Estereoquimica V10

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EstereoquímicaQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
Moléculas Quirais & Estereoisômeros
EstereoquímicaQUI 2014Química Orgânica IB
Assimetria na Natureza & Estereoisômeros
Como consequência da assimetria existente nos objetos tridimencionais, a
Quiradilade ocorre também nas moléculas, devido à ausência de elementos de
simetria como Plano de Simetria ou Eixo de Simetria.
Prof. Dennis Russowsky
EstereoisômerosQUI 2014
Química Orgânica IB
Prof. Dennis
Russowsky
D-Eritrose
D-Treose
Molécula com um
Carbono Assimétrico
EnantiômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
Assimetria & Quiralidade
Quiralidade
Quiralidade é uma propriedade da assimetria. Um objeto ou um sistema é quiral se
não pode ser sobreposto à sua imagem especular. O objeto quiral e a sua imagem
especular são designados Enantiomorfos (formas opostas) ou, referindo-se a
moléculas, Enantiômeros. Um objeto não-quiral é designado aquiral e pode ser
sobreposto à sua imagem especular.
Objeto Real e Objeto Imagem Especular
Não Sobreponível
Sobreponíveis
Quiral
Não Quiral
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Quiralidade Molecular & Enantiômeros
Mão Esquerda & Mão Direita
Uma é Imagem Especular da outra e 
mão são sobreponíveis
Duas Mãos Direitas
Não são imagens Especulares e 
são sobreponíveis. Tem simetria
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Quiralidade Molecular & Enantiômeros
Quiralidade – “Handedness”
Quiral (do grego kiros=mãos). A definição
dada por Lord Kelvin associa o termo com a
falta de “simetria de espelho”: incapacidade
de sobrepor um objeto à sua imagem
especular. Esta correlação foi feita porque as
mãos dos exibem esta propriedade de uma
ser uma a imagem especular da outra. Mas a
mão esquerda não é sobreponível à mão
direita. As moléculas que exibem esta
propriedade são chamadas de Quirais.
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Carbono Assimétrico & Enantiômeros
Um par de Enantiômeros
Imagens no espelho um do outro
As duas moléculas 
não são 
sobreponíveis
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Carbono Assimétrico & Enantiômeros
O 2-cloropropano possui um Plano de Simetria e não produz quiralidade à molécula
enquanto o 2-clorobutano não apresente este elemento de simetria e portanto o
carbono é assimétrico e a molécula apresenta quiralidade.
2-Cloropropano
Carbono não assimétrico
Molécula não quiral
2-Clorobutano
Carbono assimétrico
Molécula é quiral
Tem Plano de
Simetria
Não tem Plano
de Simetria
EnantiômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
A importância Biológica das Moléculas Quirais
A ideia de “Chave e Fechadura” nas Reações Enzimáticas
Enantiômeros, Propriedades Fisiológicas & Receptores Específicos 
EnantiômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
A importância Biológica das Moléculas Quirais
A ideia de “Chave e Fechadura” nas Reações Enzimáticas
Um receptor é uma proteína que se liga a uma molécula particular. Ele é quiral e se
ligará a um enantiômero mais eficientemente do que ao outro. O receptor
reconhece apenas um enantiómero e propriedades fisiológicas diferentes podem
ser associadas a cada enantiómero. Receptores localizados no exterior do células
nervosas no nariz são capazes de perceber e diferenciar aproximadamente 10.000
odores diferentes. (R)-(-)-Carvona é encontrada no óleo de hortelã e a (S)-(+)-
Carvona é o principal componente do óleo de sementes de alcáravia (Cominho).
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A importância Biológica das Moléculas Quirais
Drogas Quirais
Food and Drug Administration tem incentivado a produção e venda de drogas
quirais para que os medicamentos que contênham um único enantiómero, em vez
de um racemato.
Testes de laboratório, após o desastre da talidomida, mostraram que o isômero R
era um sedativo eficaz, enquanto que o enantiómero S tinha efeito teratogênico.
