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ESTEREOQUÍMICA

Aula 3

Prof. Dr. Marcelo Moreira Britto

ESTEREOQUÍMICA é a parte da química que lidacom a estrutura tridimensional das moléculas edas relações entre elas.

Benzeno

Éter dietílico

Butanol C4H10OC6H6C6H12O6C2H6OC2H4O acetaldeído

Glicose

COMPOSIÇÃO QUÍMICA COMO ÚNICO CRITÉRIO DE ANÁLISE

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Friedrich Wohler1800-1882

Justus Von Liebig

1803-1873

ácido ciânico

H O C N

ácido fulmínico

O C N H

COMPOSIÇÃO X ESTRUTURA

Jons Jacob Berzelius1779 -1848

BERZÉLIUS E O CONCEITO DE ISOMERIA

ISOMERIA: Relação existenteentre compostos diferentes quepossuem a mesma fórmulamolecular

C2H4OC CH H HOH C COH H HHC CHH OHHRELAÇÕES ISOMÉRICAS ENTRE AS

SUBSTÂNCIAS

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C4H10O C CH3H3C OHCH3CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CCH3OHH C CH2OHH3C CH3HO CH2CH2CH3H3C O CH3C CH3CH3HO CH2CH3CH3CH2

RELAÇÕES ISOMÉRICAS ENTRE AS SUBSTÂNCIAS

Frederick August Kekulé1829 -1896

Alexander Mikhaiovich Butlerov1828 - 1886

A QUÍMICA ORGÂNICA ESTRUTURAL

Após a ampla aceitação da teoria estrutural, opróximo grande desafio em química orgânica seriao reconhecimento da natureza tridimensional dasmoléculas orgânicas.

A NATUREZA TRIDIMENSIONAL DAS MOLÉCULAS

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Jean Baptiste Biot1774 - 1876

BIOT E A POLARIZAÇÃO DA LUZ

Efeito que algumassoluções molecularesexercem sobre a luzpolarizada

SSSSAAAACCCCAAAARRRROOOOSSSSEEEE ++++ ÁÁÁÁGGGGUUUUAAAAMMMMEEEETTTTAAAANNNNOOOOLLLL ++++ ÁÁÁÁGGGGUUUUAAAAPlano da luzAntes Depois

Antes DepoisPlano da luz

Com desvio

Sem desvio

INTERAÇÃO DA LUZ POLARIZADA COM MOLÉCULAS ORGÂNICAS

C C CO2HHO2C OH HOHHC4H6O6Ácido tartárico

Ácido paratartárico

O ÁCIDO TARTÁRICO E A ESTEREOQUÍMICA

Desvia a luz polarizada

Não desvia a luz polarizada

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Louis Pasteur1822 - 1895

HO2CCO2H

OH

OH

Ácido tartárico

PASTEUR E A ASSIMETRIA MOLECULAR

Previu a necessidade dese entender a estruturaquímica tridimensional deuma molécula.

C4H6O6Ácido paratartárico

Desvia a luz polarizada para a direita

Desvia a luz polarizada para a esquerda

Não desvia a luz polarizada

PASTEUR E A ASSIMETRIA MOLECULAR

HO2CCO2H

OH

OH

Ácido tartárico

PASTEUR E A ASSIMETRIA MOLECULAR

Previu a necessidade de seentender a estrutura químicatridimensional de uma molécula.

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WISLICENUS E A NATUREZA TRIDIMENSIONAL DAS MOLÉCULAS ORGÂNICAS

Composto 1 Composto 2

Johannes Wislicenus1835 - 1902

Mostrou que haviam dois compostoscom a mesma fórmula mas comdiferentes comportamentos.

C CO2HHO CH3HÁcido láctico

Jacob Van´t Hoff1852 - 1911

Se um átomo de carbono estivesseligado a quatro outros átomos nasdireções dos vértices de um tetraedro,uma forma de isomerismo seriapossível.

VAN’T HOFF E O CARBONO TETRAÉDRICO

ISÔMEROS

Isômeros constitucionais

Estereoisômeros

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Isômeros constitucionais

Os átomos estão ligados em ordem diferente na estrutura da moléculaC2H4OC CH H HOH C COH H HHC CHH OHH

C4H10O C CH3H3C OHCH3CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CCH3OHH C CH2OHH3C CH3HO CH2CH2CH3H3C O CH3C CH3CH3HO CH2CH3CH3CH2Isômeros constitucionais

Estereoisômeros

Os átomos estão ligados na mesma ordem na estrutura da molécula, diferindo apenas

na disposição espacialC4H8C CCH3HHH3C C CCH3HH3CH

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OHHHHO OHHHOHC6H10O2CH3ClHOH CH3Cl OHHC2H5ClO

Estereoisômeros

Estereoisômeros

Diasteroisômeros

Enantiômeros

Diasteroisômeros

Os átomos estão ligados na mesma ordem na estrutura da molécula, porém uma

estrutura não é imagem especular da outraOHHHHO OHHHOHC6H10O2

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Enantiômeros

Os átomos estão ligados na mesma ordem na estrutura da molécula, porém uma

estrutura é imagem especular não sobreponível da outraCH3ClHOH CH3Cl OHHC2H5ClO

� As diferenças estruturais e tridimensionais entre osisômeros são refletidas nas suas propriedades físicas equímicas.

