Estereoquímica - Química Orgânica

Prévia do material em texto

ESTEREOQUÍMICA
Isômeros: Compostos que têm a mesma fórmula 
molecular, mas não são idênticos.
Compostos com as mesmas fórmulas 
moleculares 
C2H6O C2H6O
Isômeros: Podem ser divididos em:
Isômeros constitucionais: diferem na conectividade de seus
átomos.
Estereoisômeros: têm seus átomos conectados igualmente,
mas a disposição espacial deles é diferente.
C C C C
Isomeria constitucional
(onde as conectividades são diferentes)
- Isomeria de Função: C2H6O - Regioisomeria: C4H10
- etanol (P.E. = 78 0C – líq.) - 1,2-dimetil benzeno (P.E. = 144 0C)
- éter dimetílico (P.E. = - 24 0C – gás) - 1,3-dimetilbenzeno (P.E. = 139 0C)
- 1,4-dimetilbenzeno (P.E. = 138 0C)
- Isomeria de Posição: C7H14O - Isomeria de Cadeia: C11H24
- heptan-2-ona (P.E. = 151 0C) - undecano (P.E. = 195 0C)
- hepta-4-ona (P.E. = 144 0C) - 4 etil-2,2-dimetileptano (P.E. = 170 0C)
- Isomeria de Função: C2H6O - Regioisomeria: C8H10
- etanol (P.E. = 78 0C – líq.) - 1,2-dimetil benzeno (P.E. = 144 0C)
- éter dimetílico (P.E. = - 24 0C – gás)
- 1,3-dimetilbenzeno (P.E. = 139 0C)
- Isomeria de Posição: C7H14O
- heptan-2-ona (P.E. = 151 0C)
- 1,4-dimetilbenzeno (P.E. = 138 0C)
- heptan-4-ona (P.E. = 144 0C)
H3COCH3
H3CCH2OH
H3CCH2CH2COCH2CH2CH3
H3CCH2CH2CH2CH2COCH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
O
H3CCH2CH2CH2CH2CCH3
O
H3CCH2CH2CCH2CH2CH3
Estereoisômeros
Isômeros com 
duplas ligações
Isômeros com centros 
de quiralidades
Isômeros
Isômeros 
constitucionais
(conectividades diferentes)
(conectividades iguais )
Os estereoisômeros têm os átomos conectados igualmente,
mas a disposição espacial deles é diferente.
A estereoisomeria é possível quando o composto possui uma
ligação dupla (I), com ambos carbonos da dupla com ligantes
diferentes, ou com um átomo tetraédrico (sp3) com 4 ligantes
diferentes (II).
(I)
(II)
Isômeros com duplas ligações – Isômeros Geométricos
Utiliza-se a terminologia cis – trans para diferenciar os 
estereoisômeros. Para isso:
* Tem de haver dois grupos idênticos, ligados aos dois 
carbonos diferentes da dupla ligação. 
1 2 1 2
Os átomos de hidrogênio também podem ser utilizados para 
atribuir a terminação cis – trans; 
Quando dois grupos idênticos estão ligados na mesma 
posição(mesmo carbono da dupla ligação), não há isomeria 
cis – trans; 
é trans por causa dos H’s
igual
Determine se o estereoisômero mostrado abaixo apresenta 
configuração cis ou trans.
Para cada um dos seguintes compostos, determine se ele apresenta
uma configuração cis ou trans
CH2CH2CH2CH3
CH2CH2CH2CH3
a)
b) c)
e)d)
f)
g)
H
H
Considere a figura abaixo: 
Para muitos objetos, como os óculos de sol,
* A imagem do espelho é idêntica ao objeto real.
• A sua imagem do espelho e o objeto são 
sobreponíveis
* Em um óculos, está faltando a lente esquerda, no 
outro está faltando a direita
* Nesse caso, a sua imagem do espelho e o 
objeto não são sobreponíveis
Se retirarmos uma lente, teremos:
A mão esquerda não se encaixa na mão direita de uma luva.
A mão direita não se encaixa na mão esquerda de uma luva.
Objetos, como as mãos, que não são sobreponíveis com 
suas imagens especulares,
São chamados de objetos quirais.
Quiralidade: (do grego: xelp kheir: “mão”) – Não é uma def. Química.
Um objeto ou um sistema é quiral se não puder ser sobreposto `a
sua imagem especular
Um objeto ou um sistema é quiral quando não possui nenhum
plano de simetria (um plano virtual que separa o objeto em duas
partes iguais)
Um “C” estereogênico tetraédrico ou “C” assimétrico é um
átomo de “C” que está ligado a 4 grupos diferentes, e é
normalmente indicado por um asterisco.
