Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
ESTEREOQUÍMICA Prof. Dr. Odair dos Santos Monteiro UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO DISCIPLINA: QUÍMICA ORGÂNICA ISOMERISMO ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS Apresentam diferentes conectividades de seus átomos. Mesma FM ESTEREOISÔMEROS Diferem no arranjo espacial de seus átomos. Mesma FM ESTEREOQUÍMICA ESTEREOISOMERIA (ESPACIAL) ÓPTICA CONFORMACIONAL GEOMÉTRICA ESTEREOISOMERIA Estuda de forma estática arranjos espaciais dos compostos orgânicos e suas propriedades. ISOMERISMO A fórmula molecular de um composto representa somente os tipos e a quantidade de átomos que a constituem. Já a fórmula estrutural mostra, além disso, o arranjo dos átomos no espaço e, portanto, como eles estão ligados. Por exemplo, a partir de um composto com fórmula molecular C6H14 é possível representar os seguintes compostos: ISOMERISMO ISOMERIA CONSTITUCIONAL Os isômeros constitucionais têm diferentes propriedades físicas. As diferenças podem não ser grandes, mas os isômeros constitucionais sempre têm diferentes pontos de fusão, ebulição, densidades, índices de refração, como foi mostrado na tabela anterior. Um grande número de isômeros é mostrado na tabela abaixo, baseado em cálculos computacionais. ISOMERIA CONSTITUCIONAL ISOMERIA CONSTITUCIONAL • Diferentes tipos de isomeria constitucional: Isomeria de função Isomeria de cadeia Isomeria de posição Isomeria de compensação (metameria) Tautomeria (isomeria dinâmica) ISOMERIA CONSTITUCIONAL • Isomeria de função: Nesse tipo de isomeria, os isômeros pertencem a diferentes grupos funcionais. Ex: Ác. Carboxílico e Éster C2H4O2 ISOMERIA CONSTITUCIONAL • Isomeria de cadeia (esqueletal ou de núcleo): Nesse tipo de isomeria, os compostos pertencem à mesma função e possuem a mesma fórmula molecular. A diferença está no tipo de cadeia. Ex: Hidrocarboneto C5H10 Amina C2H7N ISOMERIA CONSTITUCIONAL • Isomeria de posição: Nesse tipo de isomeria, os isômeros diferenciam-se pela posição em uma insaturação, um grupo funcional ou uma ramificação. Ex: Hidrocarboneto C4H8 Álcool C3H8O ISOMERIA CONSTITUCIONAL • Metameria (Isomeria de compensação): A diferença entre os isômeros está na posição do heteroátomo. Ex: Éter C4H10O ISOMERIA CONSTITUCIONAL • Tautomeria (Isomeria Dinâmica): Os isômeros coexistem em equilíbrio dinâmico em um sistema. • Casos: • Tautomeria aldo-enólica, ceto-enólica. • Ex: ESTEREOISOMERIA • Ocorre quando temos dois compostos com mesma fórmula molecular, mas que se diferenciam pelo arranjo espacial de seus átomos. Não é possível ver a diferença entre esses isômeros somente analisando a fórmula estrutural plana, porque eles possuem o mesmo tipo de cadeia carbônica, o mesmo grupo funcional, a mesma insaturação e o mesmo substituinte ou heteroátomo. ESTEREOISOMERIA • Esses isômeros chamados de ESTEREOISÔMEROS, podem ser DIASTEREOISÔMEROS ou ENANTIÔMEROS. ISOMERIA GEOMÈTRICA • Ocorre com os diastereoisômeros, que são isômeros que não são imagem especular um do outro. ISOMERIA GEOMÉTRICA • Ocorre tanto em compostos de cadeia aberta quanto em compostos de cadeia fechada. Ela pode ser visualizada por meio de arranjos espaciais de seus átomos. • A característica necessária para que esse tipo de isomeria ocorra em compostos de cadeia acíclica é que haja ligações duplas entre pelo menos dois átomos de carbonos e que os ligantes de cada carbono da dupla sejam diferentes entre si. ISOMERIA GEOMÉTRICA ISOMERIA GEOMÉTRICA • Ex: But-2-eno Cis: grupos ligantes iguais ficam do mesmo lado do plano espacial. Trans: grupos ligantes iguais ficam de lados opostos do plano espacial. Os