aula teorica 08 - estereoisomeria
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1Prof. Zilvam Melo – Química Orgânica
1. Estereoquímica
A estereoquímica estuda os fenômenos químicos que ocorrem em moléculas
que apresentam esteroisomeria.
2. Estereoisomeria
Estereoisômeros são isômeros que diferem dos isômeros constitucionais, pois
apresentam seus átomos constituintes conectados na mesma seqüência.
Estereoisômeros diferem apenas no arranjo de seus átomos no espaço.
Os isômeros cis e trans de alcenos são estereoisômeros; podemos ver que isso é
verdade ao examinarmos o cis‐ e trans‐1,2‐dicloroeteno
cis2 2 2
trans2 2 2
Ambos os compostos apresentam a mesma fórmula molecular. A ordem das
conexões (ligações) são exatamente a mesma nas duas moléculas. O isômerocis‐1,2‐
dicloroeteno e o trans‐1,2‐dicloroeteno diferem apenas no arranjo de seus átomos no
espaço. No cis‐1,2‐dicloroeteno, os átomos de hidrogênios estão no mesmo lado da
molécula, e no trans‐1,2‐dicloroeteno os átomos de hidrogênios estão em lados
opostos. Então, ocis‐1,2‐dicloroeteno e otrans‐1,2‐dicloroeteno são estereoisômeros.
Os estereoisômeros podem ser classificados em:
Enantiômeros: Enantiômeros (do grego enation, que significa“oposto”) são estereoisômeros cujas moléculas são imagens
especulares uma da outra, que não se superpõe.
Diastereômeros: Diastereômeros são estereoisômeros cujas
moléculas não são imagens especulares umas das outras.
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Ao analisarmos aFigura 1, observamos que ao colocarmos a molécula decis‐1,2‐dicloroeteno (a) a imagem que se vê é a de outra molécula docis‐1,2‐dicloroeteno.
Da mesma forma, ao colocarmos a molécula dotrans‐1,2‐dicloroeteno diante de um
espelho a imagens que se verá é de outra molécula dotrans‐1,2‐dicloroeteno (b).
Portanto, quando se coloca a molécula docis‐1,2‐dicloroeteno diante de um espelho a
imagem que se obtémnunca será a do trans‐1,2‐dicloroeteno (c) e vice‐versa, por issoos isômeros cis e trans 1,2‐dicloroeteno são estereoisômeros e, como não serelacionam como um objeto e sua imagem especular sãodiastereômeros .
Figura 1: Imagens especulares do cis e trans 1,2‐dicloroeteno.
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Isômeros cis e trans de cicloalcanos nos fornecem outro exemplo de
estereoisômeros que são diastereômeros um do outro. Considere os dois compostos
seguintes:
Esses dois compostos são isômeros um do outro, porque são compostos
diferentes que não se convertem um no outro e porque tem a mesma fórmula
molecular. Eles não são isômeros constitucionais porque seus átomos estão ligados na
mesma seqüência. Por tanto, são estereoisômeros. Eles diferem apenas no arranjo dos
seus átomos no espaço. Como não guardam uma relação objeto imagem especular são
diastereômeros.
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2.1 Quiralidade
A palavra quiral vem da palavra grega,cheir , que significa “mão”. Objetos quirais
(incluindo moléculas) possuem um lado direito e um esquerdo. O termo quiral é usado
é utilizado para descrever moléculas de enantiômeros porque estão relacionadas umacom a outra da mesma maneira que a mão direita está relacionada com a mão
esquerda, significando assim, moléculas assimétricas.
Quando você olha sua mão esquerda no espelho a imagem que você vê é a da
mão direita e vice‐versa. Suas mãos esquerda e direita não são idênticas, e isso pode
ser mostrado pela observação que elas não se superpõe. Veja figura abaixo:
Figura 2: Imagens especulares das mãos. (a) a imagem especular da mão esquerda é amão direita. (b) as mãos direitas e esquerdas não se superpõem.
Muitos objetos familiares são quirais e a quiralidade de alguns desses objetos é
clara porque normalmente nos referimos a eles como possuindo lateralidade, por
exemplo, lado direito e lado esquerdo.
Figura 3: Uma cadeira é um exemplo de um objeto aquiral, pois a imagem no espelho éigual ao objeto original e podem ser sobreponíveis.
