configu-
ra<;aoR ouS.
Atribua a configura<;aoR ou S para 0 centro de quiralidade de cada uma das
seguintes moleculas:
(c) NHz
H, <~CH3
C\
'eN
Desenhe a'representa<;ao tetraedrica para a molecuIa (S)-2-pentanol (2-hidro-
xipentano).
Atribua a configura<;aoR ou S para 0 centro de quiralidade domodelo molecular
do aminoacido metionina mostrado a seguir (preto = 0, cinza-escuro = N, cinza-
claro = S).
Moleculas como 0 acido latico, a alanina e 0 gliceraldeido sao relativamente
simples porque cada urna del as possui apenas urn centro de quiralidade e
dois estereois6meros. A situal;;ao torna-se mais complexa, entretanto, com
moleculas que possuern rnais de urn centro de quiralidade. Vejarnos 0 exem-
plo do aminoacido treonina (acido 2-amino-3-hidroxibutan6ico). Como a treo-
nina possui dois centros de quiralidade (C2 e C3), existem quatro este-
reoisomeros possiveis, como exibido na Figura 9.10. Verifique voce mesmo se
as configural;;oes R,8 estao corretas.
FIGURA 9.10 Os quatro
estereoisomeros do acido
2-am ino-3-hidroxibutan6ico. eO.,R
R, i ;NH,e "
Ie
R~ i "OR
eRa
as quatro estereois6meros do acido 2-amino-3-hidroxibutan6ico po-
dern ser agrupados em dois pares de enanti6meros. a estereois6rnero 2R,3R
e a irnagem especular do 28,38, e 0 estereois6mero 2R,38 e a imagern espe-
cular do 28,3R. Porem, qual e a relal;;ao entre qualquer uma das duas molecu-
las que nao sao imagens especulares uma da outra? Por exemplo, qual e a
relal;;ao entre 0 is6mero 2R,3R e 0 isomero2R,38? Eles sao estereois6meros,
mas nao sao enanti6meros. Para descrever essa relal;;ao, precisamos de urn
novo termo - diastereoisomero.
as diastereoisomeros sao estereois6meros que nao sao imagens es-
peculares urn do outro. as diastereois6meros quirais possuem configural;;oes
opostas em um ou mais centros de quiralidade, mas apresentam a mesma con-
figural;;ao no restante da molecula. as enantiomeros, ao contrario, possuem
configural;;oes opostas em todos os centros de quiralidade. Vma descril;;aocom-
pleta dos quatro estereois6meros da treonina e dada na Tabela 9.2.
'ABELA 9.2 Relagoes entre os Quatro Estereois6meros da Treonina
Estereoisomero Enatiomericocom Diastereomericocom
28,38
2R,3R
28,3R
2R,3S
2R,38 e 2S,3R
2R,3S e 2S,3R
2R,3R e 28,3S
e2S,3S
Dos quatro estereoisorneros da treonina, sornente 0 isornero 2S,3R,
[a]n= -28,3°, ocorre naturalrnente em plantas e anirnais, sendo urn nutrien-
te essencial para a dieta hurnana. Esse e urn resultado tipico: a rnaioria das
rnoleculas biologicarnente irnportantes e quiral e geralrnente apenas urn dos
estereoisorneros e encontrado na natureza.
Atribua as configural;oes R,S para cada centro de quiralidade nas seguintes
rnoleculas. Quais sao enanti6rneros e quais sao diastereois6rneros?
(a) Br (b) CH3 (c) CH3 (d) H
H,:...;CH3 H,:...;Br Br,:...;H Br,: ...;CH3
C C C C
I I I I
C C C C
H~i"OH H3C~ i"H H~ i"CH3 H3C~ i"OH
CH3 OH OH H
o cloroanfenicol, urn antibi6tico poderoso isolado em 1949 da bacteria Strepto-
myces venezuelae, e urn cornposto ativo contra varios tipos de infecl;oes bacteria-
nas e e especialmente valioso contra a febre tif6ide. Atribua a configural;aOR,S
ao centro de quiralidade no cloroanfenicol.
Atribua a configural;aOR,S para cada centro de quiralidade no seguinte modelo
molecular do aminoacido isoleucina (preto = 0, cinza-claro = N):
Vejarnos rnais urn exernplo de urn cornposto com dois centros de quiralidade:
o acido tartarico. Ja estarnos farniliarizados com 0 acido tartarico por causa
do seu papel na descoberta da atividade 6ptica por Pasteur, e podernos de-
senhar os quatro estereois6rneros:
Espelho Espelho
lC02H lC02H lCOoH lC02H
H,:...;OH HO,:...;H H,:;OH HO,:...;H
2C 2C 2C 2C
I I I I
3C 3C 3C 3C
HO~:"H !l~ I "OH' H~:"OH HO~:"H
I
J....i : . I r . . .
" 4C02H ,C02H 4CO)1 4C02H
" 2R,3R 28,38 2R,38 28,3R
As estruturas 2R,3R e 28,38 que sao a imagem especular uma da
outra nao sao identicas e, portanto, constituem urn par de enanti6meros.
Vma analise cuidadosa, entretanto, mostra que as estruturas 2R,38 e 28,3R
sao identicas, como podemos observar girando em 1800 uma das estruturas:
lC02H
(H:t"OH)H••.....:"OH
I
4COzH·
2R,3S
Girar
1800
lC02H
HO,:...;H
2C
I
3CHO ••.•...:"H
I
4COzH
2S,3R
Ja as estruturas 2R,38 e 28,3R sao identicas porque a molecula possui
urn plano de simetria e e, portanto, aquiral. 0 plano de simetria corta a
mole cuIa atraves da ligar;ao C2-C3, fazendo da metade da moIecula a ima-
gem especular da outra meta de (Figura 9.11).
FIGURA 9.11 Um plano de
simetria corta a Iigagao C2-C3
do meso-acido tartarico e torna
a molt§cula aquiral.
Por causa do plano de simetria, 0 estereois6mero do acido tartarico re-
presentado na Figura 9.11 e aquiral, mesmo com a presenr;a de dois centros de
quiralidade. Os compostos aquirais, embora contenham urn centro de quirali-
dade, sao chamados de compostos meso. Assim, 0 acido tartarico existe em
tres formas estereoisomericas: dois enanti6meros e uma forma meso.
ESTRATEGIA Para verificar a existencia de urn centro de quiralidade, observe 0 atomo de car-
bono ligado a quatro grupos diferentes. A fim de verificar se a molecula e quiral
ou nao, procure pela ausencia de urn plano de simetria. Nem todas as moleculas
com centros de quiralidade sao quirais - os compostos meso constituem uma
exce9ao.
SOLU~AO A estrutura do cis-l,2-dimetilciclobutano mostra que os dois carbonos ligados
aos grupos metila (Cl e C2) san centros de quiralidade. No seu todo, entretanto,
o composto e aquiral, porque existe um plano de simetria que bisseciona 0 anel
entre Cl e C2. A molecula e, portanto, um composto meso.
j
ffi
H"0L1:J~H"
H 'S H
(a) H~ ,..OHV'H
Quais das seguintes substancias apresentam a forma meso?
(a) 2,3-Dibromobutano
(b) 2,3-Dibromopentano
(c) 2,4-Dibromopentano
A seguinte estrutura representa um composto meso? Se a resposta for afirma-
tiva, indique 0 plano de simetria (preto = 0).