Sabe-se agora que, mesmo quando uma amostra óticamente pura de talidomida
(apenas um dos isómeros óticos) é administrada, o próprio pH do corpo, pode fazer
com que ocorra racemização. Neste caso específico, mesmo que uma droga
contivesse apenas o isómero R, o desastre não teria sido evitado.
O desastre da Thalidomida
Vítimas da Thalidomida
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A importância Biológica das Moléculas Quirais
Drogas Quirais – (S)-Ibuprofeno
O ibuprofeno é um fármaco do grupo dos anti-inflamatórios não esteróides (AINE).
É analgésico e antipirético, utilizado no alívio da cefaleia, mialgia, dismenorreia,
febre e dor pós-cirúrgica. Também é usado nos quadros inflamatórios, como em
artrite reumatóide. Comercializado como Advil, ou Motrin, só o isómero S é eficaz
como anti-inflamatório. O isómero R não tem ação farmacológica. O medicamento
com base no isómero (S) puro produz um efeito mais rápido do que o racemato.
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A importância Biológica das Moléculas Quirais
Drogas Quirais – (S)-Penicilamina
O isômeros S (-)-penicilamina, é administrado para tratar a doença de Wilson, um
defeito na capacidade do corpo para metabolizar o cobre no organismo. O isômero
R, em contraste, é tóxico e pode causar cegueira.
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A importância Biológica das Moléculas Quirais
Drogas Quirais – (S)-Metildopa
(S)-Metildopa é um agonista de receptores alfa-2 adrenergicos. Ele reduz a pressão
arterial elevada, relaxando e dilatando os vasos sanguíneos. O sangue flui mais
livremente através dos vasos mais dilatados causando a diminuição na pressão
arterial. O isômero R é inativo.
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Propriedades dos Enantiômeros
Atividade Óptica
Enantiômeros (Imagem Especular)
Têm as mesmas propriedades físicas como pontos de fusão e de Ebulição idênticos,
índices de refração, solubilidades idênticas, velocidades de realçai idênticas etc...,
diferindo apenas com relação à sua atividade óptica.
Diastereoisômeros (Mesmas Conecções sem Imagem Especular)
Tem propriedades físicas e químicas diferentes, até mesmo os espectros de de RMN e 
Infravermelho são diferentes. (Começa a aparecer a partir de 2 centros assimétricos)
EnantiômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
Propriedades dos Enantiômeros
Atividade Óptica
Enantiômeros diferem em seu comportamento em relação ao plano da luz
polarizada. Quando um feixe de luz polarizada passa através de uma enantiômero, o
plano de polarização gira. Enantiômeros separados um do outro tem a habilidade
girar o plano da luz polarizada em ângulos iguais mas em direções opostas.
Enantiômeros separados são ditos compostos opticamente ativos e o instrumento
utilizado para esta medição é o Polarímetro.
Luz Normal
Vários Planos de Vibração
Luz Normal
Vários Planos de Vibração
Rotação Óptica
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Propriedades dos Enantiômeros
Rotação Óptica & Rotação Específica
Rotação Óptica
Ou Atividade Óptica é o desvio do plano da luz polarizada linearmente sobre a
direção de incidência da luz polarizada através de materiais quirais. O desvio é um
ângulo e é medido e graus e representado pela letra grega αααα.
Rotação Específica
Número de graus que o plano de polarização é gira quando a luz polarizada passa
através uma solução de um enantiômero depende do número de moléculas quirais
que ele encontra. Depende do comprimento do tubo e a concentração da solução.
Para padronizar as rotações medidas expressa-se os resultado como Rotação
Específica [αααα]
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Propriedadesdos Enantiômeros
Rotação Óptica & Rotação Específica
Rotação Específica depende da temperatura e do comprimento de onda da luz que
é empreguado e dever ser expressas de modo a incorporar essas quantidades.