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Objetos (e moléculas) que se superpõem a suas imagens especulares são
aquirais (simétricos). Meias, garfo, mesa, cadeira e copo são exemplos de objetosaquirais, enquanto que as luvas, os sapatos e os parafusos são objetos quirais, veja a
Figura 3.
Enantiômeros ocorrem apenas com compostos cujas moléculas sãoquirais . Umamolécula quiral é definida com uma que não é idêntica a sua imagem no espelho. Uma
molécula quiral e sua imagem especular são enantiômeros e a relação entre a molécula
quiral e sua imagem especular é definida comoenantiomérica , veja a Figura 4.
Figura 4: Modelo de bolas e varetas representando uma molécula e sua imagemespecular, onde uma não pode ser superposta na outra, caracterizando um par deenantiômeros.
2.2 Carbonos Assimétricos, Centros Quirais e Estereocentros
Não somente objetos que podem ser quirais; moléculas também podem ser
quirais. A característica que com freqüência é a responsável pela quiralidade numa
molécula é umcarbono assimétrico .
Um carbono assimétrico é, basicamente, um carbono que está ligado a quatrogrupos diferentes. O carbono assimétrico deve ser indicado por um asterisco.
Considere, por exemplo, o 2‐butanol.
*
OH
CH3C CH2CH3
H
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Até agora foi mostrado apenas que moléculas como o 2‐butanol representasse
apenas um composto, pois não foi mencionado que moléculas também podem ser
quirais. No entanto, como elas apresentam quiralidade, na verdade existem duas
moléculas de 2‐butanóis diferentes e elas são enantiômeros uma da outra.
O carbono marcado com asterisco no 2‐butanol é um carbono assimétrico
porque está ligado a quatro grupos diferentes (H, OH, CH3 e CH2CH3).
Analisando aFigura 5, observa‐se que se o modeloI for colocado em frente a umespelho, o modelo II é visto no espelho e vice‐versa. Os modelosI e II não sesuperpõem um no outro; portanto eles representam moléculas diferentes, mas
isoméricas.Uma vez
que
os
modelos
I e
II
são
imagens
especulares
um
do
outro,
que
não se superpõem, as moléculas que representam são enatiômeros.
CH3
C
CH2
CH3
HHO
CH3
C
CH2
CH3
OHH
I II III IV(a) (b) (c)
Figura 5: (a) Desenhos tridimensionais dos enantiômeros I e II do 2‐butanol. (b)Modelos de bolas e varetas dos enantiômeros do 2‐butanol. (c) Uma tentativafracassada de superpor os modelos I e II.
Note que os únicos carbonos que podem ser carbonos assimétricos são carbonos
hibridizados em sp3, carbonos hibridizados emsp2 e sp não podem ser assimétricosporque não podem ter quatro grupos ligados a eles.
Um carbono assimétrico é também conhecido comocentro quiral . Em outraspalavras, um centro quiral também pertence a um vasto grupo conhecido como
estereocentros (veja na seção 2.3).
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2.3 Desenhando Enantiômeros
As substâncias são tridimensionais, mas somos limitados à folha de papel
bidimensional ao analisar estruturas. Os químicos desenham enantiômeros usando
tanto fórmulas em perspectiva ou projeções de Fischer .
Fórmulas em perspectivas mostram duas das ligações do carbono assimétricono plano do papel, uma ligação com uma cunha preenchida projetada para fora do
papel e uma quarta ligação com uma cunha tracejada estendendo‐se para dentro do
papel (longe do observador).
C
H
C
HH
H
H
H
C
H
C
H
H HH
Hconformação alternada
para o etanoconformação eclipsada
para o etano
Pode‐se imaginar o primeiro enantiômero ao pôr os quatro grupos ligados ao
carbono assimétrico em qualquer ordem. O segundo enantiômero é obtido
desenhando‐se a imagem especular do primeiro enantiômero.
C
OH
CH3H3CH2CH
C
OH
H3C CH2CH3
H
fórmulas em perspectiva dos enantiômeros do 2‐butanol
As fórmulas de projeção de Fischer foram inventadas pelo químico alemãoEmil Fischer no final do século XVII. Estas projeções são muito úteis para mostrar o
arranjo tridimensional de grupos ligados a um carbono assimétrico. Nestas projeções, o
carbono assimétrico fica localizado no ponto de intersecção das duas linhas
perpendiculares; linhas horizontais representam as ligações que se projetam acima do
plano do papel perto do observador e as linhas verticais representam ligações que seestendem abaixo do plano do papel, longe do observador. A cadeia carbônica sempre é
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desenhada verticalmente, com o carbono número um no topo da cadeia e a cadeiadeve estar com a conformaçãoeclipsada .
