Aula 5 a 8 Estereoquimica Química Orgânica

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Bibliografia:
Química Orgânica – Solomons & Fryhle – 8 ed. Cap. 5. v. 1.
Química Orgânica – Vollhardt & Schore – 4 ed. Cap. 5
Química Orgânica – Constantino – Cap. 1.1 e 2.1. v. 2.
Química Orgânica – Paula Bruice – Cap. 5, Vol 1.
Organic Chemistry – Clayden – Cap. 16
Aulas 5 a 8 
Estereoquímica
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C
F
ClI
Br
C
I
Cl
F
Br
C
I
F
Cl
Br
Moléculas não são iguais. São enantiômeros.
Enantiomêros: moléculas que possuem mesma conectividade entre os átomos, mas 
disposição espacial diferente. Imagens Especulares NÃO sobreponíveis.
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Recordando....
Estereoquímica  dedica-se ao estudo das relações tridimensionais das moléculas orgânicas.
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Estereoisomerismo
Moléculas que apresentam a mesma fórmula estrutural, mas que são duas substâncias diferentes. As
estruturas diferem apenas na disposição espacial dos substituintes.
As moléculas são chamadas de estereoisômeros.
Isomerismo geométrico
• Observada em compostos com ligações dupla; também conhecido como isomerismo cis/trans ou E/Z
(será discutido em mais detalhes na aula de alquenos)
• Também é observado em compostos cíclicos (ver adiante).
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Isomeria óptica
• Observada em moléculas quirais.
QUIRALIDADE é uma propriedade puramente geométrica. Uma molécula (ou qualquer objeto) é quiral
quando não é superponível à sua imagem em um espelho plano.
Quiral  do grego: χειροσ (quiros) = mão
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Moléculas quirais e relação objeto-imagem (enantiomerismo)
Analise a figura abaixo: o 2-bromobutano é uma molécula quiral, enquanto o 2-bromo-2-metilbutano
é aquiral (Construa modelos moleculares para verificar a relação de objeto-imagem).
Compostos quirais  imagem especular não superponível
Compostos aquirais  imagem especular superponível
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Qual a importância da quiralidade?
Nos sistemas biológicos existem inúmeras moléculas quirais. Exemplo: aminoácidos, açúcares, DNA etc.
A dupla hélice da 
molécula do DNA.
L-alanina
Os aminoácidos naturais têm 
configuração definida.
Lactose
Um dissacarídeo formado 
pela junção b-1,4’ de uma 
molécula de D-galactose e 
uma de D-glicose.
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O reconhecimento molecular em sistemas biológicos é fortemente dependente da estrutura
tridimensional das moléculas (exemplo: interação fármaco-receptor). Vários compostos com
atividades biológicas importantes são quirais e, frequentemente, a atividade está relacionada a apenas
um único estereoisômero.
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A (R)-(-)-carvona tem aroma de hortelã 
enquanto seu enantiômero, (S)-(+)-carvona
tem aroma de cominho.
Talidomida
Fármaco utilizado durante a década de 60, na forma racêmica, 
para aliviar a náusea matinal em mulheres grávidas. Isto 
acarretou no nascimento de cerca de 12000 crianças com 
deformações congênitas!
isômero S é teratogênico e isômero R é sedativo e analgésico
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Por quê temos que estudar isso? 
Enantiômeros com propriedades biológicas diferentes.
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Como determinar se uma molécula é quiral?
1. A condição necessária para uma molécula ser quiral é que ela não seja superponível a sua imagem
em um espelho plano.
2. A presença de um carbono estereogênico é condição suficiente, mas não exclusiva, para a
presença de quiralidade.
3. É necessário que não haja um plano de simetria na molécula!
CARBONO ESTEREOGÊNICO  é o átomo de carbono no qual a troca de posição de dois de seus 
grupos gera um outro estereoisômero. 
PLANO DE SIMETRIA  plano imaginário que corta uma molécula em duas metades. Cada metade é a 
imagem especular uma da outra.
Os dois enantiômeros do 2-butanol 
(representados em fórmula em 
perspectiva); a molécula apresenta 
um centro estereogênico.
Os dois enantiômeros do 2-butanol não são 
superponíveis e não há um plano de simetria 
na molécula, portanto ela é quiral!
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Enantiômeros não são superponíveis!
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O 1,2-di-hidróxi-ciclopropano apresenta 
carbonos estereogênicos mas não é quiral, pois 
há um plano de simetria na molécula!