isômeros geométricos possuem diferentes propriedades químicas (como fator biológico) e físicas. ISOMERIA GEOMÉTRICA • Ex: 1,2-dicloroeteno Polar Apolar Cis - 1,2-dicloroeteno Trans - 1,2-dicloroeteno TF = -80,5 oC TF = -50 oC TE =60,3 oC TE = 47,5 oC d = 1,284 g/mL d = 1,265 g/mL Essa diferença de temperatura pode ser explicada pela diferença de polaridade entre as moléculas. ISOMERIA GEOMÉTRICA A dupla ligação entre os carbonos é rígida, isto é, não é passível de sofrer rotação e de ser a mesma molécula, mas sim corresponde a compostos diferentes. • Obs: • A isomeria geométrica não ocorre em compostos de cadeia aberta que sejam saturados, ou seja, que possuam somente ligações simples entre os carbonos, pois essas ligações podem sofrer rotação. ISOMERIA GEOMÉTRICA • Ex: Rotação da ligação simples do 1,2-dicloroetano ISOMERIA GEOMÉTRICA Ex: ácido butenodióico Conformações cis e trans do ácido maleico e do fumárico ác.cis- butenodióico ác.trans- butenodióico ISOMERIA GEOMÉTRICA • O ácido maleico é o isômero cis porque os dois grupos (OH) estão no mesmo plano. Em razão dessa conformação, esse ácido é capaz de sofrer desidratação intramolecular, liberando uma molécula de água e, assim, produzindo o anidrido maleico. • O ácido fumárico possui os dois grupos (OH) em planos opostos, não sendo capaz de fazê-lo interagir e, em razão do impedimento espacial, ele não sofre desidratação intramolecular. ISOMERIA GEOMÉTRICA • Em compostos de cadeia fechada, essa isomeria ocorre desde que existam no ciclo dois átomos de carbono com dois grupos diferentes. Ex: 1,2-dimetilciclopropano A: cis -1,2-dimetilciclopropano. B: Trans -1,2-dimetilciclopropano. cis-pent-2-eno trans-pent-2-eno cis-cicloocteno trans-cicloocteno ISOMERIA CIS-TRANS DE COMPOSTOS MONOCíCLiCOS NOMENCLATURA CIS – TRANS : NOMENCLATURA SISTEMA CAHN-INGOLD-PRELOG GRUPOS DE MAIOR PRIORIDADE DO MESMO LADO DA DUPLA LIGAÇÃO – Z (ZUSAMMEN) GRUPOS EM LADOS OPOSTOS DA DUPLA – E (ENTGEGEN) NOMENCLATURA SISTEMA CAHN-INGOLD-PRELOG Ex: Z-3-metil-pent-2-eno Z-1-etil-3-flúor-1,3-dimetil-ciclopentano ISOMERIA GEOMÉTRICA ISOMERIA ÓPTICA • Moléculas opticamente ativas, desviam o plano da luz polarizada e não são superponíveis à sua imagem especular. • Ocorre em moléculas que não apresentam plano de simetria (moléculas assimétricas). Ex : molécula de CHBrClF. • Esta molécula não apresenta nenhum plano de simetria. • É denominada molécula assimétrica ou molécula quiral. • Se a colocarmos diante de um espelho, a imagem especular será diferente dela. ISOMERIA ÓPTICA ISOMERIA ÓPTICA • POLARÍMETRO E DESVIO DA LUZ POLARIZADA: • A luz ou radiação comum é não polarizada, ou seja, vibra ou oscila em várias direções. • A luz é denominada polarizada quandooscila em apenas uma direção. ISOMERIA ÓPTICA • POLARÍMETRO E DESVIO DA LUZ POLARIZADA: • A luz polarizada é obtida quando a luz atravessa lentes especiais denominadas polarizadores. • Uma das propriedades características de moléculas quirais é a sua capacidade de desviar o plano de vibração da luz polarizada. ISOMERIA ÓPTICA Moléculas opticamente ativas desviam o plano da luz polarizada e não são superponíveis à sua imagem especular POLARíMETRO [ ] = rotação específica l = comprimento do tubo (dm) = rotação observada c = Concentração (g/mL) →Substância opticamente ativa que gira o plano de polarização no sentido horário, é chamada de dextrorrotatória. E no sentido anti-horário, é chamada levorrotatória. ISOMERIA ÓPTICA • POLARÍMETRO E DESVIO DA LUZ POLARIZADA: Representação esquemática de um polarímetro. ISOMERIA ÓPTICA • POLARÍMETRO E DESVIO DA LUZ POLARIZADA: Ao passar por um tubo contendo apenas moléculas