ESTEREOQUÍMICA ORGÂNICA

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

ESTEREOQUÍMICA ORGÂNICA
Ministrante:
Graça Citó
Departamento de Química – CCN - UFPI
ESTEREOQUÍMICA
Estereoquímica é o estudo da Química em três dimensões. 
A razão e importância da estereoquímica estão baseadas na ocorrência de moléculas que diferem unicamente em seus arranjos espaciais.
Muitas dessas moléculas, apresentam a mesma conectividade e diferem apenas no arranjo espacial, apresentam atividades biológicas completamente diferentes.
DIVERSOS
ENANTIÔMEROS
DIASTEREO-
ISÔMEROS
CONSTITUCIONAIS
ESPACIAIS
(Estereoisômeros)
ISÔMEROS
ESTEREOISÔMEROS
Isômeros constitucionais são aqueles que têm a mesma fórmula molecular mas diferem na conectividade de seus átomos.
 Eles se classificam em diversos tipos, tais como: de cadeia, de posição, de função etc.:
Como exemplos de isômeros constitucionais, podemos citar:
etanol (CH3CH2OH) e éter dimetílico (CH3OCH3), isômeros de função
Isômeros espaciais ou estereoisômeros são aqueles que diferem apenas no arranjo espacial de seus átomos
ESTEREOISÔMEROS
ESTEREOISÔMEROS
Diastereoisômeros: não se relacionam como objeto e sua imagem
Não são imagem um do outro
H3C-CH=CH-CH3
ESTEREOISÔMEROS
But-2-eno
Diastereoisômeros
Cis
Trans
ESTEREOISÔMEROS
HOOC-CHOH-CHOH-COOH
Ácido 2,3-di-hidroxibutanodióico
Ácido Tartárico
Diastereoisômeros
Enantiômeros
MOLÉCULAS QUIRAIS
Enantiômeros: relacionam-se como objeto e sua imagem
São isômeros que não se superpõem à sua imagem
MOLÉCULAS QUIRAIS
O que é uma molécula QUIRAL?
É uma molécula não superponível à sua imagem especular, sua imagem é uma outra molécula, é seu enantiômero
Uma molécula que é superponível à sua imagem, ou seja, uma molécula cuja imagem especular é ela própria é uma molécula aquiral.
MOLÉCULAS QUIRAIS
A molécula do 2-bromobutano é um exemplo de molécula QUIRAL 
Existem duas moléculas de 2-bromo-butano distintas e uma é imagem da outra
Estas duas moléculas correspondem, portanto, a um par de ENANTIÔMEROS 
MOLÉCULAS QUIRAIS
O 2-bromo-butano tem um carbono com 4 ligantes diferentes = carbono quiral, carbono assimétrico, centro quiral, centro assimétrico ou centro estereogênico ()
As moléculas que têm um centro quiral são sempre quirais
Estruturas com mais de um centro quiral não são necessariamente quirais


Na bromação do butano forma uma mistura 1:1 de enantiômeros 2-brom0-butano
Butano
2-brom0-butano
(Enantiômeros)
Bromação do butano
Pró-quirais
MOLÉCULAS QUIRAIS
Embora a diferença entre os enantiômeros pareça irrelevante, estes compostos apresentam, em geral, atividades biológicas completamente diferentes: um deles pode ser muito ativo, e o outro inativo ou fracamente ativo 
MOLÉCULAS QUIRAIS
LIMONENO 
Enquanto a forma R apresenta o odor de laranja, a forma S apresenta o odor de limão!
R
S
MOLÉCULAS QUIRAIS
As atividades de muitos fármacos também dependem da quiralidade: a talidomida, que causou a má formação de milhares de fetos, quando administrada, na década de 1960, a várias gestantes, é uma molécula QUIRAL. 
TALIDOMIDA
Lançado em 1956 como antigripal (Grippex® )
E como sedativo em 1957 (Contergan®)
 Em 1980: foram descobertos os diferentes efeitos farmacológicos das duas formas espaciais da Talidomida:
 	uma apresenta a ação farmacológica desejada e
 	a outra o efeito teratogênico.
TALIDOMIDA
FOCOMELIA
Doença congênita que se apresenta com a redução do comprimento dos ossos longos das pernas e / ou braços causada pela talidomida teratogênica.
MOLÉCULAS QUIRAIS
Em geral as moléculas presentes na estrutura dos organismos vivos são QUIRAIS e ocorrem, apenas, como um dos possíveis enantiômeros. 
Por exemplo: dos vinte amino-ácidos de nosso organismo, os blocos que compõe as proteínas, 19 estão na forma L. 
A glicina é a ÚNICA exceção porque não é um composto quiral. 
