ESTEREOQUÌMICA: MOLÉCULAS QUIRAIS

ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS E ESTEREOISÔMEROS

H3C CH

CH3

CH3

H3C CH

Cl

CH3

Fórmula Molecular Isômeros Constitucionais

CH3CH2CH2CH3C4H10

C3H7Cl CH3CH2CH2Cl

C2H6O CH3CH2OH CH3OCH3

Isômeros constitucionais são isômeros que diferem porque seus átomos estão

ligados em uma ordem diferente

id16602890 pdfMachine by Broadgun Software - a great PDF writer! - a great PDF creator! - http://www.pdfmachine.com http://www.broadgun.com

Estereoisômeros não são isômeros constitucionais � eles tem seus átomos constituintes ligados na mesma sequência

Estereoisômeros diferem apenas no rearranjo de seus átomos no espaço

ClC

CCl H

H HC

CCl H

Cl

Fórmula molecular C2H2Cl2

Cis-1,2-dicloroeteno trans-1,2-dicloroeteno

Estereoisômeros

Enântiomeros Diastereômeros

Enantiômeros: São estereoisômeros cujas moléculas são imagens

especulares uma da outra, que não se superpõem.

Diastereômeros: são estereoisômeros cujas moléculas não são imagens

especulares umas das outras.

HC

CCl H

Cl

X

ClC

CCl H

H

Diastereômeros

Me Me

HH

Me H

MeH

X

SUBDIVISÃO DOS ISÔMEROS

ISÔMEROS

(compostos diferentes com a mesma fórmula molecular)

ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS

(isômeros cujos átomos têm

conectividades diferentes)

ESTEREOISÔMEROS

(isômeros que têm a mesma conectividade

mas diferem no arranjo de seus átomos no espaço

ENANTIÔMEROS

(estereoisômeros que são

imagens especulares um do outro, que não se superpõem)

DIASTEREÔMEROS

(estereoisômeros que não são

imagens especulares um do outro)

ENANTIÔMEROS E MOLÉCULAS QUIRAIS

Molécula quiral: molécula que não é idêntica a sua imagem no espelho.

Objetos (e moléculas) que se superpõem a suas imagens são aquirais.

Como podemos saber quando existe a possibilidade de enantiômeros?

Um par de enantiômeros sempre é possível para moléculas que contêm um átomo tetraédrico com quatro diferentes grupos ligados a ele.

H3C C

H

CH2CH3

OH

(methyl)1

(hydrogen)

(hydroxyl)

(ethyl)3 42*

C2 é um estereocêntro, ou seja, um átomo carregando grupos de

natureza tal que uma troca de quaisquer dois irá produzir um

estereisômero.

CH3

CH3

OHHCH3

CH3

HHO

CH3

CH3

OHHH3C

H3C

OHH

H

CHOH3C COOH

H

COH

CH3HOOC

Mirror

()-Lactic acid, []D = -3.82(+)-Lactic acid, []D = +3.82

IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA DA QUIRALIDADE

O corpo humano é quiral, com o coração à esquerda do centro e o

fígado a direita.

A maioria das pessoas é destra.

Muitas plantas apresentam quiralidade:

A �madressilva� se enrola com uma hélice levógira (esquerda)

A �adelaide� se enrola com uma hélice dextrógira (direita)

A maioria das moléculas que constituem as plantas e animais são quirais, e

geralmente apenas uma forma da molécula quiral ocorre em uma dada espécie.

19 dos 20 aminoácidos que constituem as proteínas são quirais, e são

classificados como levógiros.

As moléculas dos açúcares naturais são quase todas classificadas como

dextrógiras, incluindo o açúcar que ocorre no DNA

O DNA apresenta uma estrutural helicoidal e todos os Dna que ocorrem naturalmente se voltam para a direita

A especificidade para uma molécula quiral em um sítio de recepção quiral é

favorecida em apenas uma direção.

NOMENCLATURA DE ENANTIÔMEROS: O SISTEMA (R � S)

Sistema Cahn-Ingold-Prelog é amplamente utilizado e faz parte das regras da IUPAC

Regras:

1 � A cada um dos grupos ligados ao estereocentro é atribuída uma prioridade ou preferência, baseada no número atômico do átomo que estádiretamente ligado ao estereocentro.

2 � Quando uma prioridade não pode ser atribuída com base no número atômico dos átomos que estão diretamente ligados ao estereocentro, então

o próximo conjunto de átomos presentes nos grupos não-designados éexaminado. Este processo continua até que uma decisão possa ser tomada.

3 � Analise a fórmula, quando possível, colocando o grupo de prioridade mais baixa afastada do observador e observe o sentido de giro de acordo com as ordens de prioridade atribuídas

Se, o sentido de análise for horário, o enantiômero é chamado de R (rectus) e, se, o sentido de análise for anti-horário, o enantiômero é chamado de S (sinister)

Exemplos:

H C

CH3

CH2CH3OH

H C

CH2CH3

CH3OH

HO H

H OH(R)

(S)

CCH3

Br

Cl H enantiômero

4 � Para grupos contendo ligações duplas ou triplas são atribuídas propriedades como se ambos os átomos estivessem duplicados ou triplicados

C Y C

(Y)

Y

(C)

como se fosse

C Y como se fosse

(Y)

C

(Y)

Y

(C)

(C)

CH2 CHC

C2H5

Cl

CH3

?

