04Estereoquimica2

1

11

22

QuiralidadeQuiralidadeQuiralidadeQuiralidadeQuiralidadeQuiralidadeQuiralidadeQuiralidade

“Chamo Chamo Chamo Chamo quiralquiralquiralquiral a qualquer figura geoma qualquer figura geoma qualquer figura geoma qualquer figura geoméééétrica ou grupo de trica ou grupo de trica ou grupo de trica ou grupo de pontos, ou digo deles que têm pontos, ou digo deles que têm pontos, ou digo deles que têm pontos, ou digo deles que têm quiralidadequiralidadequiralidadequiralidade, se a , se a , se a , se a respectiva imagem num espelho plano, realizada respectiva imagem num espelho plano, realizada respectiva imagem num espelho plano, realizada respectiva imagem num espelho plano, realizada mentalmente, não puder ser levada a coincidir com a mentalmente, não puder ser levada a coincidir com a mentalmente, não puder ser levada a coincidir com a mentalmente, não puder ser levada a coincidir com a prprprpróóóópria figurapria figurapria figurapria figura””””

LordLordLordLord Kelvin, 1893Kelvin, 1893Kelvin, 1893Kelvin, 1893

imagem imagem imagem imagem éééé a mão esquerdaa mão esquerdaa mão esquerdaa mão esquerdamão direitamão direitamão direitamão direita““““cheircheircheircheir””””

palavra grega que significa mãopalavra grega que significa mãopalavra grega que significa mãopalavra grega que significa mão

2

33

44

Duas moléculas podem ser a imagem uma da outra num espelho plano

e não ser sobreponíveis

3

55

plano de simetriaplano de simetria

4 4 4 4 áááátomos (ou grupos de tomos (ou grupos de tomos (ou grupos de tomos (ou grupos de áááátomos) tomos) tomos) tomos) diferentesdiferentesdiferentesdiferentes ligados a um ligados a um ligados a um ligados a um áááátomo tomo tomo tomo centralcentralcentralcentral

Não tem um plano de simetriaNão tem um plano de simetriaNão tem um plano de simetriaNão tem um plano de simetria

66

�� molmolmolmolmolmolmolmolééééééééculas que não são sobreponculas que não são sobreponculas que não são sobreponculas que não são sobreponculas que não são sobreponculas que não são sobreponculas que não são sobreponculas que não são sobreponííííííííveis veis veis veis veis veis veis veis ààààààààs respectivas imagens num s respectivas imagens num s respectivas imagens num s respectivas imagens num s respectivas imagens num s respectivas imagens num s respectivas imagens num s respectivas imagens num

espelho plano dizemespelho plano dizemespelho plano dizemespelho plano dizemespelho plano dizemespelho plano dizemespelho plano dizemespelho plano dizem--------sesesesesesesese quiraisquiraisquiraisquiraisquiraisquiraisquiraisquirais

� aa origem mais corrente de origem mais corrente de quiralidadequiralidade estest áá na presenna presen çça de uma de um carbono carbono

quiralquiral

EstereoquEstereoquEstereoquEstereoquEstereoquEstereoquEstereoquEstereoquíííííííímicamicamicamicamicamicamicamica

��Carbono Carbono Carbono Carbono Carbono Carbono Carbono Carbono quiralquiralquiralquiralquiralquiralquiralquiral: : : : : : : : um um um um um um um um áááááááátomo de carbono ao qual estão ligados quatro tomo de carbono ao qual estão ligados quatro tomo de carbono ao qual estão ligados quatro tomo de carbono ao qual estão ligados quatro tomo de carbono ao qual estão ligados quatro tomo de carbono ao qual estão ligados quatro tomo de carbono ao qual estão ligados quatro tomo de carbono ao qual estão ligados quatro

áááááááátomos (ou grupos) diferentestomos (ou grupos) diferentestomos (ou grupos) diferentestomos (ou grupos) diferentestomos (ou grupos) diferentestomos (ou grupos) diferentestomos (ou grupos) diferentestomos (ou grupos) diferentes