ENANTIÔMEROS

ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS MAIORES DIFERENÇAS

MENORES DIFERENÇAS

� Para uma molécula existir como um par deenantiômeros, é necessária que ela seja dotada deQUIRALIDADE.

� A quiralidade é uma característica de moléculasque não possuem ELEMENTOS DE SIMETRIAem sua estrutura.

• Plano de simetria (s)

• Centro de simetria ou de inversão (i)

• Eixo simples de simetria (Cn)

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Plano de simetria

� Plano imaginário que divide a molécula de maneira que duas metades sejam uma imagem especular da outra.

� A estrutura que apresenta plano de simetria, ésobreponível à sua imagem especular

� A estrutura não apresenta plano de simetria, éportanto não sobreponível à sua imagem especular

� Condição para a ausência de plano de simetria:Quatro grupos diferentes ligados ao carbonotetraédrico.

HO2C CO2H

HH

HO2C

HH

CO2H

HH

HO2C CO2H HO2C CO2H

H H

DIASTEROISÔMEROS

Não possui plano de simetria Possui plano de simetria

COMPOSTOS IGUAISENANTIÔMEROS

Plano de simetria

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ALENOS

MOLÉCULAS COM QUIRALIDADE QUE NÃO POSSUEM UM ÁTOMO TETRAÉDRICO COM

QUATRO GRUPOS DIFERENTES

C CC

R

R1 R1

R

C CCCl

H

Cl

H

C C

Cl

H

CH

Cl

Bifenilas

MOLÉCULAS COM QUIRALIDADE QUE NÃO POSSUEM UM ÁTOMO TETRAÉDRICO COM

QUATRO GRUPOS DIFERENTES

Espiro compostos e com duplas exocíclicas

MOLÉCULAS COM QUIRALIDADE QUE NÃO POSSUEM UM ÁTOMO TETRAÉDRICO COM

QUATRO GRUPOS DIFERENTES

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R1

NR2

R4R3

R1Si R2R4R3 R1Ge R2R4R3COMPOSTOS COM ESTEREOCENTROS

DIFERENTES DO CARBONO

Nitrogênio GermânioSilício

O SISTEMA R/S

Permite distinguir dois compostos ligados a quatrogrupos diferentes mas que estão dispostosdiferentemente em torno do átomo assimétrico.

� REGRAS

• Cada grupo ligado ao estereocentro recebe umaprioridade (varia de 1 a 4) de acordo com o NÚMEROATÔMICOMenor número atômico: prioridade menor (4)Maior número atômico: prioridade maior (1)

• No caso de isótopos, o de maior MASSAATÔMICA tem a prioridade.

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2134 13 42213 1 32 SR

1 > 2 > 3 > 4

� Quando houver empate, considerar o próximo conjunto deátomos ligados diretamente ao átomo em questão até quehaja desempate.

3

1

2

4

Sentindo horário logo enantiômero R.

(R)-2-butanol

� Para grupos contendo duplas ou triplas são atribuídosprioridades como se ambos os átomos estivessemduplicados ou triplicadosYC Y CYY YCCCY YCY C

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HOCHO

OH

OH

OH

HOCHO

OH

OH OH

RR

R

SS

S

RIBOSE

HOCHO

OH

OH

OH

HOCHO

OH

OH

OH

RR

S

SS

R

ARABINOSE

DIASTEROISÔMEROS

Enantiômeros Enantiômeros

H

CHO

OH

H OH

H OH

CH2OH

HO

CHO

H

HO H

HO H

CH2OH

H

CHO

H

OH

CH2OH

OH

OH

H

HO

CHO

HO

H

CH2OH

H

H

HO

HOCHO

OH

OH

OH

HOCHO

OH

OH OH

RR

R

SS

S

RIBOSE

PROJEÇÃO DE FISCHER

COMPOSTOS MESO� São compostos que possuem átomos ligados a quatrogrupos diferentes, contudo possuem plano de simetria, nãopossuindo portanto quiralidade.

� Composto e imagem são sobreponíveis, não existindocomo um par de enantiômeros

H OH

H OH

OHO

OHO

R

SHO H

HO H

O

OHO

HO

R

S

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QUANTIDADE DE ESTEREOISÔMEROS POSSÍVEIS PARA UM COMPOSTO

� O número máximo de estereoisômeros para um compostocom n estereocentros é 2n, onde n é o número deestereocentros

HOCH2CHCHCHCHO

OH OH

OH

*

* *

HOCHO

OH

OH

OH

HOCHO

OH

OH OH

RR

R

SS

S

RIBOSE

HOCHO

OH

OH

OH

HOCHO

OH

OH

OH

RR

S

SS

R

ARABINOSE

H OH

H OH

OHO

OHO

R

SHO H

HO H

O

OHO

HO

R

SHO H

H OH

OHO

OHO

H OH

HO H

O

OHO

HO

SS

R

R

Composto meso(mesma molécula)

Moléculas diferentes (enantiômeros)

Três estereoisômeros possíveis

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HOCHO

OH

OH

OH

HOCHO

OH

OH

OH

RS

R

SR

S

XILOSE

HOCHO

OH

OH

OH

HOCHO

OH

OH

OH

RS

S

SR

R

LIXOSE