Moleculas com Mais de
Dois Centros de Quiralidade
Vimos que um unico centro de quiralidade em uma moIecula da origem a dois
estereoisomeros (um par de enantiomeros) e que dois centros de quiralidade
em uma molecula dao origem a quatro estereoisomeros, ou dois pares de
enantiomeros. Normalmente, uma molecula com n centros de quiralidade
possui no maximo 2n estereoisomeros, ou 2n-1 pares de enantiomeros, embora
esse numero possa ser menor se os estereoisomeros san compostos meso. 0
colesterol,por exemplo, possui oito centros de quiralidade, tornando possivel
a existencia de 28 =256 estereoisomeros, embora muitos deles estejam su-
jeitos a uma tensao grande demais para existirem. Somente um, entretanto,
e produzido na natureza.
Colesterol
(oito centros de quiralidade)
Quantos centros de quiralidade possui a morfina? Quantos estereoisomeros
da morfina san possiveis, em principio?
Algumas das propriedades fisicas de tres estereoisomeros do acido tartarico
san apresentadas na Tabela 9.3. Como indicado, os acidos tartarico (+) e (-)
apresentam pontos de fusao identicos, as mesmas solubilidades e densi-
dades. Eles diferem apenas no sinal da rota<;ao da luz-plana polarizada. 0
isomero meso, ao contrario, e diastereoisomerico em rela<;ao as formas (+) e
(-). Ou seja, ele nao possui rela<;ao especular com os acidos tartarico (+) e
(-). Ele e urn composto totalmente diferente e, portanto, apresenta pro-
priedades fisicas diferentes.
Propriedades Fisicas
dos Estereoisomeros
'ABELA 9.3 Algumas Propriedades dos Estereois6meros do Acido Tartarico
Ponto de [aID Densidade
Estereoisomero fusao (OC) (graus) (gjem3)
(+ )
(-)
Meso
168-170
168-170
146-148
+12
-12
o
1,7598
1,7598
1,6660
Solubilidadea 20°C
(g/100 mLH20)
139,0
139,0
125,0
Para finalizar a discussao sobre estereojsomerismo, voltemos ao trabalho
pioneiro de Pasteur. Ele usou urn sal de acido tartarico opticamente inativo
e descobriu que poderia recristaliza-Io em duas formas opticamente ativas
com configura<;6es 2R,3R e 28,38. Mas qual era a forma opticamente inativa
que ele iniciou sua investiga<;ao? Nao poderia ter sido 0 meso-acido tar-
tarico, uma vez que ele e urn composto quimico diferente e nao se pode con-
verter em dois enantiomeros quirais sem a que bra e forma<;ao de liga<;6es
quimicas.
Misturas Racemicas
e sua Resolu(:ao
FIGURA 9.12 Reat;:?io do acido
1<3ticoracemico com a metilamina
produzindo uma mistura racemica
de sais de am6nio.
A resposta e que Pasteur iniciou seus estudos com uma mistura 50:50
dos dois enanti6meros quirais opticamente ativos do acido tartarico. Essa
mistura e denominada mistura racemic a ou racemato e especificada
com 0 simbolo (±) ou com 0 prefixo d,l que indica a mistura em partes
iguais de formas dextrogiras e levogiras. As misturas racemicas apresen-
tam rotac,;aooptica igual a zero, porque a rotac,;ao(+) de urn enanti6mero se
cancela com a rotac,;ao (- ) do outro. Por pura sorte, Pasteur foi capaz de se-
parar, ou resolver, 0 acido tartarico racemico nos seus enanti6meros (+) e
(-) por meio de cristalizac,;ao fracionada. Infelizmente, esse metodo nao
funciona para a maioria das misturas racemicas, assim, outras tecnicas SaD
necessarias.
ometodo mais comum para a resoluc,;aode misturas racemic as utiliza
uma reac,;ao acido-base entre a mistura racemic a de acidos carboxilicos
quirais (RC02H) e uma amina (RNH2) para produzir urn sal de am6nio:
°II
R-C-OH + RNHz
°II
----'> R-C-O- RNHs+
Acido Base
carbmnlico amina
Para compreender como esse metodo de resoluc,;aofunciona, vejamos 0
que acontece quando uma mistura racemica de acidos quirais, como os aci-
dos laticos (+) e (-), reage com uma amina aquiral, como a metilamina,
CH3NH2, para produzir urn sal de am6nio. Estereoquimicamente, a situac,;ao
e semelhante ao que acontece quando a mao dire ita e a mao esquerda
(quirais) pegam uma bola de tenis (aquiral).Ambas as maos pegam a bola de
tenis de maneira eficiente, e os produtos - bola na mao esquerda versus bola
na mao dire ita - SaDa imagem especular uma da outra. Da mesma maneira,
ambos os acidos Iaticos (+) e (- ) reagem com a metilamina eficientemente e
o produto e uma mistura racemica de dois sais que SaDa imagem especular
urn do outro, (+ )-lactato de metilam6nio e (- )-lactato de metilam6nio
(Figura 9.12).
+
~02 - H:3NCHs
,C,
H/I 'cnHO .3
HO
H-,\ ....CHs'C/
I +
COz- HaNCHs
Acido llitico racemico
(50% R, 50% S)
Sal de amonio racemico
(50% R, 50% S)
Vejamos agora 0 que acontece quando uma mistura racemic a dos aci-
dos laticos (+) e (- ) reage com urn unico enantiomero de uma amina quiral,
como, por exemplo, a (R)-1-feniletilamina. Estereoquimicamente, a situac;ao
e semelhante ao que acontece quando uma das maos (urn reagente quiral)
calc;a uma luva da mao direita (tambem um reagente quiral). As maos direi-
ta e esquerda nao calqam a mesma luva da mesma maneira. Os produtos -
mao direita na luva direita e mao esquerda na luva direita - nao SaDima-
gens especulares, SaDcompletamente diferentes.
Da mesma forma, os acidos laticos (+) e (-) reagem com a (R)-
1-feniletilamina para formar dois produtos diferentes (Figura 9.13).0 (R)-
acido latico reage com a (R)-1-feniletilamina para formar 0 sal R,R. 0
(S)-acido latico reage com a (R)-amina para formar 0 sal S,R. Esses dois
sa is SaDdiastereoisomeros, compostos diferentes e, portanto, com proprie-
dades fisicas e quimicas diferentes. Assim e possivel separa-los por crista-
lizac;ao ou algum outro metodo. Vma vez separados, a acidificac;ao dos dois
sais diastereoisomeros com acido forte permite isolar os dois enantiomeros
do acido latico em sua forma pura e recuperar a amina quiral.
FIGURA 9.13 A reac;;aodo acido
latico racemico com a
(R)-l-feniletilamina que produz
uma mistura de sais de am6nio
diastereoisomericos.
~
Diastereoisomeros
/
SaIR,R
+
Acido llitico racemico
(50% R, 50% S)
Quais estereoisomeros seriam obtidos a partir da reac;aodo (::t::)-acidolatico com
(S)-1-feniletilamina, e qual a relac;ao entre eles?
Uma Breve Revisao
sobre Isomeria
Como vimos em divers as ocasi6es anteriores, os isomeros SaDcompostos que
apresentam a mesma formula quimica, porem estruturas diferentes. Vimos
varios tipos de isomeros nos ultimos capitulos, e e uma boa ideia neste ponto
relembrarmos como esses isomeros se relacionam uns com os outros, uti-
lizando 0 fluxograma da Figura 9.14.
FIGURA 9.14 Fluxogramaque
resume os diferentes tipos de
isomeroso
I IOEIAS-CHAVE I···~
Isomeros
I I
Isomeros
Estereoisomerosconstitucionais
I
I I
Enantiomeros Diastereoisomeros
(imagem especular) (nao sao imagensespeculares)
I I
Diastereisomeros Diastereoisomeros
configuracionais cis-trans
Existem dois tipos fundamentais de is6meros que ja encontramos: is6meros
constitucionais e estereois6meros .