4

77

carbono quiralcarbono assimétrico centro quiralcentro de quiralidadecentro estereogénico

MolMolMolMolééééculas com um carbono culas com um carbono culas com um carbono culas com um carbono quiralquiralquiralquiral::::

enantienantienantienantienantienantienantienantióóóóóóóómerosmerosmerosmerosmerosmerosmerosmeros mesmo compostomesmo compostomesmo compostomesmo compostomesmo compostomesmo compostomesmo compostomesmo composto

**

Várias designaçõespara

o mesmo conceito

Compostos cujas molCompostos cujas mol ééculas são culas são quiraisquirais podem existir como um ou podem existir como um ou

outrooutro enantienanti óómeromero ..

88

OH

H5C2CH3

H

OH

C2H5H3CH

Exemplos de moléculas quirais(não sobreponíveis com as respectivas imagens)

CO2H

HO CH3

H

CO2H

OHH3CH

5

99

rotarotarotarotaçççção especão especão especão especíííífica + 5,756fica + 5,756fica + 5,756fica + 5,756o o o o ---- 5,7565,7565,7565,756oooorotarotarotarotaçççção especão especão especão especíííífica + 5,756fica + 5,756fica + 5,756fica + 5,756o o o o ---- 5,7565,7565,7565,756oooo

p.e. 128,9 p.e. 128,9 p.e. 128,9 p.e. 128,9 ooooCCCC 128,9 128,9 128,9 128,9 ooooCCCC

densidade 0,8193 0,819densidade 0,8193 0,819densidade 0,8193 0,819densidade 0,8193 0,8193 3 3 3

ííííndice de refracndice de refracndice de refracndice de refracçççção 1,4107 1,4107ão 1,4107 1,4107ão 1,4107 1,4107ão 1,4107 1,4107

Propriedades físicas dos dois enantiómeros do 2-metilbutan-1-ol

(+)(+)(+)(+)----2222----metilbutanmetilbutanmetilbutanmetilbutan----1111----ololololOs dois enantiOs dois enantiOs dois enantiOs dois enantióóóómeros meros meros meros diferem apenasdiferem apenasdiferem apenasdiferem apenasno sentido da rotano sentido da rotano sentido da rotano sentido da rotaçççção do plano da luz ão do plano da luz ão do plano da luz ão do plano da luz polarizadapolarizadapolarizadapolarizada ((((----))))----2222----metilbutanmetilbutanmetilbutanmetilbutan----1111----olololol

H

HOH2CC CH3

CH2

H

CH2OHCH3C

H2C

H3CCH3

As molAs molééculas que diferem apenas no arranjo espacial em torno de um culas que diferem apenas no arranjo espacial em torno de um

áátomo de carbono tomo de carbono quiralquiral têm uma propriedade que as distingue: atêm uma propriedade que as distingue: a

actividade actividade óópticaptica ..

1010

campo magnético

campo eléctrico

luznormal

polarizador plano da luzpolarizada

direcção de propagação da luz

�� RadiaRadiaçção electromagnão electromagnéética tica -- tem comportamento ondulattem comportamento ondulatóório e rio e éécomposta por campos elcomposta por campos elééctricos e magnctricos e magnééticos;ticos;

�� Uma onda vibra num Uma onda vibra num úúnico plano, mas a luz visnico plano, mas a luz visíível contvel contéém muitas m muitas ondas perpendiculares ondas perpendiculares àà direcdirecçção de propagaão de propagaçção:ão:

William William William William NicolNicolNicolNicol (1768(1768(1768(1768----1851): 1851): 1851): 1851): Professor da Universidade de Edimburgo, que desenvolveu o primeiro prisma (2 blocos de CaCO3) que transmite somente as radiações cujos campos eléctricos tenham componentes num mesmo plano.