O 2,3-dibromobutano apresenta carbonos 
estereogênicos mas não é quiral; também há 
um plano de simetria na molécula!
Compostos espiro são quirais, pois não há plano 
de simetria na molécula (veja que os anéis estão 
perpendiculares um ao outro).
UMA MOLÉCULA COM UM 
PLANO DE SIMETRIA NUNCA 
SERÁ QUIRAL!
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Estereoisomerismo em moléculas cíclicas
Nos 1,4-dimetilcicloexanos isoméricos há 
plano de simetria e a molécula não é quiral
Nos 1,3-dimetilcicloexanos isoméricos não 
há plano de simetria e a molécula é quiral
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plano de 
simetria
plano de
simetria
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Exercício. Identifique com um asterisco, quando cabível, o carbono estereogênico presente nas
moléculas listadas a seguir. Diga se a molécula é quiral ou aquiral.
a. 2-metilbutano
b. 2-bromo-hexano
c. 2-cloro-3-butanol
d. 4-flúor-2,2-dimetildecano
e. 2-cloro-cicloexanol
f. ácido 2-metilbutanóico
g. 3-pentenal
h. sec-butilamina
i. 2,3-butanodiol
j. 2-cloro-ciclobutanol
k. cis-1,3-ciclobutanodiol
l. cis-1,2-dibromociclobutano
m. trans-1,2-dibromo-iclobutano
n. trans-1,4-dimetilcicloexano
o. (1Z,5Z)-3,4,7,8-tetrametilciclo-octa-1,5-dieno
p. 1,1-dimetilciclopropano
q. trans-3-metilciclopentanol
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Propriedades físicas dos enantiômeros
Enantiômeros possuem propriedades físicas e químicas idênticas, tais como ponto de ebulição, ponto
de fusão, velocidade de reação, densidade etc. No entanto, a interação de cada enantiômero com a luz
polarizada é diferente, e esta propriedade é chamada de atividade óptica.
Compostos quirais desviam o plano da luz polarizada → são opticamente ativos
Compostos aquirais não desviam o plano da luz polarizada → são opticamente inativos.
A interação da luz polarizada com uma substância quiral promove rotação do plano de polarização, e essa
rotação é chamada de rotação óptica. Quando o plano da luz plano polarizada passa por uma solução contendo um
enantiômero, esse plano rotaciona-se no sentido horário ou anti-horário:
Rotação (α) no sentido horário → enantiômero (+) → enantiômero dextrorrotatório
Rotação (α) no sentido anti-horário → enantiômero (-) → enantiômero levorrotatório
latim: dexter = direito e laevus = esquerdo
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Polarímetro
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Misturas equimolares de enantiômeros são opticamente inativas
Soluções contendo 50% de um enantiômero e 50% de outro enantiômero não promovem o desvio da
luz plano-polarizada; são, portanto, opticamente inativas. Quando existe uma mistura racêmica, esta
deve ser designada com o sinal ().
Por exemplo: ()-2-butanol.
Misturas racêmicas são misturas equimolares de um 
par de enantiômeros; são opticamente inativas!
A designação D no símbolo da rotação 
específica denota a utilização de uma lâmpada 
de sódio no polarímetro, com comprimento de 
onda () igual a 589,6 nm.
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Rotação específica
O polarímetro mede o desvio óptico de um determinado composto. Compostos opticamente ativos
apresentam uma rotação específica característica.
rotação
específica
[a] = rotação específica
a = rotação observada
l = tamanho da cela em decímetros (dm) 
c = concentração da solução em g/100 mL
T é a temperatura em °C
 = o comprimento de onda (lâmpada de sódio = 589,6 nm), chamada de Banda D do Sódio.
Exercício. Um composto (0,3 g) é dissolvido em clorofórmio em um volume total de 10 mL. Quando
esta solução é colocada em um tubo de 20 cm mostra rotação óptica observada de + 7,52o na linha do
sódio a 25oC. Qual a rotação específica deste composto?
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Excesso enantiomérico
Podem existir mistura enriquecidas em um dos enantiômeros e esta apresentará, portanto, atividade
óptica. É possível calcular a pureza óptica de uma mistura, considerando:
O excesso enantiomérico pode ser calculado:
O excesso enantiomérico de uma
amostra de 2-butanol com rotação específica observada de + 6,76o é
igual a 50%. O enantiômero enriquecido é o (S)-(+)-2-butanol (isômero dextrorrotatório).
