Isomeria Espacial

Prévia do material em texto

1 
 
 
Química Orgânica 
 
 
 
ISOMERIA ESPACIAL 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 
 
SUMÁRIO 
 
Introdução .......................................................................................................................................3 
Objetivos ..........................................................................................................................................3 
Conceitos .........................................................................................................................................3 
Isômeros espaciais .........................................................................................................................3 
Isômeros Ópticos ............................................................................................................................3 
Sistema R,S ......................................................................................................................................5 
Isomeria Cis-Trans ..........................................................................................................................6 
Nomenclatura E,Z ...........................................................................................................................7 
Exercícios .........................................................................................................................................8 
Gabarito ........................................................................................................................................ 10 
Resumo ......................................................................................................................................... 12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
Introdução 
 
Nesta aula estudaremos a isomeria espacial ou estereoisometria. 
 
Objetivos 
 
• Compreender a definição de esteroisometria. 
• Estudar os tipos de isomeria espacial. 
 
Conceitos 
 
Nesse material, vamos entender aprender sobre isomeria espacial 
 
Isômeros espaciais 
 
Isômeros espaciais (também chamados estereoisômeros) diferem na forma 
com que seus átomos estão organizados no espaço. Os estereoisômeros são 
substâncias diferentes que não se interconvertem facilmente. Por essa razão, podem 
ser separados. Há dois tipos de esteroisômeros: isômeros ópticos (apresentam 
centros quirais) e isômeros geométricos ou cis-trans. 
 
 
Figura 2: Classificação dos isômeros 
 
Isômeros ópticos 
 
 Os isômeros ópticos ou estereoisômeros apresentam a característica de 
desviar a luz polarizada, ou seja, quando a luz atravessa uma solução contendo 
isômeros opticos, também chamados de compostos quirais, ela emerge com seu 
plano de polarização modificado. Para que um composto seja quiral, ele precisa 
apresentar um carbono assimétrico, ou seja, um carbono que se liga a quatro grupos 
diferentes. Uma substância quiral pode desviar o plano de polarização no sentido 
horário ou anti-horário. 
Os isômeros ópticos podem ser divididos em enantiômeros e diastereoisômeros. Os 
enantiômeros tem imagem especular, porém não sobreponível, por exemplo, uma 
mão é quiral, porque a mão esquerda é imagem especular da direita, mas se você 
4 
 
tentar sobrepor uma em cima da outra verá que não é possível. Os enantiômeros 
têm propriedades físicas idênticas (exceto pelo modo com que interagem com a luz 
polarizada) e propriedades químicas idênticas: eles reagem na mesma razão com 
dado reagente aquiral. 
Já os diastereoisômeros são estereoisômeros em que um deles não é a 
imagem no espelho do outro. Diastereoisômeros têm propriedades químicas 
diferentes (diferentes pontos de fusão, diferentes pontos de ebulição, diferentes 
solubilidades, diferentes rotações específicas etc.) e diferentes propriedades 
químicas já que eles reagem com o mesmo reagente aquiral em proporções 
diferentes. 
Vamos ver alguns exemplos para entender melhor essa questão de carbono 
assimétrico e entender as diferenças entre as moléculas que são enantiômeros e 
diastereoisômeros. 
 Por exemplo, o carbono marcado com asterisco em 4-octanol é um carbono 
assimétrico porque está ligado a quatro grupos diferentes (H, OH, CH2CH3CH3 e 
CH2CH2CH2CH3). O carbono marcado por asterisco em 2,4-dimetil-hexano é um 
carbono assimétrico porque está ligado a quatro grupos diferentes – metila, etila, 
isobutila e hidrogênio. 
 
 
Figura 3: Compostos com carbono assimétrico 
Note que os únicos carbonos que podem ser carbonos assimétricos são 
carbonos hibridizados em sp3, carbonos hibridizados em sp2 e sp não podem ser 
assimétricos porque não podem ter quatro grupos ligados a eles. 
Uma substância com um carbono assimétrico, como o 2-bromobutano, pode 
existir como dois diferentes estereoisômeros. Os dois isômeros são análogos à mão 
direita e à esquerda. Imagine um espelho entre os dois isômeros; observe como eles 
são as imagens especulares um do outro. Os dois isômeros são imagens especulares 
não sobreponíveis, elas são imagens diferentes. 
 
Figura 4: Enantiômeros do 2-bromobutano 
5 
 
 
Figura 5: Enantiômeros e moléculas idênticas 
 
Muitas substâncias orgânicas tem mais de um carbono assimétrico. Quanto 
mais carbonos assimétricos uma substância tiver, mais estereoisômeros serão 
possíveis para a substância. Se sabemos quantos carbonos assimétricos uma 
substância tem, podemos calcular o número máximo de estereoisômeros para 
aquela substância: uma substância pode ter i máximo de 2n esteroisômeros (contanto 
que não tenha nenhum outro estereocentro), onde n é igual ao número de carbonos 
assimétricos. Por exemplo, 3-cloro-2-butanol tem dois carbonos assimétricos. Por 
essa razão, ele pode ter quatro (22=4) estereoisômeros. 
 