MediMediçção daão da actividade actividade óópticaptica

6

1111

Jean-Baptiste Biot(1774-1862)

Jean-Baptiste Biot(1774-1862)

Joseph A. Le Bel(1847-1930)

Joseph A. Le Bel(1847-1930) Jacobus H. Van’t Hoff

(1852-1911)Jacobus H. Van’t Hoff

(1852-1911)

JeanJeanJeanJean----BaptisteBaptisteBaptisteBaptiste BiotBiotBiotBiot (1774(1774(1774(1774----1862):1862):1862):1862):Professor da Universidade de Beauvais, descobriu que algumasalgumasalgumasalgumassubstâncias orgânicas tinham a capacidade de rodarem o plano da luz polarizada.

� algumas rodavam o plano no sentido dos ponteiros do relógio� outras rodavam o plano no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio�concluiu que essa propriedade se devia ao facto de existir assimetria na molécula

JosephJosephJosephJoseph A. A. A. A. LeLeLeLe Bel e Bel e Bel e Bel e JacobusJacobusJacobusJacobus H. H. H. H. VanVanVanVan’’’’tttt HoffHoffHoffHoffmostraram que essa assimetria podia ser explicada pela presença de quatro grupos diferentes ligados a um átomo de carbono tetraédrico (um centro quiral).

1212

direcção de propagação da luz

luz polarizadatubo contendo

a amostra

� composto composto composto composto aquiralaquiralaquiralaquiral, não roda o plano , não roda o plano , não roda o plano , não roda o plano da luz polarizadada luz polarizadada luz polarizadada luz polarizada

plano da luz

� composto composto composto composto quiralquiralquiralquiral, roda o plano da luz , roda o plano da luz , roda o plano da luz , roda o plano da luz polarizadapolarizadapolarizadapolarizada

Actividade Actividade Actividade Actividade Actividade Actividade Actividade Actividade óóóóóóóópticapticapticapticapticapticapticaptica

� Uma substância que roda o plano da luz polarizada dizUma substância que roda o plano da luz polarizada dizUma substância que roda o plano da luz polarizada dizUma substância que roda o plano da luz polarizada diz----se que se que se que se que ééééopticamente activaopticamente activaopticamente activaopticamente activa

Fonte de luz

7

1313

�� A rotaA rotaA rotaA rotaA rotaA rotaA rotaA rotaçççççççção no sentido dos ponteiros do relão no sentido dos ponteiros do relão no sentido dos ponteiros do relão no sentido dos ponteiros do relão no sentido dos ponteiros do relão no sentido dos ponteiros do relão no sentido dos ponteiros do relão no sentido dos ponteiros do relóóóóóóóógio atribuigio atribuigio atribuigio atribuigio atribuigio atribuigio atribuigio atribui--------se o se o se o se o se o se o se o se o sinalsinalsinalsinalsinalsinalsinalsinal (+)(+)(+)(+)(+)(+)(+)(+), , e no sentido inverso o sinale no sentido inverso o sinale no sentido inverso o sinale no sentido inverso o sinale no sentido inverso o sinale no sentido inverso o sinale no sentido inverso o sinale no sentido inverso o sinal ((((((((--------))))))))..

� A rotação é observada através de um polarímetro e é medida em graus

1414

� A propriedade fA propriedade f íísica que caracteriza os dois enantisica que caracteriza os dois enanti óómeros meros éé aa

rotarota çção especão espec ííficafica

D-5,75º=[αααα]20

temperatura a que foi feita a medição

comprimento de onda da luz utilizada na medição (risca D do sódio, 589,3 nm)

� O valor da rotação depende do número de moléculas i nterpostas no

trajecto da luz ao longo do tubo. Assim, para se ex primir os resultados de

modo a ser possível fazer comparações, é necessário ter em consideração

o comprimento da célula usada e a concentração da s olução:

Rotação específica

rotação observada (graus)

comprimento da célula (dm) x concentração (g/cm3)=

ααααl x c

=[αααα]

8

1515

ResumindoResumindoResumindoResumindo

Substância opticamente activa:Substância opticamente activa:Substância opticamente activa:Substância opticamente activa:

é aquela que, quando atravessada por luz polarizada, consegue rodar o plano de vibração dessa luz.

