44
ISOMERIA Compostos diferentes com a mesma fórmula molecular denominam-se isômeros. Isômeros constitucionais (ou estruturais) são isômeros que diferem devido à diferente ligação dos seus átomos. Por exemplo: C 2 H 6 O C 5 H 11 Cl C 4 H 10 Isômeros constitucionais Fórmula molecular

Aula 08 isomeria e estereoquimica

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ISOMERIA

Compostos diferentes com a mesma fórmula molecular denominam-seisômeros.

Isômeros constitucionais (ou estruturais) são isômeros que diferem devido à diferente ligação dos seus átomos. Por exemplo:

C2H6O

C5H11Cl

C4H10

Isômeros constitucionais Fórmula molecular

Page 2: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ISOMERIA

Os isômeros constitucionais podem ser subdivididos em:

a) Isomeria de Função;

b) Isomeria de Cadeia;

c) Isomeria de posição;

d) Isomeria de Compensação ou Metameria;

e) Isomeria Dinâmica ou Tautomeria.

-Nem todos os grupos estão unidos ao mesmo centro

-São moléculas muito diferentes tanto em suas propriedades físicas como químicas.

Page 3: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ISOMERIA

a) Isomeria de FunçãoA diferença entre os

isômeros está no grupo funcional.

Page 4: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ISOMERIA

b) Isomeria de CadeiaA diferença entre os isômeros está no tipo de cadeia carbônica.

Page 5: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ISOMERIA

c) Isomeria de Posição

A diferença entre os isômeros está na

posição de um grupo funcional, de

uma insaturação ou de um substituinte.

Page 6: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ISOMERIA

d) Isomeria de Compensação ou

MetameriaA diferença entre os isômeros está apenas

na posição de umheteroátomo.

Page 7: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ISOMERIA e) Tautomeria

Este tipo de isomeria ocorre quando dois compostos de mesma fórmula molecular e grupos funcionais diferentes coexistem em equilíbrio dinâmico no qual um deles está continuamente se transformando no outro e vice-versa.

A tautomeria ocorre somente na fase líquida, em compostos cuja molécula possui um elemento muito eletronegativo, como o oxigênio ou nitrogênio, ligado ao mesmo tempo ao hidrogênio e a um carbono insaturado (que possui ligação π).

Page 8: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

QUÍMICA NOVA, 20(6) (1997) OS FÁRMACOS E A QUIRALIDADE: UMA BREVE ABORDAGEM

Page 9: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

TALIDOMIDA

Page 10: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

E COM OS ALIMENTOS ?

DOCE AMARGO

Page 11: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

MOLÉCULA AQUIRAL

É aquela que é superponível com sua imagem no espelho

Têm elementos de simetria

Page 12: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

MOLÉCULA QUIRAL

É aquela que não é superponível com sua imagem no espelho

Page 13: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

� Estuda as estruturas moleculares em três dimensões;

Estereoisômeros

� Enantiômeros (enantion, grego � oposto)

� Diastereoisômeros

São produtos diferentes?

Page 14: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

ISÔMEROS

CONSTITUCIONAL ESTEREOISÔMEROS

ENANTIÔMEROS DIASTEREOISÔMEROS

Imagem da molécula em um espelho plano não é sobreponível a ela

mesmoTodo enantiômero deve possuir um

centro quiral

Imagem da molécula, em um espelho plano é sobreponível a ela

mesmo

Espelho

Page 15: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

CENTRO QUIRAL

Carbono com quatro grupos diferentes ligados a ele

Carbono QUIRAL � Também chamado de centro quiral;

Características deste carbono:

� Assimétrico;

� Geometria tetraédrica;

� Hibridação sp3;

Page 16: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

COMO IDENTIFICAR UMA MOLÉCULA QUIRAL

Espelho

III e IV � Não são superponíveis � ENANTIÔMEROS

1. Ao avaliar a sobreposição não devemos “romper ou formar” ligações;2. Para ser uma molécula quiral basta uma única região do molécula não coincidir com a

outra imagem;

Page 17: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

COMO IDENTIFICAR UMA MOLÉCULA QUIRAL

3. Moléculas quirais não possuem plano de simetria;

Plano de simetria

Esta molécula é AQUIRAL � Possui plano de simetria

Esta molécula também possui plano de simetria � AQUIRAL

Page 18: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICACOMO IDENTIFICAR UMA MOLÉCULA QUIRAL

2-cloropropano

2-clorobutano

Page 19: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

CENTRO QUIRAL

� Outros átomos que também podem fazem quatro ligações pode ser um centro quiral;

1. Devido a geometria tetraédrica o centro quiral do carbono pode existir em ambos os

arranjos tridimensionais que não são imagens superponíveis;

2-butanolEstereoisômeros � as

imagens não são superponíveis

Page 20: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

Propriedades de moléculas quirais

• Os ENANTIÔMEROS possuem as mesmas propriedades FÍSICAS (P.F; P.E; Espectro

IV; UV; RMN � se medidos em solventes aquirais)�EXCETO O SENTIDO DE

ROTAÇÃO DO PLANO DE POLARIZAÇÃO DA LUZ .

