Quimica Orgânica - Estereoquimica

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Isômeros Constitucionais
	São compostos que apresentam a mesma fórmula molecular, mas diferente fórmula de estrutura. Os isómeros constitucionais, de acordo as diferenças nas fórmulas de estrutura, dividem-se em três categorias: isómeros de posição, de cadeia e de grupo funcional.
- Isômeros de posição - Os isômeros de posição ocorrem a partir da alteração da posição de um grupo característico ou de um substituinte na cadeia carbonada ou no anel. Por exemplo, o 1-bromopropano e o 2-bromopropano são isómeros de posição, uma vez que o substituinte bromo se encontra ligado em diferentes posições na cadeia carbonada. 
- Isômeros de cadeia - Nos isômeros de cadeia os átomos que compõem a cadeia carbonada agrupam-se de modo a criarem diferentes estruturas. Assim, a cadeia carbonada pode ser linear, ramificada, aberta ou fechada. Por exemplo, o composto com a fórmula molecular C5H12 apresenta três isómeros cuja cadeia pode ser linear (pentano) ou adoptar diferentes ramificações (metilbutano ou isopentano e dimetilpropano ou neopentano).
- Isômeros de grupo funcional - Nos isômeros de grupo funcional os átomos agrupam-se de modo a formarem diferentes grupos funcionais. Este tipo de isomerismo ocorre entre cetonas e aldeídos, entre álcoois e éteres, entre ácidos carboxílicos e ésteres, etc. Por exemplo, à fórmula molecular C3H6O correspondem estes dois isómeros de grupo funcional: o propanal (um aldeído) e a propanona (uma cetona).
Isomeria Cis – Trans
	A isomeria cis - trans é um tipo de isomeria espacial, também denominada de estereoisomeria e, portanto, os compostos que apresentam esse tipo de isomeria são chamados de esteroisômeros. Ela só ocorre em moléculas alifáticas (de cadeia aberta) que possuem dupla ligação ou em compostos cíclicos. Nos compostos de cadeias abertas insaturadas, se os átomos que se ligam aos carbonos da dupla forem diferentes entre si e iguais aos ligantes do outro átomo de carbono, teremos a formação de dois compostos isômeros entre si, um cis e outro trans.
Para determinar se um esteroisômero é cis ou trans é necessário saber a disposição espacial dos átomos que constituem suas moléculas.
Abaixo segue um exemplo do 1,2–dicloro-etileno:
Observe que no primeiro caso os ligantes iguais estão do mesmo lado do plano, sendo isômeros cis. Já na segunda molécula, os ligantes iguais estão em lados opostos do plano, sendo, portanto, isômeros trans.
Nos compostos alifáticos (de cadeia aberta), para que a isomeria geométrica cis - trans ocorra, é necessário que o composto apresente pelo menos uma dupla ligação entre carbonos e cada um dos carbonos da dupla deve apresentar grupos ligantes diferentes.
Se todos os ligantes forem diferentes, considera-se o número atômico dos ligantes. Se os dois ligantes que apresentarem maiores números atômicos estiverem do mesmo lado do plano, o isômero será cis. Porém, se eles estiverem em lados opostos, será denominado isômero trans.
Por exemplo, no caso da molécula do 2-cloro-2-buteno, no primeiro carbono o ligante de maior número atômico é o Cl, e no segundo carbono o ligante de maior número atômico é o CH3. Assim, temos:
Enantiômeros
	Os enantiômeros são isômeros espaciais opticamente ativos, que são assimétricos, eles também são a imagem especular um do outro e não são sobreponíveis. Os isômeros que apresentam atividade óptica são chamados de enantiômeros, eles possuem três características principais:
- Sua molécula é assimétrica. Isso significa que se a dividirmos ao meio, as partes resultantes não serão iguais;
- Os enantiômeros são a imagem especular um do outro;
- Eles não são sobreponíveis, ou seja, se colocarmos uma molécula acima da outra, elas não ficarão iguais, a disposição de seus átomos ligantes será diferente.
Diasterioisômeros
	Os diastereoisômeros são estereoisômeros (isômeros cujos ligantes mudam de posição no espaço, mas permanecem ligados aos mesmos átomos) que não são imagens especulares entre si. Diferenciando-se, portanto, do outro grupo de estereoisômeros: os enantiômeros. Os diastereômeros podem ser classificados como cis ou trans. Os isômeros cis apresentam os substituintes no mesmo lado da molécula; os trans apresentam os substituintes em lados contrários.
Esse tipo de isomeria é muito comum quando há na molécula carbonos insaturados de dupla ligação (como alcenos) ou em cicloalcanos. Assim, não ocorrem em moléculas que possuem carbono quiral (com 4 ligantes diferentes). 