 
Figura 6: Esteroisômeros do 3-cloro-2-butanol 
 
 Os quatro esteroisômeros do 3-cloro-2-butanol constituem-se de dois pares 
de enantiômeros. Os estereoisômeros 1 e 2 são imagens especulares não 
sobreponíveis. Eles, portanto, são enantiômeros. Os estereoisômeros 3 e 4 também 
são enantiômeros. Os estereoisômeros 1 e 3 não são idênticos e não são imagens 
especulares, sendo exemplos de diastereoisômeros. Os compostos 1 e 4, 2 e 3, e 2 e 4 
também são diastereoisômeros. 
 
Sistema R, S 
 
O sistem R, S é utilizado para nomear os estereoisômeros individuais de uma 
substância e que indica a configuração (arranjo) dos átomos ou grupos do carbono 
assimétrico. Para qualquer par de enantiômeros com um carbono assimétrico, um 
deles terá a configuração R e outro terá a configuração S. 
Para utilizar esse sistema de nomenclatura devemos seguir algumas 
orientações: 
6 
 
1. Classificar os grupos ligados ao carbono assimétrico em ordem de prioridade, 
quanto maior o número atômico do átomo que ligado ao carbono assimétrico, 
maior a prioridade. 
 
 
Figura 7: Passo 1 do sistema R,S 
2. Orientar a molécula de modo que o grupo (ou átomo) com menor prioridade 
esteja apontando para trás do plano do papel. Em seguida, desenhe uma seta 
imaginária do grupo com maior prioridade para o grupo com a próxima 
prioridade. Se a seta apontar para o sentido horário, o carbono assimétrico tem a 
configuração R. Se a seta aponta para o sentido anti-horário, a assimetria do 
carbono tem configuração S. 
 
Figura 8: Passo 2 do sistema R,S 
 
Isomeria Cis-Trans 
 
Os isômeros geométricos ou cis-trans apresentam uma rotação limitada, pois 
apresentam ou ligação dupla ou cadeia cíclica. Um exemplo é o 2-penteno, que pode 
existir como isômero cis e trans. O isômero cis tem os hidrogênios do mesmo lado da 
ligação dupla,enquanto o isômero trans tem os hidrogênios em lados opostos na 
ligação dupla. 
 
Figura 9: Isômeros cis e trans do 2-penteno. 
 
Outros exemplos são as moléculas de 1-bromo-3-clorobutano e 1,4-
dimetilciclohexano, conforme figura a seguir, observe que nos isômeros cis os 
hidrogênios se encontram no mesmo plano, enquanto no trans em planos opostos. 
7 
 
 
Figura 10: Isômeros cis e trans do 1-bromo-3-clorobutano e 1,4-dimetilciclohexano. 
 
Nomenclatura E,Z 
 
Quando cada carbono sp2 de um alceno estiver ligado a somente um 
substituinte, podemos usar o termo cis e trans para designar a estrutura do alceno. 
Se os hidrogênios estiverem de um lado da ligação dupla, este é o isômero cis; caso 
estejam em lados opostos, este é o isômero trans. 
Para uma substância como 1-bromo-2-cloropentano, o sistema cis-trans de 
nomenclatura não pode ser usado porque existem quatro substituintes diferentes 
nos carbonos vinílicos. O sistema E,Z de nomenclatura foi criado para esse tipo de 
situação. 
A nomenclatura em um isômero no sistema E,Z se inicia determinando as 
prioridades relativas dos grupos ligados a um carbono sp2 e então ao outro carbono 
sp2. Se os grupos de maior prioridade estiverem no mesmo lado da ligação dupla, o 
isômero tem a configuração Z. Caso os grupos de maior prioridade estejam em lados 
opostos da ligação dupla, o isômero tem configuração E. 
 
Figura 13: Isômeros E e Z e suas prioridades. 
 
 As prioridades para os grupos ligados aos carbonos sp2 são determinadas 
através das seguintes regras: 
• Regra 1: Depende do número atômico dos átomos diretamente ligados ao 
carbono. Quanto maior o número atômico, maior a prioridade.. 
• Regra 2: Em caso de empate, isto é, dois substituintes com o mesmo átomo 
ligado ao carbono da dupla ligação; deve-se considerar o número atômico dos 
átomos ligados ao elementos “empatados. 
• Regra 3: Se um átomo está ligado a outro por ligação dupla, o sistema trata 
como ligações simples a dois daqueles átomos. Caso seja uma ligação tripla, são 
tratados como ligações simples a três daqueles átomos. 
• Regra 4: Quando temos isótopos, isto é, átomos com mesmo número atômico, 
mas com diferente número de massa; utilizamos essa última característica para 
determinar a prioridade relativa. 
8 
 
Exercícios 
 
1. (BRUICE) Indique se cada uma das seguintes estruturas tem configuração R ou S: 
a. 
 
b. 
 
c. 
 
d. 
 
 
 
 
2. (BRUICE) As estruturas seguintes são moléculas idênticas ou um par de 
enantiômeros? 
a. 
 e 
 
 
b. 
 e 
 
c. 
9 
 
 e 
 
 
3. (BRUICE) Para as substâncias a seguir, desenhe e identifique os isômeros cis e 
trans. 
a. 
 
b. 
 