MOLÉCULAS QUIRAIS
AMINO-ÁCIDOS DA SÉRIE “L”
H
H
2
N
R
O
O
H
C
C
O
O
H
H
H
2
N
R
R = H  Gli; 	 	R = CH3  Ala; 
R = CH2SH  Cys; 	R = CH2Ph  Phe 	
MOLÉCULAS QUIRAIS
Toda molécula QUIRAL
apresenta
ATIVIDADE ÓPTICA
Atividade óptica
É a propriedade que certos materiais possuem de girar o plano de polarização de um feixe de luz linearmente Polarizada.
Medida de rotação óptica do enantiômero (-) 2-bromo-butano com o polarímetro
 Amostras que provocam o desvio do plano de polarização da luz são chamadas opticamente ativas
 O (-)-2-bromo-butano desvia o plano da luz polarizada no sentido anti-horário de 23,1o e o seu enantiômero o (+)-2-bromo-butano desvia o plano no sentido horário de 23,1o
O instrumento - Polarímetro
O aparelho é formado por uma fonte de luz  (1), um filtro polarizador fixo (2),  um tubo (3) contendo a amostra (4) e um filtro polarizador para análise (6), que ao ser girado registra o sentido levógiro (-) ou dextrógiro (+) e o ângulo em graus (de 0 a 180). Observe na figura o desvio do plano ao sair a luz do compartimento da amostra (5).
 Polarimetro
 A medida
Onde
"20" é a temperatura da medição em graus centígrados, 
"D" é a linha D do espectro de emissão do sódio (598 nm), 
"l" é o comprimento do compartimento da amostra em dm. O valor frequentemente é 1 (isto é, 10 cm)
"c" a concentração da amostra em g/mL
 A medida em condições padrões 
A atividade óptica de um composto é expressa como “rotação
óptica específica []”, que é calculada a partir da fórmula a seguir
[a]D = a / (c . l)
 = leitura da atividade óptica
C = concentração em g/mL (soluções)
l = comprimento do tubo em dm (1 dm = 10 cm)
Problema 1. Colesterol, quando isolado de fonte natural, é obtido como um único enantiômero. A rotação observada  da solução de 0,3 g de amostra em 15 mL de clorofórmio contida em um tubo de polarímetro de 10 cm é -0,78o. Calcular a rotação específica do colesterol
A rotação óptica dá a composição enantiomérica
Uma solução de (+)-alanina de um resíduo fóssil tem [] = +4,25o (i.e. metade do valor do enantiômero puro, podemos deduzir que 50% da amostra é composta do enantiômero (+) e a outra metade é uma mistura racêmica composta de 25% do isômero (+) e 25% do isômero (-). Esta mistura tem 50% de excesso enantiomérico. A composição real da amostra é portanto 75% do isômero (+) e 25% do isômero (-).
A amostra é 50% (75%-25%) opticamente pura 
A amostra de (+) alatina com [] = +4,25o (i.e. metade do valor do enantiômero puro) apresenta:
EE = Excesso enantiomérico (% de pureza óptica)
EE =
100 x [a]D da amostra
–––––––––––––––––––––
[a]D do enantiômero puro
EE= (4,25 x 100)/8,5
EE = 50%
 NÃO APRESENTAM ATIVIDADE ÓPTICA
 Compostos com moléculas aquirais
incluindo composto meso
 Misturas racêmicas 
 Molécula aquiral: que se superpõe a sua imagem 
 Composto meso: tem dois ou mais carbonos assimétricos e um plano de simetria
 Misturas racêmica: mistura 1:1 de enantiômeros
Substâncias Meso
Possuem dois ou mais carbonos assimétricos e um 
plano de simetria
Elas são moléculas aquirais
PROJEÇÕES NO PLANO
PROJEÇÃO DE NEWMAN
PROJEÇÃO EM CAVALETE
PROJEÇÃO DE FISCHER
É a projeção de uma molécula no plano, vista ao longo de uma ligação.
É a projeção de uma molécula no plano, vista em perspectiva
em relação a uma ligação alongada.
É a projeção de uma molécula no plano, com a cadeia carbônica desenhada na vertical, de cima para baixo, tendo as ligações horizontais colocadas à frente do plano e os terminais verticais para trás do plano.
Projeção de Newman
Etano
alternada
eclipsada
É a projeção de uma molécula no plano, vista ao longo de uma ligação.
PROJEÇÃO DE NEWMAN
PROJEÇÃO EM ZIG ZAG
PROJEÇÃO EM CAVALETE
É a projeção de uma molécula no plano, vista em perspectiva em relação a uma ligação alongada.