Substância Substância Substância Substância dextrogiradextrogiradextrogiradextrogira (+):(+):(+):(+):

é aquela que provoca a rotação do plano da luz polarizada para a direita (sentido dos ponteiros do relógio) (Lat. dexter = direita)

Substância Substância Substância Substância levlevlevlevóóóógiragiragiragira ((((----):):):):

é aquela que provoca a rotação do plano da luz polarizada para a esquerda (Lat. laevus = esquerda)

1616

Mistura Mistura Mistura Mistura racracracracéééémicamicamicamica::::

Mistura de quantidades iguais de um par de enantiómeros.

Uma mistura racémica é opticamente inactiva (a sua rotação específica é zero!)

(+) (+) (+) (+) (+) (+) (+) (+) -------- ÁÁÁÁÁÁÁÁcido lcido lcido lcido lcido lcido lcido lcido láááááááácticocticocticocticocticocticocticoctico ((((((((--------) ) ) ) ) ) ) ) -------- ÁÁÁÁÁÁÁÁcido lcido lcido lcido lcido lcido lcido lcido láááááááácticocticocticocticocticocticocticoctico

9

1717

Nos compostos biologicamente activos, os enantiómer os podem

apresentar propriedades biológicas completamente di ferentes:

O caso da Talidomida é um exemplo tragicamente célebre. A talidomida é um

medicamento (um sedativo) comercializado por uma empresa alemã, principalmente na

Europa, Japão e América do Sul, entre 1958 e 1962. A talidomida era receitada a

grávidas para diminuir os sintomas de enjoo. Em pouc o tempo verificou-

se que este medicamento provocava defeitos horrívei s nas crianças em

gestação. Calcula-se que mais de 12 mil crianças tenham nascido com graves

deformações físicas, principalmente com Focomelia (caracterizada pela aproximação ou

encurtamento dos membros junto ao tronco do feto tornando-os semelhantes aos de

uma foca). A talidomida é uma substância quiral. Apesar do enantiómero R-(+) ter

uma actividade sedativa muito mais elevada que o en antiómero S-(-), a talidomida,

como era típico na época, era comercializada na for ma de mistura racémica. Sabe-

se que os problemas causados pela talidomida se dev em ao enantiómero S.

N

O

O

N

O

O

H

H

N

O

O

N

O

O

HH

(R)-Talidomida (S)-Talidomida

1818

N

O

O

NO

O

H

H

N

O

O

N

O

O

HH

(R)-Talidomida (S)-Talidomida

calmantecalmanteteratogteratogééniconico

10

1919

A CONFIGURAÇÃO ABSOLUTA DOS CENTROS QUIRAIS(Sistema R / S)

EXEMPLO:

1º - Identificar os diferentes substituintes ligados ao centro quiral e

ordená-los por ordem decrescente de precedência (se guir as regras de

Cahn-Ingold-Prelog usadas para a identificação das configurações E/Z).

CH3CH2C

CH3

OHH14

2 3

Qual a configuração absoluta do (+)-butan-2-ol?

Como indicar essa configuração?(+)-butan-2-ol

CH3CH2C

CH3

OHH

2020

2º- Orientar a molécula de forma a que o grupo de me nor precedência aponte “para lá” do plano do papel.

3º- Determinar o sentido de rotação para unir, por o rdem decrescente, os três substituintes de maior precedência.

� Se a rotação for igual à do sentido dos ponteiros do relógio a configuração é R (latim, rectus = direito).

� Se a rotação for contrária à do sentido dos ponteiros do relógio a configuração é S (latim, sinister = esquerdo).