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Nomenclatura de moléculas quirais: Configuração de estereocentros
O arranjo espacial dos substituintes no carbono estereogênico é chamado de configuração absoluta, a
qual é determinada através de difração de raios X ou métodos de correlação química.
Sistema R/S
As regras de nomenclatura dos enantiômeros foram elaboradas pelos químicos R. S. Cahn, K. K. Ingold e
V. Prelog; utilizando este sistema um dos enantiômeros é chamado de R e o outro de S.
Regras de precedência:
1. Atribuir aos substituintes do centro estereogênico uma ordem de prioridade. Os átomos com maior
número atômico têm maior precedência, e para estes é atribuído o número (1). Ao átomo de
menor número atômico é atribuído o número (4).
2. Posicione o grupo de menor prioridade (4) (mentalmente, no papel, ou usando modelo molecular)
na posição oposta ao observador.
3. Se os grupos 1 a 3 estiverem organizados no sentido horário, a partir do ângulo de visão do
observador, o isômero é R (rectus = direito); se os grupos 1 a 3 estiverem no sentido anti-horário é
S (sinister = esquerdo).
latim: rectus = direita e sinister = esquerda
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O grupo de menor prioridade (4) está para trás 
do plano e os grupos 1 a 3 estão organizados 
no sentido horário; portanto, trata-se do 
enantiômero de configuração R.
Atribuir prioridades para os quatro 
substituintes do carbono 
estereogênico de acordo com o 
número atômico.
(R)-(-)-2-butanol
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4. No caso de empate entre dois grupos substituintes ligados ao carbono estereogênico, o desempate
é estabelecido no primeiro ponto de diferença em número atômico.
5. Nos compostos contendo ligações múltiplas – ligações duplas e triplas – os átomos são duplicados
ou triplicados, respectivamente.
Não há correlação nenhuma entre a configuração absoluta de 
um composto e o sinal da sua rotação específica.
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Exercício. Determine a configuração absoluta dos centros estereogênicos presentes nos compostos a
seguir. Mostre a prioridade atribuída a cada um dos grupos.
Lembre-se que para atribuir a configuração de um carbono estereogênico o 
grupo de menor prioridade deve estar arranjado para trás do plano (oposto ao 
ângulo de visão frontal do observador). Você deve realizar rotações no desenho 
do arranjo molecular para satisfazer esta exigência. Treine!
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Aprendendo a trabalhar com representações tridimensionais – Projeções de Fischer
Os dois compostos A e B, a seguir representam o mesmo composto ou enantiômeros.
CH3
Br
H Cl
Cl
H
Br CH3
Giros permitidos
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Projeções de Fischer
As projeções de Fischer são um modo simplificado de representar o carbono tetraédrico e seus
substituintes em duas dimensões. Ela é muito utilizada para representar açúcares e aminoácidos.
Nas projeções de 
Fischer as linhas 
verticais representam 
os grupos orientados 
para trás do plano 
enquanto as linhas 
horizontais os grupos 
orientados para frente 
do plano.
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Exercício. Os compostos representados em cada par abaixo são o mesmo composto ou são
enantiômeros? Atribua a configuração R/S para os estereocentros.
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Sistema D/L
Antes do desenvolvimento da técnica de difração de RX, a configuração absoluta das moléculas quirais
foi estabelecida arbitrariamente por Fischer e Rosanoff. Para isso, foi utilizado a nomenclatura D e L, a
qual ainda hoje é muito utilizada para açúcares e α-aminoácidos.
Na época (década de 1890) foi atribuído para o arranjo estrutural do enantiômero dextrógiro do 
gliceraldéido a letra D, e ao levógiro a letra L. As configurações dos outros compostos quirais são 
estabelecidas através de reação para correlação química com as estruturas do gliceraldeído. 
O monossacarídeo cujo 
estereocentro com maior número 
(cadeia linear) tem a mesma 
configuração do gliceraldeído D ou L 
é denominado D ou L –
monossacarídeo.
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Moléculas com mais de um centro estereogênico
O número total de estereoisômeros possíveis para um dado composto é dependente do número de
centros estereogênicos existente na estrutura molecular. Pode ser calculado por:
onde n = no de estereocentros
No de estereoisômeros possíveis = 2n
A molécula do colesterol possui 8 carbonos estereogênicos e poderia existir como 256 
estereoisômeros possíveis; entretanto trata-se de um único estereoisômero!