O “C” é assimétrico e a molécula é quiral.
A fonte mais comum de quiralidade molecular é a presença 
de um átomo de carbono que carrega 4 grupos diferentes.
* *
*
Há duas maneiras diferentes de organizar 4 grupos em 
torno de um átomo de carbono central.
Estes dois arranjos são imagens especulares não sobreponí-
veis que diferem um do outro apenas no arranjo espacial dos 
seus átomos, e, portanto, eles são 
Estereoisômeros
Aproximando as duas moléculas 
(objeto e imagem)
São não superponíveis
Estes planos não dividem a molécula em duas 
partes iguais (Não são planos de simetria)
Esteroisomeria :
(Conectividades iguais e posicionamento 3D diferentes - geometrias 
tridimensionais diferentes)
Enantiomeria Diastereoisomeria
Imagens especulares Não são imagens
não superponíveis especulares 
a)
b)
Quando um composto é quiral, ele terá uma imagem especular
não sobreponível, denominada enantiômeros
O composto e sua imagem especular não sobreponível,
constituem um par de enantiômeros
um par de enantiômeros
Considere os compostos abaixo: cada um dos átomos de
carbono destacados carrega quatro grupos diferentes.
No composto III, o átomo de carbono é um centro de
quiralidade. Observe que um caminho em torno do anel é
diferente do que é o outro caminho.
( I )
( II )
( III )
Ao contrário, o composto abaixo não apresenta um centro
de quiralidade. Observe que os sentidos horário e anti-
horário são idênticos.
Toda molécula que contiver apenas um
“C” assimétrico é quiral. A sua imagem no 
espelho será seu enantiômero.
Todas essas moléculas tem “C” sp3
Molécula quiral
1 C assimétrico
Molécula quiral
1 C assimétrico
Molécula quiral
1 C assimétrico
Molécula quiral
C assimétrico
EXERCÍCIO
Classifique cada uma das moléculas como quirais ou aquirais
aquiral quiral aquiral aquiral
Identifique os “C” assimétricos.
Qualquer composto com um único centro de quiralidade
tetraédrico tem de ser quiral
Essa afirmação não é necessariamente verdadeira para
compostos com dois centros de quiralidade
Considere os cis e trans do 1,2-dimetilcicloexano
Cada um destes compostos tem dois centro de quiralidade
**
**
o isômero trans é quiral
o isômero cis é aquiral
Cada um destes compostos tem dois centro de quiralidade, mas
Imagine um plano de simetria passando entre os dois
carbonos, como mostrado na figura abaixo
Todo o lado direito é refletido para o lado esquerdo.
Portanto essa molécula possui um plano de simetria
A quiralidade é unicamente dependente da ausência de
simetria reflexional
Qualquer composto que possui um plano de simetria será
aquiral
Ele não tem enantiômero
Se tiver só um “C” assimétrico, pode-se dizer que a
molécula é quiral.
Se tiver mais de um “C” assimétrico a molécula, pode ser
ou não, quiral.
Essas moléculas tem “C” assimétrico, mas tem plano de
simetria.
Para cada um dos seguintes objetos, determine se possuem ou 
não um plano de simetria.
a) b)
d)c)
e) f)
Cada uma das seguintes moléculas tem um plano de simetria. 
Encontre-o.
Obs.: Um plano de simetria pode cortar átomos ao meio.
A fonte mais comum de quiralidade molecular é a presença de
um átomo de carbono que carrega quatro grupos diferentes.
Há duas maneiras diferentes de organizar 4 grupos em torno de
um átomo de carbono central.
Cada um destes dois arranjos são imagens especulares não
sobreponíveis e define a configuração absoluta do carbono.
Os estereoisômeros do 2-bromobutano mantem uma
relação objeto-imagem, não sobreponíveis. Logo são
enantiômeros
*
Os enatiômeros são normalmente desenhados utilizando:
- Fórmulas em perspectivas (cavalete)
- Projeções de Fischer
Mostram duas ligações do carbono assimétrico, no plano (linhas
cheias), uma ligação para trás do plano (cunha pontilhada) e uma
para frente do plano (cunha cheia)
fórmulas em perspectiva dos enantiômeros do 2-bromobutano
Fórmulas em perspectiva:
Projeção de Fischer
Mostra o arranjo tridimensional dos grupos ligados ao carbono
assimétrico em duas dimensões. Representa um carbono
assimétrico como o ponto de intersecção entre duas linhas
perpendiculares:
* linhas horizontais: ligações para frente do plano
* linhas verticais:ligações para trás do plano
Há a necessidade de um sistema de nomenclatura que
indique a configuração (arranjo espacial) dos átomos ou
grupos ao redor do carbono assimétrico.
