Transcript Aula 8 - Estereoquímica

Introdução à
Estereoqiuímica
Aula 8
QO-427 Prof. José Augusto
Isomerismo: isômeros constitucionais e estereoisômeros
Isômeros são compostos diferentes que têm a mesma fórmula molecular.
Isômeros constitucionais são isômeros que diferem porque seus átomos estão
conectados em uma ordem diferente. Exemplos,
fórmula
molecular
isômeros constitucionais
CH3
C4H10
CH3CH2CH2CH3
butano
C3H7Cl
CH3CH2CH2Cl
1-cloropropano
C2H6O
CH3CH2OH
etanol
CH3CHCH3
isobutano
Cl
CH3CHCH3
2-cloropropano
CH3OCH3
éter dimetílico
Estereoisômeros não são isômeros constitucionais – eles têm seus átomos
constituintes conectados na mesma seqüência. Estereoisômeros diferem apenas no
rearranjo de seus átomos no espaço.
Cl
Cl
H
Cl
H
C
C
C
C
H
cis-1,2-dicloroeteno
C2H2Cl2
H
Cl
trans-1,2-dicloroeteno
C2H2Cl2
p.e. 60 oC
p.e. 48 oC
p.f. -80 oC
p.f. -50 oC
Densidade 1,284 g mL-1
dens. 1,446 g mL-1
isômeros
isômeros constitucionais
Estereoisômeros
enantiômeros
diastereoisômeros
configuracionais
diastereoisômeros
diastereoisômeros
cis - trans
Diferença entre conformação e configuração. Uma analogia, conformação: um
indivíduo com os braços e pernas abertos em diferentes posições; configuração: um
indivíduo com os braços posicionados no lugar das pernas e vice-versa, ou a cabeça
no lugar do joelho, e a perna no lugar da cabeça.
7.1 Quiralidade e Enantiômeros
Quiralidade: propriedades semelhantes às das mãos. Um objeto que não se
sobrepõe com sua imagem especular é quiral. Caso um objeto e sua imagem
no espelho possa coincidir no espaço, então eles são ditos aquirais.
Objetos quirais: um par de luvas, as lâminas de uma tesoura, um escada em
espiral, uma pessoa, um abridor de rolhas de cortiça, hélices, etc.
Objetos aquirais: um lápis, um ovo, um cubo, monitor de TV, etc.
Fig. 7.1 Dois objetos imagem especular e objeto não se sobrepõem.
Enantiômeros: compostos isômeros que possuem uma relação de objeto e
imagem são chamados de enantiômeros e são ditos terem um relacionamento
enantiomérico entre si.
Uma inspeção cuidadosa da estrutura do 2-iodobutano revela que é uma molécula
quiral. Existem duas estruturas isoméricas que não se sobrepõem.
CH3CH2
C
centro quiral
ou estereocentro
CH3
H
I
2-iodobutano
H
CH2CH3
C
I
CH3
2-iodobutano
Para converter um dos enantiômeros no outro, é preciso quebrar e reformar ou
distorcer a molécula através de uma geometria plana. Este processo requer uma
enorme energia para interconverter uma estrutura na outra, uma barreira de
energia em geral não disponível em uma reação química. Este tipo de isomeria é
chamada de estereoisomerismo.
Estereoisômeros são compostos que possuem a mesma seqüência de ligações
covalentes e diferem na disposição relativa de seus átomos no espaço.
Fig. 7.2 O relacionamento imagem-objeto dos dos 2-iodobutano.
Observe que 1,1-dicloroetano, que possui
três grupos diferentes no C-1, é aquiral.
Quando a molécula possui um estereocentro,
suas moléculas serão sempre quirais.
Contudo, um estereocentro não é uma
condição necessária para quiralidade, como
veremos logo a seguir.
Fig. 7.3 A quiralidade do 1,1-dicloroetano
Fig. 7.4 O relacionamento entre as duas
conformações gauches do butano.