• Isomeros constitucionais (veja a Se~ao 3.2) sao compostos cujos atomos
estao ligados de maneira diferente. Entre os tipos de is6meros constitu-
cionais, vimos os is6meros de cadeia, os funcionais e os de posi~ao.
Cadeias de carbono
diferentes
Grupos funcionais
diferentes
Grupos funcionais
em posiQoes diferentes
• Estereoisomeros (veja a Se~ao 3.8) sao compostos cujos atomos estao liga-
dos na mesma ordem, mas com orienta~ao espacial diferente. Entre os
tipos de
o
estereois6meros que ja vimos estao os enanti6meros, diastereoi-
s6meros e os is6meros cis-trans (ambos em alcenos e cicloalcanos). De fato,
os is6meros cis-trans sao outro tipo de diastereois6meros, pois sao es-
tereois6meros que nao sao a imagem especular urn do outro:
Enantiomeros
(estereoisomeros cujas
imagens especulares
nao se sobrepoem)
Diastereoisomeros
(estereoisomeros que
nao sac imagens
especulares)
Diastereoisomeros
configuracionais
Acido 2R,3R-2-Amino-3-
hidroxibutan6ico
licido 2R,3S-2-Amino-3-
hidroxibutan6ico
Diastel'eoisomeros cis-trans
(substituintes no mesmo lado
ou em lados opostos da
ligac;aodupla ou do anel)
trans-l,3-
Dimetilciclopentano
cis-l,3-
Dimetilciclopentano
Que tipo de is6meros sao os seguintes pares?
(a) (S)-5-Cloro-2-hexeno e clorociclo-hexano
(b) (2R,3R)-Dibromopentano e (2S,3R)-dibromopentano
Estereoquimica de
Reac;:oes:Adic;:ao
de HBr aos Alcenos
Clique na pagina do livro,ww no site http://www.
thomsonlearning.com.br. em
Organic Interactive. GerandoCentros de Quiralidade a partir
de Rea90es de Adi980 em
Alcenos: aprenda a preyer a
estereoquimica nas rea90es de
adi980 em alcenos.
A maioria das rea<;6es bioquimicas que ocorrem no corpo humano e grande
parte das rea<;6es organicas no laborat6rio formam produtos com centros de
quiralidade. Por exemplo, a adi<;aode HBr ao 1-buteno produz o2-bromobu-
tano, uma mole cuIa quiral. Qual e a estereoquimica do produto quiral? Be um
unico enanti6mero e formado, ele e R ou S? Be uma mistura de enati6meros
e formada, qual a propor<;ao entre eles? De fato, 0 2-bromobutano produzido
e uma mistura racemic a dos enanti6meros ReS. Vejamos 0 porque.
HBr---,------?
Eter
I-Buteno
(aquiral)
(±)-2-Bromobutano
(quiral)
Para compreender pOI'que 0 produto da rea<;ao de HBr com 1-buteno e
uma mistura racemic a, pense urn pouco no mecanismo dessa rea<;ao. 0 1-
buteno e primeiramente proton ado para formal' urn carbocation (secundario)
intermediario. Vma vez que 0 carbono trivalente tern hibridiza<;ao Sp2 e e
planar, 0 cation nao possui centros de quiralidade, possui urn plano de sime-
tria e e, portanto, aquiral. Como resultado, 0 cation pode ser atacado pelo ion
FIGURA 9.15 Reagao do TonBr-
com 0 carbocation sec-butila.
o ataque na parte superior forma
o produto S que e a imagem
especular do produto formado
por meio do ataque na parte
inferior, 0 produto R. Como
ambos sac igualmente provaveis,
forma-se uma mistura racemica.
A ligagao pontilhada C· •. Br no
estado de transigao indica a
formagao parcial da ligagao.
Br- pelos dois lados com a mesma eficH~ncia.0 ataque na parte superior ori-
gina 0 (S)-2-bromobutano por meio do estado de transi<;ao 1 (TS 1) na Figura
9.15, e 0 ataque na parte inferior origina 0 produto R por intermedio de es-
tado de transi<;ao TS 2. Os dois estados de transiqilo silo a imagem especular
um do outro. Portanto, possuem energias identicas, sao formados com a
mesma velocidade e ocorrem eficientemente na mesma propor<;ao.
Br
I
CHsCHz ---C,--H
CHs
CH3
ICHsCHz -- C --- H
I
Br
Estereoquimica
de Reac;oes: Adic;ao
de Br2 aos Alcenos
'NWV! FIGURA ATIVA 9.16
~. EstereoquTmica da adigao
de Br2 ao cis-2-buteno. Uma
mistura racemica dos produtos
25,35 e 2R,3R e formada
porque a rea9ao de do TonBr-
com ambos os carbon os do Ton
brom6nio intermediario e
igualmente provavel. Teste voce
mesmo seus conhecimentos
desta figura na pagina do livra,
no site http://www.
thomsonlearning.com. br
A adi<;ao de Br2 ao 2-buteno leva a formac;ao do 2,3-dibromobutano e a ge-
rac;ao de dois centros de quiralidade. Qual e a estereoquimica da reac;ao?
Comec;ando com 0 cis-2-buteno, que e planar e aquiral, 0 Br2 pode se adi-
cionar a ligac;ao dupla com igual facilidade, tanto pela face superior como
pela face inferior para gerar dois ions bromonio como intermediarios. Por
raz6es de simplicidade, vamos considerar somente a reac;ao que ocorre pela
face superior, tendo em mente que toda a estrutura que considerarmos tern
sua imagem especular.
o ion bromonio formado pela adic;ao de bromo a face superior do cis-2-
buteno pode ser atacado pelo ion Br- tanto pelo lado direito como pelo lado
esquerdo da face inferior, como mostra a Figura 9.16. 0 ataque pelo lado es-
querdo (caminho a) leva a forma<;ao do (2S,3S)-dibromobutano e 0 ataque
pelo lado direito (caminho b) conduz a formac;ao do (2R,3R)-dibromobutano.
Vma vez que ambos os modos de ataque ao ion bromonio aquiral sao igual-
mente provaveis, forma-se uma mistura 50:50 (racemic a) dos dois enan-
tiomeros. Assim, 0 resultado e a obten<;ao do (:±)-2,3-dibromobutano.
H Br
~
H:lC"C_/
. / \'H
Cammho a Br CH"
(2S,3S).dibromobut:no
Br H
\ /':""CH:,
_C-C
w" \
HoC Br
(2R,3R)·Dibromobutano
cis·2·Buteno
(aquiral)
o que acontece na rea~ao de adi~ao de Br2 ao trans-2-buteno? It for-
mada a mesma mistura racemica? Pode parecer surpreendente em urn
primeiro momento, mas a resposta e nao. 0 trans-2-buteno reage com Br2
para formar 0 ion bromonio e, novamente, vamos considerar somente a
rea~ao que ocorre pela face superior. 0 ataque do ion Br- ao ion bromonio in-
termediario ocorre com igual facilidade pelo lado direito e pelo lado esquerdo
da face superior, levan do a forma~ao dos produtos 2R,3S e 2S,3R em quanti-
dades iguais (Figura 9.17). Se observarmos cuidadosamente os dois produ-
tos, no entanto, veremos que eles saD identicos. Ambas as estruturas
correspondem ao meso-2,3-dibromobutano.
ww FIGURA ATIVA 9.17
Estereoqufmica da adi9ao de
Br2 ao trans-2-buteno. Um produto
meso e formado. Teste voce
mesmo seus conhecimentos desta
figura na pagina do livro, no site
http://www.thomsonlearning.
com.br
H Br
H3C•••.:> /
C-C,
/
B: \~CH3
Caminho a
(2S,3R)-Dibromobutano
(meso)
Espelho
Ion bromonio
intermedilirio
(2R,3S)-Dibromobutano
(meso)
A principal conclusao que podemos obter a partir das tres rea~oes de
adi~ao conforme acabamos de discutir e que, em cada caso, formou-se urn pro-
duto opticamente inativo.A reac;tioentre dois compostos opticamente inativos
(aquiraisJ sempre da origem a um produto opticamente inativo - seja ele um
produto racemico ou meso. Em outras palavras, a atividade 6ptica nao pode
surgir do nada; produtos opticamente ativos nao podem ser obtidos a partir
de reagentes opticamente inativos.
