Aula 3 - Estereoquímica Slies Para Alunos

25/01/2013

1

ESTEREOQUMICA

Aula 3

Prof. Dr. Marcelo Moreira Britto

ESTEREOQUMICA a parte da qumica que lidacom a estrutura tridimensional das molculas edas relaes entre elas.

Benzeno

ter dietlico

Butanol C4

H10

O

C6

H6

C6

H12

O6

C2

H6

O

C2

H4

O acetaldedo

Glicose

COMPOSIO QUMICA COMO NICO CRITRIO DE ANLISE

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Friedrich Wohler1800-1882

Justus Von Liebig

1803-1873

cido cinicoH O C N

cido fulmnicoO C N H

COMPOSIO X ESTRUTURA

Jons Jacob Berzelius1779 -1848

BERZLIUS E O CONCEITO DE ISOMERIA

ISOMERIA: Relao existenteentre compostos diferentes quepossuem a mesma frmulamolecular

C2

H4

OC CHH

H

O

H

C C

O

H

H

H

H

C C

H

H OH

H

RELAES ISOMRICAS ENTRE AS SUBSTNCIAS

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3

C4

H10

O

C CH

3

H

3

C

OH

CH

3

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

OH

CH

3

CH

2

CCH

3

OH

H

C CH

2

OHH

3

C

CH

3

H

O CH

2

CH

2

CH

3

H

3

C

O CH

3

C CH

3

CH

3

H

O CH

2

CH

3

CH

3

CH

2

RELAES ISOMRICAS ENTRE AS SUBSTNCIAS

Frederick August Kekul1829 -1896

Alexander Mikhaiovich Butlerov1828 - 1886

A QUMICA ORGNICA ESTRUTURAL

Aps a ampla aceitao da teoria estrutural, oprximo grande desafio em qumica orgnica seriao reconhecimento da natureza tridimensional dasmolculas orgnicas.

A NATUREZA TRIDIMENSIONAL DAS MOLCULAS

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Jean Baptiste Biot1774 - 1876

BIOT E A POLARIZAO DA LUZ

Efeito que algumassolues molecularesexercem sobre a luzpolarizada

S

SS

SA

AA

AC

CC

CA

AA

AR

RR

RO

OO

OS

SS

SE

EE

E

+

++

+

G

GG

GU

UU

UA

AA

A

M

MM

ME

EE

ET

TT

TA

AA

AN

NN

NO

OO

OL

LL

L

+

++

+

G

GG

GU

UU

UA

AA

A

Plano da luz

Antes

Depois

Antes

Depois

Plano da luz

Com desvio

Sem desvio

INTERAO DA LUZ POLARIZADA COM MOLCULAS ORGNICAS

C C

CO

2

HHO

2

C

OH

H

OH

H

C

4

H

6

O

6

cido tartrico

cido paratartrico

O CIDO TARTRICO E A ESTEREOQUMICA

Desvia a luz polarizada

No desvia a luz polarizada

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Louis Pasteur1822 - 1895

PASTEUR E A ASSIMETRIA MOLECULAR

Considerado o pai daestereoqumica, muitocontribuiu para o avano dacincia e vrios campos

C

4

H

6

O

6

cido paratartrico

Desvia a luz polarizada para a direita

Desvia a luz polarizada para a esquerda

No desvia a luz polarizada


HO2C CO2H

OH

OH

cido tartrico


Previu a necessidade de seentender a estrutura qumicatridimensional de uma molcula.

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WISLICENUS E A NATUREZA TRIDIMENSIONAL DAS MOLCULAS ORGNICAS

Composto 1 Composto 2

Johannes Wislicenus1835 - 1902

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

C CO

2

HHO

CH

3

H

cido lctico

Jacob Vant Hoff1852 - 1911

Se um tomo de carbono estivesseligado a quatro outros tomos nasdirees dos vrtices de um tetraedro,uma forma de isomerismo seriapossvel.