Os enantiômeros diferem-se dos diastereoisômeros devido ao fato de que esses últimos não são a imagem do espelho um do outro. Tanto os enantiômeros, quanto os diastereoisômeros, são estereoisômeros ou isômeros espaciais.
Nomenclatura E e Z
Os termos cis e trans podem se tornar ambíguos se forem aplicados a alcenos cujos átomos de carbono da dupla possuam em conjunto mais que dois ligantes diferentes.
Nesses casos o mais correto é usar o sistema de nomenclatura E-Z, proposto pelos químicos Cahn-Ingold-Prelong. No qual, se baseia nos números atômicos dos ligantes, onde o ligante que tiver maior número atômico terá maior prioridade.
Nesse sistema, a letra E vem da palavra alemã entgegen, opostos (parecido com o trans) e a letra Z vem da palavra alemã zusammen, juntos (parecido com o cis).
- Isomerismo E-Z em compostos Acíclicos
Exemplo 1: Isomerismo E-Z para o 2-Bromobut-2-eno
Exemplo 2: Isomerismo E-Z para o 3-Metilpent-2-eno
- Isomerismo E-Z em compostos cíclicos
Exemplo 1: Isomerismo E-Z para o 1-Cloro-1etil-2-metilciclobutano
Exemplo 2: Isomerismo E-Z para o 1-Cloro-1-metil-2-metilcicloexano
Nomenclatura R e S
	Para o exemplo do 2-butanol, de acordo com esse sistema, um enantiômero do 2-butanol deve ser designado (R)-2-butanol e o outro enantiômero deve ser designado (S)-2-butanol. (R) e (S) vêm das palavras latinas rectus e sinister, significando direito e esquerdo, respectivamente.
Configurações (R) e (S) são atribuídas com base no seguinte procedimento:
1. Primeiramente, torna-se eficaz passar a estrutura de uma projeção tridimensional para uma bidimensional para facilitar o entendimento, utilizando as fórmulas de projeção de Fischer. Por convenção, projeções de Fischer são escritas com a cadeia carbônica principal estendida do topo ao fundo e com todos os grupos eclipsados. As linhas verticais representam ligações que são projetadas para trás do plano do papel. As linhas horizontais representam ligações que são projetadas para fora do plano do papel. A interseção das linhas vertical e horizontal representa um carbono, geralmente assimétrico.
2. A cada um dos quatro grupos ligados ao estereocentro (carbono assimétrico) é atribuída uma prioridade de 1, 2, 3 e 4 (de acordo com seus respectivos números atômicos) aos grupos que estão diretamente ligados ao estereocentro. Quem tem maior prioridade terá menor numeração. O oxigênio tem número atômico mais elevado dos quatro grupos ligados ao carbono assimétrico e recebe a prioridade mais elevada (1). Ao grupo com menor prioridade (geralmente o hidrogênio) será atribuída a menor prioridade (4). Não se pode atribuir prioridades ao grupo metila e etila, por essa regra, pois ambos apresentam átomos de carbono diretamente ligados ao carbono assimétrico.
3. Quando uma prioridade não pode ser atribuída com base no número atômico dos átomos que estão diretamente ligados ao estereocentro, então o próximo conjunto de átomos presentes nos grupos não designados é examinado. Esse processo continua até que uma decisão possa ser tomada. Atribuímos uma prioridade no primeiro ponto de diferença.
4. Após atribuímos todas as prioridades, devemos observar se o grupo de menor prioridade (4) já está para trás (indicado pelas linhas verticais). Se este for o caso pode-se fazer o giro. No nosso exemplo, o grupo de menor prioridade não está para trás. Assim, devemos fazer a troca de dois grupos quaisquer duas vezes para podermos colocar o grupo de menor prioridade para trássem que haja a inversão da configuração.
Desde que, o grupo de menor prioridade fique no plano de trás não importa quais grupos participarem das trocas. No nosso caso, primeiramente ocorreu a primeira troca do grupo 4 pelo 2. Em seguida, ocorreu a segunda troca do grupo 1 pelo3.
Agora, para achar a configuração do carbono assimétrico, omitimos o grupo de menor prioridade e traçamos um caminho de 1 para 2 e para 3, sem nos importamos com o 4. Se, quando fazemos isso, a direção for ao sentido horário, o enantiômero é chamado (R). Se a direção está no sentido anti-horário, o enantiômero é chamado de (S). Com base nisso o 2- butanol que está sendo analisado é o (R)-2-butanol.