Qual e a estereoquimica do produto resultante da rea~ao de adi~ao de Br2 ao 1-
metilciclo-hexeno? 0 produto formado e opticamente ativo? Explique.
ESTRATEGIA Os problemas desse tipo exigem urn raciocinio cuidadoso, urn conhecimento do
mecanismo da rea(:ao e urn dominio sobre os principios de estereoquimica.
Primeiramente, escreva os passos do mecanismo da rea(:ao, identifique a etapa
ou as etapas em que a estereoquimica do produto e determinada e decida quais
produtos serao formados.
SOLUC;AO A adi(:ao de Br2 a urn alceno envolve duas etapas: (1) rea(:ao com 0 ion Br+ para
formar 0 ion bromonio intermediario e (2) rea(:ao do ion bromonio com Br-. A
primeira etapa determina a estereoquimica de urn centro e, a segunda, a es-
tereoquimica do outro. Por causa da presen(:a de urn plano de simetria no
reagente, a primeira etapa ocorre eficientemente em ambas as faces da liga~ao
dupla, levan do a forma~ao de uma mistura 50:50 de ions bromonio enantio-
mericos. Cada ion, por sua vez, pode ser atacado por urn ion Br- tanto pelo lado
direito como pelo lado esquerdo para formar dois produtos. Mas como os ions
bromonio nao apresentam pIanos de simetria, os ataques pelo lado direito e pelo
lado esquerdo nao saD igualmente provaveis, assim sera formada uma mis-
tura desigual de produtos R,R e 8,8. a produto em menor quantidade cons-
tituido por urn ion brom6nio sera 0 produto em maior quantidade formado
por outro ion brom6nio, formando uma mistura 50:50 (racemica) de dibro-
mos R,R e 8,8.
H Br
<'\ J,>
~
Br CHs
~---?
H l CHs
~Br~r
Aadi~ao de Brz a urn alceno assimetrico, como0 cis-2-hexeno, leva a forma~aodo
2,3-dibromo-hexano, embora a rea~ao do ion Br- com 0 ion bromonio assimetrico
intermediario nao seja igualmente provavel. Fa~a desenhos do intermediario e
dos produtos e explique 0 resultado estereoquimico esperado.
Preveja 0 resultado estereoquimico da rea~ao de Brz com 0 trans-2-hexeno, ex-
plicando suas conclus6es.
Estereoquirnica de
Rea~oes:Adi~ao
de HBr a urn Alceno Quiral
As rea~6es de adi~ao discutidas nas duas se~6es anteriores envolvem alcenos
aquirais com forma~ao de produtos opticamente inativos em todos os casos.
a que pode acontecer se a rea~ao ocorrer a partir de urn unico enanti6mero
de urn reagente quiral? Por exemplo, qual seria a estereoquimica do produto
formado da rea~ao de adi~ao de HBr a urn alceno quiral como 0 (R)-4-metil-
1-hexeno? a produto da rea~ao, 2-bromo-4-metil-hexano, possui dois centros
de quiralidade e, portanto, quatro estereois6meros.
~ 1\ + HBr
H CHs
CHs Br
I I
CHsCHz9HCHzyHCHsVamos considerar os dois centros de quiralidade separadamente. Qual
e a configura~ao em C4, 0 atomo ligado ao grupo metila? Como 0 C4 tern con-
figura~ao R no material de partida e 0 seu centro de quiralidade nao e afe-
tado pela rear;ao, essa configurar;ao permanece inalterada. Assim, a con-
figurar;ao de C4 no produto permanece R (assumindo que as propriedades
relativas dos quatro grupos ligados a esse carbono nao se alteram).
E a configura~ao no C2, este centro de quiralidade recem-formado?
Como mostra a Figura 9.18, a estereoquimica no C2 e estabelecida pela
rea~ao do ion Br- com urn intermediario carbocation da maneira usual.
FIGURA 9.18 Estereoqulmica da
adir;ao de HBr ao alceno quiral
(R)-4-metil-1-hexeno. Forma-se uma
mistura de diastereoisomeros
2R,4R e 2S,4R em quantidades
diferentes porque 0 ataque ao
intermediario carbocation quirai nao
ocorre com a mesma probabilidade,
superior e inferior.
Porem esse carbocation nfio possui um plano de simetria; ele e quiral devido
a presenqa de um centro de quiralidade no C4. Como 0 carbocation nao tern
plano de simetria, 0 ataque as faces superior e inferior nao se da com a
mesma eficiencia. Vma das duas faces e mais acessivel que a outra por causa
de impedimento esterico, 0 que leva a forma~ao de uma mistura de produtos
ReS em uma razao diferente de 50:50. Em outras palavras, formam-se
quantidades diferentes de dois diastereois6meros, (2R,4R)-2-bromo-4-metil-
hexano e (2S,4R)-2-bromo-4-metil-hexano, resultando em uma mistura opti-
camente ativa.
Como regra geral, uma reaqfio de um reagente quiral com um reagente
aquiralleva a formaqfio de quantidades desiguais de diastereois6meros. Se 0
reagente quiral e opticamente ativo porque apenas urn enanti6mero e usado,
entao os produtos SaDtambem opticamente ativos.
HC H \ ~3 \/ H", + •.~\:)"
!Superior Inferior\
H3C H Br H
-\/ \/
~
CH:J
Quais SaDos produtos formados a partir da rea~ao de HBr com a mistura
racemica (±)-4-metil-l-hexeno? 0 que se pode afirmar sobre as quantidades
relativas dos produtos? 0 produto e uma mistura opticamente ativa?
Quais SaDos produtos formados a partir da rea~ao de HBr com 4-metil-ciclopen-
teno? 0 que se pode afirmar sobre as quantidades relativas dos produtos?
Quiralidade em Atomos
Diferentes do Carbono
Como a causa mais comum para a quiralidade e a presen~a de quatro subs-
tituintes ligados ao atomo de carbono tetraedrico, outros atomos tetraedricos
alem do carbono tambem podem ser centros de quiralidade. 0 silicio, 0 ni-
trogenio, 0 f6sforo e 0 enxofre SaDmuito encontrados em mole cuIas organicas,
e todos podem ser centros de quiralidade dependendo das circunstancias.
Sabemos, por exemplo, que 0 atomo de nitrogenio trivalente e tetraedrico,
com seus pares isolados agindo como quarto grupo "substituinte" (veja a
Se~ao 1.11). 0 atomo de nitrogenio trivalente e quiral? 0 composto etil-
metilamina pode existir como urn par de enanti6meros?
A resposta e ao mesmo tempo sim e niio. Em principio, sim, mas na
pnitica, niio. Os compostos trivalentes de nitrogenio sofrem inversiio rapid a
como urn guarda-chuva ao vento, que interconverte os enantiomeros. Assim,
niio podemos isolar os enantiomeros, exceto em casos especiais.