Linha D de uma lâmpada de sódio (λ=589,6 nm) foi utilizada em uma temperatura
de 25oC. Amostra contendo 1,00 g do mL-1 em um tubo de 1 dm, com rotação de
3.12o no sentido horário. (Horário=Destrógiro – Anti-Horário=Levógiro)
Rotações Específicas do (R)-2-butanol 
e (S)-2-butanol
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A Nomenclatura dos Enantiômeros
O Sistema (R-S) ou CIP .
R.S. Cahn, C.K. Ingold e V. Prelog, criaram o sistema
de nomenclatura (R-S), a ser adicionado ao sistema
IUPAC, complementando o sistema de nomenclatura.
Enantiômeros (R) e (S) do 2-Butanol ou Álcool secButílico
No Sistema (R-S), ou Cahn-Ingold-Prelog (CIP) um dos enantiômeros é designado (R)-
2-butanol e o outro, (S)-2-butanol. em C-2. [(R) e (S) vem das palavras latinas rectus
e sinister, ou seja, direito e esquerdo, respectivamente.] Estas moléculas são ditas 
como tendo Configurações Absolutas opostas em C-2.
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A Nomenclatura dos Enantiômeros
As Regras de Prioridade para o Sistema (R-S)
1. A cada um dos quatro grupos ligados ao estereocentro é atribuída uma prioridade
1, 2, 3, e 4. A prioridade é atribuída em primeiro lugar com base do número atómico
do átomo directamente ligado ao estereocentro. O grupo com o menor número
atômico tem prioridade 4. (No caso de isótopos, o de maior massa atômica tem
maior prioridade.)
2. Quando a prioridade não pode ser atribuída com base no número atómico então
o próximo conjunto de átomos é examinado. Este processo é continuado até que
uma decisão pode ser tomada.
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2
3
4
2
3
EnantiômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
A Nomenclatura dos Enantiômeros
As Regras de Prioridade para o Sistema (R-S)
3. Observa-se a fórmula molecular tridimencional (ou o modelo) de modo que o
grupo de menor prioridade (4) fique dirigido para o lado contrário do observador.
4. Em seguida, traçamos um caminho circular a partir do grupo de maior prioridade
de 1 para 2 para 3. Se o movimento for no sentido horário, o enantiômero é
designado (R). Se o sentido é anti-horário, o enantiômero é designado (S). Nesta
exemplo, o 2-butanol é o enantiômero I e tem configuração absoluta (R)-2-butanol.
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4
1
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EnantiômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
A Nomenclatura dos Enantiômeros
As Regras de Prioridade para o Sistema (R-S)
Moléculas com Ligações Múltiplas
5. Grupos que contêm ligações duplas ou triplas são atribuídas prioridades como se
ambos os átomos fossem duplicados ou triplicados mas invertidos. Símbolos entre
parênteses são representações duplas ou triplas dos átomos na outra extremidade da
ligação múltipla.
como se
fosse
Tem maior prioridade
Do que um grupo Etila
Compostos com Ligações Duplas Compostos com Ligações Triplas
como se
fosse
como se
fosse
EstereoisômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
Moléculas com mais de um Centro Assimétrico
Enantiômeros, Diastereoisômeros & Isômero Meso
Muitas moléculas orgânicas, especialmente aquelas importantes na biologia, contém
mais do que um estereocentro. O Colesterol, contém oito estereocentros e a
Palytoxina contém 64 centros assimétricos !!!
Palytoxina
Marine Drugs 2010, 8, 2021; doi:10.3390/md8072021
DiastereoisômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
Moléculas com mais de um Centro Assimétrico
Enantiômeros & Diastereoisômeros
Uma regra simples permite determinar o número máximo de estereoisômeros em 
compostos cuja estereoisomerismo é devido a estereocentros tetraédricos. O 
número total de estereoisômeros não deve exceder a 2n, onde n é igual ao número 
de estereocentros. No Ácido 2,3-Dihidroxibutanóico não devemos esperar mais de 
quatro estereoisômeros (2n = 4). Deve-se escrever fórmulas tridimensionais 
analisando todas as combinações possíveis.
