Estereoquimica - Pós-graduação

Prof. Nunes

EstereoquímicaEstereoquímica

Universidade Federal do CearáCentro de CiênciasCurso de PósPós--GraduaçãoGraduação em Química

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EstereoquímicaEstereoquímica

Prof. Dr. José Nunes da Silva [email protected]

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HistóriaHistória

18001800--18501850� grande era da geométria ótica� cientistas franceses: difração, interferência e polarizaçãopolarização dada luzluz.

possívelpossível relaçãorelação com a com a estruturaestrutura dada matériamatéria

AtividadeAtividade ÓticaÓtica - habilidade de uma substância rodar o plano depolarização da luz, foi descoberta em 1815 no

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polarização da luz, foi descoberta em 1815 no“College de France” pelo físico JeanJean––BaptisteBaptiste BiotBiot.

(1774-1862)2

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HistóriaHistória

18001800--18501850� grande era da geométria ótica� cientistas franceses: difração, interferência e polarizaçãopolarização dada luzluz.

possívelpossível relaçãorelação com a com a estruturaestrutura dada matériamatéria

AtividadeAtividade ÓticaÓtica - habilidade de uma substância rodar o plano depolarização da luz, foi descoberta em 1815 no

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polarização da luz, foi descoberta em 1815 no“College de France” pelo físico JeanJean––BaptisteBaptiste BiotBiot.

(1774-1862)3

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HistóriaHistória

18481848 –– na Ecole Normale in Paris, LouisLouis PasteurPasteur fez um conjunto deobservações que o levou, poucos anos mais trade, a elaborar suateoria, a qual é a fundação da Estereoquímica:

“Optical activity of organic solutions is determined by molecular

asymmetry, which produces nonsupenmposable mirror-image

structures”.

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(1822-1895)4

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HistóriaHistória

18581858 –– Na mesma época, ficou conhecido através do trabalho de KekuléKekuléque o carbono era tetravalente.

van'tvan't HoffHoff e LeLe BelBel propuseram que as quatrovalências do carbono não eram planares.

van'tvan't HoffHoff propôs que o arranjoarranjo espacialespacial era

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(1829-1896)

van'tvan't HoffHoff propôs que o arranjoarranjo espacialespacial eratetraédricotetraédrico.

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HistóriaHistória

18741874 –– extensão lógica da ideia: teoria da estrutura orgânica em trêsdimensões foi avançada quase simultaneamente por:

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Jacobus Henricus van’t Hoff Holanda

(1852-1911)

Joseph Le BellFrança

(1847-1930)

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HistóriaHistória

van'tvan't HoffHoff propôs que o arranjoarranjo espacialespacial era tetraédricotetraédrico.

carbono estereogênico

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Um composto contendo um carbonocarbono substituídosubstituído comcom quatroquatro gruposgruposdiferentesdiferentes (carbonocarbono estereogênicoestereogênico) seria, portanto, capaz de existir emduas formas distintas não-sobreponíveis.

O átomoátomo dede carbonocarbono estereogênicoestereogênico foi a causa da assimetriaassimetria molecularmoleculare, portanto, da atividadeatividade ópticaóptica.

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Isomeria : Isomeria : Isômeros ConstitucionaisIsômeros Constitucionais

isômeros

Compostos que têm a mesmamesma fórmulafórmula molecularmolecular, mas não são idênticos sãochamados de isômerosisômeros, os quais se dividem em duas classes principais:isômerosisômeros constitucionaisconstitucionais e estereoisômerosestereoisômeros..

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isômeros constitucionais estereoisômeros

isômeros cis/trans isômeros que contêm centros

quiraisIsômerosIsômeros constitucionaisconstitucionais

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Isomeria: Isomeria: EstereoisômerosEstereoisômeros

isômeros

� Diferentemente do que ocorre nos isômerosisômeros constitucionaisconstitucionais, nosestereoisomerosestereoisomeros,, os átomos estãoestão conectadosconectados dada mesmamesma formaforma.

�� EstereoisômerosEstereoisômeros (também chamados de isômeros configuracionais)diferemdiferem--sese nana formaforma queque seusseus átomosátomos estãoestão arranjadosarranjados nono espaçoespaço.

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isômeros cis/trans isômeros que contêm centros

quirais

estereoisômerosestereoisômeros

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� Os estereoisomerosestereoisomeros, por sua vez, sãosão subdivididossubdivididos emem duasduas classesclasses,de acordo com a presençapresença ((ouou nãonão)) de centroscentros estereogênicosestereogênicos.

isômeros

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isômeros cis/trans

isômeros que contêm centros estereogênicos

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Isomeria: Isomeria: Duplas LigaçõesDuplas Ligações

� A hibridação sp2 nos átomos de carbono de uma ligação dupla e aresultante ligação π favorece um arranjo planar de dois átomos decarbono e os quatro átomos diretamente ligados a eles.

� Quando os doisdois substituintessubstituintes emem umum dosdos átomosátomos dede carbonocarbono nãonão sãosãoidênticosidênticos, existem duas moléculas estruturalmente distintas(estereoisômerosestereoisômeros) que não podem se interconverter sem a quebra da

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(estereoisômerosestereoisômeros) que não podem se interconverter sem a quebra daligação π.

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Há duas maneiras comuns de nomear esses compostos.

Se existe apenas um substituinte em cada carbono, os compostospode ser chamado de ciscis e transtrans.

�� ciscis:: isômero com ambos os substituintes no mesmo lado dadupla ligação.

Nomenclatura: Nomenclatura: Duplas LigaçõesDuplas Ligações

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dupla ligação.

�� transtrans:: isômero com substituintes em lados opostos.

ciscis trans trans

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SeSe houverhouver maismais dodo queque umum substituintesubstituinte emem qualquerqualquer carbonocarbono, estasdenominações pode tornar-se ambíguas.

Há um sistema que pode ser inequívoca aplicado a todos oscompostos, não importando quantos ou quão complexos podem ser ossubstituintes:

isômeroisômero ZZ (juntos) ou isômeroisômero EE (opostos)(opostos)..


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isômeroisômero ZZ (juntos) ou isômeroisômero EE (opostos)(opostos)..

Este sistema baseia-se nas regras de prioridade de Cahn-Ingold-Prelog,que atribui prioridade na ordem decrescente do número atômico.

ZZ EE

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� Se doisdois átomosátomos substituintessubstituintes têmtêm oo mesmomesmo númeronúmero atómicoatómico (porexemplo, dois substituintes de carbono), os números atómicos dosátomos sucessivos nos grupos são comparados até que umadiferença seja encontrada.

�� LigaçõesLigações múltiplasmúltiplas, tal como num grupo carbonila, são


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�� LigaçõesLigações múltiplasmúltiplas, tal como num grupo carbonila, sãocontadas como dois (ou três para uma ligação tripla) átomos.

� É a primeira diferença que determina prioridade.

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� Quando for atribuída a prioridade, o isômero com os grupos de maiorprioridade em cada carbono no mesmo lado da ligação dupla chama-se isômeroisômero ZZ.

� O isômero com os substituintes de maior prioridade em ladosopostos é o isômeroisômero EE.


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EE ZZ

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� Determinados átomos de ter um par de eletróns não-partilhados aoinvés de um substituinte.

�� ParesPares dede elétronelétron livreslivres possuem a mais baixa prioridade naconvenção Cahn-Ingold-Prelog.

� logo: R ou H > parpar dede elétronselétrons livreslivres (:)

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Assim como substituintes podem estar no mesmomesmo ladolado dede umauma ligaçãoligaçãodupladupla ou em ladoslados opostosopostos dada dupladupla ligaçãoligação, eles podem estar no ladooposto ou em lado opostos de compostos cíclicos.

Os dois arranjos são diferentes configurações e não podem sertrocadas entre si sem quebrar e refazer pelo menos uma ligação.

Configuração: Configuração: Compostos CíclicosCompostos Cíclicos

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Aqui os termos ciscis (mesmo(mesmo lado)lado) e transtrans (lados(lados opostos)opostos) ssãoinequívocos e foram adotados como a designação de configuração.

ciscis transtrans cis,cis, transtrans trans,trans, ciscis

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EstereoisômerosEstereoisômeros também surgem quando dois anéis compartilham umvínculo comum.

No isômero ciscis ambos os ramos do anel fundido estão no mesmomesmo ladolado.

No isômero transtrans, que estão em ladoslados opostosopostos.

Configuração: Configuração: Compostos CíclicosCompostos Cíclicos

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Os estereoisomerosestereoisomeros, por sua vez, sãosão subdivididossubdivididos emem duasduas classesclasses, deacordo com a presençapresença ((ouou nãonão)) de centroscentros estereogênicosestereogênicos.

isômeros

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isômeros cis/trans


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Assimetria MolecularAssimetria Molecular

O átomoátomo dede carbonocarbono estereogênicoestereogênico foi a causa da assimetriaassimetria molecularmoleculare, portanto, da atividadeatividade ópticaóptica.

Desta forma, fica evidente a importânciaimportância dada simetriasimetria molecularmolecular nadiscussão dos conteúdos relacionadosrelacionados àà EstereoquímicaEstereoquímica.

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SimetriaSimetria

SimetriaSimetria é um atributo esteticamente agradável de objetos encontradosna arquitetura e em várias formas de arte e na natureza.

A essência da simetriasimetria é a recorrênciarecorrência dede certoscertos padrõespadrões dentrodentro dede umumobjetoobjeto ouou estruturaestrutura.

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A simetriasimetria bilateralbilateral é um único plano de simetria, o qual divide o objetoem duas partes que são imagens especulares uma da outra.

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Simetria na QuímicaSimetria na Química

SimetriaSimetria é de suma importânciaimportância nana QuímicaQuímica, estando presente emmuitas áreas, tais como:

� Estruturas cristalinas;� Espectroscopia molecular;� Momentos de dipolo� Atividades ópticas

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� Atividades ópticas� Computação em química quântica� Estruturas moleculares� Entendimento da ESTEREOQUÍMICA

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ÉÉ convenienteconveniente pensarpensar nas moléculasmoléculas como entidades estáticasidealizadas que podem ser representadas por modelosmodelos mecânicosmecânicosrígidosrígidos.

Também demos ter em mente que as moléculas são tridimensionais,portanto, somentesomente estruturasestruturas 33DD serãoserão completamentecompletamente adequadasadequadas comocomomodelosmodelos.

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modelosmodelos.

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Assim, a representaçãorepresentação tetraédricatetraédrica do (+)-ácido lático ou seu desenhoem perspectiva éé umum modelomodelo adequadoadequado,

� mas a projeçãoprojeção dede FischerFischer (sem as devidas especificaçõessobre quais grupos estão par frente e quais estão para trás) nãonãoéé umauma representaçãorepresentação adequadaadequada, pois pode levar a conclusõeserrôneas que está molécula tem um plano de simetria.

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errôneas que está molécula tem um plano de simetria.

CH3

COOH

HHO

(+)- ácido lático

COOH

HO H

CH3

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Elemento e Operação de SimetriaElemento e Operação de Simetria

ElementoElemento dede SimetriaSimetria – é uma entidadeentidade geométricageométrica

pontoeixoplano

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em torno dos quais uma operação de simetria é realizada.

Operação de Simetria – um movimento tal como a inversão em torno deum ponto, rotação em torno de uma eixo ou a reflexão de plano para seobter uma orientação equivalente.

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Elemento Operação Símbolo

Identidade E

Eixo Rotação por 2π/n Cn

Plano Reflexão σ

Centro Inversão i

Eixo Impróprio Rotação por 2π/n seguida por

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Eixo Impróprio Rotação por 2π/n seguida porreflexão perpendicular ao eixode rotação

Sn

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Uma orientação equivalente é uma orientação similar à original, masmasnãonão igualigual àà idênticaidêntica.

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Identidade, EIdentidade, E

É claro que qualquer figura ou modelo giradogirado 360360oo,, emem tornotorno dedequalquerqualquer eixoeixo, será sobreponível a ele mesmo.

Portanto, o C1 é um elementoelemento dede simetriasimetria universaluniversal; ele é equivalente àoperaçãooperação identidadeidentidade.

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360°

C1

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Identidade, EIdentidade, E

A identidade é sempre um elemento de simetria quando não faz nada aoobjeto, sempre deixando-o da forma forma que ele era originalmente.

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E(x1 ,y1 ,z1) = (x1 ,y1 ,z1)

360°

1

2 3

1

2 3

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EixosEixos dede simetriasimetria: uma linha que é aplicada para rodar uma moléculaatravés de um ângulo 2π/n e, após a rotação, deixa a moléculainalterada.

Eixo de SimetriaEixo de Simetria

C2(z)(x1,y1,z1) = (-x1, -y1, z1)

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1 2 2 1

180°

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Ângulo de Rotação Operação de Simetria

60º C6

120º C3 (≡ C62)

180º C2 (≡ C63)

240º C32 (≡ C6

4)

300º C 5

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300º C65

360º E (≡ C66)

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OutrosOutros exemplosexemplos::

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WC

C C

C

C

C

O

O

O

O

OO

C4

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Moléculas contendo 5 5 eixoseixos CC22:

(a) Ferroceno eclipsado: vistas lateral e do topo.

Outros exemplos:

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(b) Ferroceno alternado: vistas lateral e do topo

Cada molécula tem 5 5 eixoseixos CC22, somente um deles é mostrado.

Sob rotação em torno do eixo C2, os átomos se alteram: 1 → 1`, etc…

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OutrosOutros exemplosexemplos::

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A presença de eixos de simetria nãonão impedeimpede aa quiralidadequiralidade. De fato, amoléculamolécula abaixoabaixo éé quiralquiral.


G

G

C2

CH3

H

H5C2G =

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Consequentemente, quiralidade ≠≠ assimetria (ausência de simetria)

NaNa literaturaliteratura maismais antigaantiga, quiralidade == dissimetria

Atualmente, temos usado “impropriamente” quiralidade == assimetria

Portanto, a afirmação mais exata de requerimento para enantiomerismoé dissimetriadissimetria.

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ExercícioExercício

Encontrar todos os possíveis eixos de rotação nas moléculas abaixo.

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Plano de SimetriaPlano de Simetria

PlanoPlano dede simetriasimetria é um plano que divide a molécula em duas metadesidênticas, de tal forma que uma é imagem da outra.

Com base no eixoeixo principalprincipal, os planosplanos dede simetriasimetria são de dois tipos:

� plano vertical ao eixo principal (σv )� plano horizontal ao eixo principal (σh )

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� plano horizontal ao eixo principal (σh )� plano diagonal ao eixo principal (σd )

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� Plano vertical ao eixo principal (σv ): Ocorre quando o plano é traçadono sentido vertical à molécula.

Eixo PrincipalC2

Plano vertical σv

Plano vertical σv

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C2 C2

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� Plano horizontal ao eixo principal (σh): Ocorre quando o plano étraçado no sentido horizontal à molécula.

C2

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C2

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� Plano diagonal ao eixo principal (σd ): Ocorre quando o plano étraçado no sentido vertical à molécula e bisseccionabissecciona doisdois eixoseixos CC22

perpendiculares.

C2

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C2

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Encontrar todos os possíveis planos de rotação planos de rotação nas moléculas abaixo.

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Centro de Inversão, iCentro de Inversão, i

CentroCentro dede inversãoinversão ((ii)):: esta operação de simetria projeta cada átomo damolécula em questão através de um pontoponto imaginárioimaginário (i)(i) e, caso amolécula resultante for indistinguível da molécula inicial esta possuipossuicentocento dede inversãoinversão.

Me

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RMe

H

Me

H

R

.

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Verificar se as moléculas em questão possuem centro de inversãocentro de inversão.

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EEixoixo de de RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio: (: (SSnn))

RotaçãoRotação dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio ((SSnn)):: É na verdade uma operação desimetria combinada.

Consiste em efetuarefetuar umauma rotaçãorotação CCnn e, em seguida, umauma reflexãoreflexão (planoespecular) perpendicularperpendicular àà estaesta rotaçãorotação.

Também é conhecida como operação de rotoroto--reflexãoreflexão.

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Também é conhecida como operação de rotoroto--reflexãoreflexão.

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RotaçãoRotação dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio ((SSnn)):: Casos Especiais

A operação SS11 nãonão éé considerada, pois consiste em CC11 seguido dereflexão.

EsteEste conjuntoconjunto temtem oo mesmomesmo significadosignificado dede umum planoplano dede simetriasimetria.

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A operação SS22 também nãonão éé considerada pois consiste em C2

seguido de reflexão.

EsteEste conjuntoconjunto temtem oo mesmomesmo significadosignificado dodo centrocentro dede inversãoinversão (i)(i)..

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A operação SS22 também nãonão éé considerada pois consiste em C2

seguido de reflexão.

EsteEste conjuntoconjunto temtem oo mesmomesmo significadosignificado dodo centrocentro dede inversãoinversão (i)(i)..

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Verificar se as moléculas em questão possuem eixoeixo dede rotaçãorotaçãoimpróprioimpróprio (Sn)(Sn)

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Grupos PontuaisGrupos Pontuais

Um grupogrupo dede simetriasimetria é o conjunto de todas as operações de simetriaque podem converter uma determinada molécula em orientaçõesindistinguíveis da original.

Então, éé oo conjuntoconjunto dede todostodos osos elementoselementos dede simetriasimetria queque umaumadeterminadadeterminada moléculamolécula possuipossui.

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Embora o número de moléculas é quase infinito, as possíveiscombinações de elementos de simetria e operações são relativamentediminutas.

Estas combinações são chamadas GrupoGrupo PontualPontual .

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Grupos PontuaisGrupos Pontuais

GruposGrupos pontuaispontuais podem ser classificados em doisdois gruposgrupos principaisprincipais:

� estruturas semsem simetria de reflexão; e� estruturas comcom simetria de reflexão;

Tal classificação éé fundamentalfundamental parapara aa compreensãocompreensão da estereoquímica.

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Tal classificação éé fundamentalfundamental parapara aa compreensãocompreensão da estereoquímica.

Estruturas moleculares semsem simetriasimetria dede reflexãoreflexão - estruturaestrutura quiralquiral.

� sem plano e sem eixo - são chamadas de assimétricasassimétricas..� sem plano mas tendo eixo - são chamadas de dissimétricasdissimétricas.

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QuiralidadeQuiralidade

QuiralidadeQuiralidade (do grego " chier, " significa mão) éé aa propriedadepropriedade exibidaexibidaporpor umauma estruturaestrutura molecularmolecular (ou qualquer objeto, p.ex., uma mão) queque éénãonão sobreponívelsobreponível aa suasua imagemimagem nono espelhoespelho; isto também é chamado de"handedness".

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Nenhuma estrutura quiralNenhuma estrutura quiral pode ter um plano de simetriaplano de simetria.

Se um Cn (n>1) também está ausente, a esta estrutura faltam todos oselementos de simetria, e éé chamadachamada assimétricaassimétrica (grupo pontual Ci).

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MoléculasMoléculas queque possuempossuem simetriasimetria axialaxial (um ou mais Cn) podempodem serserdissimétricasdissimétricas, mas nãonão assimétricasassimétricas. Esses que sósó têmtêm umum eixoeixo dedesimetriasimetria constituem o grupo pontual Cn.