(3S,8S,9S,10R,13R,14S,17R)-2,3,4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17-tetradecaidro-10,13-
dimetil-17-((R)-6-metil-heptan-2-il)-1H-ciclopenta[a]fenantren-3-ol
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Calcule o número de estereoisômeros possíveis para o 2,3-dibromopentano, desenhe estruturas em 
projeção de Fischer para todos eles e atribua a configuração de todos os carbonos estereogênicos.
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Compostos 1 a 4 são todos estereoisômeros do 2,3-dibromopentano
Compostos 1 e 2 são enantiômeros (não superponíveis; são imagem especular)
Compostos 3 e 4 são enantiômeros (não superponíveis; são imagem especular)
Compostos 1 e 3 são diastereômeros (não superponíveis; não são imagem especular)
Compostos 2 e 4 são diastereômeros (não superponíveis; não são imagem especular)
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Compostos meso (ou mesógiros)
São compostos aquirais e opticamente inativos, pois existe um plano de simetria na molécula.
Considere as quatro estruturas como possíveis estereoisômeros para o 2,3-dibromobutano.
Estas duas estruturas representam o 
mesmo composto – composto meso –
pois há um plano de simetria que 
secciona a molécula horizontalmente 
em duas partes iguais. 
São superponíveis!
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Também existem compostos meso cíclicos
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Atenção para o modo correto de escrever o nome 
de compostos quirais com mais de um centro 
estereogênico
Os quatro estereoisômeros possíveis para o 3-bromo-2-butanol 
(utilizando fórmulas em perspectiva)
Os quatro estereoisômeros possíveis para o 3-bromo-2-butanol 
(utilizando projeções de Fischer)
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Exercício. Calcule o número de estereoisômeros possíveis para o ácido tartárico (ácido 2,3-diidróxi-
butanodióico), desenhe estruturas em projeção de Fischer para todos eles e atribua a configuração de
todos os carbonos estereogênicos.
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Como trabalhar com projeções em perspectiva, projeções cavalete e projeções de Fischer
Desenhe todos os estereoisômeros possíveis para o 3-bromo-2-butanol em todas as projeções acima.
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HÁ DOIS TIPOS DE ESTEREOQUÍMICA:
-ESTEREOQUÍMICA RELATIVA ou Configuração Relativa
- ESTEREOQUÍMICA ABSOLUTA ou Configuração Absoluta:
R e S
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Resolução de misturas racêmicas
Os diastereômeros têm propriedades físico-químicas diferentes e esta característica pode ser utilizada
para a separação de enantiômeros a partir de uma mistura racêmica (resolução).
Pasteur descobriu que as misturas racêmicas são constituídas de partes iguais de dois enantiômeros. 
Ele separou os enantiômeros do tartarato duplo de amônio e sódio manualmente, utilizando uma lupa 
e uma pinça, sugerindo que as moléculas do ácido tartárico deveriam ser como os cristais: 
uma a imagem no espelho da outra (enantiômeros).
cristais monoclínicos do sal de 
amônio e sódio do ácido tartárico
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Como os sais diastereoméricos
têm propriedades físicas 
diferentes, podem ser 
separados um do outro. 
Esquema geral da resolução de uma mistura racêmica de 
ácidos com uma base quiral
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Resolução da mistura racêmica do ácido mandélico com a (+)-cinchonina
60
Enzima
(S)-Produto 
(50%)
(R)-Substrato 
(50%)
kS
kR
onde kS >> kR
(S)-Substrato 
(R)-Substrato
+
Resolução Cinética Enzimática
Biocatálise
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Após esta aula você deverá saber
• Definição de estereoisomerismo,
enantiômeros, diastereômeros, composto meso,
mistura racêmica, centro estereogênico, plano de simetria, configuração absoluta e
relativa, atividade óptica e rotação específica.
• Reconhecer os centros estereogênicos em moléculas simples e complexas.
• Atribuir a configuração de centros estereogênicos utilizando o sistema R/S (regras de
precedência) e D/L.
• Desenhar projeções em perspectiva, cavalete e Fischer para os estereoisômeros de um
composto.
• Resolução de mistura racêmicas.
• Calcular rotação específica e excesso enantiomérico.
Não deixe de resolver os exercícios da lista 2!