CH3
CH2CH3
HO H
CH3
CH2CH3
OHH
projeções de Fischer dos enantiômeros do 2‐butanol
carbono assimétrico
Para desenhar enantiômeros usando a projeção de Fischer, desenhe primeiro
como o arranjo dos quatro átomos ligados ao carbono assimétrico em qualquer ordem.
Desenhe o segundo enantiômero trocando‐se dois grupos (ou átomos). Não importa
quais os dois grupos que você mudará. Como sugestão, é melhor trocar os grupos nas
ligações horizontais porque, quando desenhadas no papel, os enantiômeros vão
“parecer” imagens especulares.
Dessa forma, observe que permutando dois grupos (ou átomos) você converte
um estereoisômero em outro (neste caso, um enantiômero), se estiver desenhandofórmulas em perspectivas ou projeções de Fischer.Trocando -se dois grupos (ou
átomos) uma segunda vez, você volta à molécula original.
Assim, umestereocentro (ou centro estereogênico ) é um átomo em que atroca de dois grupos produz um outro estereoisômero. Por isso, ambos os carbonos
assimétricos (onde a troca de dois grupos produz um enantiômero) e os carbonos onde
a troca de dois grupos converte estereoisômero em outro (onde a troca de dois grupos
converte o isômero cis em um isômerotrans, ou, ainda, o isômero Z em um isômeroE )
são estereocentros.
C
OH
HH3CH2CH3C
C C
H3C
H H
CH3
Br
H
CH3
Cl
estereocentro estereocentro
estereocentro
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2.4 Nomenclatura de Enantiômeros: o Sistema (R-S)
Precisamos de um modo para nomear os estereoisômeros individuais de uma
substância como o 2‐butanol de maneira que saibamos de qual estereoisômero
estamos nos referindo. Em outras palavras, precisamos de um sistema denomenclatura que indique a configuração (arranjo) dos átomos ou grupos do carbonoassimétrico. Os químicos adotaram as letrasR e S para indicar a configuração de um
átomo de carbono assimétrico. Para qualquer par de enantiômeros com um carbono
assimétrico, um deles teráconfiguração R e o outro terá aconfiguração S . O sistemaR e S foi desenvolvido pelos cientistas Cahn, Ingold e Prelog. As letrasR e S vêm das
palavras latinas rectus e sinister, significando direito e esquerdo, respectivamente
Existem duas formas de determinar a configuraçãoR e S de uma substância, a
primeira é usando as fórmulas em perspectivas e a outra é usando as projeções de
Fischer.
a) Determinação da configuração utilizando as fórmulas em perspectivas
Para obter a configuração do estereocentro usando a fórmula em perspectiva
siga os seguintes passos:
1. Classifique os grupos (ou átomos) ligados ao carbono assimétrico em ordem de
prioridade de acordo com o número atômico (assim como foi visto na seção
1.1.1 da aula teórica 07 – Isomeria Espacial).
onde o átomo do grupo de maior número atômico terá a maior prioridade (1) e
o átomo de menor número atômico terá a menor prioridade (4).
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2. Oriente a molécula de forma que o grupo (ou átomo) de menor prioridade (4)
esteja apontando para o mais longe possível do observador. Depois desenhe
uma seta do grupo (ou átomo) de maior prioridade (1) para o grupo (ou átomo)
com a próxima prioridade (2). Se a seta apontar para o sentido horário o
carbono assimétrico terá a configuraçãoR. Se a seta apontar para o sentido anti‐
horário o carbono assimétrico terá configuraçãoS .
Agora vamos atribuir as configuraçõesR 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. Diz‐se que essas
moléculas têmconfigurações opostas em C‐2.
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C
OH
CH3H3CH2C
HC
OH
H3C
CH2CH3
H
1. Classifique os grupos (ou átomos) que estão ligados ao carbono assimétrico em
ordem de prioridade. No par de enantiômeros a seguir, o oxigênio tem a maior
prioridade (1), o grupo etila tem a segunda prioridade (2), o grupo metila tem a
terceira prioridade (3) e o hidrogênio tem a menor prioridade (4).