Não é tão raro ter moléculasmoléculas queque pertençampertençam aoao grupogrupo CC22, i.e., tenhamtenhamumum CC22 comocomo oo únicoúnico elementoelemento dede simetriasimetria. Dicloroaleno (IX) pertence aeste grupo pontual: é claramente quiral (IXa), e a simetria C2 é vista


PGQUIM - UFC54

este grupo pontual: é claramente quiral (IXa), e a simetria C2 é vistamelhor usando projeções de Newman (IXb).

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� A quiralidade de ““muitasmuitas”” moléculas é garantida pela presença deuma carbono tetraédrico (estereogênicoestereogênico, assimétrico) com quatrosubstituintes diferentes.

�� UmUm carbonocarbono estereogênicoestereogênico é um átomo de carbono que estáestá ligadoligado aa44 gruposgrupos diferentesdiferentes, e é normalmente indicado por um asteriscoasterisco.

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�� SomenteSomente os carbonos com hibridaçãohibridação spsp33 são carbonoscarbonos assimétricosassimétricos..

� Um carbonocarbono assimétricoassimétrico é também conhecido como um centrocentroestereogênicoestereogênico.

� Um centrocentro estereogênicoestereogênico, portanto, quando abrange tais átomos, podeser chamado de forma mais abrangente como um estereocentroestereocentro.

PGQUIM - UFC56

ser chamado de forma mais abrangente como um estereocentroestereocentro.

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ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos

Existem vários outrosoutros elementoselementos químicos que compartilham com ocarbono o potencial para serem átomosátomos estereogênicosestereogênicos, os quais quasesempre conferem quiralidade a uma molécula.

IVIVElementos do grupogrupo IVIV podem constituir em átomosestereogênicos ao contar com 4 ligantes diferentes.

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19591959 – foram descobertos os primeiros exemplos demoléculas quirais pela presença de Si*, como ofenilmetilnaftilmetoxisilano*.

* Sommer, L. H., Angew. Chem., 1982, 74, 176; Oestreich, M., Synlett, 2007, 1629.

Si

Ph

Me OMe

C10H7

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IVIV Compostos quirais contendo germâniogermânio (GeGe*)a, e o estanhoestanho(SnSn)b, como átomos estereogênicos, também sãoconhecidos.

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a) Brook, A. G., Peddle, G. D. J., J. Am. Chem. Soc., 1963, 85, 2338.b) Gielen, M. Top. Curr. Chem., 1982, 104, 57; Kano, T., Konishi, T., Konishi, S., Maruoka, K.,

Tetrahedron Lett., 2006, 47, 873.

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VV A estruturaestrutura piramidalpiramidal na molécula do amoníacoamoníaco sugere queas aminas terciárias do tipo RR’R’’N devem existir em formasenantioméricas, pois carecem de um plano de simetria.

Todavia, todas as tentativas para se preparar tais compostosfalaharam, pois a energiaenergia dede ativaçãoativação para sua

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interconversão éé muitomuito baixabaixa.*

* Mannschreck, A., Munsch, H., Matheus, A., Angew. Chem., 1966, 78, 751.

N

R

R'

R''

: N

R

R'

R''

:Eact 5 Kcal/mol

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VV A estabilidadeestabilidade configuracionalconfiguracional pode ser alcançada naquelescompostos nos quais o átomo de nitrogênio faz parte de umanel pequeno, como o das aziridinasaziridinas diastereoisoméricasdiastereoisoméricas*.

N

H3C

ClN

H3C Cl..

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* Kostyanovsky, R. G.; Markov, V. I.; Gella, I. M.; Tetrahedron Lett., 1972,1301.

H ClH ..

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VV NitrogêniosNitrogênios tetracoordenadostetracoordenados (sp(sp33)) podem atuar comoátomos estereogênicos.

SaisSais dede amônioamônio foram preparados deste 1899. N

CH3

C2H5 C3H7i

C4H9i

+

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ÓxidosÓxidos dede aminaamina foram obtidos em suas formasenantioméricas puras*.

* Pottapov, V. M. Stereochemistry, MIR: Moscou, 1979, pp. 562-567.* Malkov, A.; Kocovsky, P. Eur. J. Org. Chem. 2007, 29.

H3C

N OC2H5

Ph

+ -

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VV A diferença da barreirabarreira dede inversãoinversão do nitrogênio em aminasaminasacíclicasacíclicas éé muitomuito baixabaixa.*

N

R

R'

R''

: N

R

R'

R''

:Eact 5 Kcal/mol

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Já em fosfinasfosfinas e arsinasarsinas são muito altas (30 Kcal/mol e>>4040 Kcal/molKcal/mol, respectivamente). Como consequência, têmtêmsidosido preparadaspreparadas nasnas formasformas enantiomericamentesenantiomericamentes pupuraas.

H3CP

Ph

C3H7i

..

+H3C

As

Ph

C3H7i

..

+

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VIVI Os compostos com enxofreenxofre tricoordenadotricoordenado possui umaconfiguraçãoconfiguração piramidalpiramidal similar à encontrada nos derivadostrivalentes de nitrogênio, fósforo e arsênio.

C2H5

S

CH3

CH2COOH

..

p-CH3C6H4

S

C2H5

O

..

++

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ElementosElementos inorgânicosinorgânicos também são lugar à quiralidade nasmoléculas ao possuir 4 ligantes diferentes em umaconfiguração tetraédrica.

ONRe

COOMe

PPh3

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Isômeros com Isômeros com 1 Centro 1 Centro EstereogênicoEstereogênico

� Um composto com um carbonocarbono assimétricoassimétrico pode existir como doisdoisestereoisômerosestereoisômeros diferentesdiferentes, que podem manter (ou não) uma relaçãorelaçãoobjetoobjeto--imagemimagem entre si.

�� EstereoisômerosEstereoisômeros com tal característica são chamados de enantiômerosenantiômeros.

isômeros

PGQUIM - UFC64


isômeros cis/trans


enantiômeros diastereoisômeros

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� O 22--bromobutanobromobutano pode existir como enantiômerosenantiômeros.

Isômeros com Isômeros com 1 Centro 1 Centro EstereogênicoEstereogênico

PGQUIM - UFC65

EstereoisômerosEstereoisômeros -- EnantiômerosEnantiômeros

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Desenhando EnantiômerosDesenhando Enantiômeros

� Os enantiômerosenantiômeros sãosão normalmentenormalmente desenhadosdesenhados utilizando-se fórmulasfórmulasemem perspectivaperspectiva ((cavaletecavalete)) ou projeçõesprojeções dede FischerFischer.

� A fórmulasfórmulas emem perspectivaperspectiva mostram duasduas dasdas ligaçõesligações ao carbonoassimétrico nono planoplano do papel (linhas cheias), umauma ligaçãoligação parapara trástrás doplano (cunha pontilhada) e umauma ligaçãoligação parapara aa frentefrente do plano (cunha

PGQUIM - UFC66

plano (cunha pontilhada) e umauma ligaçãoligação parapara aa frentefrente do plano (cunhacheia).

fórmulas em perspectiva dos enantiômeros do 2-bromobutano

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QuiralidadeQuiralidade x x AquiralidadeAquiralidade

Uma molécula é quiralquiral ((assimétricaassimétrica)) quando nãonão possuipossui algumalgum dosdoselementoselementos dede simetriasimetria (Sn, i, Cn, σ).

PGQUIM - UFC67

Uma molécula é aquiralaquiral ((dissimétricadissimétrica)) quando possuipossui algumalgum dosdoselementoselementos dede simetriasimetria (Sn, i, Cn, σ).

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Embora a quiralidadequiralidade de muitas moléculas seja o resultado da presençade um carbono tetraédrico com quatro substituintes diferentes (C*), aexistência de tal átomo em um composto nãonão éé umauma condiçãocondiçãonecessárianecessária,, nemnem suficientesuficiente,, parapara aa quiralidadequiralidade.

O2N I O2N IEact

PGQUIM - UFC68

A

B

A

B

A

B

A

B

I II

O2N I

2

I NO2> 20 Kcal/mol

COOH

H OH

H OH

H OH

COOH

COOH

H OH

HO H

H OH

COOH

σquiraisquirais(sem C*)(sem C*)

quiraisquirais(sem C*)(sem C*)

aquiraisaquirais(3 C*)(3 C*)

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CarbonosCarbonos EstereogênicosEstereogênicos

Mislow e Siegel* definiram como átomoátomo estereogênicoestereogênico um átomoátomo unidounidoaa váriosvários gruposgrupos dede taltal naturezanatureza queque oo intercâmbiointercâmbio dede doisdois gruposgruposproduziráproduzirá umum estereoisômeroestereoisômero.

O novo estereoisômero será um enantiômero ou um diastereoisômeroda molécula original dependendo da existência (ou não) de átomosestereogênicos adicionais.

PGQUIM - UFC* Mislow, K., Siegel, J., J. Am. Chem.Soc., 1984, 106, 3319.

COOH

H OH

H OH

H OH

COOH

COOH

H OH

HO H

H OH

COOH

σ

2

3

4

2

3

4

C3C3 são estereogênicos: possuem ligantes iguaispossuem ligantes iguais

troca produz novo troca produz novo diastereoisômerodiastereoisômero

COOH

H OH

H OH

HO H

COOH

COOH

HO H

HO H

H OH

COOH

σ

2

3

4

2

3

4

C3C3 nãonão são estereogênicos: possuem ligantes iguaispossuem ligantes iguais

troca regenera troca regenera estereoisômeroestereoisômero originaloriginal

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Revisando....Revisando....

� Um estereocentroestereocentro (ou centrocentro estereogênicoestereogênico) é umum átomoátomo emem queque aatrocatroca dede doisdois gruposgrupos produzproduz umum estereoisômeroestereoisômero.

� Portanto, carbonoscarbonos assimétricosassimétricos (onde a troca de dois grupos produz umenantiômero), e duplasduplas ligaçõesligações (onde a troca grupos converte umisômeroisômero ciscis em um isômeroisômero transtrans (ou um Z em E).

PGQUIM - UFC70

isômeroisômero ciscis em um isômeroisômero transtrans (ou um Z em E).

estereocentro estereocentro

estereocentro

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EstereocentroEstereocentro

Identifique todos os estereocentrosestereocentros de cada um dos compostos seguintes:

PGQUIM - UFC71

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EstereocentroEstereocentro

Identifique todos os estereocentrosestereocentros de cada um dos compostos seguintes:

PGQUIM - UFC72

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Isômeros com Isômeros com mais de 1 mais de 1 Centro Centro QuiralQuiral

EstereoisômerosEstereoisômeros com tal característica são chamados dediastereoisômerosdiastereoisômeros.

isômeros


PGQUIM - UFC73

isômeros cis/trans


enantiômeros diastereoisômeros

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� Muitos compostos orgânicos têm mais de um carbono assimétrico. QuantoQuantomaismais carbonoscarbonos assimétricosassimétricos umum compostocomposto tem,tem, maismais estereoisômerosestereoisômerossão possíveis para o composto.

� Se soubermos quantos carbonos assimétricos tem no composto, podemoscalcular o número máximo de estereoisômeros: 22nn.

Isômeros com Isômeros com mais que 1 Carbono mais que 1 Carbono EstereogênicoEstereogênico

PGQUIM - UFC74

� Por exemplo, o ácido 22,,33--diidroxibutanóicodiidroxibutanóico tem dois carbonosassimétricos. Portanto, ele pode ter até quatroquatro estereoisômerosestereoisômeros..

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Enantiômeros e Enantiômeros e DiastereoisômerosDiastereoisômeros

PGQUIM - UFC75

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Enantiômeros e Enantiômeros e DiastereoisômerosDiastereoisômeros

� Ao escrever as projeçõesprojeções dede FischerFischer das moléculas com dois centrosestereogênicos, temos:

PGQUIM - UFC76

� Quando a cadeia carbônica está na vertical e seus substituintessubstituintes estãoestão dodomesmomesmo ladolado da projeção Fischer, a molécula é descrita comoo diastereoisômero eritroeritro.

� Quando os substituintessubstituintes estãoestão emem ladoslados opostosopostos da Fischerprojeção, a molécula é descrito como o diastereoisômero treotreo.

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Síntese Síntese OrOrgânicagânica

PGQUIM - UFC77

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Nomeando EnantiômerosNomeando Enantiômeros

� Há a necessidade de um sistemasistema dede nomenclaturanomenclatura que indicasse aconfiguraçãoconfiguração ((arranjoarranjo espacialespacial)) dosdos átomosátomos ouou gruposgrupos aoao redorredor dodocarbonocarbono assimétricoassimétrico.

� As letras RR e SS são utilizadas para indicar as duasduas configuraçõesconfiguraçõespossíveispossíveis.

PGQUIM - UFC78

� O sistemasistema RR,SS foi desenvolvido por Cahn,Cahn, IngoldIngold ee PrelogPrelog.

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Sugestão de LeituraSugestão de Leitura

PGQUIM - UFC79

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Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S

Vamos primeiro olhar como podemos determinar a configuração de umcomposto se nós temos um modelo tridimensional do composto.

1)1) ClassifiqueClassifique osos gruposgrupos (ou(ou átomos)átomos) ligadosligados aoao carbonocarbono estereogênicoestereogênico

PGQUIM - UFC80

1)1) ClassifiqueClassifique osos gruposgrupos (ou(ou átomos)átomos) ligadosligados aoao carbonocarbono estereogênicoestereogênicosegundosegundo aa ordemordem dede prioridadeprioridade. Os números atômicos dos átomosdiretamente ligados ao carbono assimétrico determinam as prioridadesrelativas. QuantoQuanto maiormaior oo númeronúmero atômico,atômico, maiormaior aa prioridadeprioridade.

maior prioridade

menor prioridade

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� Se a prioridade não puder atribuída com base nos átomosdiretamente ligados ao carbono assimétrico, a próxima camada deátomos deverá ser examinada.

**

(4)(4)(1)(1)

(3)(3)

PGQUIM - UFC81

**(2)(2)

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� Grupos com ligaçõesligações duplasduplas ou triplastriplas são atribuídas prioridades, comose seus átomos fossem duplicadosduplicados ou triplicadostriplicados.

como se ele fosse

PGQUIM - UFC82

como se ele fosse

é tratado é tratado como se se como se se

fossefosse

com com prioridade prioridade maior quemaior que

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2) Oriente a molécula para que o grupo (ou átomo), comcom aa prioridadeprioridade maismaisbaixabaixa ((44)) seja dirigido para longe de você. Em seguida, desenhedesenhe umaumasetaseta imagináriaimaginária partido do grupo (ou átomo) com o prioridadeprioridade maismais altaalta ((11))parapara oo grupogrupo (ou(ou átomo)átomo) comcom aa próximapróxima prioridadeprioridade ((22))..

�� SeSe aa setapontossetapontos nono sentidosentido horário,horário, oo carbonocarbono assimétricoassimétricopossuipossui aa configuraçãoconfiguração RR (R de rectus, palavra latina que significa"direito").

PGQUIM - UFC83

� SeSe aa setaseta apontaaponta parapara aa esquerda,esquerda, oo carbonocarbono assimétricoassimétrico temtemaa configuraçãoconfiguração SS (S de sinister, palavra latina que significa"esquerda").

(4)

(1)

(2)

(3)

RR

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� Se você tem problemas para visualizar relações espaciais e não tiveracesso a um modelo molecular, a metodologiametodologia abaixoabaixo permitirápermitirá quequevocêvocê determinedetermine aa configuraçãoconfiguração assimétricaassimétrica dede umum carbonocarbono semsem terterdede girargirar mentalmentementalmente aa moléculamolécula.

PGQUIM - UFC84

1)1) RanqueieRanqueie osos átomosátomos (ou(ou grupos)grupos) segundosegundo suassuas prioridadesprioridades..

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2) Se o grupo (ou átomo) com a prioridadeprioridade maismais baixabaixa estáestá ligadoligado porpor umaumacunhacunha tracejadatracejada, desenhedesenhe umauma setaseta aa partirpartir dodo grupogrupo (ou(ou átomo),átomo), comcom aaprioridadeprioridade maismais altaalta ((11)) parapara oo grupogrupo (ou(ou átomo)átomo) comcom aa segundasegunda maiormaiorprioridadeprioridade ((22))..

Se a setaseta apontaaponta nono sentidosentido horáriohorário, o composto tem a configuraçãoconfiguração RR,e se apontaaponta parapara aa esquerdaesquerda, o composto tem a configuraçãoconfiguração SS.

PGQUIM - UFC85

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2) Se o grupo (ou átomo) com a prioridadeprioridade maismais baixabaixa nãonão estáestá ligadoligado porporumauma cunhacunha tracejadatracejada, redesenheredesenhe aa projeçãoprojeção emem perspectivaperspectiva dede modomodo aacolocarcolocar oo grupogrupo dede maismais baixabaixa prioridadeprioridade voltadovoltado parapara trástrás dodo planoplano..

�� AoAo fazerfazer aa trocatroca dede posiçãoposição entreentre doisdois átomosátomos (ou(ou grupos)grupos) duasduas vezes,vezes,aa configuraçãoconfiguração dodo centrocentro quiralquiral nãonão sese alteraaltera..

�� AoAo fazerfazer aa trocatroca dede posiçãoposição entreentre doisdois átomosátomos (ou(ou grupos)grupos) umauma vezvez,, aa

PGQUIM - UFC86

�� AoAo fazerfazer aa trocatroca dede posiçãoposição entreentre doisdois átomosátomos (ou(ou grupos)grupos) umauma vezvez,, aaconfiguraçãoconfiguração dodo centrocentro quiralquiral sese alteraaltera..

1 troca

2 trocas

(R)(R)

(S)(S)

(R)(R)

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qual a configuração? a molécula tem configuração Rconfiguração R. Portanto, ela tinha configuração Sconfiguração S antes dos

1 troca

Projeção em perspectivaProjeção em perspectiva

PGQUIM - UFC87

ela tinha configuração Sconfiguração S antes dos grupos serem trocados.

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H para trás H para trás -- mantémmantém--se se a configuração determinada a configuração determinada

Projeção de FischerProjeção de Fischer

PGQUIM - UFC88

H para frente H para frente -- inverteinverte--se se a configuração determinada a configuração determinada

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ExercitandoExercitando

IndiqueIndique aa configuraçãoconfiguração absolutaabsoluta dosdos centroscentros quiraisquirais..

(R)(R) (R)(R)

PGQUIM - UFC89

(R)(R)

(R)(R)

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ClassifiqueClassifique cadacada parpar dede moléculasmoléculas comocomo enantiômerosenantiômeros ouou idênticasidênticas..

(R)(R)(S)(S)

enantiômerosenantiômeros

(R)(R)(S)(S)

PGQUIM - UFC90




(R)(R)(S)(S)

(S)(S) (R)(R)

(S)(S)(R)(R)

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IndiqueIndique aa ordemordem dede prioridadeprioridade dede cadacada conjuntoconjunto dede substituintessubstituintes..

33

22

44

3311

22

44

11

33

22

44

33 11

22

44

11

PGQUIM - UFC91

33 4422 11

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DiastereoisômerosDiastereoisômeros

� Devido ao fato dos diastereoisômerosdiastereoisômeros não serem imagens especularesum do outro, eles podem ter propriedadespropriedades físicasfísicas ee químicasquímicas muitomuitodiferentesdiferentes..

� Por exemplo, o estereoisômero ((22R,R,33R)R) do 3-amino-2-butanol é umlíquido,líquido, mas o diastereoisômero ((22R,R, 33S)S) é um sólidosólido cristalinocristalino.

PGQUIM - UFC92

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O 11--bromobromo--22--metilciclopentanometilciclopentano também tem dois carbonosestereogênicos e quatro estereoisômerosestereoisômeros.