Espelho
~
Vma situa~iio semelhante acontece com os compostos de f6sforos triva-
lentes, ou fosfinas. Nesse caso, a inversiio do f6sforo e muito mais lenta que
a do nitrogenio e, assim, fosfinas quirais estaveis podem ser isoladas. Ametil-
propilfenilfosfina ReS, por exemplo, siio estaveis por varias horas a tem-
peratura de 100 ae.A quiralidade das fosfinas e muito importante na sintese
de aminoacidos quirais.
(R)·Metilpropilfenilfosfina
(configura\(ao estlivel)
Muito embora os enantiomeros de uma moIecula quiral apresentem as mes-
mas propriedades fisicas, normalmente possuem propriedades biol6gicas
diferentes. Por exemplo, 0 enantiomero (+) do limoneno tern 0 aroma da
laranja, mas 0 enantiomero (- ) tern 0 aroma do limiio.Conexao
Biol6gica
(+ )·Limoneno
(odor de laranja)
(- )-Limoneno
(odor de limao)
A quiralidade pode afetar drasticamente as propriedades biol6gicas de
uma moIecula, urn exemplo tipico e 0 que ocorre em muitos remedios, como a
fluoxetina, uma medica~iio muito prescrita vendida nas farmacias com 0
nome de Prozac. A mistura racemica de fluoxetina e urn antidepressivo
FIGURA 9.19 (a) Um enantiomero
ajusta-se facilmente ao sltio de
um receptor quiral para exercer
um efeito biol6gico, mas outro
enanti6mero (b) nao se ajusta ao
mesmo receptor.
extraordinario, mas nao tern atividade contra a enxaqueca. 0 enantiomero
S, entretanto, funciona muito bem no combate a enxaqueca. Outros exemplos
saD descritos na ser;ao Quimica no Trabalho "Drogas Quirais".
(S)·Fluoxetina
(pre vine a enxaqueca)
Por que os estereolsonieros diferentes apresentam propriedades bio-
16gicas diferentes? Com a finalidade de exercer uma ar;ao biol6gica, a
molecula quiral deve se ajustar ao receptor quiral no sitio ativo, de modo
semelhante ao da mao que se ajusta a uma luva. Como a mao direita s6 se
ajusta a uma luva direita, urn estereoisomero em particular se ajusta so-
mente ao receptor que possui uma forma complementar adequada. Qualquer
outro estereoisomero ficaria mal-ajustado, como uma luva direita na mao es-
querda. Uma representar;ao esquematica da interar;ao entre uma molecula
quiral e urn receptor biol6gico quiral e mostrada na Figura 9.19. Urn dos
enantiomeros ajusta-se perfeitamente ao receptor, 0 outro nao.
I
~'3"f
Intimamente relacionada ao conceito de quiralidade e particularmente im-
port ante na quimica biol6gica, e a nor;ao de proquiralidade. Uma molecula e
proquiral se ela pode ser convertida de uma forma aquiral para uma forma
quiral em uma linica etapa. Por exemplo, uma cetona assimetrica, como a 2-
butanona, e proquiral porque ela pode ser convertida no alcool quiral 2-bu-
tanol por meio da adir;ao de hidrogenio, como veremos em mais detalhes na
Ser;ao 17.5.
2·Butanona
(Proquh'al)
2-Butanol
(QuiraD
o enanti6mero do 2-butanol a ser produzido dependera de qual face do
grupo carbonilico planar sofrera uma reac;ao. Para distinguir entre essas
possibilidades, usamos as descric;6es estereoquimicas re e si. Atribua as prio-
ridades aos tres grupos ligados ao carbono trigonal hibridizado Sp2, imagi-
nando as setas curvas do substituinte de mais alta para 0 substituinte de
mais baixa prioridade. A face na qual a seta curva esta no sentido horario e
designada como re (semelhante aR), e a face em que a seta curva esta no sen-
tido anti-horario e designada si (semelhante as). Nesse exemplo em parti-
cular, a adic;ao de hidrogenio na face re forma 0 (S)-2-butanol, e na face si, 0
(R)-2-butanol.
H
I
HaC-C\--OH
CH2CHa
AMm dos compostos com atomos de hibridizac;ao Sp2 planares, os com-
postos com atomos tetraedricos de hibridizac;ao Sp3 tambem podem ser pro-
quirais. Urn atomo com hibridizac;ao Sp3 e chamado centro de proquirali-
dade, se urn dos seus substituintes, ao ser alterado, se tornar urn centro de
quiralidade. 0 atomo de carbono -CH20H do etanol, por exemplo, e urn cen-
tro de proquiralidade, porque mudando urn dos seus atomos de -H, esse
atomo torna-se urn centro de quiralidade.
Centro de
proquiraJidadc "'" y
HC-C-OH
a I
H
Centro de
quiralidade" X
'\.1
~ HC-C-OH
a I
H
Para distinguir entre dois atomos identicos (ou grupos de atomos) no
centro de proquiralidade, podemos imaginar uma mudanc;a que vai aumen-
tar a prioridade de urn atomo em relac;ao a outro, mas sem afetar a sua prio-
ridade em relac;ao aos outros grupos substituintes.
No carbono -CH20H do etanol, por exemplo, podemos imaginar a
substituic;ao de atomos de IH (proton) por 2H (deuterio). 0 novo atomo 2H
Conexao
Biol6gica
introduzido tern prioridade mais alta que 0 atomo de lH restante, mas ainda
tern prioridade mais baixa que os outros grupos ligadosao carbono central.
Entre os dois atomos identicos no composto original, 0 :ltomo cuja substitui-
<;aoorigina urn centro de quiralidade R e denominado pro-R e aquele em que
a substitui<;ao origina urn centro de quiralidade S e chamado pro-So
A maioria das rea<;6es biol6gicas envolve compostos proquirais. Vma
das eta pas no ciclo do acido citrico no qual 0 alimento e metabolizado, por
exemplo, e a rea<;ao de adi<;ao de H20 ao fumarato para produzir malato. A
adi<;aode -OH ocorre na face si do fumarato e leva a forma<;ao do CS)-malato
como produto.
Outro exemplo envolve os estudos com substratos marcados com
deuterio na conversao de alcool em acetaldefdo, catalisada pela enzima de al-
cool desidrogenase encontrada em leveduras. Nessa rea<;ao ocorre a remo<;ao
apenas do hidrogenio pro-R da molecula de etanol.
Alcool desidrogenase
E )
de leveduras
Identifique os atomos de hidrogenio indicados comopro-R oupro-S nas seguintes
moleculas:
(a) "" ,/
H H
X .CHO
HO' X
HO H
o acumulo de acido latico em musculos cansados e resultado da reduC;aodo piru-
vato. Se a reaC;aoocorre na face re, qual e a estereoquimica do produto?
Drogas Quirais
As centenas de agentes farmaceuticos diferentes aprovados para uso pela U.S. Food and Drug
Administration provem de varias fontes. Muitas drogas SaDisoladas diretamente de plantas e bacterias,
outras sao produzidas pela modificac;ao quimica de compostos naturais, e existem outras ainda, pro-
duzidas inteiramente em laborat6rios, mas que nao possuem qualquer relac;ao com outras substancias
encontradas na natureza.
As drogas provenientes de fontes naturais, obtidas diretamente ou ap6s a modificac;ao quimica,
sao normalmente quirais e existem na forma de urn unico enantiomero em vez de uma mistura
racemica. A penicilina V, por exemplo, urn antibi6tico isolado do fungo Penicillium, tern configurac;ao
2S,5R,6R. 0 seu enantiomero nao ocorre na natureza, mas pode ser preparado em laborat6rio, porem
nao possui nenhuma atividade biol6gica.