C
OH
CH3H3CH2CH
C
OH
H3C CH2CH3
H
1
2
3
4
1
2
3
4
3. Se o grupo (ou átomo) de menor prioridade está ligado com uma cunha
tracejada, indica que este grupo já está o mais longe possível do observador.
Assim, desenhe uma seta partindoindo do grupo (ou átomo) de maiorprioridade (1) para o grupo (ou átomo) de segunda maior prioridade (2) e, em
seguida, para o átomo de terceira prioridade (3). Se a seta apontar para o
sentido horário a configuração do carbono assimétrico seráR. Se a seta apontar
para o sentido anti‐horário o carbono assimétrico terá configuraçãoS .
4. Se o grupo (ou átomo) de menor prioridade NÃO estiver o mais distantepossível do observador, ou seja não estiver ligado com uma cunha tracejada,
você deve proceder fazendo uma troca de dois grupos quaisquer na molécula
original (isso inverte a configuração da molécula). Depois faça uma segunda
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troca, pois como visto na seção 2.3 uma segunda troca de outros dois grupos
volta a configuração original da molécula. O ponto chave destas tocas é que em
uma delas você deve colocar o grupo (ou átomo) de menor prioridade o mais
distante possível do observador, ou seja, deve colocar o grupo de menor
prioridade ligado a uma cunha tracejada.
C
CH2CH3
HO HCH31
2
3
4
1 o troca
CH3/HC
CH2CH3
HO CH3
H1
2
3
4 2o troca
OH/CH 2CH3C
OH
H3CH2C CH3
H
1
2
3
4
inverte a conf iguraçãoda molécula original
restaura a configuraçãoda molécula original
5. Agora basta desenhar uma seta indo do grupo (ou átomo) de maior prioridade
(1) para o grupo (ou átomo) de segunda maior prioridade (2) e, em seguida,
para o átomo de terceira prioridade (3). Se a seta apontar para o sentido horárioa configuração do carbono assimétrico seráR. Se a seta apontar para o sentido
anti‐horário o carbono assimétrico terá configuraçãoS .
6. Você pode desenhar a seta do grupo 1 para o grupo 2 passando pelo grupo de
menor prioridade (4), mas nunca a desenhe passando pelo grupo seguinte em
prioridade (3).
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b) Determinação da configuração de uma substância desenhada como uma
projeção de Fischer
Vamos determinar a configuração do 2‐butanol usando agora as projeções de
Fischer. Para tanto, vamos adotar o seguinte procedimento:
*
OH
CH3C CH2CH3
H
1. Primeiramente, como dito na 2.3, a cadeia carbônica sempre é desenhada
verticalmente com o carbono número 1 no topo da cadeia. Assim, devemosescrever esta cadeia verticalmente e, em seguida, passar esta fórmula para uma
tridimensional:
*
OH
CH3C CH2CH3
H
CH3
C OHH
CH2CH3
=*
2. torna‐se eficaz passar a estrutura de uma projeção tridimensional para umabidimensional para facilitar seu entendimento. Assim, utilizaremos asfórmulas
de projeção de Fischer .
CH3
OHH
CH2CH3
=
CH3
C OHH
CH2CH3
3. De forma análoga ao visto na seção 2.4 (a), atribua prioridades a cada um dos
quatro grupos (ou átomos) ligados ao estereocentro. O oxigênio tem número
atômico mais elevado dos quatro grupos ligados ao carbono assimétrico erecebe a prioridade mais elevada (1). O hidrogênio devido ser o grupo com
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menor prioridade deve ser atribuída a menor prioridade (4). Usando as regras
anteriormente vista, deve‐se atribuir a segunda prioridade ao grupo etila e a
terceira prioridade ao grupo metila.
3
14
2
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 ocaso pode‐se fazer o giro com a seta. No exemplo do 2‐butanol, o grupo de
menor prioridade não está para trás. Assim, devemos fazer a troca de dois
grupos quaisquer duas vezes para a fim de se colocar o grupo de menor
prioridade para trás sem que haja a inversão da configuração.
3
2
1 44/2
3
4
1 21/3
1
4
3 21o troca 2 o troca
Desde que, o grupo de menor prioridade fique no plano de trás (linha vertical)
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 pelo 3.
Agora, para achar a configuração do carbono assimétrico, omitimos o grupo de
menor prioridade e traçamos um caminho do grupo 1 para o grupo 2, sem nos
importamos com o 4. Se, quando fazemos isso, a direção for no sentido horário,
a configuração do carbono assimétrico seráR. Se a direção está no sentido anti‐
horário a configuração do carbono assimétrico seráS . Com base nisso o 2‐
butanol que estamos analisando é o (R)‐2‐butanol.