As letras R e S são utilizadas para indicar as duas
configurações possíveis
O sistema R e S foi desenvolvido por
Cahn Ingold Prelog
Regras C.I.P. para nomenclatura de enantiômeros (R,S)
Cahn – Ingold – Prelog 
Regras de Prioridade para definir a nomenclatura R ou S
Br = 35
Cl = 17
F = 9
H = 1
1) Classifique os grupos (ou átomos) ligados ao carbono
assimétrico segundo a ordem de prioridade. Quanto maior o
número atômico, maior a prioridade
Cl = 17
O = 8
C = 6
H = 1
O exemplo anterior foi relativamente fácil, pois todos os
átomos ligados ao carbono assimétrico eram diferentes.
Todavia, é mais comum encontrarmos 2 ou mais átomos
com o mesmo número atômico.
2 átomos de carbono estão conectados ao centro quiral.
Qual o átomo de prioridade?
Como procedemos?
Nesses casos, nos distanciamos do centro de quiralidade e
geramos outra lista.
Vamos listar os 3 átomos ligados a cada um desses C`s, em
ordem decrescente de número atômico.
As listas são idênticas
Vamos considerar o exemplo abaixo:
Em uma ligação dupla, a prioridade é considerada
como ligações individuais separadas.
O átomo de carbono (destacado) é tratado como se estivesse
conectado a dois átomos de oxigênio.
A mesma regra é aplicada para qualquer tipo de dupla ligação
O átomo de oxigênio
conta 2 vezes
O lista para esse 
átomo de carbono
H H H
H H H
H H C
Indique a ordem de prioridade de cada conjunto de substituintes
a) - CH2OH ; - CH3 ; - CH2CH2OH ; - H 
b) - CH = O ; - OH ; - CH3 ; - CH2OH
c) - CH(CH3)2 ; - CH2CH2Br ; - Cl ; - CH2CH2CH2Br
d) - CH = CH2 ; - CH2CH3 ; - C6H5 ; - CH3
Exercícios
C
- C6H5 C C C
- CH = CH2 H C C
H H H H3C 
H
- C CH2Br 
H 
CH2CH3 H H C 
2) Oriente a molécula para que o grupo (ou átomo), com menor
prioridade (4) seja dirigido para longe de você. Em seguida,
desenhe uma seta imaginária partindo do grupo (ou átomo) com
maior prioridade (1) para o grupo (ou átomo) com prioridade (2).
Se a seta aponta no sentido horário, o carbono assimétrico
possui configuração R.
Se a seta aponta no sentido anti-horário, o carbono
assimétrico possui configuração S.
Considere o exemplo abaixo:
Numere os átomos (ou grupos) segundo suas prioridades
enantiômeros do 2- bromobutano
H H
H C C –
H H
Se o grupo (ou átomo) com a menor prioridade está ligado
por uma cunha tracejada, desenhe uma seta a partir do grupo
(ou átomo) de maior prioridade para o grupo (ou átomo) de
prioridade 2.
Se a seta aponta sentido horário, o composto tem
configuração R e se aponta no sentido anti-horário, o composto
tem configuração S.
(S) - 2- bromobutano (R) - 2- bromobutano
Se o grupo (ou átomo) com a menor prioridade não está ligado por
uma cunha tracejada, redesenhe a projeção em perspectiva de modo
a colocar o grupo de menor prioridade voltado para trás do plano.
Ao fazer a troca de posição entre dois átomos (ou grupos) duas
vezes, a configuração do centro assimétrico não se altera.
Ao fazer a troca de posição entre dois átomos (ou grupos), uma
vez, a configuração do centro assimétrico se altera.
Projeção em perspectiva
Qual a configuração? A molécula tem configuração R. 
Portanto ela tinha configuração S 
antes dos grupos serem trocados
1 troca
CH3 e H
CH2CH3
CH3
H
HO
CH2CH3
H
CH3
HO
1
4
3
2
1
4
3
2
C C
R S
Uma troca entre quaisquer dois grupos em um 
centro de quiralidade
Inverterá a configuração.
14
2 3
41
2 3
Duas trocas entre quaisquer dois grupos em um 
centro de quiralidade
Manterá a configuração original
2
41
3
31
42 1
42
3
Projeção de Fischer
Muitos compostos orgânicos têm mais de um “C” assimétrico.