Ao contnirio das drogas obtidas por fontes naturais, as drogas produzidas inteiramente em labo-
rat6rios saD aquirais ou se forem quirais em geral saD produzidas e comercializadas na forma de mis-
turas racemicas. 0 ibuprofen, por exemplo, tern urn centro de quiralidade e somente 0 enantiomero S e
urn agente analgesico e antiinflamat6rio. 0 enantiomero R e inativo, embora seja convertido lentamente
na forma ativa S dentro do organismo. Entretanto, a substancia comercializada com os nomes de Advil,
Nuprin e Motrin e uma mistura racemic a de ReS.
(S)-Ibuprofen
(Urn analgesico ativo)
Nao somente e urn desperdicio sintetizar e usar clinicamente urn enantiomero que nao serve aos
prop6sitos desejados, como muitos exemplos saD conhecidos de situac;oes em que a presenc;a do enan-
tiomero "errado" na mistura racemica afeta tanto a habilidade do organismo em utilizar 0 enantiomero
"correto" como tambem os pr6prios efeitos farmaco16gicos. A presenc;a do (R)-ibuprofen na mistura
racemica, por exemplo, parece diminuir substancialmente a velocidade com que 0 enantiomero S faz
efeito, de 12 para 38 minutos.
para resolver esse probl~:Jlla, a industria farmaceut.ica esta desenvolvendo metodos de si,p,tese as-
sinieJrica, tambem chamadasintese enatiosseletiva, que permitem a preparac;ao de urn unico enan-
tiomero em lugar de uma mistura racemica. Metodos viaveis ja foram desenvolvidos para a preparac;ao
do (S)-ibuprofen, que ja esta sendo comercializado na Europa. Nao deve estar longe 0 tempo em que os
anuncios de televisao mostrarao atletas famosos falando a respeito das vantagens das drogas quirais.
WWVi Mais informar;:6es sobre este topico estao disponiveis na pagina do Iivro, no site
http://www.thomsonlearnlng.com.br
Urn objeto ou moIecula que nao se sobrepoe a sua imagem especular e de-
nominado quiral. Uma moIecula quiral e aquela que nao possui urn plano
de simetria que corta a moIecula ao meio de forma que as duas metades se-
jam a imagem uma da outra. 0 caso mais comum de quiralidade em molecu-
las organicas e a presenc;a de urn atomo de carbono tetraedrico hibridizado
Sp3 ligado a quatro substituintes diferentes - denominado centro de qui-
ralidade. Compostos quirais podem existir como pares de estereoisomeros
cujas imagens especulares nao se sobrepoem, saD conhecidos como enan-
tiomeros. Os enantiomeros tern propriedades fisicas identicas com exce-
c;ao da atividade 6ptica, ou direc;ao em que eles giram a luz plano-
polarizada.
A configura~ao estereoquimica do atomo de carbono pode ser repre-
sentada como R (direita) ou S (esquerda), utilizando as regras de sequencia
de Cahn-Ingold-Prelog. Primeiro atribua prioridades aos quatro substi-
tuintes do atomo de carbono quiral e entao oriente a molecula de maneira
que 0 grupo de mais baixa prioridade aponte para tras da moIecula. Se a seta
aquiral, 272
centro de proquiralidade, 297
centros de quiralidade, 272
compostos meso, 284
configura9ao absoluta, 279
configura9ao pro-R, 301
configura9ao pro-S, 301
configura9ao R, 278
configura9ao S, 278
configura9ao, 277
dextr6giras, 275
diastereois6meros, 282
enanti6meros, 271
face re, 301
face si, 301
lev6giras, 275
luz plano-polarizada, 275
mistura racemica, 287
opticamente ativas, 275
plano de simetria, 272
proquiral, 296
quirais, 272
racemato, 287
resolver, 287
rota9ao especifica, [alD' 276
curva, desenhada na dire~ao de diminui~ao de prioridade (1 ~ 2 ~ 3) dos
tres grupos restantes, estiver no sentido horario, 0 centro de quiralidade
apresenta configura~ao R. Se 0 sentido for ariti-horario, entao 0 centro de
quiralidade revel a configura~ao S.
Algumas moleculas tern mais de urn centro de quiralidade. as enan-
tiomeros apresentam configura~ao oposta em todos os centros de quirali-
dade, entretanto os diastereoisomeros tern a mesma configura~ao em pelo
menos urn dos centros. Urn composto com n centros de quiralidade pode ter
no maximo 2n estereoisomeros.
as compostos meso tern centros de quiralidade, mas sao aquirais
porque possuem urn plano de simetria. As misturas racemicas ou race-
matos sao misturas 50:50 de enantiomeros (+) e (- ).As misturas racemic as
e os diastereoisomeros individuais apresentam propriedades fisicas dife-
rentes, como solubilidade, ponto de ebuli~ao e ponto de fusao.
Muitas rea~6es dao origem a produtos quirais. Se os reagentes forem
opticamente inativos, os produtos tambem serao opticamente inativos -
meso ou racemico. Se urn ou ambos reagentes forem opticamente ativos, 0
produto tambem pode ser opticamente ativo.
Uma molecula e proquiral se ela puder ser convertida de aquiral
para quiral em uma unica etapa de rea~ao. Urn atomo proquiral com hibri-
diza~ao Sp2 tern duas faces, designadas como faces re ou si. Urn atomo de
carbono com hibridiza~ao Sp3 e urn centro de proquiralidade se, mudando
urn dos seus substituintes, resultar em urn centro de quiralidade. a atomo
cuja substitui~ao leva a forma~ao do centro de quiralidade R e pro-R e
aquele em que a substitui~ao leva a forma~ao de urn centro de quiralidade
S epro-S.
EXERCiclOS
(as Problemas 9.1-9.26 aparecem dentro do capitulo.)
9.27 Quais das seguintes estruturas sao identicas? .
9.28 Atribua a configura<;ao R ou S aos centros de quiralidade nas se-
guintes moleculas:
9.30 Atribua a configura<;ao R ou S para cada centro de quiralidade na
pseudo-efedrina, urn descongestionante encontrado em medicamen-
tos para resfriado vendido sem prescri<;ao medica.
9.31 Os polarimetros para medidas de rota<;ao 6ptica sao extremamente -
sensfveis podendo medir rota<;6es de ate 0,001°, muito uteis quando
pequenas quantidades de amostra sao disponiveis. A ecdisona, por
exemplo, e urn hormonio de insetos que control a a metamorfose da
larva do bicho-da-seda. Quando 7,00 mg de ecdisona foi dissolvido em
1,00mL de clorof6rmio e a solu<;aocolocada em uma celula de caminho
6ptico de 2,00 em, observou-seuma rota<;ao de +0,087°. Calcule 0 valor
de [a]D para a ecdisona.
9.32 Quais dos seguintes compostos sao quirais? Represente-os e identi-
fique os centros de quiralidade.
(a) 2,4-Dimetil-heptano (b) 5-Etil-3,3-dimetil-heptano
(c) cis-1,4-Diclorociclo-hexano (d) 4,5-Dimetil-2,6-octadi-ino
9.33 Represente as moleculas quirais que correspondam as seguintes des-
cri~6es:
(a) Urn cloroalcano, C5HllCI (b) Urn alcool, C6H140
(c) Urn alceno, C6H1Z (d) Urn alcano, CSH1S
9.34 Oito mole cuIas de alcool tern a formula C5H1ZO. Represente-as. Quais
sao quirais?