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Assim, se colocarmos a molécula inicial diante de um espelho obteremos:
R S
2.4.1 Método pra detecção se duas estruturas são enantiômeras uma da
outra ou se são duas representações diferentes do mesmo composto.
Considere a molécula do 1‐bromo‐1‐cloroetano escritas da forma A e da formaB.Como saber se a estrutura A e B são duas representações diferentes do mesmocomposto ou duas moléculas estereoisoméricas (um par de enantiômeros)?
CH
CH3
Br
CBr
Cl
HA B
Cl CH3
Uma maneira de resolver este problema é reconhecer que trocar dois grupos no
estereocentro inverte a configuração do átomo de carbono e converte uma estrutura
com apenas um estereocentro em seu enantiômero; uma segunda troca recria a
molécula original. Neste raciocínio, mantenha a contagem de quantas trocas é
necessária para converter à molécula A na moléculaB. Neste caso, observa‐se que duas
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trocas são necessárias, e, novamente, concluímos que A e B são duas representaçõesdiferentes do mesmo composto.
CBrCl
H
CH3 CBrCH3
H
ClCl/CH 3 CH
CH3
Br
ClBr/H1
o
troca 2o
troca
Uma verificação muito útil é denominar cada composto incluindo sua
configuração (R‐S). Se os nomes são os mesmos, então as estruturas são as mesmas.
Neste caso, ambas as estruturas são (R)‐1‐Bromo‐1‐cloroetano.
Resumindo, se o total de trocas resultar em um númeroimpar as estruturas A eB são um par de enantiômeros (um deles será o estereoisômero R e o outro será oestereoisômero S ). Já se o total de trocas resultar em um númeropar ; A e B são omesmo composto representados de forma diferente.
2.5 Moléculas Acíclicas com Mais de um Estereocentro
Muitas moléculas orgânicas, especialmente aquelas importantes em biologia,
contêm mais de um estereocentro. O colesterol é um exemplo de molécula com mais de
um estereocentro. Podemos começar, entretanto, com moléculas mais simples. Vamos
considerar o 2,3‐Dibromopentano – uma estrutura com dois estereocentros.
CH3CHCHCH2CH3Br Br
* *
Uma regra útil fornece o número máximo de estereocentros: em compostos cujo
isomerismo é devido à estereoisômeros tetraédricos, o número total de
estereoisômeros não irá exceder 2n, onde n é igual ao número de estereocentros
tetraédricos. Para 2,3‐Dibromopentano não devemos esperar mais do que quatro
estereoisômeros (22
= 4).
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Quando a molécula apresenta mais de um estereocentro torna‐se mais fácil
analisá‐los usando as projeções de Fischer. Assim, a próxima tarefa é escrever fórmulas
tridimensionais para os estereoisômeros do composto. Em seguida, devemos mudar a
conformação da fórmula em perspectiva alternada para eclipsada . Depois disso,devemos escrever a fórmula tridimensional eclipsada na vertical .
C
H3C
C
CH2CH3Br
H
H
Br
C
H3C
C
CH2CH3
Br HH
Br
C
C
CH3
C2H5
BrH
BrH
Em seguida, deve‐se desenhar o estereoisômeros e sua imagem no espelho.
C
C
CH3
C2H5
BrH
BrH
C
C
CH3
C2H5
HBr
HBr
A B
Agora devemos passar essa estrutura para a projeção de Fischer para facilitar
nosso entendimento.
A B
CH3
H Br
C2H5
H Br
CH3
Br H
C2H5
Br H
Agora iremos determinar a configuração do enantiômero A. Para issodeveremos atribuir prioridades, como visto anteriormente, para cada estereocentro.
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Assim, vamos determinar a configuração doprimeiro carbono assimétrico
(estereocentro). Para isso, vamos chamar todo o grupo que está ligado ao primeiro
estereocentro de G. Fazemos isso somente para maior praticidade.