simétricas, o plano de vibração da luz polarizada não sofre desvio (rotação). • Moléculas simétricas são oticamente inativas. ISOMERIA ÓPTICA • POLARÍMETRO E DESVIO DA LUZ POLARIZADA: Ao passar por um tubo contendo apenas moléculas assimétricas, o plano de vibração da luz polarizada sofre desvio (rotação). • Moléculas assimétricas são oticamente ativas. ISOMERIA ÓPTICA • POLARÍMETRO E DESVIO DA LUZ POLARIZADA: • Destrorrotatório (ou dextrógiro) “direita”(d) : desvia o plano da luz polarizada no sentido horário. É indicado como (+). • Levorrotatório (ou levógiro) “esquerda” (l): desvia o plano da luz polarizada no sentido anti- horário. É indicado como (-). ISOMERIA ÓPTICA • POLARÍMETRO E DESVIO DA LUZ POLARIZADA: • O composto (I) desvia o plano de vibração da luz polarizada para esquerda ou no sentido anti-horário ([α = -2,6o]) e corresponde à forma do ácido lático produzido pelos músculos e responsável pela dor causada após exercícios físicos. ISOMERIA ÓPTICA • POLARÍMETRO E DESVIO DA LUZ POLARIZADA: • O composto (II), desvia o plano da luz polarizada para a direita ou no sentido horário ([α = +2,6o]), e é encontrado em grande quantidade no leite azedo. ISOMERIA ÓPTICA • QUIRALIDADE • Um átomo que contém quatro substituintes diferentes ligados a ele é chamado de centro de quiralidade (ou centro quiral, ou centro assimétrico, ou centro estereogênico ou estereocentro). Carbono estereogênico: possui os 4 ligantes diferentes entre si. COMPOSTOS OTICAMENTE ATIVOS Ex: Açúcares ISOMERIA ÓPTICA • ENANTIÔMEROS: Possuem idênticas propriedades físicas (densidade, solubilidade, ponto de fusão e ponto de ebulição) e químicas. Enantiômeros tem diferença nas propriedades que dependem do arranjo espacial dos átomos. Portanto, estes podem ser diferenciados por outra substância quiral, como os receptores do nosso organismo. A esta diferenciação dá-se o nome de reconhecimento quiral. O receptor quiral interage de maneira diferente com cada um dos enantiômeros. Ex: Talidomida Propriedades dos Enantiômeros Propriedades dos Enantiômeros • Esta droga era administrada como mistura racêmica. No entanto, um dos enantiômeros diminuía os sintomas como o enjoo (isômero d), o outro causava má formação nos fetos - má formação congênita (isômero l). Propriedades dos Enantiômeros • Anomalias de formação causadas pelo enantiômero S da talidomida Propriedades dos Enantiômeros Propriedades dos Enantiômeros Propriedades dos Enantiômeros Apenas um dos dois aminoácidos enantioméricos mostrados pode atingir três pontos de ligação com o sítio de ligação hipotético (ou seja, em uma enzima). ISOMERIA ÓPTICA • OBS: não se utiliza os dois enantiômeros de uma droga sem testá-los e, geralmente utiliza-se somente um deles. Este controle é realizado por órgãos como a ANVISA (no caso do Brasil) ou o FDA (no caso dos Estados Unidos. • DIASTEREOISÔMEROS Apresentam propriedades físicas e químicas diferentes, além de diferentes rotações específicas. ISOMERIA ÓPTICA • MISTURAS RACÊMICAS Misturas em quantidades iguais dos enantiômeros, ou seja, misturas formadas por iguais quantidades de uma substância levorrotatória e seu respectivo enantiômero dextrorrotatório (50% de um enantiômero e 50% do outro). São oticamente inativas, ou seja, não desvia o plano da luz polarizada. Possuem propriedades físicas e químicas diferentes. ISOMERIA ÓPTICA • Representação de Enantiômeros, Antípodas Ópticos ou Enantiomorfos. Móleculas que não são superponíveis à sua imagem no espelho plano. • Fórmulas em perspectiva: As linhas normais ( ̶ ) representam os grupos que estão no plano. A linha tracejada representa o grupo que está atrás do plano. A linha escura, em