Quanto mais “C” assimétricos um composto tiver, mais
estereoisômeros são possíveis para o composto
Se soubermos quantos carbonos assimétricos tem no
composto, podemos calcular o número máximo de
estereoisômeros: 2n.
Ex.: o ácido 2,3 – diidroxibutano tem dois “C” assimétricos.
Portanto, ele pode ter até quatro estereoisômeros.
Ao escrever as projeções de Fischer das moléculas com
dois centros quirais, temos
I e II – enantiômeros
III e IV – enantiômeros
Demais pares - diastereoisômeros
Considere a seguinte estrutura: 
Este composto tem dois centros de quiralidade. Cada um 
pode ter a configuração R ou S.
Dando origem a quatro possíveis estereoisômeros
(dois pares de enantiômeros)
1
Me
OH
1R, 2S 1S, 2R 1R, 2R 1S, 2S
1
Me
OH
1R, 2S 1S, 2R 1R, 2R 1S, 2S
Vamos analisar a relação entre os quatro estereoisômeros
Considere o estereoisômero de configuração (1R, 2S)
Quando todos os centros de quiralidade são invertidos no objeto 
quando comparados com a sua imagem especular, temos um par 
de enantiômeros.
Qualquer outra possibilidade, define um par de diastereoisômeros
Enantiômero Diastereoisômeros
1S, 2R 1R, 2R
1S, 2S
Consideremos o exemplo abaixo:
Este composto tem dois centros de quiralidade e. portanto, seria 
de esperar 22 (=4) estereoisômeros. Dois pares de enantiômeros
um par de enantiômeros estas duas representações 
são iguais (mesmo composto)
(meso)
um par de enantiômeros estas duas representações 
são iguais (mesmo composto)
(meso)
O composto apresenta simetria reflexional e é. portanto, um 
composto meso:
O composto meso não é quiral e, portanto, não tem enantiômero.
plano de simetria
Os estereoisômeros podem apresentar 
diferentes propriedades
- Físicas
- Químicas
- Óticas
- Biológicas
Considere os compostos abaixo:
Propriedades físicas dos estereoisômeros
Ponto de Solubilidade 
fusão g/100g de H2O à 15
0C
(2R, 3R) 170 139
(2S, 3S) 170 139
(2R, 3S) 140 125
Os dados mostram que:
=
=
enantiômeros
diastereoisômeros
Propriedades físicas
Propriedades químicas dos estereoisômeros
Os estereoisômeros, por terem a mesma composição e
conectividade, têm os mesmos grupos funcionais.
Portanto, reagirão igualmente, frente ao mesmo reagente.
=
=
enantiômeros
diastereoisômeros
Propriedades químicas
No entanto, os enantiômeros poderão reagir de formas distintas em
termos cinéticos em reações que utilizem ambientes quirais.
Nas moléculas quirais da natureza, como aminoácidos, enzimas,
proteínas e o próprio DNA, uma das formas espelhadas é mais
usada e abundante que a outra. Isso ocorre porque a estrutura
espacial de cada enantiômero determinará a forma como reage com
os receptores. Alguns se encaixam perfeitamente e outros não.
Podemos considerar que os enantiômeros podem apresentar
propriedades químicas diferentes.
enantiômeros =
Propriedades químicas
Propriedades Ópticas dos estereoisômeros
Atividade Óptica é a habilidade de um composto desviar o
plano da luz polarizada.
A luz é uma onda eletromagnética. Chamamos assim porque é
formada por um componente elétrico e outro magnético,
perpendiculares entre si e que se deslocam em uma direção
perpendicular.
magnético 
A luz normal, passa através de um polarizador e, se torna uma
luz plano polarizada, que oscila apenas em um único plano.
onda não polarizada 
onda polarizada
polarizador 
Em 1815, o físico Jean-Baptiste Biot descobriu que algumas
substâncias orgânicas naturais eram capazes de girar o plano da
luz polarizada.
Algumas giravam o plano da luz polarizada:
- no sentido horário
- no sentidoanti-horário
- não giravam o plano de polarização
luz 
polarizada
polarizadorfonte 
de luz
analizador
observadorcela contendo
moléculas orgânicas
Um composto aquiral:
- não gira o plano de polarização.
- é opticamente inativo
A luz polarizada passa através de uma solução de moléculas
aquirais:
- emerge com o seu plano de polarização inalterado
fonte 
de luz
luz 
normal
cela contendo
moléculas aquiral
luz polarizada
O plano da luz 
polarizada foi alterado
luz 
polarizada
polarizador
direção de propagação da luz 
fonte 
de luz
luz 
normal
cela contendo
moléculas quiral
luz polarizada
O plano da luz 
polarizada foi alterado
luz polarizadapolarizador
diração de propagação da luz 
Um composto quiral:
- gira o plano de polarização.