Por ser um composto cíclico, os substituintessubstituintes podem manter umarelação espacial ciscis ou transtrans.

Os isômeros ciscis e transtrans existem como pares de enantiômeros:

PGQUIM - UFC93

Os isômeros ciscis e transtrans existem como pares de enantiômeros:

ciscis-1-bromo-2-metilciclopentano transtrans-1-bromo-2-metilciclopentano

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O 1-bromo-3-metilciclobutano nãonão temtem nenhumnenhum carbonocarbono assimétricoassimétrico.

O CC--11 tem um bromo e um hidrogênio ligado a ele, mas seus outros doisdoisgruposgrupos sãosão idênticosidênticos;

O CC--33 tem um grupo metila e um hidrogênio ligado a ele, mas seus doisdoisoutrosoutros gruposgrupos sãosão idênticosidênticos.

PGQUIM - UFC94

Porque oo compostocomposto nãonão temtem nenhumnenhum carbonocarbono comcom quatroquatro gruposgruposdiferentesdiferentes ligados a ele, eleele temtem apenasapenas doisdois estereoisômerosestereoisômeros, o isômerociscis e o isômero transtrans.

ciscis-1-bromo-3-metilciclobutano transtrans-1-bromo-3-metilciclobutano

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O 1-bromo-3-metilcicloexano tem doisdois carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos.

O carbono que é ligado a um hidrogêniohidrogênio e a um bromobromo também é ligadoa dois ((--CHCH22CH(CHCH(CH33)CH)CH22CHCH22CHCH22-- e --CHCH22CHCH22CHCH22CH(CHCH(CH33)CH)CH22--), e por issoé um carbono assimétrico.

OO carbonocarbono que está ligado a um hidrogênio e a um grupo metilatambém estáestá ligadoligado aa doisdois diferentesdiferentes gruposgrupos contendocontendo carbonocarbono, por isso

PGQUIM - UFC95

também estáestá ligadoligado aa doisdois diferentesdiferentes gruposgrupos contendocontendo carbonocarbono, por issoé também carbonocarbono estereogênicoestereogênico.


estes 2 grupos são diferentes carbono estereogênico

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Devido ao fato do composto tem doisdois carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos, podemexistir quatro estereoisômeros.

Enantiômeros podem ser desenhados para os isômero ciscis e transtrans.

PGQUIM - UFC96

ciscis-1-bromo-3-metilcicloexano transtrans-1-bromo-3-metilcicloexano

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O 11--bromobromo--44--metilcicloexanometilcicloexano nãonão temtem carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos.

Portanto, o composto tem apenas um isômero ciscis e um isômero transtrans.

PGQUIM - UFC97

ciscis-1-bromo-4-metilcicloexano transtrans-1-bromo-4-metilcicloexano

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Compostos MesoCompostos Meso

Nos exemplos anteriores, cadacada compostocomposto comcom doisdois carbonoscarbonosestereogênciosestereogêncios tinhatinha quatroquatro estereoisômerosestereoisômeros.

No entanto, alguns compostos com doisdois carbonoscarbonos estereogênciosestereogêncios têmapenas trêstrês estereoisômerosestereoisômeros. Ex: 22,,33--dibromobutanodibromobutano.

PGQUIM - UFC98

2,3-dibromobutano

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O isômero que "faltafalta" é a imagem especular de 11, porque 11 e suaimagemimagem nono espelhoespelho sãosão aa mesmamesma moléculamolécula..

PGQUIM - UFC99

imagemimagem especularespecularsobreponívelsobreponível

imagemimagem especularespecularsobreponívelsobreponível

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O estereoisômero 11 é chamado um compostocomposto mesomeso. Embora possuacarbonos assimétricos, é uma moléculamolécula aquiralaquiral porque éé sobreponívelsobreponívelsobresobre suasua imagemimagem especularespecular..

Quando a luz polarizada atravessa de uma solução de um compostomesomeso, o planoplano dede polarizaçãopolarização nãonão éé giradogirado.

Um composto mesomeso pode ser reconhecido pelo fato de que ele temtem doisdois

PGQUIM - UFC100

Um composto mesomeso pode ser reconhecido pelo fato de que ele temtem doisdoisouou maismais carbonoscarbonos assimétricosassimétricos e umum planoplano dede simetriasimetria.

11

plano de simetria

estereoisômero 11compostos mesomeso

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É fácil reconhecer quando um composto comcom doisdois carbonoscarbonosassimétricosassimétricos têm um estereoisômero que é um compostocomposto mesomeso..

Ele possui os doisdois carbonoscarbonos assimétricosassimétricos com quatroquatro átomosátomos ouou gruposgruposidênticosidênticos ligadosligados aa cadacada umum dosdos carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos.

PGQUIM - UFC101

composto mesocomposto meso par de enantiômerospar de enantiômeros

composto mesocomposto meso par de enantiômerospar de enantiômeros

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No caso de compostoscompostos cíclicoscíclicos, o isômero ciscis será o composto mesomeso� e o isômero transtrans vai existir como um par de enantiômerosenantiômeros.

PGQUIM - UFC102

composto mesocomposto meso

ciscis-1,3-dibromociclopentano

par de enantiômerospar de enantiômeros

transtrans-1,3-dibromociclopentano


ciscis-1,2-dibromocicloexano

par de enantiômerospar de enantiômeros

transtrans-1,2-dibromocicloexano

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mesomeso

ciscis-1,2-dibromocicloexano

PGQUIM - UFC103

plano de simetria

nenhum plano de simetria

conformação cadeiraconformação cadeira conformação barcoconformação barco

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Configuração AbsolutaConfiguração Absoluta

Determinação da configuraçãoconfiguração absolutaabsoluta em compostoscompostos quiraisquirais.

Como por ser feita?

18741874 Le Bel e van`t Hoff postularam a orientação tetraédrica dos 44substituintessubstituintes distintosdistintos no átomo de carbono.

PGQUIM - UFC

raioraio--x e difração eletrônica x e difração eletrônica

Eles reconheceram, todavia, a dificuldade existente para a assinalaçãoinequívoca de cada configuração aos enantiômeros individuais.

localição dos átomos localição dos átomos na moléculana molécula

não distinguemnão distinguemestruturas enantioméricasestruturas enantioméricas

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modificações na técnicamodificações na técnica


19511951 Bijvoet e colaboradores

obter profundidadeobter profundidadeaos padrões aos padrões fotográficosfotográficos

PGQUIM - UFC

fotográficosfotográficos

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18741874 --19511951 A literatura impressa baseou-se na assinalaçãoassinalação arbritáriaarbritária daconfiguração absoluta do (+)(+)--gliceraldeídogliceraldeído, a qual foi escolhida por EmilEmilFischeFischer.

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Os demais compostos orgânicos foram correlacionados quimicamentecom o (+)(+)--gliceraldeídogliceraldeído.

FelizmenteFelizmente e por casualidadecasualidade, a configuração que Fisher supôs é acorreta, de modo que as configurações assinaladas até 1951 tambémestão corretas.

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Uma representação simplificada, chamada de ProjeçãoProjeção dede FischerFischer,mostra o arranjoarranjo tridimensionaltridimensional dosdos gruposgrupos ligadosligados aoao carbonocarbonoassimétricoassimétrico emem duasduas dimensõesdimensões.

A projeçãoprojeção dede FischerFischer representa um carbonocarbono assimétricoassimétrico comocomo oo pontopontodede intersecçãointersecção entre duas linhas perpendiculares:

PGQUIM - UFC107

dede intersecçãointersecção entre duas linhas perpendiculares:

�� linhaslinhas horizontaishorizontais:: ligações para frente do plano�� linhaslinhas verticaisverticais:: ligações para trás do plano.


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PGQUIM - UFC108

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PGQUIM - UFC109

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O gliceraldeídogliceraldeído pode ser considerado como mais simples carboidratocarboidrato quiralquiral.

É uma aldoaldotriosetriose e, uma vez que contém um centro estereogênico, existe emduas formas estereoisoméricas: os enantiômerosenantiômeros DD e LL.

Carboidratos - Notação D/LCarboidratos - Notação D/L

PGQUIM - UFC110

De acordo com a convenção, a cadeiacadeia principalprincipal de átomos de carbono sese dispõedispõeverticalmenteverticalmente e de maneira que o átomoátomo dede carbonocarbono nono estadoestado dede oxidaçãooxidação maismaisaltoalto fiquefique nono extremoextremo superiorsuperior.

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Quase todos os açúcares encontrados na natureza são da sériesérie DD,

� a qual é caracterizada pela presença de uma hidroxila do ladodireito no carbonocarbono maismais distantedistante dada carbonilacarbonila, representada naprojeção de Fischer.

Carboidratos - Notação D/LCarboidratos - Notação D/L

PGQUIM - UFC111

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Subindo na escala de complexidade, chegamos próximo às aldotetrosesaldotetroses, asquais possuem 2 centros estereogênicos e, portanto,

44 estereoisômerosestereoisômeros são possíveis.

� 22 DD (hidroxila(hidroxila maismais distantedistante dada carbonilacarbonila àà direita)direita)�� 22 LL (hidroxila(hidroxila maismais distantedistante dada carbonilacarbonila àà esquerda)esquerda)

AldotetrosesAldotetroses

PGQUIM - UFC112

Os nomes das aldotetrosesaldotetroses::�� eritroseeritrose (hidroxilas do mesmo lado)� treosetreose (hidroxilas em lados diferentes)

da cadeia vertical da projeçãode Fischer

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AldopentosesAldopentoses têm 33 centroscentros estereogênicosestereogênicos.

� 8 estereoisômeros� 4 DD� 4 LL

As aldopentosesaldopentoses são nomeadas como:

AldopentosesAldopentoses

PGQUIM - UFC113

Observe que todos esses diastereoisômeros têm a mesma configuração no CC--44,,e que esta configuração é análoga à DD--(+)(+)--gliceraldeídogliceraldeído.

113

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As aldoexoses incluem alguns dos mais conhecidos monossacarídeos, bemcomo um dos compostos orgânicos mais abundantes na terra, D-(+)-glicose.

Com 44 centroscentros estereogênicosestereogênicos,

� 16 aldoexoses estereoisoméricas são possíveis,

� 8 da sériesérie DD� 8 da sériesérie LL

AldoexosesAldoexoses

PGQUIM - UFC114

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DD--(+)(+)--glicoseglicose é o monossacarídeomonossacarídeo mais conhecido e importante.Sua formação de dióxido de carbono, água e luz solar é a centraltema da fotossíntese.

A glicoseglicose foi isolada da uva passa em 17471747 através da hidróliseácida do amido em 18111811..

Sua estruturaestrutura foifoi determinadadeterminada, em trabalho que culminou em19001900, por EmilEmil FischerFischer.


1852-1919

PGQUIM - UFC115

19001900, por EmilEmil FischerFischer. 1852-1919

115

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O métodométodo dede BijvoetBijvoet é extremamente trabalhoso.

Todavia, o conhecimento químico acumulado com o passar dos anos sobre omecanismomecanismo dasdas reaçõesreações orgânicasorgânicas

Correlação na Configuração AbsolutaCorrelação na Configuração Absoluta

permitepermite aa assinalaçãoassinalação dede estereoquímicaestereoquímica noscompostos derivados de outrooutro cujacuja configuraçãoconfiguraçãoabsolutaabsoluta éé conhecidaconhecida

PGQUIM - UFC116

absolutaabsoluta éé conhecidaconhecida

lembrando que muitas reações ocorrem comretençãoretenção ou inversãoinversão de configuração.

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A D-(+)-galactose é um constituinte de numerosos polissacarídeos. É obtidamais facilmente por hidrólisehidrólise ácidaácida dada lactoselactose (açúcar do leite).

Trata-se de um dissacarídeodissacarídeo de DD--glicoseglicose e DD--galactosegalactose.

A (L)-(-)-galactose também ocorre naturalmente e pode ser preparada pelahidrólise da goma de semente de linhaça e ágar.

A principal fonte do DD--(+)(+)--manosemanose é a hidrólise do polissacarídeo do marfimvegetal, uma semente grande, do tipo de uma noz, obtida de uma palmeira nativa


PGQUIM - UFC117

vegetal, uma semente grande, do tipo de uma noz, obtida de uma palmeira nativada América do Sul.

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A formação de hemiacetalhemiacetal cíclicocíclico é mais comum quando o anel resultante possuicincocinco ou seisseis membros.

HemiacetaisHemiacetais cíclicoscíclicos� 5 membros - furanosesfuranoses� 6 membros - piranosespiranoses

O carbono anel que é derivado do grupo carbonila, o qual carrega doissubstituintes de oxigênio, é chamado de carbonocarbono anoméricoanomérico ( ).

Formação de Hemiacetais CíclicosFormação de Hemiacetais Cíclicos

PGQUIM - UFC

substituintes de oxigênio, é chamado de carbonocarbono anoméricoanomérico ( ).

Aldoses existem quase que exclusivamente como hemiacetaishemiacetais cíclicoscíclicos.

118

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é equivalente a

Conformação eclipsada reorientada daD-Eritrose, mostrando o grupogrupo hidroxilahidroxila no C4no C4em posição para adicionar ao grupogrupo carbonilacarbonila

PGQUIM - UFC119

α - β -

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As duas formas estereoisoméricas furanose da D-eritrose são nomeadas como:


α - β -

PGQUIM - UFC

As duas formas estereoisoméricas furanose da D-eritrose são nomeadas como:� α-D-Eritrofuranose� β-D-Eritrofuranose

Os prefixos α e β descrevem a configuração relativa.

A configuração αα do carbono anomérico é quando o seu grupo hidroxilahidroxila estáestávoltadavoltada parapara baixobaixo.

A configuração ββ do carbono anomérico é quando o seu grupo hidroxilahidroxila estáestávoltadavoltada parapara cimacima.

120

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Existe uma outraoutra formaforma dede representarrepresentar a formação do hemiacetal cíclico.

Como exemplo, vejamos a ciclização da DD-glicose.

PGQUIM - UFC121

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Os hemiacetaishemiacetais cíclicoscíclicos de 55 e 66 membrosmembros são possíveis a partir da D-glicose:

� 5 membros: furanosesfuranoses -- glicofuranosesglicofuranoses� 6 membros: piranosespiranoses -- glicopiranosesglicopiranoses


PGQUIM - UFC122

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As projeções de Fischer não são as melhores as formas de mostrar a estruturade um açúcar cíclico.

Uma representação mais satisfatória é dada ela projeçãoprojeção dede HaworthHaworth.

Os substituintessubstituintes queque estãoestão àà direitadireita nas projeções de Fischer, estarãoestarão parapara baixobaixonas projeçãoprojeção dede HaworthHaworth.

Projeções de HowarthProjeções de Howarth

PGQUIM - UFC

nas projeçãoprojeção dede HaworthHaworth.

DD--glicoses cíclicas glicoses cíclicas são mostradas a seguir:

123

relação trans relação cis

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As projeçõesprojeções dede HaworthHaworth

�� sãosão satisfatóriassatisfatórias para representar as relaçõesrelações configuracionaisconfiguracionais empiranoses,

� mas são pouco informativas quanto à conformaçãoconformação dosdos carboidratoscarboidratos.

Estudos cristalográficos de raios-X de um grande número de carboidratosrevelam que a β-DD--glicopiranoseglicopiranose adota uma conformaçãoconformação cadeiracadeira, posicionando

Projeções de HowarthProjeções de Howarth

PGQUIM - UFC

revelam que a β-DD--glicopiranoseglicopiranose adota uma conformaçãoconformação cadeiracadeira, posicionandoa hidroxila em uma posição equatorial.

124

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Até esse ponto, toda a nossa atenção tem sido voltada para aldosesaldoses,carboidratos com uma funçãofunção dede aldeídoaldeído na sua formaforma dede cadeiacadeia abertaaberta.

As aldosesaldoses são mais comuns do que as cetosescetoses, e seu papel nos processosbiológicos tem sido mais estudado.

No entanto, um grande número de cetosescetoses são conhecidas, e muitos delas são

CetosesCetoses

PGQUIM - UFC

No entanto, um grande número de cetosescetoses são conhecidas, e muitos delas sãointermediários fundamentais na biossíntese de carboidratos e metabolismo queocorrem naturalmente.

125

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Exemplos de algumas cetosescetoses incluem:�� DD--ribuloseribulose�� LL--xilulosexilulose�� DD--frutosefrutose.

Nestes três exemplos, o grupo carbonila está localizado no C-2, que é o localmais comum para a função carbonila nas cetosescetoses que ocorrem naturalmente.

CetosesCetoses

PGQUIM - UFC126

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CetosesCetoses, como aldoses, existemexistem principalmenteprincipalmente comocomo hemiacetais cíclicos.

No caso do DD--ribuloseribulose, as formas furanoses:

resultam da adição da hidroxilahidroxila do C-5 no grupogrupo carbonilacarbonila.

CetosesCetoses

PGQUIM - UFC127

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Propriedades Propriedades dos dos

PGQUIM - UFC128

dos dos EstereoisômerosEstereoisômeros

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Propriedades dos Propriedades dos EstereoisômerosEstereoisômeros

Os estereoisômeros podem apresentar diferentediferente atividadesatividades

� Físicas� Químicas� Óticas� Biológicas

O entendimento destas atividades em enantiômeros e diastereoisômeros é de

PGQUIM - UFC129

O entendimento destas atividades em enantiômeros e diastereoisômeros é desuma importânciaimportância.

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Propriedades Propriedades FísicasFísicas dos dos EstereoisômerosEstereoisômeros

PGQUIM - UFC130

Propriedades Físicas

enantiômerosenantiômeros ==

diastereoisômerosdiastereoisômeros ≠≠

Os dados mostram que:

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Os estereoisômerosestereoisômeros, por terem a mesma composição e conectividade,têmtêm osos mesmosmesmos gruposgrupos funcionaisfuncionais.

� Portanto, reagirãoreagirão ““igualmenteigualmente ((mesmomesmo tipotipo dede reaçãoreação))” frentefrenteaoao mesmomesmo reagentereagente.

OH

SOCl2

Cl

Propriedades Propriedades QuímicasQuímicas dos dos EstereoisômerosEstereoisômeros

PGQUIM - UFC131

OH

SOCl2

Cl

Propriedades Químicas

enantiômerosenantiômeros ==

diastereoisômerosdiastereoisômeros ==

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Todavia, enantiômerosenantiômeros poderão reagir de formas disitintas em termostermoscinéticoscinéticos em reações que utilizem ambientesambientes quiraisquirais.

Nas moléculasmoléculas quiraisquirais dada naturezanatureza, como aminoácidos, enzimas, proteínas eo próprio DNA, uma dessas formas espelhadas é mais usada e abundanteque a outra.


PGQUIM - UFC132

Isso ocorre porque a estruturaestrutura espacialespacial dede cadacada enantiômeroenantiômero determinarádeterminará aaformaforma comocomo reagereage comcom osos receptoresreceptores, sendo alguns se encaixamperfeitamente e outros não.

Portanto, podemos considerar que os enantiômerosenantiômeros podempodem apresentarapresentarpropriedadespropriedades químicasquímicas diferentesdiferentes.

Propriedades Químicas

enantiômerosenantiômeros ≠≠

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Um exemplo de reações em abientes quirais é o que ocorre em reaçõesreaçõesenzimáticasenzimáticas, as quais podem ser estereosseletivasestereosseletivas..