VANT HOFF E O CARBONO TETRADRICO

ISMEROS

Ismeros constitucionais

Estereoismeros

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Os tomos esto ligados em ordem diferente na estrutura da molcula

C

2

H

4

O

C CH

H

H

O

H

C C

O

H

H

H

H

C C

H

H OH

H

C4

H10

O

C CH

3

H

3

C

OH

CH

3

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

OH

CH

3

CH

2

CCH

3

OH

H

C CH

2

OHH

3

C

CH

3

H

O CH

2

CH

2

CH

3

H

3

C

O CH

3

C CH

3

CH

3

H

O CH

2

CH

3

CH

3

CH

2


Estereoismeros

Os tomos esto ligados na mesma ordem na estrutura da molcula, diferindo apenas

na disposio espacial

C

4

H

8

C C

CH

3

HH

H

3

C

C C

CH

3

HH

3

C

H

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8

OH

H

H

HO

OH

H

HO

H

C

6

H

10

O

2

CH

3

Cl

HO

H

CH

3

Cl

OH

H

C

2

H

5

ClO

Estereoismeros

Estereoismeros

Diasteroismeros

Enantimeros

Diasteroismeros

Os tomos esto ligados na mesma ordem na estrutura da molcula, porm uma

estrutura no imagem especular da outra

OH

H

H

HO

OH

H

HO

H

C

6

H

10

O

2

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Enantimeros

Os tomos esto ligados na mesma ordem na estrutura da molcula, porm uma

estrutura imagem especular no sobreponvel da outra

CH

3

Cl

HO

H

CH

3

Cl

OH

H

C

2

H

5

ClO

As diferenas estruturais e tridimensionais entre osismeros so refletidas nas suas propriedades fsicas equmicas.

ISMEROS CONSTITUCIONAIS MAIORES DIFERENAS

ENANTIMEROS MENORES DIFERENAS

Para uma molcula existir como um par deenantimeros, necessria que ela seja dotada deQUIRALIDADE.

A quiralidade uma caracterstica de molculasque no possuem ELEMENTOS DE SIMETRIAem sua estrutura.

Plano de simetria (s) Centro de simetria ou de inverso (i) Eixo simples de simetria (Cn)

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Plano de simetria

Plano imaginrio que divide a molcula de maneira que duas metades sejam uma imagem especular da outra.

A estrutura que apresenta plano de simetria, sobreponvel sua imagem especular

A estrutura no apresenta plano de simetria, portanto no sobreponvel sua imagem especular

Condio para a ausncia de plano de simetria:Quatro grupos diferentes ligados ao carbonotetradrico.

HO2C CO2H

HH

HO2C

HH

CO2H

HH

HO2C CO2H HO2C CO2H

H H

DIASTEROISMEROS

No possui plano de simetria Possui plano de simetria

COMPOSTOS IGUAISENANTIMEROS

Plano de simetria

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ALENOS

MOLCULAS COM QUIRALIDADE QUE NO POSSUEM UM TOMO TETRADRICO COM

QUATRO GRUPOS DIFERENTES

C CCR

R1 R1

R

C CCCl

H

Cl

H

C C

Cl

H

CH

Cl

Bifenilas



Espiro compostos e com duplas exocclicas



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R1N

R2R4R3

R

1

Si

R

2

R

4

R

3

R

1

Ge

R

2

R

4

R

3

COMPOSTOS COM ESTEREOCENTROS DIFERENTES DO CARBONO

Nitrognio GermnioSilcio

O SISTEMA R/S

Permite distinguir dois compostos ligados a quatrogrupos diferentes mas que esto dispostosdiferentemente em torno do tomo assimtrico.

REGRAS

Cada grupo ligado ao estereocentro recebe umaprioridade (varia de 1 a 4) de acordo com o NMEROATMICOMenor nmero atmico: prioridade menor (4)Maior nmero atmico: prioridade maior (1)

No caso de istopos, o de maior MASSAATMICA tem a prioridade.

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2

1

3

4

1

3

4

2

2

1

3

1

3

2 SR

1 > 2 > 3 > 4

Quando houver empate, considerar o prximo conjunto detomos ligados diretamente ao tomo em questo at quehaja desempate.

3

1

2

4

Sentindo horrio logo enantimero R.

(R)-2-butanol

Para grupos contendo duplas ou triplas so atribudosprioridades como se ambos os tomos estivessemduplicados ou triplicados

Y

C Y

C

Y

Y

Y

C

C

C

Y

Y

C

Y 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

S S R

ARABINOSE

DIASTEROISMEROS

Enantimeros Enantimeros

HCHO

OHH OHH OH

CH2OH

HOCHO

HHO HHO H

CH2OH

HCHO

HOH

CH2OH

OHOH

H

HOCHO

HOH

CH2OH

HH

HO

HOCHO

OH

OH

OH

HOCHO

OH

OH OH

RR

R

SS

S

RIBOSE

PROJEO DE FISCHER

COMPOSTOS MESO So compostos que possuem tomos ligados a quatrogrupos diferentes, contudo possuem plano de simetria, nopossuindo portanto quiralidade.