PROPRIEDADES DE ENANTIÔMEROS: ATIVIDADE ÓPTICA

Ponto de fusão = igual

Ponto de ebulição = igual

Índice de refração = igual

Solubilidade em solventes comuns = igual

Espectros de infravermelho = igual

Velocidade de reação com reagentes aquirais = igual

Comportamento diferente quando interagem com outras moléculas quirais

Diferente velocidade de reação quando reagem com outras moléculas quirais

Solubilidade diferente em solventes que contém um único enantiômero ou

excesso de um único enantiômero

Observação fácil frente ao seu comportamento em relação à luz plano-polarizada

Luz plano-polarizada e o polarímetro

Rotação específica

[ ] = x D

T

l c

[] rotação específica

= rotação observada

l = comprimento do tubo em dm

c = concentração da solução em g/mL

(densidade para líquidos puros)

D = linha D de uma lâmpada de sódio ( 589,6 nm)

T = temperatura da medida (25ºC)

HOC

CH3

H

CH2

CH3

HC

CH3

OH

CH2

CH3

25Dá

(R) -2-butanol

= - 13,52º

(S) -2-butanol

25Dá = + 13,52º

(R)-()-2-butanol (S)-(+)-2-butanol

HOH2CC

CH3

H

C2H5

HC

CH3

CH2OH

C2H5

25Dá 25

Dá

ClH2CC

CH3

H

C2H5

HC

CH3

CH2Cl

C2H5

25Dá

25Dá

= + 5.756° = � 5.756°

= �1.64°= +1.64°

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

(R)-(�)-1-Chloro-2-methylbutane (S)-(+)-1-Chloro-2-methylbutane

Não existe correlação óbvia entre as configurações de enantiômeros e a direção da

rotação da luz plano-polarizada.

A origem da atividade óptica

Formas racêmicas

Formas racêmicas e excesso enantiomérico

MOLÉCULAS COM MAIS DE UM ESTEREOCENTRO

Quantidade de moléculas possíveis = 2n

n = nº de estereocentros presentes na moléculas

C

C

NH2HCOOH

CH3

OHH

C

C

H2N HCOOH

CH3

HO H

C

C

NH2HCOOH

CH3

HHO

C

C

H2N HCOOH

CH3

H OH

Mirror Mirror1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

2R,3R 2S,3S 2R,3S 2S,3R

enantiômeros enantiômeros

distereômeros

Compostos meso

C

C

OHHCOOH

COOHHHO

C

C

HO HCOOH

COOHH OH

C

C

OHHCOOH

COOHOHH

C

C

HO HCOOH

COOHHO H

1

2

3

4

2R,3R

Mirror 1

2

3

4

1

2

3

2S,3S

4

2S,3R

1

2

2R,3S

3

4

Mirror

C

C

OHHCOOH

COOHOHH

C

C

HO HCOOH

COOHHO H

1

2R,3S

2

3

4

Rotate

1

2

2S,3R

4

3180o

Identical

Molécula aquiral

Nomeando compostos com mais que um estereocentro

C

Br HCH3

CH Br

CH3

C

HO HCH3

CH Cl

CH2CH3

Fórmulas de projeções de Fischer

C

Br HCH3

CH Br

CH3

=

CH3

CH3

Br H

H Br

SÍNTESE DE MOLÉCULAS QUIRAIS

Formas racêmicas

CH3CH2CCH3 CH3CH2CHCH3

OHO

+ H H (+)-Ni *

2-butanona

(moléculas aquirais)

hidrogênio

(moléculas aquirais)

(±)-2-butanol [moléculas quirais, mas misturas 50:50 de (R) e (S)]

Se a reação for realizada na presença de uma influência quiral (solvente

opticamente ativo) ou enzima, o resultado final será diferente.

Síntese Enantiosseletiva

OEt

O

F

OEt

O

H

lipase

FEthyl (R)-(+)-2-fluorohexanoate

(>99% enantiomeric excess)

OH

O

F H(S)-()-2-Fluorohexanoic acid

(>69% enantiomeric excess)

H OHH O+ Et+

Ethyl (+)-2-fluorohexanoate

[an ester that is a racemate

of (R) and (S) forms]

DROGAS QUIRAIS

O

CH3

OH

Ibuprofen � antiinflamatório (Advil, Motrin, Nuprin)

Apenas o isômero (S) é efetivo.

Organismo converte lentamente (R) em (S)

Isômero (S) puro age mais rápido no organismo

H2N

CO2H

HO

HO

CH3

Metildopa � anti-hipertensivo

(Aldomet)

Apenas o isômero (S) é efetivo

HS

H2N

CO2H

H

Penicilina

O isômero (S) é um agente terapêutico

altamente potente para artrite crônica primária.

O isômero (R) não tem ação terapêutica, e é

altamente tóxico.

RELACIONANDO CONFIGURAÇÕES ATRAVÉS DE REAÇÕES

NAS QUAIS NÃO SE ROMPEM LIGAÇÕES COM ESTEREOCENTRO

HC

CH3

CH2

CH2

CH3

OH + H Clheat

HC

CH3

CH2

CH2

CH3

Cl + H OH

Same configuration

25][ D25][ D= �5.756° = +1.64°

(S)-(�)-2-metilbutanol (S)-(+)-1-cloro-2-metilbutano