Neste tipo de reaçãoreação�� somentesomente umum dosdos enantiômerosenantiômeros reagiráreagirá, ou� umum dosdos enantiômerosenantiômeros reagiráreagirá muitomuito maismais rapidamenterapidamente que o outro,


PGQUIM - UFC133

levando a um produtoproduto enantiomericamenteenantiomericamente puropuro ou a um excessoexcessoenantioméricoenantiomérico, respectivamente.

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Propriedades Propriedades ÓticasÓticas dos dos EstereoisômerosEstereoisômeros

Embora a atividadeatividade óticaótica (habilidade de um composto de desviar o plano da luz

polarizada)) seja umauma propriedadepropriedade físicafísica dos compostos, devido à suaimportância na Estereoquímica, merece

� um destaque especial� ser estudada separadamente.

PGQUIM - UFC134

Antes de estudarmos a habilidade de um composto em desviar o planoplano dadaluzluz polarizadapolarizada, demos entender melhor o que é um planoplano dada luzluz polarizadapolarizada.

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Luz PolarizadaLuz Polarizada

A luz é uma energia radiante que impressiona os olhos e é chamada, deforma mais técnica, de onda eletroeletromagnéticas.

Chamamos de onda eletroeletromagnéticas o tipo de onda formada por umelétricoelétrico e outro magnéticomagnético que são perpendicularesperpendiculares entreentre ssi e que sedeslocamdeslocam emem umauma direçãodireção perpendicularperpendicular àsàs duasduas primeirasprimeiras.

PGQUIM - UFC135

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A luzluz normalnormal, após passar atravésatravés dede umum polarizadorpolarizador, como uma lentepolarizada ou um Prisma Nicol, se torna uma luzluz planoplano--polarizadapolarizada (ousimplesmente luzluz polarizadapolarizada), a qual oscilaoscila apenasapenas emem umum únicoúnico planoplanoatravés do caminho de propagação

PGQUIM - UFC136

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Em 1815, o físico JeanJean--BaptisteBaptiste BiotBiot descobriu que algumasalgumas substânciassubstânciasorgânicasorgânicas naturaisnaturais erameram

�� capazescapazes dede girargirar oo planoplano dada luzluz polarizadapolarizada.

Sendo que algumas giravamgiravam oo planoplano dede polarizaçãopolarização�� no sentido horário, outras� no sentido anti-horário, e outras�� nãonão giravamgiravam oo planoplano dede polarizaçãopolarização.

PGQUIM - UFC137

�� nãonão giravamgiravam oo planoplano dede polarizaçãopolarização.

(1774 -1862)

observadoranalisadorcela contendo

moléculas orgânicas

polarizadorfonte deluz

luzpolarizada

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�� JeanJean--BaptisteBaptiste BiotBiot previu que a capacidadecapacidade dede girargirar ooplanoplano dede polarizaçãopolarização eraera atribuídaatribuída aa algumaalguma assimetriaassimetrianas moléculas.

�� JacobusJacobus HendricusHendricus Van'tVan't HoffHoff e JosephJoseph AchilleAchille LeLe BelBel,depois, determinaram que a assimetriaassimetria molecularmolecular estavaestavaassociadaassociada aosaos compostoscompostos queque apresentavamapresentavam umum ouou maismais

(1774 -1862)

PGQUIM - UFC138

associadaassociada aosaos compostoscompostos queque apresentavamapresentavam umum ouou maismaiscarbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos.

(1852-1911) (1847-1930)

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Portanto, um compostocomposto aquiralaquiral�� nãonão gira o plano de polarização.� é opticamenteopticamente inativoinativo.

Quando a luz polarizada passa através de uma solução de moléculasmoléculasaquiraisaquirais, a luz emerge a partir da solução com o seu planoplano dedepolarizaçãopolarização inalteradoinalterado.

Atividade Ótica Atividade Ótica –– CompostosCompostos AquiraisAquirais

PGQUIM - UFC139

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Atividade Ótica Atividade Ótica –– CompostosCompostos QuiraisQuirais

Portanto, um compostocomposto quiralquiral� gira o plano de polarização.� é opticamenteopticamente ativoativo.

Quando a luz polarizada passa através de uma solução de moléculasmoléculasquiraisquirais, a luz emerge a partir da solução com o seu planoplano dede polarizaçãopolarizaçãoalteradoalterado.

PGQUIM - UFC140

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Um compostocomposto quiralquiral (oticamente(oticamente ativo)ativo) irá girar o plano de polarizaçãonos sentidos

�� horáriohorário ou�� antianti--horáriohorário.

Além disso, se um enantiômeroenantiômero giragira oo planoplano dede polarizaçãopolarização nono sentidosentidohoráriohorário,

�� seuseu enantiômeroenantiômero iráirá girargirar o plano de polarização

Atividade Ótica Atividade Ótica –– Compostos Compostos QuiraisQuirais

PGQUIM - UFC141

�� seuseu enantiômeroenantiômero iráirá girargirar o plano de polarizaçãoexatamenteexatamente nana mesmamesma magnitudemagnitude (em graus), mas nonosentidosentido antianti--horáriohorário.

(R)(R)--(+)(+)--22--metilmetil--11--butanolbutanol (S)(S)--((--))--22--metilmetil--11--butanolbutanol

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Se um composto oticamente ativo gira o plano de polarização no sentidosentidohoráriohorário, é chamado dextrógirodextrógiro, indicado pelo sinal (+)(+).

(R)(R)--(+)(+)--22--butanolbutanol


PGQUIM - UFC142

Se um composto oticamente ativo gira o plano de polarização no sentidoantianti--horáriohorário, é chamado de levógirolevógiro, indicado pelo sinal ((--)).

Às vezes, as letras minúsculas dd e ll são usadas em vez de (+)(+) e ((--)).

(S)(S)--((--))--ácido málicoácido málico

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É imporante reassaltar que não devemos associar (+)(+) e ((--)) com RR e SS,respectivamente.

Os símbolos (+)(+) e ((--))� indicam aa direçãodireção emem queque umum compostocomposto oticamenteoticamente ativoativo giragira oo

planoplano dede polarizaçãopolarização.

Os símbolos RR e SS� indicam aa disposiçãodisposição dosdos gruposgrupos sobresobre umum carbonocarbono


PGQUIM - UFC143

� indicam aa disposiçãodisposição dosdos gruposgrupos sobresobre umum carbonocarbonoassimétricoassimétrico.

Alguns compostos com a configuração de RR são ((--)) e alguns SS são (+)(+)..

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Propriedades Propriedades ÓticasÓticas dos dos EstereoisômerosEstereoisômeros

Enquanto os enantiômerosenantiômeros desviamdesviam aa luzluz polarizadapolarizada

� em sentidos opostos� na mesma magnitude

Os diastereosômerosdiastereosômeros desviamdesviam aa luzluz polarizadapolarizada

� em sentidos opostos ou não� em diferentes magnitudes

PGQUIM - UFC144

� em diferentes magnitudes

Propriedades Óticas

enantiômerosenantiômeros = magnitudes= magnitudes≠ sentidos≠ sentidos

diastereoisômerosdiastereoisômeros ≠ magnitudes≠ magnitudes= ou ≠ sentidos= ou ≠ sentidos

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Rotação ÓticaRotação Ótica

O graugrau em que um composto oticamente ativo giragira oo planoplano dedepolarizaçãopolarização pode ser medida com um instrumento chamado polarímetropolarímetro.

PGQUIM - UFC145

O graugrau em que o analisador é girado pode ser lidoe representarepresenta a diferençadiferença entre uma amostras oticamente

� ativas� inativas

Isso é chamado de rotaçãorotação observadaobservada ((αα)) e é medidamedida emem grausgraus.

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A rotaçãorotação observadaobservada ((αα)) é proporcional� à concentraçãoconcentração dada substânciasubstância (c)(c)� ao comprimentocomprimento dada celacela (l)(l)

Rotação ÓticaRotação Ótica

PGQUIM - UFC146

� ao comprimentocomprimento dada celacela (l)(l)

Logo Logo α α proporcional a c.lc.l

Para transformar uma proporcionalidade em igualdade, devemos inseriruma constanteconstante dede proporcionalidadeproporcionalidade. Neste caso, chamaremos estaconstante dede rotaçãorotação específicaespecífica:: [[αα]]DD

αα = [[αα]]DD cc..ll ououUnidadesUnidades

c (g/mL)L (dm)

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A rotaçãorotação observadaobservada de 2,0 g de um composto em 50 mL de solução emum tubo de polarímetro de 50 centímetros de comprimento +13,4o. Qualé a a rotaçãorotação específicaespecífica do composto?


[[α]α]DD = ααc.lc.l

PGQUIM - UFC147

[[α]α]DD = 13,413,40,04 . 50,04 . 5

[[α]α]DD = 13,413,40,04 . 50,04 . 5

[[α]α]DD = 67º.mL.g67º.mL.g--11.dm.dm--11

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Quando sintetizamos um composto quiral com apenas um centroestereogênico (por exemplo), podemos obtê-lo como:

� um únicoúnico enantiômeroenantiômero ((RR ouou SS)) ou� uma misturamistura dede enantiômerosenantiômeros ((RR ++ SS)).

Substância Enantiomericamente PuraSubstância Enantiomericamente Pura

PGQUIM - UFC148

� Quado a síntese leva à formação de um únicoúnico enantiômeroenantiômero, dizemosque a reaçãoreação foifoi estereoespecíficaestereoespecífica, e o produto é enantiometicamenteenantiometicamentepuropuro.

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� Quado a síntese leva à formação de uma misturamistura dede enantiômerosenantiômeros,podemos ter duasduas situaçõessituações.

Mistura de EnantiômerosMistura de Enantiômeros

PGQUIM - UFC149

1.1. misturamistura racêmicaracêmica ou racemaracema [R][R] == [S][S]

2.2. excessoexcesso enantioméricoenantiomérico (e(e..ee..)) [R][R] ≠≠ [S][S]

Quando [R][R] >> [S][S] temos um e.e. de (R)R)

Quando[S][S] >> [R][R] temos um e.e. de (SS))

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Podemos determinar se uma amostra é constituída de um únicoúnicoenantiômeroenantiômero ou uma misturamistura dede enantiômerosenantiômeros através da medida de suarotaçãorotação específicaespecífica [[α]α]DD.

Pureza ÓticaPureza Ótica

PGQUIM - UFC150

%R

%S

%R

%S

100100

00 100100

00

5050

5050

rotação específica [rotação específica [α]α]DD

+ 5,75+ 5,75 -- 5,755,750,000,005,75 > 5,75 > [[α]α]D D > 0> 0 5,75 < 5,75 < [[α]α]D D < 0< 0

e.e.e.e. de Rde R e.e.e.e. de Sde S

S.E.P.S.E.P. S.E.P.S.E.P.racematoracemato

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A partir da rotaçãorotação específicaespecífica [[α]α]DD podemos calcular a purezapureza óticaótica (p(p..oo..))de uma mistura.

pp..oo.. = [[α]α]DD observada[[α]α]DD do enantiômero puro

Pureza ÓticaPureza Ótica

PGQUIM - UFC151

PorPor exemploexemplo:: se uma amostra de 2-bromobutano tem uma rotação específica de2,3º, sua pureza ótica é de 0,40. Em outras palavras, é 4040%%opticamenteopticamente purapura - 4040%% dada misturamistura consisteconsiste dede umum excessoexcesso dedeumum únicoúnico enantiômeroenantiômero.

pp..oo.. = 22,,33 = 00,,44 ou 4040%% logologo........55,,7575

%% RR ++ %%SS ==100100 22 %%RR == 140140%% RR -- %%SS == ee..ee ((4040%%)) %%RR == 140140 = 7070%% %%SS == 3030%%

22

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Polarímetro VirtualPolarímetro Virtual

Com o intuito de melhorar o entendimento dos estudantes sobre rotaçãorotaçãoóticaótica dede compostoscompostos orgânicosorgânicos, desenvoli um softwaresoftware educacionaleducacional livrenomeado PolarímetroPolarímetro VirtualVirtual.

PGQUIM - UFC152

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Propriedades Propriedades BiológicasBiológicas dos dos EstereoisômerosEstereoisômeros

ComoComo diferentesdiferentes estereoisômerosestereoisômeros sese comportamcomportam nono sistemasistema biológico?biológico?

Após termos termos estudados as propriedades físicas, químicas eóticas de estereoisômeros, estudaremos como se apresentam aspropriedades biológicasbiológicas de estereoisômeros.

PGQUIM - UFC153

Para responder esta questão, devemos entender melhor como oscompostos se comportam ao interagireminteragirem comcom osos sítiossítios receptoresreceptores dasdasproteínasproteínas.

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Em 1894, Emil Fisher propôs o modelo chavechave-fechadurafechadurapara a interação fármacofármaco-receptorreceptor, onde o fármaco agiriacomo uma chavechave e o receptorreceptor (proteína)(proteína) atuaria comouma fechadurafechadura.

Devido ao fato do receptorreceptor serser quiralquiral, enantiômerospoderão se ligar de formas distintas com os sítiosreceptores, levando a diferentesdiferentes efeitosefeitos ou a nenhumnenhumefeitoefeito.

Propriedades Propriedades BiológicasBiológicas de de EstereoisômerosEstereoisômeros

Emil Fisher

PGQUIM - UFC154

efeitoefeito.

efeito biológico

sem efeito

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Os dois enantiômeros da efedrinaefedrina, por exemplo, apresentam atividadesatividadesbembem distintasdistintas.

Neste caso, na ((--))--EfedrinaEfedrina, ocorre uma formação adicional de umaligação de hidrogênio entre a hidroxila e um sítio da proteína.

OH

H

N+H3C

H H

OH

OH

N+H3C

H H **


PGQUIM - UFC155

OHOH

H HOH

HH H **

Xsítio

aniônicoáreaplana

nãonão ocorre interação

Xsítio

aniônicoáreaplana

ocorre interação

(+)-Efedrina – menos ativa (-)-Efedrina – mais ativa

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Os receptoresreceptores localizados no exterior do células nervosas nono nariznariz sãocapazescapazes dede perceberperceber ee diferenciardiferenciar aproximadamenteaproximadamente 1010..000000 odoresodoresdiferentesdiferentes.

Os enantiômerosenantiômeros dada carvonacarvona apresentam diferentesdiferentes odoresodores

� devido à simples troca de dois substituintes no carbonoestereogênico.


PGQUIM - UFC156

�� (R)(R)--((--))--carvonacarvona -- hortelãhortelã

�� (S)(S)--(+)(+)--carvonacarvona -- cominhocominho.

(R)(R)--((--))--carvonacarvona (S)(S)--(+)(+)--carvonacarvona

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O aspartameaspartame é muito utilizado como um adoçante.

Todavia, somente o isômero (S,S)(S,S) apresentaapresenta sabersaber docedoce.


PGQUIM - UFC157

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Além de diferenças de sabores ou odores, enantiômeros podem diferirseriamente quanto às suas propriedades biológicas.

Por exemplo, a TalidomidaTalidomida foi administrada, nos anos 60, como racematoracemato

para o tratamentotratamento dede enjôoenjôo matutinomatutino dede grávidasgrávidas nos Estados Unidos.


PGQUIM - UFC158

N

N

H

O

O

O

O

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ativo menos ativoN

N

H

O

O

O

O


Todavia, os enantiômerosenantiômeros que constituíam o racemato apresentavamapresentavamatividadesatividades bembem distintasdistintas.

PGQUIM - UFC159

(R)-Talidomidasedativo

(S)-Talidomidamutagênico

eutômero distômero

HOO

N

N

H

O

O

O

O

N

N

H

O

O

O

O

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A administração de droga como uma misturamistura racêmicaracêmica pode levar aduas situações diferentes, dependo da ação do distômerodistômero, o qualpode:

� não apresentar nenhum efeito colateral mais sério;

� exibir um efeito colateral indesejável;

Drogas Drogas QuiraisQuirais

PGQUIM - UFC160

� exibir efeito terapêuticas independente, mas não prejudicial.

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Alguns exemplos de drogas onde o distômerodistômero nãonão apresentaapresentanenhumnenhum efeitoefeito colateralcolateral maismais sériosério.

O N

OHH

O N

N

SN

N

O

(S)-Propanolol

PGQUIM - UFC161

Os enantiômerosenantiômeros RR sãosão inativosinativos e não apresentam efeitoscolaterais.

O N

OHH

N

O N

OHH

O

(S)-Propanolol

(S)-Timolol

(S)-Metaprolol

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Alguns exemplos de drogas onde o distômerodistômero exibeexibe umum efeitoefeitocolateralcolateral indesejávelindesejável.

HSCOOH

NH2

HSCOOH

NH2

(R)-Penicilamina (S)-Penicilamina

PGQUIM - UFC162

NN

HO

H

H

OH

NN

HO

H

H

OH

(R)-Penicilamina

anti-artrite

(S)-Penicilamina

mutagênico

(R,R)-Etambutol

tuberculóstico

(S,S)-Etambutol

causa cegueira

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Ambos os isômeros apresentam valoresvalores terapêuticosterapêuticos independentesindependentes.

N

OO

RS N

OO

RS

PGQUIM - UFC163

Darvon

analgésico

Novrad

anti-tussígeno

(S)-Ketamina

anestésico

(R)-Ketamina

alucinógeno

O

NCH3

H

Cl

R

O

NH3C

H

Cl

S

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Neste e nos próximos dois slides, serão apresentados mais exemplosde drogasdrogas quiraisquirais e as atividadesatividades farmacológicasfarmacológicas dede seusseusenantiômerosenantiômeros.

PGQUIM - UFC164

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PGQUIM - UFC165

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PGQUIM - UFC166

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Indústria FarmacêuticaIndústria Farmacêutica

A relevânciarelevância dodo tematema quiralidadequiralidade ee atividadeatividade biológicabiológica é confirmada naanálise da evolução do licenciamento de enantiômeros.

� Crescimento da produção de enantiômeros simples

� Diminuição da produção de racematos.

PGQUIM - UFC167

Agranat, I.; Carner, H.; Caldwell, J. Putting Chirality to work: The strategy of chiral switches, Nature Rev. Drugs

Discovery 2002, 1, 753-768.

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Mercado MundialMercado Mundial

enantiômero puroracemato

� Percentuais dos tipos de fármacos comercializados no mundo(2004).

� US$ 48 bilhões

PGQUIM - UFC168

64,6%25,4%

10%

enantiômero puro

aquiral

racemato

Fonte: Chem. Eng. News 2004, 82(24), 47-62.

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As produções do eutômeroeutômero ou da misturamistura racêmicaracêmica são determinadas pormotivosmotivos distintosdistintos.

Eutômeros

Ser o único enantiômero ativo

Baixo índice terapêutico da mistura

Misturas Racêmicas

Ação sinérgica dos isômeros

Alto índice terapêutico da mistura

PGQUIM - UFC169

Maior toxicidade do distômero

Não haver bioinversão de quiralidade

Acessbilidade econômica

Pouca ou nula toxicidade do distômero

Ocorrência de bioinversão de quiralidade

Inovação terapêutica

Uso em quadros crônicos

Baixo curso de produção em relação aoeutômero

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Mercado dos Fármacos Mercado dos Fármacos -- CustosCustos

N

H OHOH

O

PGQUIM - UFC170

Cl N OH

N

N

O

H

Cl

OH

Cl

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Embora seja um reportagem antiga, sua leituraleitura éé recomendávelrecomendável.