Glicose
Glicose
D-(+)-
L-(-)-
PROJEÇÃO DE FISCHER
É a projeção de uma molécula no plano, com a cadeia carbônica desenhada na vertical, de cima para baixo, tendo as ligações horizontais colocadas à frente do plano e os terminais verticais para trás do plano.
PROJEÇÃO DE FISCHER
D-(-)-
Eritrose
L-(+)-
Eritrose
D-(-)-
Treose
Treose
L-(+)-
enantiômeros
enantiômeros
diastereoisômeros
PROJEÇÃO DE FISCHER
L-(-)-
Tartárico
D-(+)-
Tartárico
Idênticas
Enantiômeros
Diastereoisômeros
Ac. Meso tartárico
Ácido
Ácido
Diastereoisômeros
Será que existe uma correlação entre o sinal da rotação óptica e o arranjo espacial dos grupos substituintes (configuração absoluta)? Não
A conversão do ácido (-)-lático em (+)–lactato muda o sinal e valor da rotação, entretanto, a configuração absoluta do centro quiral permanece a mesma
DESCRITORES
CONFIGURACIONAIS E CONFORMACIONAIS
1.	Descritores usados para especificar
 configuração absoluta:
Símbolos (R) e (S) usados para definir centros quirais;
(R): Rectus, do latim, direita
(S): Sinister, do latim, esquerda
NOMENCLATURA R/S
(Cahn, Ingold e Prelog)
 Classificar os ligantes em ordem de prioridade
 Observar a face formada pelos três ligantes de maior 	prioridade
 Se a seqüência destes ligantes estiver no sentido horário, o carbono será denominado “R” (de rectus, direita)
 Se a seqüência destes ligantes estiver no sentido anti-horário, o carbono será denominado “S” (de sinister, esquerda)
1
1
2
2
3
3
4
4
NOMENCLATURA R/S
(Cahn, Ingold e Prelog)
Regras para definição da ordem de prioridade dos ligantes a um carbono assimétrico (quiral)
Maior prioridade para o átomo de maior número atômico ligado ao carbono assimétrico 
NOMENCLATURA R/S
(Cahn, Ingold e Prelog)
1
2
3
4
1
2
3
4
(S)
Regras para definição da ordem de prioridade dos ligantes a um carbono assimétrico (quiral)
Maior prioridade para o átomo de maior número atômico ligado ao carbono assimétrico 
1.1. Um substituinte etila tem prioridade sobre um metila 
1.1. Um substituinte 1-metil-etila tem prioridade sobre um etila 
1.2. A prioridade é decidida no primeiro ponto de diferença. Uma vez resolvido este ponto, a constituição do resto da cadeia é irrelevante
NOMENCLATURA R/S
(Cahn, Ingold e Prelog)
Regras para definição da ordem de prioridade dos ligantes a um carbono assimétrico
Em caso de ligações múltiplas, considera-se a existência de múltiplos ligantes
3
4
2
1
(S)
1
2
4
HO
H
3CH(CH3)2
CH=CH2
Ligante com configuração (R) tem prioridades sobre ligante com configuração (S)
3
4
1
2
(R)
3
1
2
4
(R)
(S)
Ligante com configuração (R) tem prioridades sobre ligante com configuração (S)
(R)
(S)
3
1
4
2
(R)
(R)
(S)
3
1
4
2
(R)
A rotação de uma projeção de Fischer pode ou não mudar a configuração absoluta
A rotação de uma projeção de Fischer pode ou não mudar a configuração absoluta
A troca de substituinte em uma projeção de Fischer muda a configuração absoluta
As projeções de Fischer A e B correspondem a mesma molécula ou um par de enantiômeros?
Dois centros quirais podem gerar quatro estereoisômeros: cloração do 2-bromo-butano em C-3
Dois centros quirais podem gerar quatro estereoisômeros: cloração do 2-bromo-butano em C-3
Total de isômeros: 2n
n= no de centros quirais
Dois centros quirais que têm os mesmos substituintes dão origem a três estereisômeros: bromação do 2-bromo-butano em C-3
Composto meso com mais de dois centros quirais
Dê a configuração absoluta de cada centro quiral
Estereoquímica em reações:
Reações em que há formação de moléculas quirais 
Br
2
 luz
B
r
H
H
B
r
Mecanismo da monobromação do butano em C-2
2 Br.
+
Br.
.
.
Br
2
+
+
HBr
Etapa 1
Etapa 3
Etapa 2
+
Br.