• Os ENANTIÔMEROS possuem as mesmas propriedades QUÍMICAS �EXCETO AS

REAÇÕES COM OUTROS COMPOSTOS OPTICAMENTE ATIVOS .

ATIVIDADE ÓTICA DE MOLÉCULAS QUIRAIS

DEXTROROTATÓRIAS (d, +) � Gira a luz polarizada para a direita

LEVOROTATÓRIAS (l,-) � Gira a luz polarizada para a esquerda

Page 21: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

COMPOSTO OPTICAMENTE ATIVO

� São capazes de modificar a rotação da luz polarizada;

� COMPOSTOS QUIRAIS � SÃO OPTICAMENTE ATIVOS

MISTURA RACÊMICA

� Mistura de partes iguais dos enantiômeros (+) e (-).

IMPORTÂNCIA DA QUIRALIDADE

1. A quiralidade está difundida em todo o universo;

2. O corpo humano é estruturalmente QUIRAL;

3. A maioria das moléculas dos seres vivos são quirais e, geralmente, somente um tipo

é encontrado;

4. Quase todos os aminoácidos que formam as proteínas são quirais e todos desviam a

luz para a esquerda (levorotatórios);

Page 22: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

Page 23: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

Os enantiômeros giram o plano da luz polarizada em iguais quantidades mas em direções opostas;

�Ou seja, enantiômeros resolvidos (separados) apresentam atividade ótica;O

nda

ele

trom

agn

étic

a

� As oscilações do campo elétrico e magnético podem ocorrer em todos os possíveis planos perpendiculares a direção de propagação.

ATIVIDADE ÓTICA

Descoberto pelo físico João-Baptista Biot – 1815;

1848 � Luis Pasteur � princípio da estereoquímica

Page 24: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

Onda eletromagnética polarizada

�Quando um feixe de luz comum passa através de um polarizador;

�O polarizador interage com o campo elétrico da luz;

�Após a interação a luz emerge do polarizador oscilando apenas em um plano;

POLARÍMETRO

�Equipamento capaz de polarizar a luz;

�A lente geralmente é constituída de CaCO3 em determinada forma cristalina �

Chamado de polaróide� PRISMA DE NICOL;

ATIVIDADE ÓTICA

Page 25: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

ATIVIDADE ÓTICA

POLARÍMETRO

Page 26: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

POLARÍMETRO

A) Polarímetro sem amostra;

B) Observação de uma amostra que não é opticamente ativa;

C) Observação de uma amostra que é opticamente ativa;

� Rotação da luz polarizada;

ATIVIDADE ÓTICA

Page 27: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

MEDIÇÃO

�Medições realizadas em graus;

�A rotação pode ocorrer para duas direções:

�DIREITA (SENTIDO DO RELÓGIO) � Assume-se valor POSITIVO �dextrorotatório (d, +)

�ESQUERDA (SENTIDO CONTRÁRIO DO RELÓGIO) � Assume-se valor NEGATIVO � Levorotatória (l, -);

FATORES QUE INFLUENCIAM:

�Concentração da solução;

�Comprimento de onda utilizado na fonte de luz;

�Comprimento do tubo de amostra;

�Temperatura;

�Natureza do solvente.

ATIVIDADE ÓTICA

Page 28: Aula 08 isomeria e estereoquimica

D = raia D do sódio (589,6 nm);

T = temperatura, 0C;

α= rotação observada, graus

L = comprimento do tubo de amostra, cm

C = concentração da solução, g.mL-1

OBS: NO SI am = Poder rotatório ótico específico (rad m2 kg-1)

ESTEREOQUÍMICA

ROTAÇÃO ESPECÍFICA

ATIVIDADE ÓTICA

Page 29: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

ATIVIDADE ÓTICA

Page 30: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

NOMENCLATURA ENANTIÔMEROS: SISTEMA ( R-S)

1. Não existe correlação entre a configuração do enantiômero e a direção da rotação ótica;

2. Não existe correlação entre a designação R e S e a direção de rotação ótica;

R � Do latin rectus (direito – a favor do relógio)

S� Do latin sinister (esquerdo – contra o relógio)

COMO DETERMINAR A PRIORIDADE DOS GRUPOS?