Estereoisômeros que não estão relacionados como sua imagem no espelho são
chamados Diastereoisômeros. Assim, o Estereoisômero I é Diastereoisômero de III
e IV e é Enantiômero de II. Da mesma forma, III é Diasteroisômero de I e II e é
Enantiômero de IV.
DiastereoisômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
Moléculas com mais de um Centro Assimétrico
Enantiômeros & Diastereoisômeros
Estereoisômeros do Ác. 
2,3-dihidroxibutanóico. 
1. Estereoisómeros I e II 
são Enantiômeros. 
2. Estereoisómeros III e IV
são Enantiômeros. 
3. Todas as outras relações
são Diastereisômeros.
(2R, 3R) (2S, 3S) (2R, 3S) (2S, 3R)
Plano de
Simetria
Entiômeros Isômero Meso
EstereoisômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
Moléculas Aquirais com Dois Centros Assimétricos
O caso do Isômero Meso (Forma Meso)
2,3-Dibromoutano tem dois centros assimétricos. Entretanto, existe apenas três
estereoisômeros possíveis. As formas (2R, 3R) e (2S, 3S) são Enantiômeros e têm
rotações ópticas opostas. Uma terceira combinação possível é (2R, 3S) e (2S, 3R) são
iguais porque tem plano de simetria. [2R(S), 3S(R)] é aquiral, é sobreponível à sua da
imagem especular e é opticamente inactivo. Moléculas quirais que têm centros
assimétricos são chamados de Formas Meso.
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Estereoisômeros em Compostos Cíclicos
Assimetria e Planos de Simetria – Derivados do Ciclopentano
O anel de ciclopentano é essencialmente plano e seus derivados de são convenientes
para a discussão sobre o estereoisomerismo de compostos cíclicos. O 1,2-
dimetilciclopentano tem dois estereocentros e existe em três formas
estereoisoméricas, 1 par de Enantiômeros e 1 Isômero Meso.
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Estereoisômeros em Compostos Cíclicos
Assimetria e Planos de Simetria – Derivados do Ciclohexano
1,2-Dimetilciclohexanos: tem dois estereocentros, pode ter até quatro
estereoisômeros. Pode-se isolar apenas três. O trans-1,2 existe como um par de
enantiômeros. Suas moléculas não têm um plano de simetria. No cis-1,2, as duas
estruturas conformacionais (c) e (d), representada na fig. 5.21, vemos que estes duas
estruturas são imagens especulares não sobreponíveis, não tem um plano de simetria
e cada um é uma molécula quiral, mas eles são interconversíveis por equilíbrio
conformacional e não podem ser separados.
trans-(1S, 2S)
trans-(1R, 2R)
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Estereoisômeros em Compostos Cíclicos
Assimetria e Planos de Simetria – Derivados do Ciclohexano
1,3-Dimetilciclohexanos: Tem dois estereocentros; podemos esperar até quatro
estereoisômeros (22=4). Na realidade, existem apenas três. O isômero cis-1,3 tem um
plano de simetria e é aquiral. O trans-1,3 não tem um plano de simetria e existe
como um 1 par de enantiômeros (trans-(1S, 3S) e trans-(1R, 3R).
S S
S
S
R
R
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Estereoisômeros em Compostos Cíclicos
Assimetria e Planos de Simetria – Derivados do Ciclohexano
1,4-Dimetilciclohexanos: Não possui carbonos assimétricos (sp3 com quatro grupos
diferentes). No entanto, os isômeros cis- e trans-1,4-dimetilciclohexano são
diastereoisómeros. Por ter um plano de simetria o composto não é quiral e não é
óticamente activo.