PGQUIM - UFC171

Sugestão de leitura: Sugestão de leitura: SuperSuper remédios para quem?remédios para quem?Revista ÉpocaEdição 363 - 20/04/2005

Acesse: http://revistaepoca.globo.com/Revista/Epoca/0,,EDG69991-6014-363,00.html

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Descritores Descritores


PGQUIM - UFC172

Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos

Já vimos de forma detalhada os sistemas de nomenclatura D,L e R,S.

Esses símbolos são conhecidos como descritoresdescritores estereoquímicosestereoquímicos, jáque facilitam o assinalamento da configuração molecular.

Todavia, existem outros que são necessários em certos compostos.

Símbolo Símbolo Símbolo

PGQUIM - UFC173

(R) Rac c

(S) D t

(Ra) L Eritro

(Rp) Endo Treo

(Sa) Exo

(Sp) Sin

(Re) Anti

(Si) α

P β

M Ent

Cis E

Meso Z

Todos em itálico

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RR e e SS))

Os descritores R,S especificam aa configuraçãoconfiguração dede umum centrocentro dedequiralidadequiralidade, conforme o sistemasistema dasdas regrasregras dede sequênciasequência de Cahn, Ingolde Prelog.

Se se deslocam a partir da prioridade mais alta (#1), para osegundo (#2), para o terceiro (#3) ligando prioridade envolve umadirecção dos ponteiros do relógio, o centro é denominado R.

Em sentido antianti--horáriohorário implica que o centro é denominado S.

PGQUIM - UFC174

Em sentido antianti--horáriohorário implica que o centro é denominado S.

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RR e e SS))

Para especificar a configuraçãoconfiguração dede racematosracematos dos compostos com várioscentros de quiralidade,

� os pares de letras (RS) e (SR) são utilizados:

1

PGQUIM - UFC175

1

4 1

2

1

2

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RR** e e SS**))

Estes descritores são uma maneira sensata para descrever a

� estereoquímicaestereoquímica relativarelativa de compostoscompostos racêmicosracêmicos.

O composto a seguir possui trêstrês centroscentros estereogênicosestereogênicos..

PGQUIM - UFC176

O enantiômero desenhado é o (1R,2S,3S)-1,3-diidroxi-2-aminobutilbenzeno,mas o enantiômero (1S,2R,3R) também estará presente.

ParaPara indicarindicar queque ambosambos sãosão lálá, podemos usar duasduas notaçõesnotações:� (1RS, 2SR, 3SR)-1,3-diidroxi-2-aminobutilbenzeno ou

�(11R*,R*,22S*,S*,33S*S*)-1,3-diidroxi-2-aminobutilbenzeno.

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((rr e e ss))

Estes descritores são utilizados para designar� centros pseudo-estereogênicos

Considere o triol (1) a seguir.

� não é uma molécula quiral� descrito por muitos como um compostocompostomesomeso.

PGQUIM - UFC177

(1) (1a) (2)mesomeso.

Observe o átomo de carbonocarbono centralcentral.� não é um centro estereogênico

Teremos problemas porque dois dos grupos estão do mesmo lado(enantiotópicosenantiotópicos). Isso significa que não podemos dar uma maiorprioridade a um do que ao outro, como nós normalmente faríamos.

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(1) (1a) (2)


É rr (r minúsculo)

Nesta situação, o grupo com a configuraçãoconfiguração RR temtem maiormaior prioridadeprioridade doqueque aqueleaquele comcom prioridadeprioridade SS.

PGQUIM - UFC178

AsAs prioridadesprioridades emem ((11a)a) deveriam significar uma configuraçãoconfiguração RR se fosseum centro estereogênico verdadeiro, masmas umauma vezvez queque nãonão éé, nós ochamamos rr.

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(1) (1a) (2)


Se mudarmos a sua configuração (para ss) obtemos um novodiastereoisômero meso diferente ((22)).

PGQUIM - UFC179

Em outras palavras, obtemos um outro compostocomposto aquiralaquiral.

A utilização dos descritores rr e ss é muito útil par que possamosdiferenciar os dois diastereoisômeros meso.

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Outro exemplo do emprego dos descritores r e ss.

Os carbonos 11 e 44 não são estereocentros.

Todavia, a presença de dois outros centros estereogênicos na molécula,nos permite diferenciar os dois compostos meso através da utilizaçãodos descritores rr,ss.

PGQUIM - UFC180

(1s,3S,4r,5R)-1,3,4,5-tetraidroxicicloexano-1-ácido carboxílico

(1r,3S,4r,5R)-1,3,4,5-tetraidroxicicloexano-1-ácido carboxílico

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((rrauxaux e e ssauxaux))

Outro exemplo mais complexo do emprego dos descritores r e ss.

Neste caso, nãonão temostemos outrosoutros centroscentros estereogênicosestereogênicos na molécula que

PGQUIM - UFC181

Neste caso, nãonão temostemos outrosoutros centroscentros estereogênicosestereogênicos na molécula quepossam nos auxiliar na definição dos pseudo-centros estereogênicos.

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((ciscis ee transtrans))

Os descritores ciscis e transtrans como prefixo ao nome de um compostocontendo uma dupladupla ligaçãoligação estereogênicaestereogênica indicam que

� os doisdois ligantesligantes de referência estão dispostos seja

� do mesmo lado (ciscis) ou� de lados opostos (transtrans)

PGQUIM - UFC182

Em relação ao plano de referência.

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((ciscis ee transtrans))

Os descritores ciscis e transtrans antes do nome de uma

�� estruturaestrutura cíclicacíclica com 22 centroscentros estereogênicosestereogênicos saturadossaturados indicaque os ligantes de referência estão dispostos seja

� do mesmo lado (ciscis) ou� de lados opostos (transtrans)

PGQUIM - UFC183

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((E E ee ZZ))

Os descritores EE e ZZ especificam a configuraçãoconfiguração dede umauma dupladupla ligaçãoligação.

Seu emprego indica que os ligantes de referência nos extremos da duplaligação:

� foram selecionados mediante as Regras de Sequência, e que

� os ligantes de maior prioridade em cada um dos átomos estãosituados em:

PGQUIM - UFC184

� lados opostos (EE, do alemão entgegen, que significa”opostos”) ou

� mesmo lado (ZZ, do alemão zusammem, que significa “juntos”)do plano de referência.

1

2

1

2

1

2

1

2

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((E E ee ZZ))

Os descritores EE e ZZ também são utilizados para especificar aconfiguração de uma “quasequase dupladupla ligaçãoligação”,

� ou seja, uma ligação simples que, como resultado dedeslocalização eletrônica, assumeassume asas característicascaracterísticasconfiguracionaisconfiguracionais associadasassociadas comcom umauma dupladupla ligaçãoligação.

PGQUIM - UFC185

1

1

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((D D ee LL))

O descritores DD e LL representam um sistema mais antigo para distinguirenantiômeros.

Em uma projeçãoprojeção dede FischerFischer,�� linhaslinhas horizontaishorizontais representam ligações saindosaindo dodo planoplano dodo papelpapel,�� linhaslinhas verticaisverticais representam ligações que se projetamprojetam parapara trástrás dodo

planoplano dodo papelpapel.

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186

O gliceraldeído possui 22 isômerosisômeros:

� D - gira plano de luz polarizada para a direita� L - gira plano de luz polarizada para a esquerda

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((D D ee LL))

Para nomear carboidratoscarboidratos maismais complexoscomplexos e aminoácidosaminoácidos, devemos desenharprojeções de Fischer similares às do gliceraldeído onde

� CH2OH ou R estão embaixo� Grupo carbonílico (aldeído, cetona ou ácido carboxílico) está no

topo

Os descritores DD e LL são utilizados da seguinte forma:

�� DD - OHOH ouou NHNH àà direitadireita no penúltimo carbono a partir do topo.

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187

�� DD - OHOH ouou NHNH22 àà direitadireita no penúltimo carbono a partir do topo.

�� LL - OHOH ouou NHNH22 àà esquerdaesquerda no penúltimo carbono a partir do topo.

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((eritroeritro ee treotreo))

Outro descritores que derivam da estereoquímica de sacarídeos são eritroeritro etreotreo.

Os açúcares são mostrados abaixo (D-EritroEritrose e D-treose) são a base de umsistema de nomenclatura de compostos com 2 centros estereogênicos.

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188

Se os 22 centroscentros estereogênicosestereogênicos tiverem dois grupos em comum, podemosatribuir os descritores eritroeritro e treotreo.

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((eritroeritro ee treotreo))

Os descritores eritroeritro e treotreo indicam que os ligantesligantes dede referênciareferência em 22 centroscentrosestereogênicosestereogênicos de uma cadeia estão situados:

� no mesmo lado (eritroeritro) ou� em lados opostos (treotreo) da projeção de Fischer.

Os ligantesligantes dede referênciareferência são:a) ligantes que nãonão são hidrogênio, quando ambos os centros possuem um

hidrogênio;

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189

hidrogênio;

b) ligantes idênticos, quando um ou nenhum dos centros estereogênicospossui um hidrogênio.

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A helicidade é a quiralidade de uma entidade molecular com o formato deparafuso ou helicoidal .

Atribuiremos os estereodescritores PP ou MM, dependendo se a hélice seseafastaafasta dodo observadorobservador:

� na direção direita: PP

� na direção esquerda: MM

Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((HelicoidalHelicoidal))

PGQUIM - UFC190

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Outros exemplos:� na direção direita: PP

� na direção esquerda: MM

Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((HelicoidalHelicoidal))

vistavista1 2

1

2

PGQUIM - UFC191

vistavista

vistavista

1 2

2

1

2 1

2

1

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RRaa e e SSaa))

Por exemplo, em

�� umum alenoaleno ((ababCC=C==C=CCcdcd),), oo eixoeixo dede quiralidadequiralidade éé definidodefinido pelaspelasligaçõesligações C=C=CC=C=C

Estruturas com eixo de quiralidade são vistas comotetraedros alongados e visualizadas ao longo do eixo, o qualéé usadousado parapara referirreferir aoao estereoisomerismoestereoisomerismo resultanteresultante dodoarranjoarranjo nãonão planarplanar de 4 grupos em torno do eixo dequiralidade..

PGQUIM - UFC192

ligaçõesligações C=C=CC=C=C

�� umum bifenilabifenila 22,,22’,’,66,,66’’--tetrassubstituído,tetrassubstituído, osos átomosátomos 11,,11’,’,44,,44’’ ““deitamdeitam””nono eixoeixo dede quiralidadequiralidade..

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Tais moléculas, normalmente têm um eixoeixo ou planoplano dede quiralidadequiralidade..

A configuraçãoconfiguração absolutaabsoluta nestes compostos se especifica empregando asregrasregras modificadasmodificadas de Cahn, Ingold e Prelog, conforme indicado.

�� AA sequênciasequência dede prioridadeprioridade dosdos 44 substituintessubstituintes no “tetraedrotetraedroalargadoalargado” permite a determinação do sentido quiral R ou S.

PGQUIM - UFC193

alargadoalargado” permite a determinação do sentido quiral R ou S.

� Porém, emprega-se agora um subíndice “aa” (Ra, Sa) para indicar apresença do eixo de simetria.

3

4 3

4

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Por exemplo, em

�� umum alenoaleno ((abCabC=C==C=CcdCcd),), oo eixoeixo dede simetriasimetria éé definidodefinido pelaspelas ligaçõesligaçõesC=C=CC=C=C

1 2

4

323

41

PGQUIM - UFC194

�� umum bifenilabifenila 22,,22’,’,66,,66’’--tetrassubstituído,tetrassubstituído, osos átomosátomos 11,,11’,’,44,,44’’ deitamdeitam nonoeixoeixo dede simetriasimetria..

2 1

4

3

41

2

3

4

1

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Quando os extremosextremos dodo eixoeixo dede quiralidadequiralidade sãosão iguaisiguais, então o procedimentoé modificado da seguinte maneira:

� Analisa-se o sentido da quiralidade a partir dos dois extremos,assinalando as prioridades 1 e 2 a estes substituintes.

� O substituintesubstituinte comcom maiormaior prioridadeprioridade no extremo posterior é o quedefine a quiralidade Ra, Sa.

PGQUIM - UFC195

1 2

2

11

2

1

22 1

1

2

12

12

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RRee e e SSii))

Os descritores Re e Si são utilizados para designardesignar aa configuraçãoconfiguração dedefacesfaces heterotópicasheterotópicas.

O procedimento de assinalação se baseia também nas Regras desequência de Cahn, Ingold e Prelog, conservando agora as duasprimeiras letras das palavras rectus e sinister.

PGQUIM - UFC196

Importante perceber que as configurações das faces posteriores nestesexemplos (as que são observadas mais ao fundo) são opostas àsassinaldas na parte da frente.

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((c c ee tt))

Os descritores cc e tt seguidos da posição de uma dupla ligação indicamque os ligantes de referência nos átomos terminais da dupla ligação:

� estão situados do mesmo lado: cc� estão situados em lados opostos: tt do plano de referência.

PGQUIM - UFC197

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Outros exemplos:

� estão situados do mesmo lado: cc� estão situados em lados opostos: tt

PGQUIM - UFC198

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Os símbolos c e tt seguidos da posição de um substituinte ou ponte estruturalindicam que o grupo correspondente está situado no mesmo lado (cc)) ou emlado oposto ((t)t) do plano de referência em relação ao ligante de referência, queé especificado mediante o símbolo r.

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199

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((mesomeso))

O descritor mesomeso indica que a estrutura molecular nomeada contém um oumais pares de centros de quiralidade enantioméricos, em torno de um planoou centro de simetria.

H H

H OH

CH3H OH

H OH

H H

N

H H

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200

O descritor racrac indica uma misturamistura equimolarequimolar de enantiômeros.

H H

H OH

CH3

meso-pentano-2,4-diol meso-1,4-dipiperidinbutano-2,3-diol

H H

N

Cl Cl

rac-3,5-dicloro-2,6-ciclonorbornano

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((endoendo ee exoexo))

Os descritores endoendo e exoexo, unidos a um nome de bibiclo [x.y.z], indicam que osubstituinte de interesse se orienta distanciandodistanciando--sese ((endoendo)) ou aproximandoaproximando--sese ((exoexo)) da ponte estrutural (que é marcada com os números mais altos donome)..

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201

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((synsyn ee antianti))

Nós usamos os descritores synsyn e antianti rotineiramente.

Uma vez que uma molécula foi desenhada na forma padrão com sua cadeiamais estendida:

� se os dois grupos estão no mesmo lado da molécula: são synsyn

�� sese eleseles estãoestão emem ladoslados opostos,opostos, são antianti.

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202

Cadeia mais longa completamente entendidaCadeia mais longa completamente entendida

syn - anti -

syn - syn -

Cadeia mais longa Cadeia mais longa não entendidanão entendida

redenhe

Cadeia mais longa Cadeia mais longa estendida estendida

mas não no planomas não no plano

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((synsyn ee antianti))

Os descritores synsyn e antianti indicam que os ligantes ou reagentes se orientam oudodo mesmomesmo ladolado ((synsyn)) ou de ladoslados opostosopostos (anti)(anti) a um plano ou a um elementode referência na molécula ou substrato.

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((αα ee ββ))

Os descritores αα e ββ indicam que o grupo correspondente se orientadistanciandodistanciando--sese ((αα)) ou se aproximandoaproximando ((ββ)) do observador, ou seja, acima ouabaixo do plano de projeção do sistema anelar.

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204

53 6

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((entent ee epiepi))

Devido à complexidade estereoquímica de muitos produtos naturais,descritores curtos e simples têm sido usado comumente para relacionarvárias relações estereoquímicas.

Por exemplo, o enantiômero de uma estrutura com muitos centrosestereogénicos tem um prefixo entent.

EntEnt-everninomicina é um nome trivial que pode ser dada ao enantiômero daeverninomicina.

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everninomicina.

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Similarmente, devido à complexidade estereoquímica de muitos produtosnaturais, o prefixo epiepi torna-se um modo conveniente para nomear estruturasem que apenas um centro estereogênico sofreu uma mudança naconfiguração.

Por exemplo, qualquer epímero de everninomicina pode ser chamadoepiepi-everninomicina.

Normalmente, um númeronúmero precede ''epiepi '' para distinguir qual o centro mudou

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Normalmente, um númeronúmero precede ''epiepi '' para distinguir qual o centro mudouconfiguração.

nn-epiepi-everninomicina

nn

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O descritor entent,, precedendo a um nome semissistemático, indica que ocomposto é o enantiômero daquele denominado pelo nome.

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((l l ee uu))

Visto que os termos eritroeritro e treotreo não são suficientemente gerais paradescrever a esrereoquímica de muitos compostos orgânicos complexos,Seebach e Prelog propuseram em 1982 o uso de descritores like (l) e unlike (u)

para descrever a configuração relativa dos produtos ou substratosincorporando dois centros de quiralidade:

(RR--RR) ou (SS--SS) para ll e (RR--SS) ou (SS--RR) para o uu.

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Descritores Descritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((lklk ee ulul))

Uma das vantagens principais do método likelike/unlikeunlike é que ele é muitoprático para descrever orientações relativas de duas faces heterotópicasquando elas se aproximam para reagir.

Por exemplo, a orientação (Re, Re), ou a adição de um enantiômero (R) auma face (Si), são especificadas como likelike ((lklk)) e unlikeunlike ((ulul)),respectivamente.

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ResoluçãoResolução


PGQUIM - UFC210

ResoluçãoResoluçãoQuiralQuiral

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Resolução Resolução QuiralQuiral

A maioriamaioria dasdas moléculasmoléculas na natureza sãosão quiraisquirais, e a natureza geralmenteproduz estas moléculas como enantiômerosenantiômeros simplessimples.

Aminoácidos, açúcares, efedrina, pseudoefedrina, e ácido tartárico podem serisolados a partir de fontes naturais na forma de enantiômeros simples.

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Por outro lado, nono laboratóriolaboratório, se fizermos compostos quiraisquirais a partir demateriaismateriais dede partidapartida aquiraisaquirais, estamos “condenados” a obter misturasracêmicas.

Assim, como é que podemos obter compostos enantiomericamenteenantiomericamente purospuros,sem que sejam de fontes naturais?

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Os enantiômeros nãonão podem ser separadas por técnicas de separaçãohabituais, tais como:

� destilaçãodestilação fracionadafracionada ou� cristalizaçãocristalização

porque os seus pontospontos dede ebuliçãoebulição e solubilidadesolubilidade sãosão idênticosidênticos, levando-os adestilar ou cristalizar simultaneamente.

Louis Pasteur foi o primeiro a separar um par de enantiômeros com sucesso.

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Louis Pasteur foi o primeiro a separar um par de enantiômeros com sucesso.

Ao trabalhar com cristais de tartarato de amônio de sódio,

� ele observou que os cristaiscristais nãonão erameram idênticosidênticos!� ele meticulosamente separou os dois tipos de cristais com pinças.

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Imagine uma reação entre um álcoolálcool racêmicoracêmico quiralquiral e um ácidoácido carboxílicocarboxílicoracêmicoracêmico quiralquiral para se obter um éster,éster, em uma esterificação catalisada porácido.

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O produtoproduto contém dois centros estereogênicos, por isso, esperamos obterdoisdois diastereoisômerosdiastereoisômeros, cada um como uma mistura de dois enantiômeros.

