Estereoisomeria (isomeria espacial) – parte II

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Estereoisomeria (isomeria espacial) –
parte II
CONHECER AS CARACTERÍSTICAS DE COMPOSTOS COM MAIS DE UM CARBONO QUIRAL E IDENTIFICAR
COMPOSTOS MESO. APRENDER A RECONHECER ESTRUTURAS USANDO PROJEÇÕES DE FISCHER.
APRENDER A NOMENCLATURA DE DIASTEROISÔMEROS USANDO O SISTEMA CIS/TRANS E E/Z.
Moléculas com mais de um carbono quiral
Na aula anterior, vimos que moléculas que contém um único carbono quiral (i.e. um carbono tetraédrico
ligado a quatro grupos diferentes) sempre podem existir na forma de dois isômeros espaciais. Entretanto, é
possível existam moléculas com mais do que um carbono quiral. Nestes casos, o número de isômeros
possíveis de existir é igual a 2 (dois elevado à n), em que n é o número de carbonos quirais presentes na
molécula.
Para exemplificar vamos considerar o composto 3-cloro-2-butanol que contêm 2 carbonos quirais. Se ele
contêm estes, então, o número de possíveis enantiômeros é igual a 4 (pois 2 = 4). As fórmulas estruturais
tridimensionais de cada um dos quatro isômeros são:
n
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Repare que as estruturas A e B são a imagem no espelho uma da outra e que elas não podem ser
sobrepostas, portanto, elas formam um par de enantiômeros. Da mesma forma, as estruturas C e D também
são a imagem no espelho uma da outra e não podem ser sobrepostas, portanto, elas formam outro par de
enantiômeros.
Como todas são enantiômeros, todas são opticamente ativas, ou seja, desviam o plano de um feixe de luz
polarizada. Entretanto, se olharmos para as estruturas B e C, veremos que elas não são a imagem no
espelho uma da outra (assim como não são as combinações A e C, A e D, B e D) e, em razão disso, não
formam um par de enantiômeros. Neste caso, as estruturas B e C formam um par de diasteroisômeros
(recorde a definição de diasteroisômero quee vimos na aula passada). Diasteroisômeros, diferentemente de
enantiômeros, têm propriedades físicas e químicas distintas, como diferentes pontos de fusão, de ebulição,
solubilidade, reatividade química etc.
Compostos meso
Agora vamos considerar a estrutura do 2,3-butanodiol, que, assim como no exemplo anterior, também tem
dois carbonos quirais. Novamente vamos observar a fórmula estrutural de cada uma das quatro possíveis
estruturas desta molécula.
As estruturas A e B são a imagem no espelho uma da outra e não podem ser sobrepostas, portanto, são um
par de enantiômeros. Contudo, olhe para as estruturas C e D: elas são a imagem no espelho uma da outra,
mas se girarmos uma delas em 180 , ela se sobrepõe exatamente sobre a outra estrutura (ou seja, todos os
átomos coincidem). Isto significa que as estruturas C e D são, na verdade, o mesmo composto desenhado
duas vezes em posições diferentes.
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Os compostos que contém carbonos quirais, mas que podem ser sobrepostos (como o composto
representado pelas estruturas C ou D), são chamados de compostos meso. 
No entanto, eles não são opticamente ativos. Um teste para saber se um composto que contém carbonos
quirais é ou não um composto meso é procurar por um plano de simetria dentro da molécula. Se existe um
plano de simetria que passa dentro da molécula, então ela não é quiral (e será chamada de composto meso
se houver um carbono quiral). Se este plano não existir, então, ela é quiral e vai apresentar atividade óptica.
Veja na figura a seguir uma representação do plano de simetria que passa através do composto C. Veja que
não existe um plano de simetria que passa dentro dos compostos A ou B.
Compostos quirais que não têm um carbono quiral
Sabendo que o que confere a quiralidade para uma molécula é a presença ou não de um plano de simetria
dentro da molécula e não simplesmente a presença de um carbono quiral (i.e. um carbono ligado a quatro
grupos diferentes), então, podemos descobrir que podem existir outras moléculas quirais que não tem
nenhum carbono quiral. Na próxima figura são mostrados alguns exemplos de moléculas quirais que não
tem carbonos quirais.
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Projeção de Fischer
Até agora, para representar as moléculas em três dimensões nós usamos apenas fórmulas estruturas
tridimensionais, cujas ligações que estão para frente ou para trás do plano do papel são representadas como
cunhas fechadas ou tracejadas, respectivamente. Entretanto, existe um modo mais simples de representar
moléculas em três dimensões: a projeção de Fischer. Em virtude da sua simplicidade, as projeções de
Fischer são ideais para representar moléculas com muitos carbonos quirais, como os carboidratos.