Os dois isômeros conformacionais possuem
também um relacionamento enantiomérico entre
si. Contudo, neste caso, os dois enantiômeros
podem se interconverter simplesmente pela
rotação da ligação central carbono-carbono.
butano
Desde que as barreiras rotacionais sejam pequenas, tais enantiômeros como os
acima rapidamente se interconvertem a temperatura ambiente. Os enantiômeros
poderiam ser obtidos no estado puro apenas a temperaturas bem baixas, da ordem
de –230 oC. Nenhum dos butanos gauches enantioméricos possuem estereocentros.
Estas moléculas são quirais devido a disposição assimétrica dos grupos em torno da
ligação C-C central.
Exercício 7.3 Construa modelos moleculares das duas formas enantioméricas do
butano gauche. Confirme que os dois enantiômeros não se sobrepõem e que a
rotação em torno do ligação C-2—C-3 provoca a interconversão.
Enantiômeros
Moléculas de imagem especular que não se sobrepõem
• A importância Biológica da Quiralidade
• A interação específica de um sítio receptor quiral para
com uma molécula quiral acontece usualmente de modo
favorável apenas de uma maneira
Encaixe perfeito
Não tem encaixe
13
Substâncias Quirais:
Todos os carboidratos são quirais;
Tos os aminoácidos proteinogênicos são quirais, com exceção do
mais simples, a glicina;
Têm propriedades semelhantes as das mãos (ou seja, são quirais): as
proteínas, as enzimas, o RNA, o DNA, um número significativo dos
princípios ativos de fármacos, de substâncias naturais, etc.
7.2 Propriedades Físicas dos Enantiômeros: Atividade Ótica
Semelhanças entre enantiômeros quando puros e separados: ponto de
ebulição, solubilidade em solventes comuns, densidades, índices de refração e
espectros.
Diferenças entre enantiômeros:
Formas de cristalização das moléculas:
D D
L
L
Co-cristais  85 % das moléculas
D D
L
L
Conglomerados < 15% da moléculas
o
p.f. = X oC
p.f. = X C
D L D L
L D L D
D D
L
L
D L D L
D D
L
L
L D L D
conglomerados
Co-cristais = mistura
física 1:1 de L e D
p.f.  XoC
Propriedades de alguns enantiômeros.
O
R
(+)-limoneno
odor laranja
H
Ph
H3CO2C
S
R
(+)-limoneno
odor limão
(-)-carvona
cominho
(alcarávia)
H NH2
N
S
H
O
O
aspartamo
100x mais doce
que o açúcar
S
H
CO2H
Ph
H3CO2C
(+)-carvona
hortelã
H NH2
N
H
R
CO2H
O
aspartamo
amargo
Alice no País do Espelho, Lewis Carrol (pseudônimo de Charles L. Dogson,1832-1898):
L&PM Pocket, Porto Alegre, 2009, pag. 24. “Você gostaria de morar na Casa do Espelho,
gatinho? Fico pensando se o pessoal de lá vai dar leite a você... Pode ser que o leite do Espelho
não seja bom de beber”.
Diferenças entre enantiômeros: entre outras, diferem na interação com luz
polarizada.
A luz pode ser tratada como um movimento ondulatório cambiante entre os
campos elétrico e magnético que estão em ângulo reto entre si. Quando um elétron
interage com a luz, ele oscila na freqüência da luz na direção do campo elétrico e
em fase com ela. Na luz normal, os vetores campo elétrico das ondas de luz estão
orientadas em todos os possíveis planos. A luz plano-polarizada é a luz na qual os
vetores campos elétricos de todas as ondas de luz estão no mesmo plano, o plano
de polarização.
A origem da atividade ótica
(c) Dois raios polarizados
circularmente
com
rotações opostas tendo a
mesma velocidade, com
seu vetor soma. O
resultado liquido é como
em (a).