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Os diastereômerosdiastereômeros têmtêm propriedadespropriedades físicasfísicas diferentesdiferentes, de modo que deve serfácil de separar, por exemplo, por cromatografiacromatografia.

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Poderíamos, então, reverter a etapaetapa dede esterificaçãoesterificação, e hidrolisar qualquer umdestes diastereoisômeros, e regenerar o álcool e ácido racêmicos.

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Se repetirmos esta reação, desta vez usando uma amostraenantiomericamente pura de (R)(R)--ácidoácido mandélicomandélico voltaríamos a obter doisprodutos diastereoméricos mas, desta vez, cada um será enantiomericamenteenantiomericamentepuropuro.

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Se hidrolisarmoshidrolisarmos cadacada diastereoisômerodiastereoisômero separadamenteseparadamente, faremos algobastante notável: conseguiremosconseguiremos separarseparar aa doisdois enantiômerosenantiômeros do álcool departida.

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A separação dos dois enantiômeros é chamada de resoluçãoresolução.

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Resolução Resolução Usando SaisUsando Sais

O método muito comum de resolução utiliza uma reação ácido-base entreo racematoracemato dede umum ácidoácido carboxílicocarboxílico quiralquiral (RCOOH)(RCOOH) e uma basebase dede aminaamina(RNH(RNH22),), para se obter um salsal dede amônioamônio.

Ambos os ácidos láticos (R e S) reagem com metilamina igualmente bem,e o produto é uma misturamistura racêmicaracêmica dosdos saissais,, oriundos dos doisenantiômeros, que não poderiam ser separados.

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Agora vamos ver o que acontece quando a misturamistura racêmicaracêmica dos ácidosácidosláticosláticos (R(R ee S)S) reagereage comcom umum únicoúnico enantiômeroenantiômero de uma basebase dede aminaaminaquiralquiral, como a (R)(R)--11--feniletilaminafeniletilamina.

Neste caso, a reaçãoreação resultariaresultaria emem umum parpar dede diastereoisômerosdiastereoisômeros que, porpossuírem propriedades físicas diferentes, poderíampoderíam serser separadosseparados semsemmuitamuita dificuldadedificuldade.

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OutroOutro exemploexemplo::

O naproxenonaproxeno é um ácido carboxílico que reage com a N-propilglicosaminapara formar o salsal dede carboxilatocarboxilato dede umauma aminaamina enantiomericamenteenantiomericamente purapura.

Cristais foram formados a partir do sal da amina e (S)(S)--naproxenonaproxeno, o sal daamina com (R)(R)--naproxenonaproxeno (o diastereômero do sal cristalino) sendo maissolúvel e, assim, permanece em solução. Estes cristais foram separados porfiltração e tratado com base, libertando a amina (a qual pode mais tarde serrecuperadoa e reutilizada) e permitindo que o (S)(S)--naproxenonaproxeno cristalize como

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220

recuperadoa e reutilizada) e permitindo que o (S)(S)--naproxenonaproxeno cristalize comoseu sal de sódio.

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Resolução Resolução QuiralQuiral -- CromatografiaCromatografia

InteraçõesInterações maismais fracasfracas do que ligações iônicas podempodem serser usadasusadas paraparasepararseparar enantiômerosenantiômeros.

A separaçãoseparação cromatográficacromatográfica baseia-se:

� numa diferençadiferença nana afinidadeafinidade entre uma fasefase estacionáriaestacionária (muitas vezesde sílica) e uma fasefase móvelmóvel (o solvente que percorre através da faseestacionária, conhecido como o eluente) mediadamediada, por exemplo, porporligaçõesligações dede hidrogêniohidrogênio ouou dede vanvan derder WaalsWaals.

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Se a fasefase estacionáriaestacionária quiralquiral é feita ligando-a com um compostoenantiomericamente puro (muitas vezes um derivado de um aminoácido), acromatografia pode ser usada para separar os enantiômeros.

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Resolução Quiral Resolução Quiral –– Fases Estacionárias QuiraisFases Estacionárias Quirais

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Resolução Quiral Resolução Quiral –– Fases Estacionárias QuiraisFases Estacionárias Quirais

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A cromatografiacromatografia sobre uma fasefase estacionáriaestacionária quiralquiral éé especialmenteespecialmenteimportanteimportante quandoquando osos compostoscompostos aa seremserem resolvidosresolvidos nãonão temtem gruposgruposfuncionaisfuncionais adequadosadequados parapara tornartornar osos derivadosderivados (geralmente ésteres ousais) necessáriosnecessários parapara asas resoluçõesresoluções maismais clássicasclássicas.

Por exemplo, os dois enantiômeros de um análogo do tranquilizanteValiumValium têm atividades biológicas bastante diferentes.

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A fim de estudar estes compostos ainda mais, era necessário obtê-losenantiomericamente puros. Isto foi feito por passagem de uma solução docompostocomposto racêmicoracêmico através de uma colunacoluna dede sílicasílica ligada a uma fasefaseestacionáriaestacionária quiralquiral derivada de aminoácido.

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Resolução CinéticaResolução Cinética

Arápido

P

ent-A lento ent-P

Arápido

P

ent-A lento ent-P

racemização↑↓

A P

I

A

I

a) Resolução cinética b) Resolução cinética dinâmica

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ent-A ent-P

I

ent-A

I

Aretenção

P

ent-A inversão

A P

ent-A

I 100%rendimento

teórico

c) Transformação assinétrica cinética dinâmica (DYKAT) d) Estereoinversão

e) Processo enantioconvergente f) Estereoinversão e resolução cinética

* Turner, N. J.; Routil, W., Angew. Chem. Int. 2014, 53. 3731-3734.

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Resolução Quiral Resolução Quiral -- EnzimáticaEnzimática

EnzimasEnzimas são amplamente utilizadas na indústria como agentesagentes dederesoluçãoresolução.

A base desta aplicação é a enantiosseletividadeenantiosseletividade de enzimas.

� Elas reagemreagem comcom apenasapenas umum enantiômeroenantiômero de uma mistura racêmica.

� Podem ser usadas para criarcriar oo enantiômeroenantiômero desejadodesejado ou destruir oindesejado.

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indesejado.

Um processo em que um enantiômero reage e o outro não é chamadouma resoluçãoresolução cinéticacinética, uma vez que a resolução depende dasvelocidades de duas reações concorrentes.

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O composto abaixo é um éster carboxílico com duas ligações éter, umaentre dois anéis aromáticos.

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A desconecção da ligação dos éteres guiada pelo conhecimentomecanístico que a substituição nucleofílica é possível em halogenetos dealquila, e em 2-halogeno-piridinas, mas não é fácil em halobenzenos.

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O único intermediário quiral é o “chloroacidchloroacid 116116” o qual é fabricado comouma mistura racêmica.

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Eles usam a enzimaenzima ácido cloropropiônico desalogenase para destruirdestruir ooisômeroisômero indesejadoindesejado por conversão para o ácido láctico, o qual éfacilmente separado do (S)-116 intacto.

ácido cloropropiônico

desalogenase

racêmico

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Resolução Cinética Resolução Cinética por formação ou hidrólise de ésteres de ésteres com enzimasenzimas.

De longe, a reação mais utilizada na resoluçãoresolução cinéticacinética porpor enzimasenzimas é a

� formação de ésteres

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� hidrólise de ésteres

Normalmente, um enantiômero do éster é formado ou hidrolisado,deixando o outro enantiômero inalterado.

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Resolução Cinética Resolução Cinética de alcoóis secundários alcoóis secundários por lipaseslipases

AlcoóisAlcoóis secundáriossecundários simplessimples (R=alquila ou arila) sãoenantiosseletivamenteenantiosseletivamente esterificadosesterificados pela de butanoatobutanoato dede tricloroetilatricloroetila,,

�usando porcine pancreatic lipase em éter anidro.

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Os produtos, um enantiômero de 121 e o outro enantiômero do éster de126, são ambos formados em eeee >> 9090%% , e são facilmente separados daenzima insolúvel.

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Resolução Cinética Resolução Cinética de alcoóis secundários alcoóis secundários por lipaseslipases

A reação ocorre na direçãodireção inversainversa em tampão aquoso (pH 7, 20 oC)usando uma Pseudomonas lipase.

Os cloroacetatos reativos, tal como o 127, produz os melhores resultadoscom quase rendimentos quantitativos de (R)(R)--128128 e o álcool (S) do ésteréster127127, o qual é separado por cromatografia flash numa escala de 250g.

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232

127127, o qual é separado por cromatografia flash numa escala de 250g.

O éster (S)-127 foi facilmente hidrolisado para o (S)-128 sem racemizaçãodo álcool.

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A mesma enzimaenzima catalisa a esterificação do 129129 racêmicoracêmico (em umasolução não-aquosa) com acetatoacetato dede vinilavinila.

O álcool liberado é CH2=CHOH, o enol de acetaldeído: ele formaimediatamente o acetaldeídoacetaldeído, que auto-condensa e é removido doequilíbrio.

A enzima é separada por filtração, e o álcool enantiomericamente puro(S)-129 e o acetato (R)-130 são separadosseparados porpor cromatografiacromatografia flashflash, e o

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233

(S)-129 e o acetato (R)-130 são separadosseparados porpor cromatografiacromatografia flashflash, e oéster é hidrolisadohidrolisado para o álcool, sem racemização. Qualquer um dosmétodos (esterificação ou hidrólise) gera ambos os enantiômeros de umagama de alcoóis secundários.

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�Podem ser usadas para criarcriar oo enantiômeroenantiômero desejadodesejado ou destruir oindesejado.

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indesejado.


O resultado é que, em vez de separar enantiômeros ou mesmodiastereoisômeros, é um que separa dois compostos de estruturadiferente, que também pertencem a acontecer para as duas sériesestereoquímica oposta.

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�Podem ser usadas para criarcriar oo enantiômeroenantiômero desejadodesejado ou destruir oindesejado.

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indesejado.


O resultado é que, em vez de separar enantiômeros ou mesmodiastereoisômeros, é um que separa dois compostos de estruturadiferente, que também pertencem a acontecer para as duas sériesestereoquímica oposta.

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Enantiômeros podem ser separadosseparados facilmentefacilmente se forem submetidos acondiçõescondições dede reaçãoreação queque levamlevam somentesomente umum delesdeles aa reagirreagir.

Assim, o íoníon hidróxidohidróxido (um reagente aquiral) reage com os enantiômerosdo 2-bromobutano com a mesma velocidade.

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No entanto, moléculasmoléculas quiraisquirais reconhecemapenasapenas umum enantiômeroenantiômero, por isso, se umasíntese é realizada utilizando um reagentereagentequiralquiral ou um catalisadorcatalisador quiralquiral, apenas umenantiômero reagirá.

Um exemplo de catalisadorcatalisador quiralquiral é umaenzimaenzima (proteína que catalisa uma reaçãoquímica).

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237

química).

A enzima DD--aminoácidoaminoácido oxidaseoxidase, por exemplo, catalisacatalisa aa reaçãoreação únicaúnica dodoenantiômeroenantiômero (R)(R) e deixa o enantiômeroenantiômero (S)(S) inalteradoinalterado.

enantiômero R enantiômero S enantiômero Roxidado

enantiômero Sinalterado

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A reação de hidrogenaçãohidrogenação utilizando catalisadorescatalisadores aquiraisaquirais leva a umamisturamistura racêmicaracêmica.

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238

Todavia, catalisadorescatalisadores nãonão enzimáticosenzimáticos quiraisquirais estão sendodesenvolvidos

� são capazes sintetizar um enantiômero em grande excesso emrelação aos outros.

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PróPró--QuiralidadeQuiralidade


PGQUIM - UFC239

PróPró--QuiralidadeQuiralidade

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PróPró--quiralidadequiralidade

Intimamente relacionada com o conceito de quiralidade, e particularmenteimportante em Química Biológica, é a noção de moléculamolécula própró--quiralquiral.

Uma molécula é dita ser própró--quiralquiral se ela puderpuder serser convertidaconvertida,

� a partir de uma molécula aquiralaquiral,,

� em um produtoproduto quiralquiral

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240

� em um produtoproduto quiralquiral

� através de um único etapa química.

Por exemplo, uma cetona assimétrica como a 22--butanonabutanona éé própró--quiralquiralporque ela pode ser convertida ao álcool 2-butanol quiral por meio daadição de hidrogênio.

quiralquiralprópró--quiralquiral

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Qual enantiômeroenantiômero dodo 22--butanolbutanol seráserá produzidoproduzido depende de

� qual faceface dada carbonilacarbonila planarplanar sofrerásofrerá aa reaçãoreação.

para distinguir entre as possibilidades usamosos descritoresdescritores estereoquímicosestereoquímicos ReRe ee SiSi..

Ranqueie os trêstrês gruposgrupos ligadosligados aoao carbonocarbono trigonaltrigonal spsp22, e imagine setas

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241

Ranqueie os trêstrês gruposgrupos ligadosligados aoao carbonocarbono trigonaltrigonal spsp22, e imagine setascurvas indo do substituinte com maior prioridade para o de menorprioridade, observando as mesmas regras de Cahn, Ingold e Prelog (CIP).

� CurvaCurva nono sentidosentido horáriohorário –– faceface ReRe

� CurvaCurva nono sentidosentido antianti--hoiráriohoirário –– faceface SiSi

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No exemplo citado anteriormente, a adiçãoadição dede hidrogêniohidrogênio àà 22--butanonabutanona

� a partir do faceface ReRe gera o (S)(S)--butanbutan--22--olol

� a partir da faceface SiSi gera o (R)(R)--butanbutan--22--olol.

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242

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Compostos com carbonoscarbonos tetraédricostetraédricos spsp33 também podem ser própró--quiraisquirais.

Um átomoátomo comcom hidridaçãohidridação spsp33 é dito ser um centro própró--quiralquiral,, quandomudandomudando--sese umum dosdos gruposgrupos ligadosligados ao carbono, ele torna-se um centrocentrodede quiralidadequiralidade.

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243

O átomo de carbono -CH2OH do etanol, por exemplo, é um centro própró--quiralquiral porque ao se mudar um dos átomos de -H do carbono (porporexemplo,exemplo, pelopelo XX), o carbono é convertido em um centro de quiralidade.

Centro depró-quiralidade

Centro dequiralidade

Etanol

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PróPró--RR e e PróPró--SS

Para distinguir entre os doisdois átomosátomos idênticosidênticos (ou grupos de átomos) emum centrocentro dede quiralidadequiralidade,

� A troca do H por 2H (deutério) leva à um centro comconfiguração (R)(R)

�portanto, H é hidrogênio própró--RR.

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244

� A troca do H por 2H (deutério) leva à um centro comconfiguração (S)(S)

� portanto, H é hidrogênio própró--SS.

pró-quiral quiral quiral

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Um grande número de reaçõesreações biológicasbiológicas envolvem compostos própró--quiraisquirais.

Por exemplo, uma das etapas no ciclociclo dodo ácidoácido cítricocítrico, pelo qual osalimentos são metabolizados,

� é a adiçãoadição dede HH22OO ao fumaratofumarato para gerar o malatomalato.

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245

A adição de -OH ocorre na face Si de um carbono sp2 do fumaratofumarato,, eobtém-se o (S)-malato como produto.

fumaratofumarato(S)(S)--malatomalato

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Como outro exemplo,

Estudos com substratos marcados com deutério mostraram que a reaçãode etanol com a coenzima dinucleotídeodinucleotídeo dada nicotinamidanicotinamida ee adeninaadenina(NADNAD++), catalisada pela levedura álcool desidrogenase, ocorre com:

� exclusiva remoção do hidrogêniohidrogênio própró--RR do etanol, e com

� adição somente pela faceface ReRe do NADNAD++.

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246

� adição somente pela faceface ReRe do NADNAD++.

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Determinar a estereoquímicaestereoquímica dasdas reaçõesreações em centroscentros própró--quiraisquirais

� é um poderoso métodométodo parapara oo estudoestudo dede mecanismosmecanismos detalhadosem reações bioquímicas.

Como exemplo, a conversão de citrato de cis-aconitato no ciclo de ácidocítrico tem sido mostrado como ocorrendo com a

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247

� perda de um hidrogênio pró-R, o que implica que os grupos OH eH deixam a molécula a partir de lados opostos (relação anti-periplanar)

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FacesFaces EnantiotópicasEnantiotópicas e e DiasterotópicasDiasterotópicas

Considere as cetonas 11--44::

� 1-3: aquirais

aquiral aquiral aquiral quiral

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248

� 1-3: aquirais� 4: quiral

Se nós imaginarmos (por um momento) que os anéis de seis membroscomo sendo planos, veremos que a primeiraprimeira moléculamolécula temtem doisdois planosplanos dedesimetriasimetria.

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FacesFaces EnantiotópicasEnantiotópicas e e DiasterotópicasDiasterotópicas

Vamos agora considerar a reação de cada cetonacetona com um nucleófilo (Nu-),gerando alcoóis:

aquiral aquiral aquiral quiral

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249

aquiral aquiralquirais

(rac)-8quirais

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DiasteoisômerosDiasteoisômeros e Faces e Faces DiasterotópicasDiasterotópicas

Com a cetonacetona 22, existem doisdois possíveispossíveis produtosprodutos 6 e 7.

O nucleófilo pode atacar a cetona a partir de duas diferentes faces em 22aa.

aquiral FacesFaces diasterotópicasdiasterotópicas

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250

Só a face superior está no mesmo lado que o grupo R.

Os doisdois produtosprodutos possíveispossíveis produtos provenientes da reação sãosãodiastereômerosdiastereômeros e, assim, as duasduas facesfaces da cetona são diastereotópicasdiastereotópicas.

aquiral DiasteroisômerosDiasteroisômeros

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DiasteoisômerosDiasteoisômeros e Faces e Faces DiasterotópicasDiasterotópicas

Uma situação semelhante com a cetonacetona 44.

O ataque à carbonila por uma face leva a um diastereômerodiastereômero, enquanto oataque pela outra face leva outro diasteroisômerodiasteroisômero.

Por isso, as faces são diastereotópicasdiastereotópicas.

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251

quiralquiral

A cetonacetona 44 racêmicaracêmica éé quiralquiral e, por esta razão, osdoisdois diastereômerosdiastereômeros 99 ee 1010 também serãoserãoracêmicosracêmicos.

quiraisquirais

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EnantiômerosEnantiômeros e Faces e Faces EnantiotópicasEnantiotópicas

A cetonacetona 33 pode gerar dois possíveis produtos a partir do ataqueataque dodonucleófilonucleófilo àsàs duasduas diferentesdiferentes facesfaces.

� No entanto, destadesta vezvez, as duas linhas de ataque são idênticas.

� Os dois produtosprodutos sãosão enantiômerosenantiômeros e as duas facesfaces damolécula são enantiotópicasenantiotópicas.

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252 � A cetonacetona 33 éé própró--quiralquiral.

aquiralaquiral

(rac)-8quirais

FacesFaces enantiotópicasenantiotópicas

EnantiômerosEnantiômeros

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Faces Faces HomoHomotópicastópicas

Com a cetonacetona 11, não importa o lado da molécula que é atacada.

NãoNão existeexiste aa possibilidadepossibilidade formaçãoformação dede diferentesdiferentes enantiômerosenantiômeros ououdiastereômerosdiastereômeros, e os produtosprodutos sãosão sobreponíveissobreponíveis.

As duasduas facesfaces da molécula são homotópicashomotópicas.