9.35 Represente nove mole cuIas quirais que tern a formula C6H13Br.
9.36 Represente os compostos que correspondam as seguintes descri~6es:
(a) Urn alcool quiral com quatro atomos de carbono
(b) Urn acido carboxilico com a formula C5HlOOZ
(c) Urn composto com dois centros de quiralidade
(d) Urn aldeido quiral com a formula C3H5BrO
9.37 Quais dos seguintes objetos sao quirais?
(a) Uma bola de basquete (b) Urn garfo
(c) Urn copo de vinho (d) Urn taco de golfe
(e) Uma chave inglesa (f) Urn floco de neve
9.38 A penicilina V e urn import ante antibiotico de ampla utiliza~ao que
contem tres centros de quiralidade. Identifique-os.
9.39 Desenhe exemplos de:
(a) Urn composto meso com a formula CSH1S
(b) Urn composto meso com a formula CgHzo
(c) Urn composto com dois centros de qui;alidade, urn Reo outro S
9.40 Qual e a rela~ao entre as rota~6es especificas do (2R,3R)-dicloropen-
tano e do (2S,3S)-dicloropentano? Entre 0 (2R,3S)-dicloropentano e 0
(2R ,3R)-dicloropentano?
9.41 Qual e a configura~ao estereoquimica do enantiomero do (2S,4R)-di-
.bromo-octano?
9.42 Quqis sao as configura~6es dos dois diastereoisomeros do (2S,4R)-di-
bromo-octano?
9.43 OriE1nte cada uma das seguintes representa~6es de maneira que 0
grupo de mais baixa prioridade esteja situado na parte detras da mole-
cula, e entao atribua a configura~ao R ou S.
9.44 Atribua as prioridades Cahn-Ingold-Prelog aos seguintes conjuntos
de substituintes:
(a) -CH=CH2, -CH(CHS)2, -C(CHs)s, -CH2CHs
(b) -C-CH, -CH=CH2, -C(CHsh, ---< ,
(c) -C02CHs, -COCHs, -CH20CHs, -CH2CHs
(d) -C N, -CH2Br, -CH2CH2Br, -Br
9.45 Atribua as configurac;oes R ou S aos centros de quiralidade das
seguintes moleculas.
(a) H OH
~
(b) Cl H
if
9.46 Atribua a configurac;8.oR ou S para cada centro de quiralidade nas
seguintes moleculas:
(a) OHa:
H
(c) HOyyOH
HsC' U'CHs
9.47 Atribua a configurac;8.oR ou S para cada centro de quiralidade nas
seguintes moleculas biol6gicas:
(a) ° (b)H___...A ...----H ° HN N ___~C02HHttH HO-'
S ' H HCH2CH2CH2CH2C02- '"
Biotina Prostaglandina E1 "'
9.48 Desenhe as representac;oes tetraedricas das seguintes moleculas:
(a) (S)-2-Butanol, CHsCH2CH(OH)CHs
(b) (R)-3-Cloro-l-penteno
9.49 Desenhe as representac;oes tetraedricas dos dois enanti6meros do ami-
noacido cisteina, HSCH2CH(NH2)C02H e identifique-os como R ou S.
9.50 Quais dos seguintes pares de estruturas representam 0 mesmo enan-
ti6mero, e quais representam enanti6meros diferentes?
(a) Br CN (b) C02H Br
I I I I
HsC--;C-CN H--;C-CHs H--;C-Br H---C-CNI
H Br CN C02H
(c) CHs OH (d) CHs C02H
I I I I
H---C-OH H--; C - CH2CHs H--;C-C02H HsC--;C-HI
CHsCH2 HsC H2N H2N
9.51 Atribua a configuravao R ou S para cada centro de quiralidade nas
seguintes moIeculas:
(a) H BrHc0's CH
/ s
H Br
9.52 Desenhe as representavoes tetraedricas das seguintes moleculas:
(a) 0 enantiomero 2S,3R do 2,3-dibromopentano
(b) A forma meso do 3,5-dicloro-heptano
9.53 Desenhe a forma meso das seguintes moleculas e indique 0 plano de
simetria em cada uma delas:
9.54 Atribua as configuravoes R ou S aos centros de quiralidade no acido
asc6rbico (vitamin a C).
OH H OHHOf:C" CHOH
" 2OH
a
9.55 Atribua a estereoquimica R ou S aos centros de quiralidade nas se-
guintes projevoes de Newman:
(a) Cl (b) H
HytyCHs HsCytyOH
H~~H H~~C~
H H
9.56 A xilose e urn avucar comum encontrado em muitos tipos de madeira,
incluindo 0 bordo e a cerejeira. Como esse avucar e muito menos
propenso a causar carie que a sacarose, a xilose vem sendo utilizada
em billas e gomas de mas car. Atribua as configuravoes R ou S aos cen-
tros de quiralidade na xilose:
HOH HOH
OHCVCH20H
HOH
9.57 A ribose, uma parte essencial do acido ribonucIeico (RNA), tern a
seguinte estrutura:
H H H OH
X X .CHO
HO' X X
HOHHO H
(a) Quantos centros de quiralidade a ribose possui?
(b) Quantos estereoisomeros da ribose existem?
(c) Represente a estrutura do enantiomero da ribose.
(d) Represente a estrutura do diastereoisomero da ribose.
9.58 Na hidrogenavao catalitica utilizando catalisador de platina, a ribose
(Problema 9.57) e convertida em ribitol. 0 ribitol e opticamente ativo
ou inativo? Explique.
H H H OH
~
' " CH20H
HO , ,, ,
HOHHO H
9.59 A hidroxilac;;ao do cis-2-buteno com OS04 produz 2,3-butanodiol. Qual
a estereoquimica voce esperaria para 0 produto? (Reveja a Sec;;ao7.8 se
necessario.)
9.60 A hidroxilac;;ao do trans-2-buteno com OS04 produz 2,3-butanodiol.
Qual a estereoquimica voce esperaria para 0 produto?
9.61 Os alcenos reagem com acidos peroxicarboxilicos (RC03H) para pro-
duzir eteres ciclicos com anel de tres :ltomos denominados ep6xidos.
Por exemplo, 0 4-octeno reage com peroxiacidos para produzir 4,5-
epoxioctano:
Assumindo que a reavao de epoxidavao ocorre com estereoquimica syn, ~
represente a estrutura obtida na epoxidac;;aodo cis-4-octeno. 0 produto
e quiral? Quantos centros de quiralidade ele possui? Como voce 0 des-
creveria estereoquimicamente?
9.62 Responda 0 Problema 9.61, supondo que a reac;;aode epoxidac;;aoocorra
com 0 trans-4-octeno.
9.63 Identifique os hidrogenios indicados nas seguintes mole cuIas como
pro-R oupro-S:
(a) ~ / (b) ~ / (c) ~ /
HH H H- HH
~C02H CH3Sf!yC02 - ~CO-HOC HS , 2
2 "
, ,, + , + ,
HO H HH H3NH H3NH
I \
Acido malico Metionina Cisteina
9.65 Escreva os produtos das seguintes rea~6es e indique a estereoquimica
obtida em cada caso:
(a) Br2, H20 ) ?
DMSO
0 (b) Br2 ) ?CH2Cl2
(c)
1. 050.
) ?
2. NaHS03
9.66 Represente todos os estereoisomeros possiveis do acido ciclobutano-
1,2-dicarboxilico e indique suas rela~6es. Qual deles sao opticamente
ativos? Fa~a 0 mesmo para 0 acido ciclobutano-l,3-dicarboxilico.