(d) Dois raios polarizados
circularmente com
rotações opostas tendo
velocidades difetrentes,
com seu vetor soa. O
resultado liquído é como
em (b)
(c)
(d)
A Origem da Atividade Ótica
A Atividade ótica é medida pelo grau de rotação da luz plano polarizada passando
através de um meio quiral. O raio da luz polarizada no plano (Figura a) pode ser
descrito em termos de luz polarizada circularmente. Um raio de luz polarizada
circularmente girando em uma direção é mostrado em b. O vetor soma de dois raios
em fase polarizados circularmente tendo rotações opostas é um raio de luz plano
polarizada (Fig. c). A atividade ótica de moléculas quirais resulta do fato de que dois
raios opostos polarizados circularmente trafegarem com velocidades diferentes
através do meio quiral. Essa diferença dos dois raios polarizados circularmente se
propaga através da amostra enquanto seu vetor soma descreve um plano que
progressivamente vai se girando (Fig. d). O que é medido quando a luz emerge da
amostra é rotação resultante da luz plano polarizada causada pela diferença de
velocidades dos componentes dos raios da luz polarizada circularmente.
A origem da diferença de velocidades é decorrente das interações entre elétrons da
molécula quiral com a luz. As moléculas que não são quirais não causam diferença de
velocidades entre os dois raios polarizados circularmente, e como consequência não
há rotação do plano da luz polarizada descrita pelo vetor soma., e não há atividade
ótica.
Vide Figura no slide anterior.
A luz plano-polarizada pode ser produzida passando a luz normal através de um
polarizador, tal como uma folha de Polaroid ou de um instrumento conhecido
como prisma de Nicol.
Na molécula, um elétron não é livre para oscilar igualmente em todas as direções.
Isto é, sua polarizabilidade é anisotrópica, o que significa diferente em diferentes
direções. Quando os elétrons nas moléculas oscilam em resposta a uma luz planopolarizada, eles geralmente tendem, devido a sua polarizabilidade anisotrópica, a
oscilar fora do plano de polarização. Devido a sua interação com os elétrons
oscilantes, a luz tem seus campos elétrico e magnético alterados. Assim, quando a
luz plano-polarizada interage com uma molécula, o plano de polarização gira
levemente. Contudo, em uma grande coleção de moléculas aquirais, para qualquer
orientação de uma molécula que tem alterado o plano de polarização da luz, existe
uma outra molécula com uma orientação imagem especular tendo um efeito oposto.
Conseqüentemente, quando um raio de luz plano-polarizada é passado através de tal
composto, o raio emerge com o plano de polarização inalterado.
raio de luz
inalterado
Contudo, para moléculas quirais tal como um dos enantiméricos 2-iodobutanos, o
estereoisômero com orientações imagem especular estão ausentes, e o plano de
polarização da luz é usualmente medido alterado em sua passagem pela amostra.
Tais compostos são ditos serem oticamente ativos. Se um composto provocar a
alteração de polarização girar na direção dos ponteiros do relógio (positivo) a
direção é medida pelo detector na frente do raio, é dito ser dextrorotatório. Se
provocar girar o plano no sentido contrário aos ponteiros do relógio (negativo), é
chamado levorotatório. A quantidade pela qual o plano é girado é expressado
como ângulo de rotação  e pelo sinal apropriado, o qual mostra se a rotação é
dextro (+) ou levo (-).
As rotações são medidas com um equipamento chamado de polarímetro. Uma vez
que a rotação depende do comprimento de onda da luz usada, há necessidade de luz
monocromática (luz tendo um único comprimento de onda). Os polarímetros comuns
usam a linha D do sódio (5890 Å). A luz monocromática passa primeiro pelo
polarizador (usualmente um prisma de Nicol), do qual ela emerge polarizada em um
plano. A luz plano-polarizada é e então passada através de um tubo que contém a
amostra, tanto na forma líquida ou dissolvida em alguma solvente aquiral. Ela
emerge da amostra com o plano de polarização girado na direção mais ou menos. O
raio de luz passa por um segundo prisma de Nicol, que é montado em um mostrador
circular (o analisador). Este é girado por um valor suficiente para permitir o raio de
luz ultrapassá-lo na intensidade máxima. As leituras são comparadas com uma
amostra tendo no tubo somente o solvente puro, para obter o valor da rotação.
Fig. 7.5 Esquema de um polarímetro.