- é opticamente ativo
A luz polarizada passa através de uma solução de moléculas
quirais:
- a luz emerge com o seu plano de polarização alterado
Os enantiômeros desviam a luz polarizada
- em sentidos opostos
- na mesma magnitude
Os diastereômeros desviam a luz polarizada
- em sentidos opostos ou não
- nas diferentes magnitudes
enantiômeros
enantiômeros
(2R, 3R) (2S, 3S)
(2R, 3S) (2S, 3R)
diastereômeros
d
ia
s
te
re
ô
m
e
ro
s
d
ia
s
te
re
ô
m
e
ro
s
[α]D = - 9,5
o [α]D = + 9,5
o
[α]D = - 17,8
o[α]D = + 17,8
o
Propriedades Biológicas dos estereoisômeros
As macromoléculas biológicas, tais como DNA, RNA, proteínas,
aminoácidos são quirais.
Os enantiômeros de substâncias quirais têm as mesmas
propriedades fisico-químicas:
- podem ter atividades bioquímicas bastante diferentes.
- os processos bioquímicos geralmente mostram 
elevada enantioseletividade.
Para organismos, enantiômeros, muitas vezes, exibem:
- efeitos diferentes
- toxidades diferentes
O enantiômero ativo de um composto quiral:
- pode ter o efeitos desejado sobre uma espécie-alvo
- enquanto que o outro enantiômero pode não ter
Os dois enantiômeros da efedrina, apresentam atividades
bem distintas.
Na (-)-efedrina, ocorre uma formação adicional de uma
ligação de hidrogênio entre a hidroxila e um sítio da proteína
Os enantiômeros da carvona apresentam diferentes odores:
- devido à simples troca de dois substituintes no C assimétrico.
- (R)-(-)-carvona – hortelã
- (S)-(+)-carvona - cominho
(R)-(-)-carvona (S)-(+)-carvona
Indique a configuração absoluta dos centros quirais.
1a. Avaliação de Química Orgânica para Tecnólogos.
Vocês terão 2 dias para resolver.
Aproveitem a oportunidade para agir com maturidade e
consciência da importância do aprendizado acadêmico na
formação do profissional que haverão de ser.
Respondam as questões de estereoquímica, 
explicando o passo a passo para chegar as respostas.
Regras de Prioridade para definir a nomenclatura R ou S
Classifique os grupos (ou átomos) ligados ao carbono
assimétrico segundo a ordem de prioridade. Quanto maior o
número atômico, maior a prioridade
Se o grupo (ou átomo) com a menor prioridade não está ligado
por uma cunha tracejada, redesenhe a projeção em perspectiva
de modo a colocar o grupo de menor prioridade voltado para trás
do plano.
Ao fazer a troca de posição entre dois átomos (ou grupos)
duas vezes, a configuração do centro assimétrico NÃO SE ALTERA.
Ao fazer a troca de posição entre dois átomos (ou grupos),
uma vez, a configuração do centro assimétrico SE ALTERA.
Qual é a configuração absoluta das moléculas abaixo:
Desenhe a imagem das estruturas abaixo e indique a configuração dos
centros assimétricos:
CO2H
CH3
H2N H
CH3 CH3
(II) 
Não Possui Carbono quintal
Faça a Projeção de Fischer para as moléculas abaixo:
H H H H O H H O
H C C C O C CH3 C C C C CH3
H OH CH3 H HO OH OH
CH3CHOHCHCH3OC2H5 HO2CCHOHCHOHCOCH3
OC2H5
CH3
OH
CH3
H
H
OC2H5
CH3
OH
CH3
H
H
COCH3
HO
OH
CO2H
H
H
COCH3
H
OH
CO2H
OH
H
OC2H5
CH3
OH
CH3
H
H
OC2H5
CH3
OH
CH3
H
H
COCH3
HO
OH
CO2H
H
H
COCH3
H
OH
CO2H
OH
H
tréoeritro
CH3CHOHCHCH3OC2H5 HO2CCHOHCHOHCOCH3
A nomenclatura baseada na projeção de Fischer classifica os
compostos como Eritro ou Treo.
ERITRO à grupos iguais do mesmo lado.
TREO à grupos iguais em lados opostos. Sendo que:
Par Eritro/Treo = Diasteroisômero
Par Eritro/Eritro ou Treo/Treo = Enântiômero