9.67 0 composto A, C7H12, e opticamente ativo. Na redu~ao catalitica em
substrato de platina, 2 mols de hidrogenio foram consumidos, pro-
duzindo 0 composto B, C7H16. Dois fragmentos foram obtidos na
ozon6lise de A. Urn fragmento foi identificado como acido acetico. 0
outro fragmento, composto C, foi identificado como urn acido car-
boxilico opticamente inativo, CSHlO02. Escreva as rea~6es e represente
as estruturas A, B e C.
9.68 0 composto A, CnH160 e urn alcool opticamente ativo. A despeito de
sua aparente insatura~ao, 0 hidrogenio nao e consumido durante a re-
du~ao catalitica em substrato catalisador de paladio. No tratamento
de A com acido sulfurico diluido, ocorre desidrata~ao e a forma~ao do
alceno opticamente inativo B, CnH14, como produto majoritario. A
ozon6lise do alceno B origina dois produtos. Urn deles foi identificado
como propanal, CH3CH2CHO. 0 composto C, 0 outro produto, e uma ce-
tona, CsHsO. Qual e 0 grau de insatura~ao de A? Escreva as rea~6es e
identifique A, B e C.
9.69 Uma das etapas na biossintese da gordura e a hidrata~ao do crotonato
para produzir 3-hidroxibutirato. A rea~ao ocorre pela adi~ao de -OH
na face si no C3, seguido pela protona~ao no C2, tambem na face si.
Represente 0 produto da rea~ao, mostrando a estereoquimica de cada
etapa.
9.70 A d~sidrata~ao do citrato para produzir cis-aconitato, uma etapa no ci-
clo do acido citrico, envolve 0 "bra~o"pro-R do citrato em vez do "bra~o"
pro-So Qual dos seguintes produtos e formado?
9.71. A hidrata~ao do cis-aconitato produz (2R,3S)-isocitrato. Mostre a es-
tereoquimicado produto, e diga se a adi~ao do grupo -OH ocorre na
face re ou na face si do cis-aconitato.
9.72 Os tetraedranos sao uma classe de compostos muito interessante, cujo
primeiro exemplo foi sintetizado em 1979. Construa urn modelo de urn
tetraedrano com quatro substituintes diferentes. Ele e quiral? Ex-
plique.
®
I
/C""@;-c-i-c-®\;/
I
®
9.73 Os ale nos sao compostos com duplas ligac;6es adjacentes. Muitos
alenos sao quirais embora nao possuam centros de quiralidade. A mi-
comicina, por exemplo, urn antibi6tico natural isolado da bacteria No-
cardia acidophilus, e quiral e apresenta [a]D = -130°. Explique por
que a micomicina e quiral. Construa urn modelo molecular se achar
necessario.
9.74 Muito antes dos alenos quirais serem conhecidos (Problema 9.73), a
solw;ao do acido 4-metilciclo-hexilidenoacetico foi resolvida em dois
enanti6meros. Qual deles e quiral? Qual e a semelhanc;a geometrica
com os alenos?
o
II
R-C-OH + R'OH
Acido
carboxilico
Suponha que 0 acido latico racemico reaja com metanol, CHsOH, para
produzir 0 ester, lactato de metila. Que estereoquimica voce esperaria
para os produtos? Qual e a relaC;aoentre eles?
9.76 Imagine que 0 (S)-acido latico reaja com (R)-2-butanol para formar urn
ester (Problema 9.75). Que estereoquimica voce esperaria para o(s)
produto(s)? Represente os reagentes e o(s) produto(s).
9.77 Pressupondo que 0 acido latico racemico reaja com (S)-2-butanol para
formar urn ester (Problema 9.76). Que estereoquimica voce esperaria
para o(s) produto(s)? Qual e a relac;;ao entre eles? Presumindo que os
esteres podem ser convertidos novamente em acidos carboxilicos, como
voce utilizaria essa reac;;aopara resolver 0 (±)-acido latico?
9.78 0 (S)-1-cloro-2-metilbutano sofre reac;;aocom C12, sob ac;;aoda luz, por
urn mecanismo radicalar para produzir uma mistura de produtos. En-
tre os produtos formados estao 0 1,4-dicloro-2-metilbutano e 1,2-di-
cloro-2-metilbutano.
(a) Escreva a reac;;ao mostrando a estereoquimica correta dos rea-
gentes.
(b) Urn dos produtos e opticamente ativo e 0 outro nao. Identifique
cada urn.
(c) 0 que voce pode concluir sobre a estereoquimica das reac;;6esradi-
calares de clorac;;ao?
9.79 Represente a estrutura do composto meso que possui cinco atomos de
carbono e tres centros de quiralidade.
9.80 Quantos estereois6meros do 2,4-dibromo-3-cloropentano existem? Re-
presente-os e indique quais san opticamente ativos.
9.81 Represente os is6meros cis- e trans-l,4-dimetilciclo-hexano em suas
conformac;;6es de cadeira mais estaveis.
(a) Quantos is6meros do cis-l,4-dimetilciclo-hexano existem e quantos
do trans-l,4-dimetilciclo-hexano?
(b) As estruturas san quirais?
(c) Quais as relac;;6esestereoquimicas entre os varios estereois6meros
do 1,4-dimetilciclo-hexano?
9.82 Represente os is6meros cis- e trans-l,3-dimetilciclo-hexano em suas
conformac;;6es de cadeira mais estaveis.
(a) Quantos is6meros do cis-l,3-dimetilciclo-hexano existem e quantos
do trans-l ,3-dimetilciclo- hexano?
(b) As estruturas san quirais?
(c) Quais as relac;;6es estereoquimicas entre os varios estereois6meros
do 1,3-dimetilciclo-hexano?
9.83 Como voce explicaria que 0 cis-l,2-dimetilciclo-hexano e opticamente
inativo embora possua dois centros de quiralidade?
9.84 Urn haleto de alquila reage com urn nucle6filo para formar urn produto
de substituic;;ao por meio de urn mecanismo que envolve a inversCio da
estereoquimica no atomo de carbono:
//
Nu-C + x-
\
Formule a reavao do (S)-2-bromobutano com 0 ion HS- para produzir
butano-2-tiol, CHaCH2CH(SH)CHa. Qual e a estereoquimica do pro-
duto? (Veja a Sevao 11.2.)
9.85 Os reagentes de Grignard, RMgX, reagem com aldeidos para produzir
alc06is. Por exemplo, a reavao do brometo de metilmagnesio com
propanal produz 0 alcool 2-butanol:
1. CHsMgBr )
2. HsO+
(a) 0 produto e quiral? Ele e opticamente ativo?
(b) Quantos estereoisomeros do butanol sao formados, quais as re-
lav6es estereoquimicas entre eles e quais sao as suas quantidades
relativas? (Veja a Sevao 17.6.)
9.86 Imagine que outra reavao de Grignard semelhante a reavao descrita
no Problema 9.85 ocorra entre 0 brometo de metilmagnesio e 0 (R)-2-
fenilpropanal para produzir 3-fenil-2-butanol:
1. CHsMgBr )
2. HsO+
(a) 0 produto e quiral? Ele e opticamente ativo?
(b) Quantos estereoisomeros do 3-fenil-2-butanol sao formados, quais
as relav6es estereoquimicas entre eles e quais sao as suas quanti-
dades relativas? (Veja a Sevao 17.6.)
Avalie seu conhecimento sobre os t6picos deste capitulo com quest6es
adicionais e problemas de construvao do aprendizado conceituais cli-
cando na pagina do livro, no site http://,,rww.thomsonlearning.
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