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253

aquiralaquiral FacesFaces homotópicashomotópicas

Compostos IdênticosCompostos Idênticos((sobreponíveissobreponíveis))

aquiralaquiral

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HidrogêniosHidrogênios Homotópicos, Homotópicos, EnantiotópicosEnantiotópicos e e DiasterotópicosDiasterotópicos

Quando você tem dois hidrogênios ligados a um único carbono, elespodem manter 33 tipostipos diferentesdiferentes dede relaçõesrelações::

� homotópicos� heterotópicos� enantiotópicos� diastereotópicos

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254

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HidrogêniosHidrogênios HomotópicosHomotópicos

1) Substitua um dos prótons (Ha) por outro grupo (Ph, por exemplo).

2) Substitua o outro próton (Hb) por outro grupo (Ph, por exemplo).

3) Veja qual a relaçãorelação estereoisoméricaestereoisomérica entre os produtos formados:

A e B são idênticosa b

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255

A e B são idênticosprótons homotópicos

a b

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HidrogêniosHidrogênios HeterotópicosHeterotópicos

1) Substitua um dos prótons (Ha) por outro átomo (F, por exemplo).

2) Substitua o outro próton (Hb) por outro átomo (F, por exemplo).


I e J são isômeros constitucionais

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I e J são isômeros constitucionaisprótons heterotópicos

a

b

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HidrogêniosHidrogênios EnantiotópicosEnantiotópicos




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A e B são enantiômerosprótons enantiotópicos

a b

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HidrogêniosHidrogênios DiasterotópicosDiasterotópicos




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A e B são diasteroisômerosprótons diasterotópicos

a b

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Em RessonânciaRessonância MagnéticaMagnética NuclearNuclear (RMN)(RMN) estas relações determinam seesses hidrogênios estão no mesmo "ambiente químico“ ou não.

Em outras palavras, se têm diferentes sinais ou não.

PrótonsPrótons heterotópicosheterotópicos ee diastereotópicosdiastereotópicos terãoterão::�� diferentes deslocamentos químicos e

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259

�� diferentes deslocamentos químicos e� diferentes acoplamentos com núcleos magnéticos vizinhos.

PrótonsPrótons enantiotópicosenantiotópicos ee homomotópicoshomomotópicos terão:� deslocamentos químicos idênticos,�� podendopodendo terter ouou nãonão acoplamentos idênticos a outros núcleos.

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O espectro do dibromociclopropanodibromociclopropano ilustra este efeito em um contextodiferente - os prótonsprótons do grupo CHH22Cl são diastereotópicosdiastereotópicos.

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260

No entanto, os protóns do grupo CHH22 do ciclopropanociclopropano não sãosãodiastereotópicosdiastereotópicos, uma vez que estes são sujeitos a um plano de simetria.

H H

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Os prótonsprótons Ha são enantiotópicosenantiotópicos.

Os prótonsprótons HHb e Hc são diastereotópicosdiastereotópicos.

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261

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Estereoquímica deEstereoquímica de


PGQUIM - UFC262

Estereoquímica deEstereoquímica deReaçõesReações OrgânicasOrgânicas

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Reações Químicas Reações Químicas –– Síntese AssimétricaSíntese Assimétrica

A SínteseSíntese AssimétricaAssimétrica tem recebido especial atenção em função de suaaplicação na preparaçãopreparação dede produtosprodutos naturaisnaturais e fármacos, cujosestereoisômeros, frequentemente, possuem atividades biológicasdiferentes.

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263

hormômio da tiróide aminoácidosaminoácidos

tratamento dahipertensão

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Reações Químicas Reações Químicas –– Síntese AssimétricaSíntese Assimétrica

A SínteseSíntese AssimétricaAssimétrica supõe

� a formação de um novo centro estereogênico,

� sob a influência quiral,

� ocorre segundo 44 métodosmétodos fundamentaisfundamentais:

� primeira geração

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264

� primeira geração� segunda geração� terceira geração� quarta geração

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Síntese Assimétrica Síntese Assimétrica –– Primeira GeraçãoPrimeira Geração

No método de primeiraprimeira geração,geração,

� a reação é direcionada por uma unidade estereogênica já presenteno substrato quiral.

S-G* P*- G*R

S = substratoG* = grupo quiralR = reagente

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265

R = reagenteP* = produto quiral

**

* **

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Síntese Assimétrica Síntese Assimétrica –– Segunda GeraçãoSegunda Geração

No método de segundasegunda geraçãogeração

� supõe-se a utilização de um auxiliarauxiliar quiralquiral (A*),(A*), temporariamenteincorporado ao substrato.

S S-A* P*-A* P*+ A*

S = substratoA* = auxiliar quiralR = reagenteP* = produto quiral

R - A*

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266

P* = produto quiral

**

**

*

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Síntese Assimétrica Síntese Assimétrica –– Terceira GeraçãoTerceira Geração

No método de terceira geraçãoterceira geração

� as reações utilizam reagentes quiraisreagentes quirais.

S P*R* S = substrato

R* = reagente quiralP* = produto quiral

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267

Hidretos de Alumínio Assimétricos

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ReduçõesReduções AssimétricasAssimétricas porpor BoranosBoranos

Um estilo diferente de redução pode ser feita com uso de trialquiltrialquil boranosboranosderivados de α-pineno.

A hidroboraçãohidroboração de α-pineno ocorre a partir da faceface menosmenos impedidaimpedida,longe dos gruposgrupos metilasmetilas geminaisgeminais, para dar o borano terciário com aregiosseletividade habitual.

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268

regiosseletividade habitual.

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Em reaçõesreações comcom cetonascetonas, a ligação é primeiro formada entre oxigênio e oboro e, em seguida, o átomo de hidrogênio é transferido para a cetonaatravés de um estado de transição cíclico de seis membros.

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269

Estes agentesagentes redutoresredutores entregam um átomoátomo dede hidrogêniohidrogênio a partir docarbono, em vez do boro.

O grupo maior (RL) na cetona prefere ocupar uma posição "de fora" noestado de transição, levando a um enantiômero específico do álcool.

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OutroOutro exemploexemplo da utilização de reagentes quirais trata da reduçãoredução dedealcenosalcenos utilizando o (+)(+)--alpinealpine--boraneborane®®, um derivado do 99--BBNBBN.

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270

A hidroboração ocorre do lado menos impedido da ligação dupla doα-pineno, longe dos grupos metilas geminais, para gerar o (+)(+)--alpinealpine--

boraneborane®®.

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O reagente funciona bem para os alcoóis acetilênicos e o estado detransição coloca o acetileno na posição "de fora".

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271

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Ambos os enantiômeros de Alpine-Borane® estão disponíveis comosoluções de THF.

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272

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Síntese Assimétrica Síntese Assimétrica –– Quarta GeraçãoQuarta Geração

No método de quartaquarta geraçãogeração

� as reações utilizam catalisadorescatalisadores quiraisquirais (químicos(químicos ouou enzimáticos)enzimáticos).

S P*R S = substrato

R = reagentecat* = catalisador quiralcat.*

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273

Tais métodos apresentam as vantagensvantagens inerentes aos métodosmétodos catalíticoscatalíticos:

� aceleração cinética� altos rendimentos� condições brandas

cat* = catalisador quiralP* = produto quiral

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CatalisadoresCatalisadores quiraisquirais químicosquímicos.. S P*R S = substrato

R = reagentecat* = catalisador quiralP* = produto quiral

cat.*

2 faces idênticas

2 faces

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2 faces diferentes

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CatalisadoresCatalisadores quiraisquirais enzimáticosenzimáticos S P*R S = substrato

R = reagentecat* = catalisador quiralP* = produto quiral

cat.*

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275

Comparando com o catalisador químico anterior....

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Reações QuímicasReações Químicas

Quando estudamos a estereoquímica de uma reação, estamospreocupados com as seguintes perguntas:

1) Se um produtoproduto da reação puderpuder existirexistir comocomo doisdois ouou maismaisestereoisômerosestereoisômeros, a reação produzirá

� um único estereoisômero,� um conjunto de estereoisómeros específicos, ou� todos os possíveis estereoisômeros.

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276

� todos os possíveis estereoisômeros.

2) Se estereoisômeros são possíveis para o reagentereagente, todos osestereoisômeros reagem para formar:

� o mesmo produto estereoisomérico, ou� cada reagente formará um estereoisômero diferente, ou� um conjunto diferente de estereoisômeros.

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Uma reação regiosseletivaregiosseletiva é uma reação em que dois isômerosconstitucionais podem ser obtidos como produtos, masmas comcom maiormaiorquantidadequantidade dede umum emem relaçãorelação aoao outrooutro.

Isômerosconstitucionais

mais B é formado mais B é formado do que C

Reações Químicas Reações Químicas RegioRegiosseletivassseletivas

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Uma reação pode ser moderadamente, altamente, ou completamenteregiosseletiva, dependendodependendo dasdas quantidadesquantidades relativasrelativas dosdos isômerosisômerosconstitucionaisconstitucionais formadosformados na reação.

22--metilmetil--22--butenobuteno

22--iodoiodo--22--metilbutanometilbutanoproduto majoritário

22--iodoiodo--33--metilbutanometilbutanoproduto minoritário

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EstereosseletividadeEstereosseletividade é um termo semelhante, mas refere-se à formaçãoformaçãopreferencialpreferencial dede umum estereoisômeroestereoisômero do que um isômero constitucional.

Se uma reação, que gera uma

� ligação dupla carbono-carbono ou um� átomo de carbono assimétrico

num produto, formarformar umum estereoisômeroestereoisômero preferencialmentepreferencialmente emem

Reações Químicas Reações Químicas EstereoEstereosseletivassseletivas

estereoisômeros

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278

num produto, formarformar umum estereoisômeroestereoisômero preferencialmentepreferencialmente ememdetrimentodetrimento dede outrooutro, é uma reação estereosseletiva.

Dependendo do grau de preferência por um particular estereoisômero,uma reação pode ser descrita como sendo moderadamente, altamente, oucompletamente estereosseletiva.

estereoisômeros

mais B é formado mais B é formado do que C

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A reação é estereoespecíficaestereoespecífica se

� o reagentereagente puderpuder existirexistir nana formaforma dede estereoisômerosestereoisômeros e� cada reagentereagente estereoisomérico levar a

�um produto diferente produto estereoisomérico ou�um conjunto diferentes produtos estereoisoméricos.

Reações Químicas Reações Químicas EstereoEstereoespecíficasespecíficas

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279

Na reação anterior, o estereoisômero A forma o estereoisômero B, masnão forma o D, de modo que a reação é estereosseletivaestereosseletiva, além de serestereoespecíficaestereoespecífica.

TodasTodas asas reaçõesreações estereoespecíficasestereoespecíficas, por consequência, também sãoestereosselectivasestereosselectivas.

Todavia, todastodas asas reaçõesreações estereosselectivasestereosselectivas nãonão sãosão estereoespecíficasestereoespecíficas..


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ReaçõesReações dede AlcenosAlcenos

Quando um alcenoalceno reage com um reagentereagente eletrofílicoeletrofílico, tal como HBrHBr, oproduto principal da reaçãoreação dede adiçãoadição é obtido pela adição do eletrófilo aocarbono ligado ao maior número de átomos de hidrogênio, e adicionandoo nucleófilo ao outro carbono.

Por exemplo, o principal produto obtido a partir da reação de propenocom HBr é o 2-bromopropano.

Estereoquímica de Estereoquímica de Reações de AdiçãoReações de Adição

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280

com HBr é o 2-bromopropano.

EsteEste produtoproduto particularparticular nãonão têmtêm estereoisômerosestereoisômeros porque não têm umátomo de carbono assimétrico.

Por isso, não tem que se preocupar com a estereoquímica desta reação.

propenopropeno

22--bromopropanobromopropanoproduto majoritário

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ReaçõesReações dede AlcenosAlcenos

No entanto, se aa reaçãoreação gerargerar umum produtoproduto comcom umum carbonocarbono assimétricoassimétrico,precisamos saber quais são os estereoisômeros formados.

Por exemplo, a reação de HBrHBr com 11--butenobuteno gera o 2-bromobutano, umcomposto com um carbonocarbono assimétricoassimétrico.


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281

Qual é a configuração do produto? Temos o enantiômero R, oenantiômero S, ou ambos?

11--butenobuteno

carbono assimétrico

22--bromobutanobromobutano

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ReaçõesReações queque formamformam umum CarbonoCarbono AssimétricoAssimétrico

Quando um reagentereagente que nãonão têmtêm umum átomoátomo dede carbonocarbono assimétricoassimétricosofre uma reação que forma um produto com um carbonocarbono assimétricoassimétrico,

� o produto será uma mistura racêmica.


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282

A reação nãonão éé estereosselectivaestereosselectiva, porque não seleciona um determinadoestereoisômero.

Porque isto é assim?

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Uma misturamistura racêmicaracêmica é obtida porque a formação do produto se dáatravés do ataque do nucleófilo a um carbocátioncarbocátion intermediáriointermediário aquiralaquiral.

O íon brometo pode se aproximar por qualquer uma das duas faces,levando à formação de dois produtos que são enantiômeros.


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283

((SS))--22--bromobutanobromobutano

((RR))--22--bromobutanobromobutano

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Quando HBr se adiciona ao 2-metil-1-buteno na presença de um peróxido,o produto possui um carbonocarbono assimétricoassimétrico.

Portanto, podemos prever que quantidades idênticas dos enantiômeros Se R serão formadas.


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284

carbono assimétrico

11--bromobromo--22--metilbutanometilbutano22--metilmetil--11--butenobuteno

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O produto é uma mistura racêmica pois o carbonocarbono, no intermediárioradicalar tem o elétron não emparelhado, temtem hibridaçãohibridação spsp22 ..

Isto significa que os três átomos ligados a ele estão todos no mesmoplano.

� Consequentemente, quantidades idênticas dos enantiômeros R e Sserão formadas.


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((RR))--11--bromobromo--22--metilmetil--butanobutanoIntermediário radicalarIntermediário radicalar

((SS))--11--bromobromo--22--metilmetil--butanobutano

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Se uma reação gerargerar umum carbonocarbono assimétricoassimétrico em umum compostocomposto queque jájátemtem umum carbonocarbono assimétricoassimétrico,

� umum parpar dede diastereômerosdiastereômeros vaivai serser formadoformado.


configuração não muda novo carbono


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não muda novo carbonoassimétrico

diastereoisômerosdiastereoisômeros((RR))--33--clorocloro--11--butenobuteno

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Se a adiçãoadição dede hidrogêniohidrogênio a um alceno formar um produtoproduto comcom doisdoisátomosátomos dede carbonocarbono assimétricosassimétricos,

� apenasapenas doisdois dos quatroquatro estereoisômerosestereoisômeros possíveispossíveis são obtidos

� porque só pode ocorrer a adiçãoadição synsyn

� os outros dois estereoisômeros teriam de vir deuma adição anti.


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uma adição anti.

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SeSe cadacada umum dosdos doisdois átomosátomos dede carbonocarbono assimétricosassimétricos estiverestiver ligadoligado aaquatroquatro substituintessubstituintes iguaisiguais,

� umum compostocomposto mesomeso seráserá obtidoobtido, em vez dos enantiômeros eritro.


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composto mesocomposto mesociscis--2,32,3--dideuteriodideuterio--22--pentenopenteno

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Em contraste, a adiçãoadição dede synsyn a um alcenoalceno transtrans forma apenas osenantiômeros treotreo.

Assim, a adiçãoadição dede hidrogêniohidrogênio éé umauma reaçãoreação estereoespecíficaestereoespecífica, ou seja, oproduto obtido a partir do isômero ciscis é diferente do produto obtido apartir da adição ao isômero transtrans.

É tambémtambém umauma reaçãoreação estereosseletivaestereosseletiva porque todostodos osos isômerosisômeros



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É tambémtambém umauma reaçãoreação estereosseletivaestereosseletiva porque todostodos osos isômerosisômerospossíveispossíveis nãonão sãosão formadosformados.

trans-2,3-dideuterio-2-penteno

enantiômeros treo(confôrmeros eclipsados)(confôrmeros eclipsados)

enantiômeros treo(confôrmeros alternados)(confôrmeros alternados)

enantiômeros treoProjeções de Fischer/Projeções de Fischer/

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AlcenosAlcenos cíclicoscíclicos com menosmenos dodo queque oitooito átomosátomos dede carbonocarbono nono anelanel, taiscomo

� ciclopenteno� ciclo-hexeno,

� só poderão existir na configuração ciscis, porque os isômerostrans apresentariam altasaltas tensõestensões angularesangulares.

Portanto, nãonão éé necessárionecessário utilizarutilizar aa designaçãodesignação ciscis emem seusseus nomesnomes.

Estereoquímica em Estereoquímica em Alcenos CíclicosAlcenos Cíclicos

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290

Portanto, nãonão éé necessárionecessário utilizarutilizar aa designaçãodesignação ciscis emem seusseus nomesnomes.

No entanto, anéisanéis contendocontendo oitooito ouou maismais átomosátomos dede carbonocarbono possuemisômeros ciscis e transtrans, por isso aa configuraçãoconfiguração dodo compostocomposto devedeve serserespecificadaespecificada emem seuseu nomenome.

transtrans-ciclooctenociscis-cicloocteno

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Portanto, a adiçãoadição a um alcenoalceno cíclicocíclico com menosmenos dodo queque oitooito átomosátomos deanel

� gera apenas os enantiômeros ciscis.

Estereoquímica em Estereoquímica em Alcenos CíclicosAlcenos Cíclicos

11--isopropilisopropil--22--metilmetil--ciclopentenociclopenteno

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291

Cada um dos dois átomos de carbonos assimétricos no produto dareação está ligado aos mesmos quatro substituintes. Portanto, a adiçãoadiçãosynsyn forma um compostocomposto mesomeso.

ciclopentenociclopenteno

1,21,2--dideuteriodideuterio--ciclopentenociclopenteno

Prof. Nunes

A adiçãoadição dede boranoborano a um alcenoalceno é uma reaçãoreação concertadaconcertada.

Uma vez que as duas espécies se adicionam simultaneamente,

Estereoquímica de Estereoquímica de HidroboraçãoHidroboração--OxidaçãoOxidação

O boro e o hidreto irão se adicionar aosdois átomos de carbono da ligaçãodupla, ao mesmo tempo.

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292

Uma vez que as duas espécies se adicionam simultaneamente,

� têm que se adicionar ao mesmo lado da ligação dupla.��adiçãoadição synsyn

adição syn do borano

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Quando o alquilboranoalquilborano é oxidado pela reação com peróxidoperóxido dede hidrogêniohidrogênioe oo íoníon hidróxidohidróxido,

� o grupo OH permanece na mesma posição que o grupo de boro

� Por conseguinte, a reaçãoreação globalglobal dede hidroboraçãohidroboração--oxidaçãooxidaçãoequivale a uma adiçãoadição dede synsyn

�� dede águaágua a uma ligação dupla carbono-carbono.


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293

�� dede águaágua a uma ligação dupla carbono-carbono.

adição syn da água

alquilboranoalquilborano álcoolálcool

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Pelo fato de correr uma adiçãoadição synsyn,

� hidroboraçãohidroboração--oxidaçãooxidação é estereosseletivaestereosseletiva.


Somente dois dos quatroestereoisômerosestereoisômeros serãoserão formadosformados.

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294

Prof. Nunes

AdiçãoAdição dede BromoBromo aa AlcenosAlcenos –– FormaçãoFormação dede ÍonsÍons BromônioBromônio

Se dois carbonos assimétricos são criados em uma reaçãoreação dede adiçãoadição,,através da formação de um íoníon bromôniobromônio

� apenas um par de enantiômeros irá ser formado.