CH3CH2

CCH3

OHH

14

2 3

Configuração S

11

2121

CH3CH2

CCH2OH

BrH3C

HOH2CC

CH2CH3

BrH3C

R S

14

3 2

14

2 3

2222

CH3

HOH

CHCH2

CH3

HF

Cl

F

BrI

Cl

Indicar a configuração dos carbonos nos seguintes compos tos

H

CH3 Cl

F

I

BrF

Cl

OHH

O

HHO

O

H H

12

2323

MOLÉCULAS COM DOIS CENTROS QUIRAIS

Quantos isómeros existem do ácido 2,3-di-hidroxibut anóico?

H3C CH

OH

CH

OH

CO2H1234

* *

(2R,3R)

(2R,3S)

(2S,3S)

(2S,3R)

2424

H OH

H3CHO

CO2H

H

H OH

CH3HO2C

HO H

H OH

H3CH

CO2H

OH

H OH

CH3HO2C

H OH

RR SS

R SS R

enantiómeros

enantiómeros

d ias

tere

ó mer

os

dias

tere

óm

ero

s

diastereómeros

13

2525

Os diastereómeros têm propriedades físicas diferentes.

Exemplos:

HO

O

HN H

H

O

(2R,3R)

HO

O

HN H

H

O

(2R,3S)

p.f. = 150-151 ºC p.f. = 155-156 ºC

[α]D

25= -15,0º [α]

D

25= -21,5º

HO H

H2N H

(2R,3R)-3-aminobutan-2-ol

HO H

H NH2

(2R,3S)-3-aminobutan-2-ol

p.f . = 15-16 ºC p.f . = 49 ºC

[α]25

= -15,84º [α]25

= +0,80ºD D

2626

�Linhas horizontais Linhas horizontais Linhas horizontais Linhas horizontais �� representam ligarepresentam ligarepresentam ligarepresentam ligaçççções dirigidas para o ões dirigidas para o ões dirigidas para o ões dirigidas para o observador a partir do plano do papel.observador a partir do plano do papel.observador a partir do plano do papel.observador a partir do plano do papel.

�Linhas verticais Linhas verticais Linhas verticais Linhas verticais �� representam ligarepresentam ligarepresentam ligarepresentam ligaçççções que se afastam do ões que se afastam do ões que se afastam do ões que se afastam do observador para trobservador para trobservador para trobservador para tráááás do plano do papel.s do plano do papel.s do plano do papel.s do plano do papel.

EmilEmilEmilEmil Fischer (1852Fischer (1852Fischer (1852Fischer (1852----1919):1919):1919):1919):Professor de QuProfessor de QuProfessor de QuProfessor de Quíííímica nas mica nas mica nas mica nas Universidades de Universidades de Universidades de Universidades de ErlangenErlangenErlangenErlangen, , , , WWWWüüüürzburgrzburgrzburgrzburg e e e e BerlinBerlinBerlinBerlin. Recebeu . Recebeu . Recebeu . Recebeu em 1902 o Prem 1902 o Prem 1902 o Prem 1902 o Préééémio Nobel da mio Nobel da mio Nobel da mio Nobel da QuQuQuQuíííímica pelo seu trabalho mica pelo seu trabalho mica pelo seu trabalho mica pelo seu trabalho no estudo dos ano estudo dos ano estudo dos ano estudo dos açúçúçúçúcares.cares.cares.cares.

PROJECÇÕES DE FISCHER

14

2727


(R)-2-bromobutano

(S)-2-bromobutano

2828


Representação dos vários isómeros do ácido 2,3-di-hidroxibutanóico em projecção de Fischer:

CO2H

H OH

H OH

CH3

CO2H

HO H

HO H

CH3

R

R

S

S

Isómero (2R,3R)[α]D = -9,5º

Isómero (2S,3S)

[α]D = +9,5º

Enantiómeros

CO2H

H OH

HO H

CH3

CO2H

HO H

H OH

CH3

R

S

S

R

Isómero (2R,3S)

[α]D = +17,8ºIsómero (2S,3R)

[α]D = -17,8º

Enantiómeros

15

2929

MOLÉCULAS AQUIRAIS COM CENTROS QUIRAIS

Nem todas as moléculas com centros quirais são quirais!!