forma de cunha, representa o grupo que está na frente do plano ISOMERIA ÓPTICA • DIASTEROISÔMEROS Móleculas que não são imagem uma da outra no espelho plano. ISOMERIA ÓPTICA Ex: isomeria CIS/TRANS ou E/Z TRANS CIS Os diasteroisômeros podem ser QUIRAIS ou AQUIRAIS. Fórmulas de Projeções de Fischer Uma maneira muito simples para representar compostos orgânicos em duas dimensões foi introduzida pelo químico alemão Emmil Fischer e denomina-se projeção de Fischer. Nessas projeções, as linhas na horizontal representam grupos que estão na frente do plano do papel e as linhas na vertical, os grupos que estão atrás do plano. Projeção de Fischer: forma simplificada de representar em duas dimensões os átomos de carbono tetraédrico e seus substituintes. Molécula é desenhada na forma de cruz, com o átomo central no ponto de intersecção; Linhas verticais: ligações projetadas para trás do plano (ou que ficam nele); Linhas horizontais: ligações projetadas para frente do plano. Fórmulas de Projeções de Fischer Fórmulas de Projeções de Fischer ISOMERIA ÓPTICA • Moléculas com mais de um Centro de • Quiralidade : 2n = Número de isômeros opticamente ativos (IOA) Onde n = Nº de centros de quiralidade (carbonos estereogênicos diferentes). Ex: ISOMERIA ÓPTICA Se um composto tem mais de um centro de quiralidade, analisamos cada centro separadamente e decidimos se é (R) ou (S). Ex.: Treonina CH3−CHOH−CHNH2−COOH Diastereoisômeros têm diferentes propriedades físicas (pontos de fusão e ebulição, solubilidade, etc.). ISOMERIA ÓPTICA ELEMENTOS DE SIMETRIA • Plano de simetria Plano passando através da molécula de tal forma que todos os átomos ou grupos de um lado do plano são refletidos pelo plano como se fosse um espelho. ELEMENTOS DE SIMETRIA Centro de simetria ponto a partir do qual qualquer linha traçada através da molécula é encontrado um ambiente idêntico em qualquer direção eqüidistante. ELEMENTOS DE SIMETRIA • Eixo de simetria (Rotação imprópria) Se uma rotação em torno de um eixo, de (360°/ n), seguida de reflexão por um plano perpendicular ao eixo reproduzira estrutura inicial. 180° ALGUNS TERMOS IMPORTANTES ALGUNS TERMOS IMPORTANTES • Quando observa-se um composto com centro quiral, mas a molécula como um todo é aquiral, este composto é chamado MESO. A projeção de Fischer pode facilitar a visualização. R-butan-2,3-diol S-butan-2,3-diol Meso-butan-2,3-diol DESIGNAÇÃO D-L A designação D-L, conhecida como convenção de Fischer- Rosanoff, é usada na descrição de carboidratos e aminoácidos. No caso dos carboidratos, a projeção de Fischer é representada na vertical, com o grupo CHO no topo. Carboidratos: quando a hidroxila ligada ao carbono estereogênico mais afastado da carbonila estiver para a direita, o isômero será D, quando estiver para a esquerda será L. α-Aminoácidos: representa-se o grupo carboxila (COOH) na posição superior e se o grupo –NH2, estiver para a direita, o isômero será denominado D; se estiver para a esquerda será denominado L. DESIGNAÇÃO D-L Carboidratos: D-glicose L-glicose D-aldose L-aldose DESIGNAÇÃO D-L α-Aminoácidos NOMENCLATURA DE ENANTIÔMEROS • Nomenclatura R e S : Cahn- ingold-Prelog • R= Rectus: movimento horário • S= Sinister: movimento anti-horário NOMENCLATURA DE ENANTIÔMEROS Ex: 1. 2. 3. 4. 5. 