� a reação será estereosseletivaestereosseletiva.� a adição a alcenos ciscis gera apenas os


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295

� a adição a alcenos ciscis gera apenas osenantiômeros treotreo.

cis-2-penteno enantiômeros treo

enantiômeros treoprojeções de Fischer

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AdiçãoAdição dede BromoBromo aa AlcenosAlcenos –– FormaçãoFormação dede ÍonsÍons BromônioBromônio

Similarmente, a adiçãoadição a alcenos trans

� gera apenas os enantiômeros eritro.

Uma vez que os isômeros cis e trans formam produtos diferentes,� a reação é estereoespecíficaestereoespecífica, bem como estereosseletivaestereosseletiva.


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296

trans-2-penteno enantiômeros eritro

enantiômeros eritroprojeções de Fischer

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A adiçãoadição dede bromobromo aa alcenosalcenos um exemplo de reação com adiçãoadição antianti.

Isto ocorre porque o intermediáriointermediário da reação� é um íon bromônio cíclico.

Uma vez que o íon bromônio é formado, oo átomoátomo dede bromobromo emem ponteponteponteponte bloqueiabloqueia umauma dasdas facesfaces dodo íoníon ao ataque de nucleófilos.


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297

ponteponte bloqueiabloqueia umauma dasdas facesfaces dodo íoníon ao ataque de nucleófilos.

face bloqueada

face permitida

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Como resultado, o íon brometo de carganegativa deve aproximar-se pelo ladooposto.

Desta forma, os dois átomos de bromo seadicionarão em lados opostos da ligaçãodupla.


face bloqueada

face permitida

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298

os átomos de bromo se adicionam a lados opostos da dupla ligação

SomenteSomente doisdois dos quatro estereoisômeros possíveis são obtidos.

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Se os doisdois átomosátomos dede carbonocarbono assimétricosassimétricos em cada produto têmtêm ososmesmosmesmos quatroquatro substituintessubstituintes,

� os isômerosisômeros eritroeritro são idênticos e representam um compostomeso.

Portanto, além adiçãoadição dede bromobromo aoao transtrans--22--butenobuteno gera um compostocompostomesomeso.


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299

mesomeso.

plano de simetria

trans-2-buteno composto meso

composto mesoprojeção de Fischer

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Estereoquímica de Estereoquímica de Reações de Adição Reações de Adição -- SumárioSumário

Reação Tipo de Adição

Estereoisômeros Formados

Reação de adição que cria 1 carbono assimétrico no produto

1) Se o reagente não tem um carbono assimétrico, um par de enantiômeros será obtido (iguais quantidades dos enantiômeros R e S)

2) Se o reagente tem um carbono assimétrico, quantidades diferentes de um par de diastereoisômeros será formado.

Reações de adição que criam 2

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300

Reações de adição que criam 2 carbonos assimétricos no produto

� Reações que formam carbocátionsou radicais como intermediários

� Adição de H2 ou de borano

� Adição de bromo

syn ou anti

syn

anti

4 estereoisômeros podem ser obtidosa

(isômeros cis e trans formam os mesmos produtos.

cis → enantiômeros eritroa

trans → enantiômeros treo

cis → enantiômeros treotrans → enantiômeros eritroa

a Se os dois átomos de carbono assimétricos têm os mesmos substituintes, um compostomeso será obtido, em vez do par de enantiômeros eritroeritro.

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Quando usamos aldeídosaldeídos ee cetonascetonas quiraisquirais em reaçõesreações dede adiçãoadição dedeorganometálicosorganometálicos, o que equivale na maioria dos casos a existência préviade um ou mais centros estereogêncios na molécula,

� as duas facesfaces da carbonila são diastereotópicasdiastereotópicas

� e a adição de nucleófilos pode conduzir à formação de dois novosprodutosprodutos diastereoisoméricosdiastereoisoméricos.

Adição de Organometálicos à C=O Adição de Organometálicos à C=O Aspectos Aspectos EstereoquímicosEstereoquímicos

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301

Nesses casos, a não ser por coincidência, umum dosdos produtoproduto dominarádominarásobresobre oo outrooutro.

Como prever qual deles será o isômero principal?

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A norbornanona é um exemplo de uma cetona cíclica com estruturarelativamente rígida que oferece impedimentoimpedimento àà aproximaçãoaproximação dodonucleófilonucleófilo a umauma dasdas facesfaces diastereotópicas da carbonila.


faceconvexa

facecôncova

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302

nucleófilonucleófilo a umauma dasdas facesfaces diastereotópicas da carbonila.

A aproximação pela face côncova é mais difícil, em razão de interaçõesestéricas entre o nucleófilo e os hidrogênios orientados para o interior dacavidade do sistema biciclico,

� resultando em uma formação preferencial do álcool formado apartir do ataqueataque exoexo (pela faceface convexaconvexa).

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A situação se inverte para o caso da cânfora, que apresenta dois gruposmetílicos no carbono C7 do sistema bicíclico.

O grupo metila C8 está posicionado na trajetória do nucleófilo e é oresponsável pelo impedimentoimpedimento estéricoestérico acentuadoacentuado que passa a ocorrer naface convexa do biciclo (o ângulo de Burgi-Dunitz para o ataque donucleófilo aumenta esta interação estérica).


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303

Por essa razão, observa-se a formação preferencial do álcool resultantedo ataqueataque endoendo (faceface côncovacôncova) do nucleófilo à carbonila.

faceconvexa

facecôncova

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Ciclopentanonas são moléculas praticamente planares, e a presençapresença dedeumum centrocentro estereogênicoestereogênico nono CCαα

� normalmente dirige a adição nucleofílica para a face contráriaem que esse grupo está localizado.

A diastereosseleçãodiastereosseleção é maior quando são usados nucleófilos maisvolumosos.


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304

MNuNu Nu

OH

OH

Nu

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Em cetonas cíclicas conformacionalmente mais flexíveis,

� a preferência facial pode não ser tão elevada e

� dependerá não só do eventual impedimento estérico oferecido porsubstituintes próximos à carbonila, como também de efeitostorsionais e estereoeletrônicos que podem operar durante o ataquedo nucleófilo.


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305

Nu

OH

OH

Nu

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À medida que o substituintesubstituinte sese afastaafasta dodo grupogrupo carbonílicocarbonílico,� sua influência sobre o curso reacional diminui, e� a seletividade observada passa a depender mais intensamente

de efeitos conformacionais e torsionais.

O ataque equatorial é favorecido; porém,� quanto menor o volume do organometálico, em geral,

� menor a estereosseletividade em favor do ataque


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� menor a estereosseletividade em favor do ataqueequatorial.

306

Nu

OH

MNuNu

OH

Nu

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A situação de carbonilascarbonilas emem compostoscompostos acíclicosacíclicos comfacesfaces diasterotópicasdiasterotópicas foi estudada de forma sistemáticaprimeiramente por D. J. Cram e colaboradores, no iníciodos anos 1950.


Nobel de QuímicaNobel de Químicafaces faces diasterotópicasdiasterotópicas

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307

Nobel de QuímicaNobel de Química19871987

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Cram, em 1952, observou que

�a reação de adição nucleofílica do iodeto de metilmagnésio aoaldeído α-metilfenilacético, um aldeído que contém um centroestereogênico na posição α,

� conduzia à formação de dois diastereoisômeros emquantidades desiguais.


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308

principal minoritário

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ModeloModelo dede CramCram,

� Parte do princípio de que, na conformação que reage com a espécienucleofílica, o grupo grande (Ph) encontra-se eclipsado com o hidrogênio dogrupo aldeído.

� O ataque nucleofílico pelo grupo metila do reagente de Grignard ocorrepreferencialmente pelo lado do grupo pequeno (RP, hidrogênio, trajetóriatrajetória AA),levando à formação do produto Cram (principal).


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� O ataque pelo lado do grupo médio (RM, metila, trajetóriatrajetória BB) conduz aoproduto minoritário (anti-Cram).

309

principal

minoritário

trajetóriaA

trajetóriaB

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ModeloModelo dede CramCram,

Quanto maior a diferença estérica entre RP e RM,� maior a diastereosseletividade a ser obtida.

Além disso, o modelo não considera o efeito da interação entre RG e R e anatureza do nucleófilo na magnitude da indução assimétrica 1,2.

De fato, são observados bons excessos diastereoméricos, em geral quando� há uma clara diferenciação entre RP e RM e


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� há uma clara diferenciação entre RP e RM e� com o uso de nucleófilos volumosos.

310

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A regra de Cram é um exemplo no qual

� se alcança uma conclusãoconclusão corretacorreta

� através de uma premissapremissa incorretaincorreta.

A conformação proposta por Cram não é a preferida nem no estadofundamental nem no estado de transição.


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� Entretanto, a contribuição dada por Cram à interpretação dosresultados de reações estereosseletivas é inquestionável.

311

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Estudos posteriores levaram ao refinamento do modelo de induçãoassimétrica 1,2 e à proposição feita por H. Felkin, confirmada por cálculosteóricos.


� A formação do produto principal neste tipo de reação

� é resultado do ataque no nucleófilo orientado anti ao grupoestericamente dominante (L),

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312

� através da trajetória Burgi-Dunitz, que minimizainterações não-ligantes como os substituintesadjacentes à carbonila.

Produto Produto FelkinFelkin

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Duas conformações de energia semelhantes (A) e (B).

O ataque ao confôrmero (A) coloca o nucleófilo próximo ao menorsubstituinte (S) no estado de transição, sendo esse o caminho de menorenergia que leva ao produto principal (produto de Felkin).

Por outro lado, a aproximação pelo confôrmero (B) coloca o nucleófilopróximo ao substituinte médio (M) no estado de transição, sendo esse o


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próximo ao substituinte médio (M) no estado de transição, sendo esse ocaminho de maior energia que leva ao produto secundário (anti-Felkin).

313

Produto Produto FelkinFelkin Produto Produto antianti--FelkinFelkin(A) (A) (B)(B)

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Modelo de Felkin Ahn – Substituintes não permitem quelação.


Felkin Ahn (FA) Cram Quelado (CQ)

FA : CQ

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314

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Nos casos em que há substituintessubstituintes próximospróximos aoao carbonocarbono carbonílicocarbonílico capazesde permitir que uma espécie metálica (Met) presente no nucleófilo coordene-se ao mesmo tempo a ele e ao oxigênio da carbonila (interação chamadaquelação), principalmente se essa quelação envolver a formação de anéis de 5ou 6 membros,

� isso determinará a conformação mais estável do compostocarbonílico que deverá ser considerada para efeito deindução assimétrica


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�Os heteroátomos que mais frequentemente favorecem um estado detransição quelado são O, N e S.

�Por sua vez, os metais mais comumente envolvidos em quelação são Li+,Mg2+, Zn2+, Cu2+, Ti4+, Ce3+ e Mn2+.

315

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Modelo de Felkin Ahn – Substituintes permitem quelação


Felkin Ahn (FA) Cram Quelado (CQ)

FA : CQ

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316

É importante salientar que, como o Mg2+

apresenta maior tendência à quelação que o Li+,

� as reações envolvendo reagentes de Grignard são, em geral,

� mais estereosseletivas do que os respectivos reagentes orgânicos de lítio.

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As reaçõesreações orgânicas que ocorrem em sistemassistemas biológicosbiológicos sãocatalisadascatalisadas porpor enzimasenzimas.

Estereoquímica de Estereoquímica de Reações EnzimáticasReações Enzimáticas

� são quase sempre completamente estereosselestivas.

� formam apenas um único estereoisômero.

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317

Por exemplo, a enzimaenzima fumarasefumarase, que catalisa a adição de água aofumarato, forma um únicoúnico enantiômeroenantiômero:: (R)(R)--malatomalato.

(R)-malatotrans-fumarato

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Um reaçãoreação catalisadacatalisada porpor enzimasenzimas gera apenas um estereoisômero,porque o sítiosítio receptorreceptor dada enzimaenzima éé quiralquiral.

Estereoquímica de Estereoquímica de Reações EnzimáticasReações Enzimáticas

� restringe a entrega de reagentes a somente umdos lados lado do grupo funcional do reagente.

� Consequentemente, apenas um estereoisômero

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318

cis-fumarato

� Consequentemente, apenas um estereoisômeroé formado.

As reaçõesreações catalisadascatalisadas porpor enzimasenzimas são também estereoespecíficasestereoespecíficas::

� uma enzima catalisa especificamente a reação dede um único estereoisômero.

Nenhuma reação

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Determinação daDeterminação da

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A configuração absoluta de enantiômeros pode ser determinada atravésde diferentes métodos:

1) Difração de Raio X (método de Bijvoet)2) Cromatografia a Gás em Coluna Quiral3) HPLC Quiral4) Ressonância Magnética Nuclear5) Dicroísmo circular e Dispersão Ótica Rotatória

Determinação da Configuração AbsolutaDeterminação da Configuração Absoluta

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5) Dicroísmo circular e Dispersão Ótica Rotatória

320

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Método difração de raio-X de cristais

� É utilizado para determinar as estruturas moleculares.

� Os átomos da estrutura fornecem uma grade de difração em 3dimensões.

� Numa primeira aproximação, o efeito de difração é igual se provemda parte anterior ou posterior da grade (Lei de Friedel),

Difração de Raio Difração de Raio –– X X (Método de (Método de BijvoetBijvoet))

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da parte anterior ou posterior da grade (Lei de Friedel),

� Entretanto, se a estrutura é assimétrica, esta lei não émais válida, principalmente se existem átomospesados na estrutura, tal como um metal de transição

321

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Método difração de raio-X de cristais

Este efeito pode ser utilizado para determinar a configuração absoluta(análise de Bijvøt).

Este método é o único método para determinar a configuração absolutaque independe de comparação entre estruturas de configuração absoluta

Difração de Raio Difração de Raio –– X X (Método de (Método de BijvoetBijvoet))

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que independe de comparação entre estruturas de configuração absolutaconhecida.

Se a estrutura contém um fragmento assimétrico dede configuraçãoconfiguraçãoconhecida,conhecida, a análise de Bijvoet não é necessária, pois o resto daestrutura deve ser consistente com o fragmento.

322

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Cromatograma de íons totais de uma fração do extrato de Erwinia psidii.

Fração de coluna cromatográfica de 2,0 mg de extrato de 8 litros de meiode cultivo C6-HSL: 6 % abundancia relativa (~120 µg).

CromatrografiaCromatrografia Gasosa em Coluna Gasosa em Coluna QuiralQuiral

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Análise: Coluna HP5 30m, temp 100-290(10ºC/min) 10 min at 290ºC, injetor = 250ºC, fluxo = 1mL/min,

hélio, splitless.

323

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Configuração absoluta da S-(-)-hexanoil-HSL natural

Metodologia: GC-FID quiral; Chrompack chirasil-dex CB.

CromatrografiaCromatrografia Gasosa em Coluna Gasosa em Coluna QuiralQuiral

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324

S

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Método 1

Análise de misturas enantiomericas em ambiente quiral (solvente quiralou agente de deslocamento quiral).

� Neste caso, o importante é a separação dos enantiômeros em doisconjuntos de sinais.

Ressonância Magnética NuclearRessonância Magnética Nuclear

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� Este método é mais apropriado para a determinação de excessosenantioméricos e não para determinação de configuração absoluta.

325

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Método 2

A análise por RMN de derivados diastereoisoméricos de um compostoenantiomericamente puro ou quase puro,

� capaz de estabelecer a configuração absoluta de compostosquirais sem ter amostras cristalinas e não é destrutivo.

� O princípio envolve o uso de agentes derivatizantes quirais que


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� O princípio envolve o uso de agentes derivatizantes quirais quetransforma enantiômeros em diastereoisômeros

� e correlaciona as diferenças dos seus deslocamentosquímicos a configuração absoluta.

Existem experimentos com RMN de 2H, 13C, 31P, 29Si e 1H. Este último é omais popular.

326

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Método 2 - RMN de 1H

Na metodologia clássica de Dale e Mosher uma molécula quiral éderivatizada com o R e S do agente derivatizante quiral

� para formar 2 diastereoisomeros.

A maioria dos agentes quirais para derivação contém um anel aromáticono carbono alfa.


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no carbono alfa.

A diferente orientação do cone de proteção do anel aromático no RR/ SRRS/SS leva a uma proteção seletiva de R1 e R2.

327

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Misturas de Enantiômeros

Nestes casos basta uma derivação com um agente quiral R ou S.

Compostos Enantiomericamente Puros

Nestes casos é necessário utilizar:a) agente derivatizante R e S separadamente.b) um só agente derivatizante quiral e variação de temperatura.


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b) um só agente derivatizante quiral e variação de temperatura.

a) b)

328

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O método de Mosher é baseado na dupla ou simples derivatização.

A dupla derivatização consiste na esterificação do álcool de configuraçãoabsoluta desconhecida com os dois enantiômeros (R) e (S) do reagenteauxiliar quiral.

A simples derivatização consiste na esterificação do álcool com apenasum dos enantiômeros do reagentereagente auxiliarauxiliar,, ((RR)) ouou ((S)S).

Método de Método de MosherMosherQuim. Nova, Vol. 28, No. 6, 1061-1065, 2005

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O método de Mosher requer a presença de grupos funcionais específicosna molécula, tais como -CO2H, -NH2 e -OH, necessários para ligar osubstrato ao reagente.

Portanto, mostramostra--sese útilútil apenasapenas para álcoois primários e secundários,aminas primárias e secundárias e para ácidos carboxílicos.

Método de Método de MosherMosherQuim. Nova, Vol. 28, No. 6, 1061-1065, 2005

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330

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O reagentereagente auxiliarauxiliar deve possuir algumasalgumas característicascaracterísticas estruturaisestruturaisespeciaisespeciais, tais como a presença de:

� um grupo Z (grupos carboxilatos, hidroxílicos ou cloretos) capazde ligar o álcool ao reagente através desse grupo.

� um grupo Y (anel aromático ou grupo insaturado) com forte efeitoanisotrópico para produzir efeito de proteção ou desproteção nossubstituintes L1/L2 do álcool.


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substituintes L1/L2 do álcool.

� um grupo polar (R1 e R2) necessário para auxiliar a fixação damolécula na conformação preferida.

331

Y

Z

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Nos dois métodos,

� são registrados os espectros dos dois diasteroisômeros resultantes dareação e comparados,

� sendo realizada a medida da diferença dos deslocamentos químicos ΔδR, S.

Método de Método de MosherMosher

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� A determinação da configuração R/S no centro quiral do álcool

� é feita através da correlação entre esse centro e o centro quiraldo reagente auxiliar que é de configuração absoluta conhecida,

� de acordo com o efeito de proteção e/ou desproteçãoque o grupo aromático do reagente auxiliar produzirános hidrogênios dos substituintes L1 e L2 do álcool.

332

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333

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(+)-gliceraldeído ácido (+)-tartárico


PGQUIM - UFC334

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(+)-isoserina ácido (+)-lático


PGQUIM - UFC335

CabeCabe ressaltarressaltar que o intercâmbio dos dois substituintes CH3 e COOH no ácido(R)-láctico dá lugar a seu enantiômero (S), com troca de configuração.

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Determinação da configuraçãoconfiguração absolutaabsoluta da hesperidina (produto natural)

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Education

Estereoquimica - Pós-graduação