Composto e imagem so sobreponveis, no existindocomo um par de enantimeros

H OHH OH

OHO

OHO

RS

HO HHO H

O

OHO

HO

RS

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QUANTIDADE DE ESTEREOISMEROS POSSVEIS PARA UM COMPOSTO

O nmero mximo de estereoismeros para um compostocom n estereocentros 2n, onde n o nmero deestereocentros

HOCH2CHCHCHCHOOH 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

S S R

ARABINOSE

HOCHO

OH

OH

OH

HOCHO

OH

OH

OH

RS

R

SR S

XILOSE

HOCHO

OH

OH

OH

HOCHO

OH

OH

OH

R S S

SR

R

LIXOSE

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H OHH OH

OHO

OHO

RS

HO HHO H

O

OHO

HO

RSHO H

H OH

OHO

OHO

H OHHO H

O

OHO

HO

SS

RR

Composto meso(mesma molcula)Molculas diferentes

(enantimeros)

Trs estereoismeros possveis

As setas indicam que a substncia ativa na soluo que est no tubo provoca a rotao do pano da luz polarizada

.

O Plano da polarizao da luz emergente no coincide com o plano de polarizao da luz polarizada incidente

A luz plano-polarizada

Oscilaes do campo eltrico na luz ordinria

Plano de oscilao do campo eltrico da luz plano-polarizada.

polarizador

Medidas da rotao tica

Direo no sentindo horrio (+) dextrorrotatria (d)Direo no sentindo anti-horrio (-) levorrotatria (l)

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ROTAO TICA OBSERVADA E ROTAO ESPECFICA

[a] = rotao especficaa = rotao observadac = concentrao (g/mL)l comprimento do tubo (dm)d = densidade

Para solues

Para lquidos puros

ROTAO ESPECFICA A direo da rotao freqentemente incorporada

nos nomes dos compostos

Mistura equimolar de dois enantimerosMistura racmica

No apresenta rotao de luz plano-polarizada ( oticamente inativa)

()-2-butanol ou como ()-CH3CH2CHOHCH3

(S)-2-butanol (est presente)

Ocorre o cancelamento

rotao

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PUREZA TICA, EXCESSO ENANTIOMRICO

Uma amostra de um nico enantimero chamada deenantiomericamente pura ou tem excesso enantiomrico (ee)de 100%

Uma amostra com quantidade diferente da equimolar ter umee:

% ee =mols de um enantimero - mols do outro enantimero

total de mols de ambos os enantimeros

% ee =rotao especfica observada

rotao especfica do enantimero purox 100

x100

Mistura R + S

Mistura RR + RS

Reao com substncia oticamente pura (R)

Diateroismeros

RR RSDiasteroismeros separados

Reao para a abtrao da substncia oticamente pura (R)

Enantimeros separadosR S

SEPARAO DE ENANTIMEROS OU RESOLUO

Converso diasteroismeros

CH3O

CH3O

O

CH3 1) 2)

KCN, HN4Cl

HCl, H2O

CH3O

CH3O

CH3H2N CO2H

Mistura de enantimeros

NaO

CH3O

CH3O

H2NOH

O

Ac2O1)

2)

AcHN

O

CH3O

CH3O

AcHN

O

CH3O

CH3O

OO

Diasteroismero A Diasteroismero B

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AcHN

O

CH3O

CH3O

AcHN

O

CH3O

CH3O

OO

Diasteroismero APF = 103-104 C[] = 57,7

Diasteroismero BPF = 72,5 - 73,5 C[] = 29,9

Cristalizao para separao dos diasteroismeros

AcHN

O

CH3O

CH3O

CO2H AcHN

O

CH3O

CH3O

CO2H

KOH, EtOH, H2OKOH, EtOH, H2O

H2N

O

CH3O

CH3O

CO2HPF = 152,5 - 154,0 C[] = + 8,0

PF = 152,0 - 153,0 C[] = 7,8

H2N

O

CH3O

CH3O

CO2H

NaOH 20%Aquecimento

NaOH 20%Aquecimento

Enatimero R

Enatimero S

ABSORO DIFERENCIAL

HPLC ou cromatografia gasosa com colunas quirais

Separao de misturas de ismeros ticos s possvel com FE oticamente ativas

FASES ESTACIONRIAS QUIRAIS

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Alguns tipos de FE oticamente ativas:

O Si

CH3

CH2

CHCH3

CO N

H

C*

CO

H

CH CH3

CH3

NH C

CH3

CH3

CH3

Si

CH3

CH3

O

n

Chiralsil-Val

Derivados de aminocidos:

Misturas de compostos

formadores de pontes de

hidrognio.