6. NOMENCLATURA DE ENANTIÔMEROS NOMENCLATURA DE ENANTIÔMEROS SEPARAÇÃO DE ENANTIÔMEROS SEPARAÇÃO DE ENANTIÔMEROS SEPARAÇÃO DE ENANTIÔMEROS OUTROS ESTEREOCENTROS S + CH3 O N CH3 P + CH3 O CH3 OUTROS ESTEREOCENTROS • ALENOS CUMULENOS • Número par de duplas ligações cumulativas existe atividade óptica – sobreposição orbitais p planos diferentes. • Número impar de duplas ligações, sobreposição dos orbitais p no mesmo plano – isomeria Geométrica. ATROPOISOMERISMO • Não há carbono estereogênico • Atropos: sem rotação (grego) Pureza óptica e excesso enantiomérico (EE). Exemplo 1: Se uma amostra de 2-butanol tem rotação específica observada de +9,2°, determine o excesso enantiomérico, sabendo-se que o 2-butanol puro tem rotação específica de +23,1°. Exemplo 2: Ácido (+)-mandélico tem rotação específica de +158°. Qual seria a rotação específica observada para cada uma das seguintes misturas? a) 25% do ácido (-)-mandélico e 75% de ácido (+)-mandélico b) 50% do ácido (-)-mandélico e 50% de ácido (+)-mandélico Faces ou lados Proquirais • Quando a adição a uma ou outra face converte um reagente aquiral em um produto quiral. Faces ou lados Proquirais Faces ou lados Proquirais Faces Enantiotópicas Faces Enantiotópicas Quando o produto da reação em uma face é enentiômero do produto da reação na outra face. Centro de proquiralidade ISÔMEROS CONFORMACIONAIS • Trata dos estereoisômeros que diferem entre si pelos diferentes arranjos dos seus átomos no espaço obtidos na rotação em torno de uma ligação simples. ISÔMEROS CONFORMACIONAIS • Confômeros do etano ISÔMEROS CONFORMACIONAIS CONFÔMEROS DO BUTANO CONFÔMEROS DO ETANO CONFORMAÇÃO EM CADEIRA CONFÔMEROS DO CICLOEXANO CONFORMAÇÕES DO CICLOHEXANO CONFORMAÇÃO EM CADEIRA CONFÔMEROS DO CICLOEXANO CONFORMAÇÕES DO CICLOHEXANO CONFÔMEROS DO CICLOEXANO CONFORMAÇÕES DO CICLOHEXANO CONFÔMEROS DO CICLOEXANO CONFORMAÇÕES DO CICLOHEXANO CONFÔMEROS DO CICLOEXANO CONFORMAÇÕES DO CICLOHEXANO CONFÔMEROS DE BICICLOS CONFORMAÇÕES DO CICLOHEXANO Exercícios 1. Escreva as fórmulas tridimensionais para os isômeros (S) de: a) Ibuprofeno (agente antiinflamatório e analgésico, Alivium®, Advil®, Motrin®, Nuprin®) b) Metildopa (anti-hipertensivo, Aldomet®, Cardin®, Etildopanan®) c) Penicilamina (anti-reumático e antiurolítico, Cuprimine®) Exercícios 2. A epinefrina natural, [α]D25 = −50°, é utilizada na Medicina. Seu enantiômero é medicinalmente inútil e, na verdade, tóxico. Suponha que você é um farmacêutico e recebeu uma solução cujo rótulo diz conter 1 g de epinefrina em 20 mL de líquido, mas cuja pureza óptica não está especificada. Quando você a coloca em um polarímetro (tubo de 10 cm), obtém uma leitura de −2,5°. Qual é a pureza óptica da amostra? Ela é segura para uso medicinal? 3. Desenhe todos os estereoisômeros possíveis do 2,4-dibromo-3-cloropentano, atribuindo as configurações R e S de cada substância. 4. Dê representações estruturais das seguintes moléculas, garantindo que a estrutura mostre claramente a configuração do centro de quiralidade. (a) (2R)-cloropentano; (b) (S)-2-metil-3-bromo-hexano; (c) (3R,5S)-3,5-dimetil-heptano; (d) (1S,2S)-1-cloro-1-trifluorometil-2-metilciclobutano. 5. Ácido ricinoleico, um composto que pode ser isolado do óleo de rícino, tem a estrutura CH3(CH2)5CHOHCH2CH=CH(CH2)7COOH. (a) Quantos estereoisômeros com esta estrutura são possíveis? (b) Desenhe estas estruturas, atribuindo as configurações R e S. Bibliografia 1. SOLOMONS, T.W.G.; FRYHLE, C.B. Química Orgânica. Rio de Janeiro: LTC Editora. Vol 1 e 2, 10 ed., 2014; 2. VOLLHARDT, K.P.C.; SCHORE, N.E. Química Orgânica: Estrutura e Função. Porto Alegre: Bookman. 4.ed., 2004. (Capítulo 5). 3. McMURRY, J. Química Orgânica. São Paulo: Pioneira Thomson Learning. 2005;. 4. BRUICE, P.Y. Química Orgânica. São Paulo: Pearson Prentice Hall. Vol 1 e 2, 2012. 5. CAREY, F. A. Química Orgânica. Porto Alegre: AMGH Editora Ltda. Vol 1, 7.ed., 2011; Vol 2, 7.ed., 2011. (Capítulo 7) 6. BARBOSA, L.C.A. Introdução à Química Orgânica. São Paulo: Prentice Hall. 2004. (Capítulo 6)
Compartilhar