Cis-1,4 Trans-1,4
EstereoisômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
Moléculas Quirais sem Centros Assimétricos
Estereoquímica de Alenos
AtropoisômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
Moléculas Quirais sem Centros Assimétricos
Atropoisômeros (Quim. Nova 2007, 30, 125)
Algumas moléculassão tão volumosos ou tão altamente rígidas que não podem
interconverter de uma conformação quiral para a conformação de imagem
especular. As Bifenilas são estericamente congeladas em duas conformações
distintas que são ópticamente ativas. A conformação planar tem um plano de
simetria e seria opticamente ativa se existisse (alta energia).
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Moléculas Quirais não tem Simetria 
Estereoisômeros
1. Moléculas Quirais com 1 único centro asimétrico
Enantiômeros, R,S - Óticamente ativos
2. Moléculas Quirais com 2 ou mais centros assimétrcos
Enantiômeros, Diatereoisômeros – Óticamente ativos
3. Isômeros Meso
Tem centros assimétricos mas tem plano de simetria –
Óticamente inativos
4. Moléculas Quirais sem Centro Assimétrico
Moléculas rígidas, sem plano de simetria - Alenos, 
Atropoisômeros - Óticamente Ativos
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Projeções de Fisher
Outra Forma de Representar a Estereoquímica
http://as.vanderbilt.edu/chemistry/Rizzo/Chem220b/Fischer.pdf
A Projeção de Fischer foi desenvolvida por Hermann Emil Fischer em
1891. É uma representação bidimensional de uma molécula orgânica
tridimensional por projeção. Foram originalmente proposta para a
descrição dos hidratos de carbono e utilizadas particularmente na química orgânica
e da bioquímica. O uso de projeções Fischer em não-hidratos de carbono é
desencorajada, pois podem apresentar ambiguidades e ser confundidas com outros
tipos de representações.
EstereoisômerosQUI 2014Química Orgânica IB Prof. Dennis Russowsky
Projeções de Fisher
Outra Forma de Representar a Estereoquímica
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Resolução de uma Mistura de Enantiômeros
Mistura Racêmica ou Escalêmica
Transformação de mistura de Enantiômeros em Diastereoisômeros
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Resolução de uma Mistura de Enantiômeros
Ph
H
Me
NH2H
Ph
H
NH2H
Me
HO CO2H
O
OH
S
Ácido S-(-)-Málico
Ph NH2
Me
(R,S)-1-Feniletilamina
Mistura Racêmica
Óticamente Inativa
+
Reação
Ácido-Base
O2C CO2H
OH
S
O2C CO2H
OH
S
R
S
Sal Diastereoisomérico (S,S)
Sal Diastereoisomérico (R,S)
A solubilidade dos Diastereoisômeros é diferente em um determinado solvente 
e podem ser separados por Cistalização.
Formação de Diastereoisômeros a partir de uma Mistura Racêmica
Ph
H
Me
NH2H O2C CO2H
OH
S
S
Sal Diastereoisomérico (S,S)
NaOH
Ph
H
Me
NH2
S
+ H2O+O2C CO2H
OH
SNa
Amina Livre 
Enantiômero S Puro
Óticamente Ativo
Liberação da Amina Livre
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Resolução de uma Mistura de Enantiômeros
Cromatografia em Coluna com Fase Estacionária Quiral
Enantiómeros formam complexos
diastereoisoméricos com a fase
estacionária quiral da coluna. Um
dos enantiómeros se liga mais
fortemente do que o outro, de
modo e se move mais lentamente
através da coluna permitindo sua
separação.
Resolução Cromatográfica de Enantiômeros
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Nitrogênio, Fósforo & Enxôfre como Centros Assimétricos
Sais Quaternários de Amônio, Fosfitos & Sulfóxidos
Outros átomos podem ter centros de quiralidade. Quando um átomo tem quatro
grupos diferentes ligados a ele e possui uma geometria tetraédrica considera-se é
um centro de quiralidade e podem existir como enantiômeros
Aminas terciárias não são
quirais devido a baixa barreira
energética de interconversão
Sais de Amônio, Fosfonatos
E Sulfóxidos podem ser quirais