Por convenção, a cadeia principal de carbonos é desenhada sempre na vertical e os grupos ligantes ou
ramificações desta cadeia são desenhados na horizontal. Todas as ligações na horizontal são definidas como
ligações que estão para frente do plano do papel e as ligações na vertical são definidas como para trás ou no
mesmo plano do papel. Veja na figura a seguir uma comparação entre uma representação tridimensional da
glicose (um carboidrato com cinco carbonos quirais) e sua a correspondente projeção de Fischer.
Para examinar um par de moléculas desenhadas em projeções de Fischer, é permitido girar as estruturas em
180º, mas nunca 90º, nem se pode trocar substituintes de lado.
Compostos com isomeria cis/trans, E/Z
O último tópico de isomeria espacial que será estudado é a isomeria cis/trans ou E/Z de alcenos (compostos
que tem uma ligação dupla C=C). Por exemplo, considere o composto 2-buteno. Sabendo que a ligação
dupla não é flexível e que, por isso, ela não pode rodar ao longo do seu eixo, existem, então, duas possíveis
estruturas diferentes com a mesma fórmula molecular e mesma conectividade, que não são imagem no
espelho uma da outra, ou seja, que formam um par de diasteroisômeros.
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Veja na seguinte figura uma estrutura o 2-buteno em que os dois grupos -CH3 estão do mesmo lado (os dois
para cima ou os dois para baixo), e outra estrutura com os grupos –CH3 de lados opostos (um para cima e
um para baixo).
Como a ligação dupla é planar, ela nunca vai ser quiral, pois existe um plano de simetria dentro da molécula
(ou seja, o plano formado pelos dois carbonos da dupla, mais os dois substituintes de cada carbono) e,
portanto, esta não é uma molécula que tem atividade óptica.
Para distinguir uma estrutura da outra usamos a nomenclatura cis/trans. Se dois grupos substituintes
idênticos estão do mesmo lado da dupla ligação, o composto recebe o nome cis. Se os grupos substituintes
estão em lados opostos da ligação dupla, o composto é chamado de trans. Ou seja, o nome das estruturas
acima seria cis-2-buteno e trans-2-buteno, respectivamente.
Esta nomenclatura cis ou trans só funciona para alcenos disubstituidos (como é o caso do 2-buteno). Se a
ligação dupla tem três ou quatro substituintes diferentes é preciso usar o sistema de nomenclatura E/Z para
nomear os compostos. Nesse caso, cada substituinte dos carbonos da dupla é ranqueado por ordem de
prioridade utilizando as mesmas regras usadas para definir as prioridades dos substituintes do carbono
quiral (veja aula 08).
Se os dois substituintes de maior prioridade de cada carbono da dupla estão do mesmo lado, o alceno é
chamado de Z. Se os substituintes de maior prioridade estão de lados opostos da dupla, o composto é
denominado E. Veja o exemplo abaixo do 3-metil-2-penteno. Um dos carbonos da dupla está ligado a um -
CH3 (prioridade 1) e a um -H (prioridade2) e o outro carbono está ligado a um -CH2CH3 (prioridade 1) e a
um -CH3 (prioridade 2). Quando os dois grupos de prioridade 1 estão do mesmo lado o composto é o Z-3-
metil-2-penteno, enquanto os dois grupos de prioridade 1 estão de lados opostos, o composto é o E-3-
metil-2-penteno.
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Depois de rever o conteúdo desta aula, solucione os exercícios de múltipla escolha propostos.
Lembre-se de que você poderá postar suas dúvidas no Fórum e ter auxílio de seus colegas e
professor.
EXERCÍCIO (https://ead.uninove.br/ead/disciplinas/web/_g/quiorg68_100/a09ex01_quiorg68_100.htm)
Encontre o nome correto de cada composto.
EXERCÍCIO (https://ead.uninove.br/ead/disciplinas/web/_g/quiorg68_100/a09ex02_quiorg68_100.htm)
Agora que você já estudou esta aula, resolva os exercícios e verifique seu conhecimento. Caso
fique alguma dúvida, leve a questão ao Fórum e divida com seus colegas e professor.
EXERCÍCIO (https://ead.uninove.br/ead/disciplinas/web/_g/quiorg68_100/a09ex03_quiorg68_100.htm)
REFERÊNCIA
MORRISON, R. T.; BOYD, R. N. Química Orgânica. 14. ed. Lisboa: Fundação Calouste Gulbenkian, 2005.
SOLOMONS, T. W. G. Química Orgânica. 10. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2012. v. 1.
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