Se colocar a molécula inicial diante de um espelho, obterá o enantiômeros deste composto e sua configuração será (S). E o nome do composto será (S)-2-butanol.
Isomeria Eritro e Treo
Quando Projeções de Fischer são esboçadas, os estereoisômeros são chamados:
Enantiômeros Eritro: São enantiômeros com grupos similares no mesmo lado da cadeia de carbono. Portanto 1 e 2 são os enantiômeros eritro de 3-cloro-2-butanol (os hidrogênios estão do mesmo lado). 
Enantiômeros Treo: São enantiômeros com grupos similares em lados opostos. Portanto 3 e 4 são os enantiômeros treo. 
As fórmulas em perspectiva mostram os estereoisômeros em sua forma menos estável eclipsada, assim como nas projeções de Fischer eclipsadas podemos ver que os isômeros eritro tem grupos similares do mesmo lado. 
Composto Meso
Uma estrutura com dois estereocentros nem sempre tem quatro estereoisômeros possíveis. Às vezes, existem apenas três. Isto ocorre porque algumas moléculas são aquirais embora contenham estereocentro.
Para entender isso, vamos escrever as fórmulas estequiométricas para o 2,3-Dibromobutano mostrado aqui.
Começamos da mesma maneira como fizemos anteriormente. Escrevemos para um isômero e para sua imagem no espelho. 
As estruturas A e B não se superpõem e representam um par de enantiômeros.
Quando escrevemos a estrutura C e sua imagem especular D, entretanto, a situação é diferente. As duas estruturas se superpõem. Isto significa que C e D não representam um par de enantiômeros. As fórmulas C e D representam duas orientações diferentes do mesmo composto.
A molécula representada pela estrutura C (ou D) não é quiral embora contenha átomos tetraédricos com quatro grupos diferentes ligados. Estas moléculas são chamadas de compostos meso. Compostos meso, por serem aquirais, são opticamente inativos.
Assim, para verificar a quiralidade molecular é construir um modelo (ou escrever a estrutura) da molécula e então testar se o modelo (ou estrutura) se superpõe ou não com sua imagem especular. Se sim, a molécula é aquiral. Se não, a molécula é quiral. 
Carbonos Quiral e Aquiral
É chamado de carbono quiral ou carbono assimétrico o átomo de carbono que se liga à quatro ligantes diferentes. Os ligantes podem ser radicais, grupos funcionais, etc. Consequentemente, esse carbono sempre será saturado. Ele é geralmente representado por C.
No caso de moléculas com apenas um centro quiral, a mudança de posição dos ligantes levará a um enantiômero da molécula original. Um enantiômero é uma molécula "espelhada", simetricamente igual a original, e tem capacidade de desviar a luz para a esquerda (enantiômero levógiro) ou para a direita (enantiômero dextrógiro).
Exemplos:
Projeção de Fischer
	Mostra o arranjo tridimensional de grupos ligados a um carbono assimétrico. A projeção de Fischer representa um carbono assimétrico no ponto de inserção de duas linhas perpendiculares; linhas horizontais representam as ligações que se projetam para fora do plano do papel perto do observador e linhas verticais representam as ligações que se estendem para trás do papel longe do observador. A cadeia de carbono sempre é desenhada verticalmente como o C-1 no topo da cadeia.
1) Classifique os grupos ou átomos que estão ligados ao carbono assimétrico em ordem de prioridade.
2) Desenhe uma seta do grupo (ou átomo) com maior prioridade (1) para o grupo ou átomo com a próxima maior prioridade (2). Se a seta apontar para o sentido horário, o enantiômero é R; se a seta apontar para o sentido anti-horário, o enantiômero tem a confirmação S, contando que o grupo de menor prioridade (4) esteja na ligação vertical.
3) Se o grupo (ou átomo) com a menor prioridade estiver na ligação horizontal, a resposta que você recebe da direção da seta será oposta à resposta correta. Por exemplo, se a seta apontar no sentido horário, sugerindo que o carbono assimétrico tem configuração R ele na realidade tem configuração S; se a seta apontar no sentido anti-horário, sugerindo que o carbono assimétrico tem configuração S, ele na realidade tem configuração R. No exemplo, portanto o sentido horário significa configuração S, e não configuração R.
4) Pode-se desenhar a seta do grupo 1 para o grupo 2 passando pelo grupo (ou átomo) com menor prioridade (4), mas nunca desenhar passando pelo grupo seguinte de menor prioridade (3).
Quando se comparam duas Projeções de Fischer para ver se são as mesmas ou se são diferentes, nunca gire uma 90° ou de uma vez, porque esse é um jeito fácil de obter uma resposta errada. A Projeção de Fischer pode ser girada 180° no plano do papel, mas esse é o único modo de movê-la sem perigo de uma resposta errada.