CH3
H Br
G
Agora vamos atribuir as prioridades. O bromo tem o maior número atômico,
então assume a maior prioridade (1). O hidrogênio assume a menor prioridade (4). Em
seguida o carbono assimétrico está ligado a dois outros carbonos que têm o mesmonúmero atômico. Assim, devemos ver a quem estes carbonos estão ligados. O carbono
do grupo metil está ligado a três hidrogênios que tem número atômico 1, já o carbono
do grupo G está liga a um bromo, um carbono e a um hidrogênio, números atômicos 35,6, 1, respectivamente. Assim, a prioridade 2 será atribuída ao grupoG e a prioridade 3será atribuída ao grupo metil.
3
2
4 1
Como o hidrogênio não está para trás devemos fazer duas trocas:
3
2
4 1 4/3
4
2
3 1 2/1
4
1
3 21 o troca 2 o troca
Agora devemos desenhar uma seta indo do grupo de prioridade 1 para o de
prioridade 2.
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Como a seta foi no sentido anti‐horário então a configuração éS . Agora devemos
encontrar a configuração do segundo estereocentro.
CH3
H Br
C2H5
H Br
Assim, vamos determinar a configuração dosegundo carbono assimétrico
(estereocentro). Para isso, vamos chamar todo o grupo que está ligado ao segundo
estereocentro de D. Fazemos isso somente para maior praticidade.
D
H Br
C2H5
Agora vamos atribuir às prioridades. O bromo tem o maior número atômico,
então assume a maior prioridade (1). O hidrogênio assume a menor prioridade (4). Em
seguida o carbono assimétrico está ligado a dois outros carbonos que têm o mesmo
número atômico. Assim, devemos ver a quem estes carbonos estão ligados. O carbono
do grupo etil está ligado a um carbono e dois hidrogênios que tem número atômico 6,
1, 1, respectivamente, já o carbono do grupoD está liga a um bromo, um carbono e aum hidrogênio, números atômicos 35, 6, 1, respectivamente. Assim, a prioridade 2 será
atribuída ao grupo D e a prioridade 3 será atribuída ao grupo etil.
2
4 13
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Como o hidrogênio não está para trás devemos fazer duas trocas:
2
34 1 4/2
4
32 1 2/3
4
23 1
1o troca 2 o troca
Agora devemos desenhar uma seta indo do grupo de prioridade 1 para o de
prioridade 2.
Como a seta foi no sentido anti‐horário então a configuração éR. Com isso
podemos dizer o nome do enantiômero A que é (2S , 3R)‐2,3‐dibromopentano. Omesmo raciocínio deve ser adotado para identificar as configurações do enantiômeroB para poder determinar sua nomenclatura corretamente.
Existem ainda mais duas estruturas para este estereoisômero, que estão
representados abaixo:
A B
CH3
H Br
C2H5H Br
CH3
Br H
C2H5Br H
C
CH3
H Br
C2H5Br H
D
CH3
Br H
C2H5
H Br
Analisando os quatro estereoisômeros do 2,3‐dibromopentano, constituem‐se
dois pares de enantiômeros. Os estereoisômeros A e B são imagens especulares nãosobreponíveis. Eles, são portanto, enantiômeros. Os estereoisômerosC e D também são
enantiômeros. Os estereoisômeros A e C; A e D; B e C; B e D não são imagensespeculares um do outro. Por tanto, são diastereoisômeros.
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2.6 Compostos 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.
*
*
CH3
CHBr
CHBr
CH3
2,3-Dibromobutano
Começamos da mesma maneira como fizemos anteriormente. Escrevemos para
um isômero e para sua imagem no espelho.
CH3
H Br
CH3
Br H
CH3
H Br
CH3
Br H
A B
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, asituação é diferente. Se girarmos a estruturaD e fixarmos a estrutura C (ou vice‐versa)e a girarmos em 90o no plano do papel as duas estruturas se superpõem. Isto significa
que C e D não representam um par de enantiômeros, mas sim duas orientaçõesdiferentes do mesmo composto.
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CH3
H Br
CH3
H Br
CH3
Br H
CH3
Br H
C D
Esta estrutura quando girada de180 o no plano da página pode sesuperpor em C
A molécula representada pela estrutura C (ou D) não é quiral embora contenhaátomos 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.
Outro simples teste é observar se a molécula apresentaplano de simetria.
Plano de simetria é um plano, imaginário, que divide a molécula em metades que sãoimagens especulares uma da outra, como mostra a figura abaixo:
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Figura 6: Substâncias que apresentam plano de simetria.