Page 31: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

NOMENCLATURA ENANTIÔMEROS: SISTEMA ( R-S)

BASES (regras de precedência):

1. Número atômico do elemento ligado ao centro quiral

• Menor número atômico � menor prioridade (4)

• Maior número atômico � maior prioridade (1)

OBS: No caso de isótopos o de maior massa atômica tem maior prioridade

2. Quando os átomos ligados ao centro quiral forem iguais passa-se a determinar a prioridade pelo próximo átomo;

3. Deve-se posicionar o grupo de menor precedência (4) na posição contrária ao observador (atrás do plano);

Visão da molécula com o grupo de menor prioridade apontando para fora do plano

Page 32: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

NOMENCLATURA ENANTIÔMEROS: SISTEMA ( R-S)

Page 33: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

BASES:

3. Quando houver ligações duplas ou triplas deve-se duplicar ou triplicar ambos os átomos;

(S)-Alanina[(S)-(+)-2-ácido

aminopropionico][α]D = +8.5°

(S)-Gliceraldeído

[(S)-(–)-2,3-dihidroxipropanal], [α]D = –8.7°

Page 34: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

(R)-(+)-2-Metil-1-butanol (S)-(–)-2-Metil-1-butanol

(R)-(–)-1-Cloro-2-metilbutano S)-(+)-1-Cloro-2-metilbutano

Page 35: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

NOMENCLATURA ENANTIÔMEROS: SISTEMA ( R-S)PROJEÇÕES DE FISCHER

1. As linhas verticais representam ligações que se projetam para trás do plano do papel (ou

que estão no plano do papel);

2. As linhas horizontais representam ligações que se projetam para fora do plano do papel;

3. As intersecções das linhas horizontais e verticais representa um átomo de carbono,

normalmente um carbono quiral;

4. Quando usamos as projeções de Fischer para testar a superponibilidade de duas

estruturas é permitido girá-las de 1800 no plano do papel;

5. Não podemos girar as estruturas de nenhum outro ângulo;

6. Deve-se manter as estruturas no plano do papel;

7. Não é permitido virar as estruturas Fischer

Page 36: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

MISTURA RACÊMICA

�Mistura de partes iguais de enantiômeros;

�São opticamente inativos;

�Podem ser separados:

�Solventes quirais; � Cromatografia com coluna quiral;

�Reações que envolvam substâncias também quirais;

ButanonaAquiral

hidrogênioAquiral (±)-2-butanol

quiral

Page 37: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

DIASTEREOISÔMEROS

�São estereoisômeroscujas moléculas não são imagens especulares superponíveis;

�São moléculas que apresentam dois ou mais centros quirais (exceto para isômeros cis,

trans onde as moléculas não apresentam centros quirais);

�Para compostos cujos centros quirais são tetraédricos (sp3) o número total de

estereoisômeros não excederá 2n, onde né o número de centros quirais tetraédricos (regra

de van’t Hoff );

�Os diasteroisômeros apresentam propriedades físicas diferentes (P.F; P.E; solubilidades,

etc.);

Page 38: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

DIASTEREOISÔMEROS

Exemplos de diasteroisômeros sem carbono quiral

DIASTEROISÔMEROS

Page 39: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

DIASTEREOISÔMEROS

Exemplos de diasteroisômeros com dois carbonos quirais

ENANTIÔMEROS ENANTIÔMEROS

DISTEROISÔMEROS

MESMAS PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS

DIFERENTES PROPRIEDADES FÍSICAS

Page 40: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

DIASTEREOISÔMEROS

Exemplos de diasteroisômeros com DOIS carbonos quirais

Exemplos de diasteroisômeros com UM carbono quiral

Diasteroisômeros

Page 41: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

DIASTEREOISÔMEROS

Enantiômeros Enantiômeros

Treonina

Page 42: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

DIASTEREOISÔMEROS

MESOESTRUTURAS

�Estruturas com dois carbonos quirais nem sempre possuem 4 estereoisômeros;

�Ocorre com moléculas que mesmo contendo centros quirais elas são aquirais.

Page 43: Aula 08 isomeria e estereoquimica

ESTEREOQUÍMICA

DIASTEREOISÔMEROS

MESOESTRUTURAS

Page 44: Aula 08 isomeria e estereoquimica

CLASSIFICAÇÃO DAS RELAÇÕES ENTRE MOLÉCULASTem a mesma fórmula molecular?

OUSão iguais em seus pesos moleculares e

suas composições elementares?

SIM NÃO Não são isômeros

São a mesma molécula

São superponíveis?

SIM NÃO

São isômeros São isômerosestruturais

Diferem unicamente pelo arranjo de seus átomos no espaço?

NÃO

SIM

São estereoisômeros

São estereoisômeros figuracionais

São estereoisômeros conformacionais

SIM

São intercambiáveis atemperatura ambiente?

NÃOSIM

É um deles superponívelcom a imagem no espelho do outro?

NÃO

São enântiômeros

São quiraisSão superponíveis com suas

respectivas imagens no espelho?SIMNÃO São aquirais

São diasteroisômeros