Rotação (Luz Polarizada)
	A luz normal consiste em ondas eletromagnéticas que oscilam em todas as direções da luz. Luz polarizada oscila somente em um único plano que passa através do caminho de propagação. A luz polarizada é produzida pela passagem de um feixe de luz normal através de um polarizador como uma lente polarizada ou um prisma de Nico1.
Essa luz polarizada é usada para estudar a atividade óptica dos compostos orgânicos. Quando ela atravessa determinada substância, pode ocorrer uma das três situações abaixo:
1. A vibração do plano da luz polarizada é desviada para a direita: Isso significa que o composto é opticamente ativo e ele constitui o isômero óptico denominado de dextrogiro;
2. A vibração do plano da luz polarizada é desviada para a esquerda: Isso significa que o composto é opticamente ativo e ele constitui o isômero óptico denominado de levogiro;
3. A vibração do plano da luz polarizada não é desviada: Isso significa que o composto é opticamente inativo. Pode ser uma mistura racêmica (50% do dextrogiro e 50% do levogiro) ou ser uma substância que não possui atividade óptica.
Importância da esterioquímica na Nutrição
A estereoquímica estuda as moléculas em terceira dimensão, como elas se posicionam no espaço, e como isso pode interferir nas reações químicas. A compreensão da estereoquímica é muito importante no contexto biológico, pois moléculas complexas como ácidos nucleicos, proteínas, carboidratos e fármacos, são moléculas que agem estereoquimicamente.
A Estereoquímica (ramo da química que estuda as disposições espaciais de moléculas) deu seus primeiros passos graças a Louis Pasteur. A base de seus estudos foram os sais do ácido tartárico formado em tonéis de vinho. O formato dos cristais salinos chamou a atenção de Pasteur, que passou a pesquisá-los sob a ação de luz polarizada. A pesquisa da constituição molecular dos cristais foi o “pontapé inicial” para o desenvolvimento da ciência Estereoquímica, em 1848.
Abaixo o procedimento de Pasteur:
- O primeiro passo foi o preparo de uma solução aquosa de ácido tartárico. Em seguida, a solução foi levada para análise em um polarímetro (instrumento destinado à medição do ângulo de rotação do plano de polarização de uma substância opticamente ativa). Pasteur chegou à conclusão de que a luz incidente era desviada para direita, ou seja, os componentes da mistura eram opticamente ativos e dextrógiros.
- O experimento de Pasteur permitiu associar a cristalografia, a química e a óptica. A união dessas ciências explica a relação entre a forma exterior de um cristal, sua constituiçãomolecular e sua ação sob a luz polarizada.
	Vale ressaltar que 19 dos 20 aminoácidos que constituem as proteínas são quirais, e são classificados como levógiros.
	Assim como as moléculas dos açucares naturais são quase todas classificadas como dextrogiras, incluindo o açúcar que ocorre no DNA. O DNA apresenta uma estrutura helicoidal e todos os DNA que ocorrem naturalmente se voltam para a direita. A especificidade para uma molécula quiral em um sítio de recepção quiral é favorecida em apenas uma direção.
O triptófano é um dos vinte aminoácidos codificados pelo código genético. É um aminoácido aromático essencial para a nutrição humana. É conhecido como a substância responsável pela promoção da sensação do bem-estar. O triptófano é um composto que possui isómeros espaciais, ou seja, estereoisômeros. O estereoisomerismo é um fenómeno onde os compostos são formados por moléculas que têm o mesmo arranjo atómico, mas que diferem nas suas relações espaciais.
Estereoquimica
Isômeros – Substâncias que tem a mesma fórmula molecular, mas não são idênticas. Dividem-se em duas classes: isômeros de constituição e estereoisômeros.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SOLOMONS, T. W. Graham; Fryhle, Craig B. Química Orgânica, vol. 1 e 2. 9 ed. LTC, 2009
MCMURRY, John. Química Orgânica. vol. 1 e 2. 6 ed. Cengage Learning, 2005.
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(2013, 10). Estereoquímica do triptofano. TrabalhosFeitos.com. Retirado 10, 2013, de http://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Estereoqu%C3%ADmica-Do-Triptofano/39953842.html
FACULDADE SANTA MARIA
CURSO BACHARELADO EM NUTRIÇÃO
DISCIPLINA: QUIMICA ORGÂNICA
DOCENTE: VIVIANE MARCELINO DE MEDEIROS
DISCENTE: ALEXANDRE ALVES DE SOUSA
ESTERIOQUIMICA
CAJAZEIRAS – PB
2015