2.6 Propriedades Físicas dos Estereoisômeros
Os enantiômeros têm propriedades físicas idênticas (exceto pelo modo com que
interagem com a luz plano‐polarizada) e propriedades químicas idênticas – eles
reagem na mesma razão com dado reagente aquiral.
Diastereoisômeros têm propriedades físicas diferentes (diferentes pontos de
fusão, ponto de ebulição, solubilidades, rotações específicas e etc) e diferentes
propriedades químicas – eles reagem com o mesmo reagente aquiral em proporçõesdiferentes.
2.7 Atividade Óptica
Como foi discutido na 2.6, enantiômeros apresentam as mesmas propriedades
físicas. Fisicamente, a única diferença entre os isômeros ópticos está no sentido para o
qual desviam o plano de vibração de uma luz plano‐polarizada: para a direita (sentido
horário) ou para a esquerda (sentido anti‐horário).
A Figura 7 mostra a luz natural (aquela que recebemos do sol ou de umalâmpada incandescente) é composta de ondas eletromagnéticas que vibram em
infinitos planos perpendiculares à direção da propagação da luz.
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Figura 7: Luz natural oscilando perpendicularmente num campo elétrico e magnético.
Se pudéssemos observar um único feixe de luz a partir de uma extremidade, e se
pudéssemos realmente ver os planos em que as oscilações estavam ocorrendo,
descobriríamos que as oscilações do campo estavam ocorrendo em todos os planos
possíveis, perpendicularmente.
Figura 8: Representação frontal de um único feixe de luz natural.
Quando a luz passa através de um polarizador, a luz que antes vibrava em todos
os planos possíveis agora passa a vibra em um único plano. Quando isso ocorre essa luz
é chamada deLuz Plano -Polarizada .
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Figura 9: Luz natural sendo polarizada, oscilando em um único plano.
Se fizermos essa luz plano‐polarizada passar por uma amostra contendo alguma
substância se o feixe de luz desviar para a direita (dextrógiro (D)) ou para esquerda(levógiro (L)) dissemos que essas substâncias são opticamente ativas . Esses doisisômeros desviam a luz polarizada em um mesmo ângulo, entretanto em sentidos
contrários.
Figura 10: Luz plano‐polarizada passando por uma amostra opticamente ativa edesviando a luz.
Entretanto, se a luz não sofrer nenhum desvio dissemos que essa substância é
opticamente inativa.
Como dito na seção 2.6, compostos enantioméricos apresentam o mesmo pontode ebulição, mesmo ponto de fusão, mesma densidade, mesmos índices de refração,
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mesmos espectros de infravermelho e etc. Então qual a diferença entre dois
enantiômeros? A diferença está no desvio da luz plano‐polarizada. Um dos
enantiômeros desvia a luz pra direita e outro desvia para esquerda. Diastereisômeros
não apresentam Atividade Óptica (opticamente ativos)
2.8 Mistura Racêmica
Se tivermos os dois enantiômeros em quantidades iguais um vai desviar o feixe
para esquerda e o outro para direita com a mesma intensidade. E no final um anulará o
outro. Assim, não será observado nenhum desvio da luz. Essa situação é chama de
mistura racêmica ou racemato.
Figura 11: Luz plano‐polarizada passando por uma mistura racêmica. Observa‐se quea luz não sofre desvio.
Vamos analisar o exemplo do 2‐butanol.
H3C C
H
COOH
NH2
(hidrogênio)
(metila) (carboxila)
(amino)
Observa‐se que primeiramente que esta molécula apresenta um carbono
assimétrico. Assim, vamos desenhá‐la em sua forma tridimensional e colocá‐la diante
de um espelho:
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C
COOH
CH3
HH2N C
COOH
CH3
NH2H
Dessa forma, observamos que os dois isômeros guardam uma relação objeto e
imagem especular. Mas ao tentarmos superpô‐las nem todos os átomos vão coincidir.
Assim, dizemos que essas moléculas são enantiomeros um do outro. Um vai desviar a
luz plano‐polarizada para a direita e outro para esquerda. O resultante é que a luz
plano‐polarizada não vai sofrer desvio efetivo.
3. Referências
1. SOLOMONS, T. W.; GRAHAM; CRAIG FRYHLE.Química Orgânica . 8. ed. Rio de
Janeiro: LTC, 2005. 1 e 2 v.
2. BRUICE, P. Y.Química Orgânica . 4. ed. São Paulo: Pearson, 2006
3. ALLINGER, N. L.Química Orgânica . 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara, 1978.