Quantos estereoisómeros?

CH3 CH

OH

CH

OH

CH3* *

butano-2,3-diol

3030

CH3

HO H

H OH

CH3

CH3

H OH

HO H

CH3

R

R

S

S

Enantiómeros

CH3

HO H

HO H

CH3

CH3

H OH

H OH

CH3

R

S

S

R

Serão enantiómeros ?Não, são sobreponíveis!

O “objecto” e a imagem são sobreponíveis, logo a molécula não é quiral e, portanto, éopticamente inactiva. As estruturas deste tipo designam-se por mesógiras.Composto mesógiro : é aquele cuja molécula, não obstante possuir centros quirais, se pode sobrepor à respectiva imagem num espelho plano.

16

3131

CH3

HO H

H OH

CH3

CH3

H OH

HO H

CH3

R

R

S

S

CH3

H OH

H OH

CH3

S

R

(2R,3R)-butano-2,3-diol (2S,3S)-butano-2,3-diol meso-butano-2,3-diol

Conclusão: o butano-2,3-diol tem apenas 3 estereois ómeros

3232

MOLÉCULAS COM VÁRIOS CENTROS QUIRAIS

Uma molécula com n centros quirais pode ter, no máximo, 2n estereoisómeros.

In the early 1960s, the National Cancer Institute (NCI) in the United States initiated a programme of biological screening of extracts taken from a wide variety of natural sources. One of these extracts was found to exhibit marked antitumour activity against a broad r ange of rodent tumours . Although this discovery was made in 1962, it was not until five years later that two researchers, Wall and Wani, of the Research Triangle Institute, North Carolina, isolated the active compound from the bark of the Pacific yew tree (Taxus brevifolia). In 1971, Wall and Wani published the structure of this promising new anti-cancer lead compound, a complex poly-oxygenated diterpene. Renewed interest in taxol led to major problems, since many groups wished to conduct clinical trials, and so large quantities of this material were required. The natural source, the Pacific yew tree is an environmentally protected species, which is also one of the slowest growing trees in the world. Isolation of the compound, which is contained in the bark, involves killing the tree, and the quantities available by this method are pitifully small. It would take six 100-year old trees to provide enough taxol to treat just one patient.

O

HO

O

O

OH

O OCCO

OCOCH3

NH

O

OH

C6H5

C6H5

O

C6H5

O CH3

TAXOL

211 = 2048estereoisómeros possíveis

17

3333

CH2 CH

OH

CH

OH

CH

OHOH

CH

OH

CO

H

* * * * uma hexose(hidrato de carbono)

24 = 16 estereoisómeros possíveis

CHO

OHH

OHH

OHH

OHH

CH2OH

CHO

HHO

OHH

OHH

OHH

CH2OH

CHO

OHH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

CHO

HHO

HHO

OHH

OHH

CH2OH

CHO

OHH

OHH

HHO

OHH

CH2OH

CHO

HHO

OHH

HHO

OHH

CH2OH

CHO

OHH

HHO

HHO

OHH

CH2OH

CHO

HHO

HHO

HHO

OHH

CH2OH

Qual a diferença entre as seguintes estruturas?

D-Alose D-Altrose D-glucose D-Manose D-Gulose D-Idose D-Galactose D-Talose

3434

Representação de centros quirais em bond-line

OH

O

OH

HO

O

OH

espelhoplano

enantiómeros

18

3535

Representação de centros quirais em bond-line

OH

O

OH

espelhoplano

NH2

HO

O

OH

NH2

OH

O

OH

NH2

enantiómeros

enantiómeros

3636

19

3737

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04Estereoquimica2