(R)
(S)
 HALOGENAÇÃO DE ALCANOS
 HALOGENAÇÃO DE HALETOS DE ALQUILA
B
r
C
H
3
B
r
H
H
3
C
C
H
3
B
r
B
r
B
r
H
B
r
H
3
C
C
H
3
B
r
H
B
r
H
H
3
C
C
H
3
B
r
H
H
B
r
H
3
C
C
H
3
B
r
H
Br
2
 / luz
(R)-2-bromobutano
(R,R)
(R,S)
(S)
(R)
Reações a partir de moléculas que já contém carbono quiral: 
Reação a partir de moléculas que
NÃO CONTÊM CARBONO QUIRAL:
 ADIÇÃO DE BROMO A ALCENOS
H
H
3
C
C
H
3
H
H
3
C
H
C
H
3
H
Br
2
 / CCl
4
H
C
H
3
B
r
H
B
r
C
H
3
H
C
H
3
B
r
B
r
H
C
H
3
B
r
C
H
3
H
H
B
r
C
H
3
B
r
C
H
3
H
B
r
H
C
H
3
Br
2
 / CCl
4
+
cis
trans
eritro (meso)
treo (mistura racêmica)
 ADIÇÃO DE BROMO A ALCENOS
Mecanismo da bromação do trans-but-2-eno
H
3
C
H
B
r
B
r
H
C
H
3
(a)
H
B
r
C
H
3
C
H
3
H
B
r
B
r
H
C
H
3
C
H
3
B
r
H
Br
2
 / CCl
4
H
H
3
C
C
H
3
H
C
H
3
H
H
3
C
H
B
r
+
(b)
(b)
(a)
Br
_
B
r
H
B
r
H
H
3
C
C
H
3
Adição ao trans-but-2-eno forma o eritro (meso)
 
eritro (meso)
R,S
S,R
trans
 ADIÇÃO DE BROMO A ALCENOS
Mecanismo da bromação do cis-but-2-eno
H
CH3
B
r
B
r
H
C
H
3
(a)
Br
H
C
H
3
C
H
3
H
B
r
H
Br
C
H
3
C
H
3
B
r
H
Br
2
 / CCl
4
H
H
3
C
H
CH3
H
CH3
H
3
C
H
B
r
+
(b)
(b)
(a)
Br
_
B
r
H
B
r
CH3
H
C
H
3
treo (mistura racêmica)
A adição ao cis-but-2-eno forma uma mistura recêmica
R,R
s,s
cis
Identificação de Carbonos Assimétricos em Substâncias Cíclicas
Esses dois grupos
são diferentes
cis-1-bromo-3-metil-ciclo-hexano
trans-1-bromo-3-metil-ciclo-hexano
DESCRITORES
CONFIGURACIONAIS E CONFORMACION
2.	Descritores usados para especificar configurações relativas:
	2.1. Descritores eritro e treo;
	2.2. Descritores exo e endo;
	2.3. Descritores sin e anti;
	2.4. Símbolos a e b; 
	2.5. Símbolos D e L.
2.1. Descritores eritro e treo;
(D-treo-Cloranfenicol)
 2-(2,2-dicloroacetamido)-
1-(p-nitrofenil)-
D(-)-treo-
propano-1,3-diol
1
2
3
Eritro: os dois grupos dos centros quirais C1 e C2 estão do mesmo lado
Treo: os dois grupos dos centros quirais C1 e C2 estão de lados opostos
2.2. Descritores exo e endo
endo-2-metilbiciclo[2.2.1]heptano
exo-2-metilbiciclo[2.2.1]heptano
2.3. Descritores sin e anti
anti-7-bromobiciclo[2.2.1]hept-2-eno
2.4. Símbolos a e b
(9,11β,16,17)-9-Fluoro-11,17,21-tri-hidroxi-16-metilpregna-1,4-dieno-3,20-diona (DEXAMETASONA)
D-(+)-Glicose
L-(-)-Glicose
2.5. Símbolos D e L
D: a hidroxila do penúltimo carbono quiral encontra-se a direita
L: a hidroxila do penúltimo carbono quiral encontra-se a direita
Descritores usados para especificar a configuração de ligações duplas ou de sistemas cíclicos:
	3.1. Descritores cis e trans;
	3.2. Símbolos (E) e (Z) (Entgegen, Zuzammen);
	
3.1. Descritores cis e trans
cis-But-2-eno
trans-But-2-eno
trans-1,2-dimetilciclo-hexano
3.2. Símbolos (E) e (Z) (Entgegen, Zuzammen)
1
1
(Z)-1,3-dibromobut-2-eno
(E)-1,3-dibromobut-2-eno
1
1
Descritores usados para especificar a estereoquímica de anéis de seis membros:
	4.1. Conformações cadeira, barco e barco torcido
	4.2. Substituintes axiais (ax) e equatoriais (eq);
		
4.1. Conformações cadeira, barco e barco torcido
barco
cadeira
barco torcido
4.2. Substituintes axiais (ax) e equatoriais (eq)
substituintes axiais
substituintes equatoriais