Anfetaminas: resoluo dos ismeros

Coluna: Rt-DEXcst (30 m x 0.25 mm x 0.25 m)

TCOL: 1 min a 120C / 1,5C min-1 / 3 min A 175C

Gs de Arraste: He @ 25 cm.min-1 Detector: MS

Dois enantimeros podem apresentar aesdiferenciadas sobre os organismos vivos levando adiferentes:

Atividades biolgicas

NHH3C

O

Cl NClCH3H

O(S)-ketamina Anestsico

(R)-ketamina Alucingeno

(S)-Talidomida Teratognico

(R)-Talidomida Sedativo

NN

O

O

H

O

O

N

O

ON

O

O

H

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OO

O

N

HO

HH2N

H

OCH3

H

(R,R)-Aspartamo Sabor amargo

(S,S)-Aspartamo Sabor doce

OH3C N

HO

H OOHO

H NH2

Sabores

H H

(-)-Limoneno Limo

(+)-Limoneno Laranja

O

H H

O

(+)-Carvona cominho

(-)-Carvona menta

Controle Estereoqumico

Para uma molcula com n centros assimtricos h,normalmente, 2n estereoismeros possveis. Se asntese da molcula no estiver sobre controleestereoqumico, todos os ismeros formados devemser separados. E isto pode ser uma tarefapraticamente impossvel.

HOH

H H

CH3

H

O

Epiandrosterona

7 carbonos assimtricos27=128 estereoismeros

Forma-se preferencialmenteum tipo de enantimero

Forma-se preferencialmenteum tipo diasteroismero

QUANTO ESTEREOQUMICA UMA REAO PODE SER CLASSIFICADA EM:

ESTEREOSELETIVA

ENANTIOSELETIVA

DIASTEROSELETIVA

O

CO2CH3

CH3H

CO2CH3

CH3H

HOH

CO2CH3

CH3H

HHO

Diasteroismeros

RS

RR

98 % 2%

1)2)

Zn(BH4)2H3O+

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QUANTO ESTEREOQUMICA UMA REAO PODE SER CLASSIFICADA EM:

Forma-se apenas um tipo de enantimero

Forma-se apenas um tipo de diasteroismero

ESTEREOESPECFICA

ENANTIOESPECFICA

DIASTEROESPECFICA

CO2HHO2C

HHBr

H

H

BrCO2HHO2C

Br2 + enantimero

HHO2C

CO2HHBr

CO2H

H

BrHHO2CBr2

REAO ESTEREOESPECFICA

H C

CH

O

O

OCH3OCH3

C

C

O

OCH3

O

OCH3

C H

CH

O

H3CO

O

OCH3

C

C

O

OCH3

O

OCH3

+

+

OHOH

N

O

O Me

OsO4

O

tBuClpiridina

OH

O

O

tBu

OH

OCH3

OH

OBn

1)2)

1)2)

NaH, THFBn-Br

NaH, THFCH3I

12 3

4

5

93%

95%

63%

70%

Utilizao de substratos quirais e pr-quirais

Blazer, H. V., Chem. Rev., 92, 935, 1992.Pinheiro, S., Farias, F. M., Resumo 17a Reunio da SBQ, 1994

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23

Bibliografia Organic Chemistry, P.Y.Bruice, 4a edition, 2004,

Pearson Education, Inc., 1228p. Organic Chemistry, J. Clayden, N. Greeves, S.Warren,

P.Wothers, 2001, Oxford, 1512p Qumica Orgnica, G.Solomons, C.Fryhle, 7aEdio,

2000, Vol.1 e 2, Editora LTC. A Guidebook to mechanism in organic chemistry, Peter

Sykes, 4a edition, 1975, Longman, 362p Organic Chemistry, T. N. Sorrell, University science

books, 1999, 1457p Organic Synthesis, M. B. Smith, 2 ed., McGraw Hill,

2002, 1371p. Advanced Organic Chemistry, Jerry March, 5 ed. 2001,

2099 p.

Documents

Aula 3 - Estereoquímica Slies Para Alunos