 
4. (BRUICE) Desenhe e indique os isômeros E e Z para cada uma das seguintes 
substâncias: 
a. 
 
b. 
 
c. 
 
d. 
 
 
 
 
 
 
10 
 
Gabarito 
 
1. Para resolvermos esse exercício, precisamos colocar em prática o 
conhecimento adquirido no segundo tópico da seção. Designando as 
prioridades de cada grupo (ou átomo) e rotacionando a molécula de forma 
que o grupo com menor prioridade fique para trás, temos: 
a. Esse composto terá uma conformação R. 
b. Esse composto terá uma conformação R. 
c. Para determinar a configuração, desenhe a estrutura com uma quarta 
ligação. Assim, sai conformação é R. 
 
d. Desenhe a estrutura com uma quarta ligação. Rotacione para que o H 
esteja em uma ligação pontilhada. A configuração do composto 
rotacionado é S; então, a configuração do composto dado em questão é 
R. 
 
 
2. Para resolvermos esse exercício, precisamos colocar em prática o 
conhecimento adquirido no segundo tópico da seção. O jeito mais fácil para 
determinar se os compostos são idênticos ou enantiômeros é determinando 
suas configurações: Se ambos são R, eles são idênticos; se um é R e o outro é 
S, eles são enantiômeros. 
Designando as prioridades de cada grupo (ou átomo) e rotacionando a 
molécula de forma que o grupo com menor prioridade fique para trás, temos: 
a. Os compostos apresentados tem conformação R, portanto são 
enantiômeros. 
b. Os compostos apresentados tem conformação R, portanto são 
enantiômeros. 
c. Os compostos apresentados tem conformação S, portanto são 
enantiômeros. 
 
3. Para resolvermos esse exercício, precisamos colocar em prática o 
conhecimento adquirido no terceiro tópico da seção. Os isômeros cis têm os 
hidrogênios do mesmo lado da ligação dupla; enquanto que no trans, os 
hidrogênios estão em lados opostos. 
a. Portanto, os isômeros cis-trans são mostrados abaixo: 
11 
 
 e 
 
b. Portanto, os isômeros cis-trans são mostrados abaixo: 
 
 e 
4. Para resolvermos esse exercício, precisamos colocar em prática o 
conhecimento adquirido no quarto tópico da seção. Na configuração Z, os 
grupos de maior prioridade estão do mesmo lado da dupla ligação; 
enquanto, na conformação E, eles estão de lados opostos. 
a. Portanto, as conformações E e Z do composto são mostrados abaixo: 
 e 
 
b. Portanto, as conformações E e Z do composto são mostrados abaixo: 
 e 
 
c. Portanto, as conformações E e Z do composto são mostrados abaixo: 
 e 
d. Portanto, as conformações E e Z do composto são mostrados abaixo: 
 e 
12 
 
Resumo 
 
Isômeros espaciais ou estereoisômeros 
Diferem na forma com que seus átomos estão organizados no espaço. São 
divididos em dois grupos: isômeros cis-trans e isômeros ópticos (com centros 
quirais). 
 
Sistema R, S 
 Primeiro, classifique os grupos ou átomos ligados ao carbono assimétrico em 
ordem de prioridade (quanto maior o número atômico, maior a prioridade). Em 
seguida, oriente a molécula de modo que o grupo (ou átomo) com menor prioridade 
esteja apontando para longe de você. Depois desenhe uma seta imaginária do grupo 
(ou átomo) com maior prioridade para o grupo (ou átomo) com a próxima 
prioridade. 
• Se a seta apontar para o sentido horário, o carbono assimétrico tem a 
configuração R. 
• Se a seta aponta para o sentido anti-horário, a assimetria do carbono tem 
configuração S. 
 
Isomeria Cis-Trans 
Quando cada carbono sp2 de um alceno estiver ligado a somente um 
substituinte, podemos usar o termo cis e trans para designar a estrutura do alceno. 
• Isômero Cis: tem os hidrogênios no mesmo plano. 
• Isômero Trans: tem os hidrogênios em planos opostos. 
 
Enantiômeros e Diastereoisômeros 
• Enantiômeros: possuem imagem especular um do outro e não são 
sobreponíveis. São capazes de desviar o plano de luz polarizada. 
• Diastereoisômeros: não são a imagem especular um do outro e realizam o 
desvio da luz polarizada em ângulos diferentes. 
 
Nomenclatura E, Z 
O sistema de nomenclatura E, Z foi criado para situações em que o composto 
possui quatro substituintes diferentes nos carbonos vinílicos. 
• Configuração Z: Se os grupos de maior prioridade estiverem no mesmo lado da 
ligação dupla. 
• Configuração E: Se os grupos de maior prioridade estiverem em lados opostos 
da ligação dupla. 
 
 
13 
 
Referências 
BRUCE, P. QUÍMICA ORGÂNICA, V.1, 4º EDIÇÃO, SÃO PAULO, 2001. PG. 180-228.