– O Polarímetro
23
Os polarímetros de precisão usam a linha amarela do sódio (linha D) ou a linha
verde do mercúrio e geralmente possuem uma precisão em torno de ± 0,01.
Espectropolarímetros usam fotocélulas no lugar do olho humano e podem dar uma
maior precisão.
O ângulo de rotação  é proporcional ao número de moléculas oticamente ativas
presentes no caminho do raio de luz. Contudo,  é proporcional ao comprimento do
tubo da amostra e da concentração da solução. A rotação específica [] é obtida
dividindo  pela concentração c (expressada em g mL-1 da solução) e comprimento
da célula, l (expressado em decímetros).
t =
D

l. c
 ângulo de rotação medido
l = comprimento da cela (em decímetros)
c = concentração da solução
t = temperatura da solução
D = comprimento de onda
[
] = rotação específica
Os enantiômeros diferem um do outro de maneira pela qual eles interagem com a
luz plano-polarizada.
24 = + 15,9
D
Para os dois enantiômeros do 2-iodobutano:
24 = - 15,9
D
Esta informação não nos diz qual enantiômero é qual. Não existe uma relação
simples entre o sinal de  e a estereo-estrutura absoluta de uma molécula. Por
exemplo, (+)-ácido lático, (+)-CH3CH(OH)COOH é convertido ao seu sal sódico,
(-)-lactato de sódio, (-)-CH3CH(OH)COO- Na+, pela reação com NaOH, e
recuperado pela adição de HCl.
A esteroestrutura absoluta pode ser determinada por difração de raio-X. As
estereoestrutras absolutas para alguns compostos oticamente ativos foram
determinados por esta técnica. Uma vez determinada as estereoestruturas absolutas
para alguns poucos compostos oticamente ativos, outras configurações moleculares
podem ser determinadas por correlação química com compostos de estrutura
conhecida. Por estes métodos, as estruturas para (+)- e (-)-2-iodobutano foram
estabelecidas serem
CH3CH2
C
CH3
H
I
(+)-2-iodobutano
24
 = +15,9
D
CH2CH3
H
C
I
CH3
(-)-2-iodobutano
24
 = -15,9
D
Exercício 7.4 A rotação específica da sucrose é + 66. Considerando que 5 colheres
pesam 60 g e que um pequeno copo de 5 cm de diâmetro tem capacidade para 300
mL de solução, calcule qual será a rotação a ser observada.
Substâncias quirais são opticamente ativas; elas giram
o plano de polarização.
Sentido horário (+) Sentido anti-horário (-)
Diferença de configuração R,S
Substâncias aquirais em geral não giram o plano de polarização.
Elas são opticamente inativas.
7.3 Nomenclatura de Enantiômeros: A Convenção R,S
Como atribuir uma estrutura a um determinado enantiômero? Qual é a estrutura do
(+)-2-iodobutano? Qual é a do (-)-2-iodobutano? Um sistema de nomenclatura
foi concebido por R. S. Cahan, Sir Christopher Ingold e por Vlado Prelog e foi
adotado pela IUPAC. Esta convenção é chamada de sistema Cahan-IngoldPrelog e também chamada de convenção R,S, ou ainda “regra da seqüência”.
A aplicação de regra da seqüência para nomear enantiômeros envolve os seguintes
passos.
1. Identifique os quatro substituintes ligados ao estereocentro. Atribua a cada um
dos quatro substituintes um prioridade 1,2,3 ou 4 usando a regra da seqüência de
modo que 1 > 2 > 3 > 4.
2. Oriente a molécula no espaço de modo que visualizar a ligação do estereocentro
posicionando-se do lado oposto da ligação de menor prioridade, 4.
Olhando nesta posição você verá o estereocentro com três substituintes 1, 2, e 3.
Trace um caminho de 1 para 2 e para 3. Se o caminho descreve um movimento no
sentido do movimento dos ponteiros de um relógio, então o estereocentro é
chamado R (do latim, rectus, direita). Se o caminho for no sentido inverso aos dos
ponteiros do relógio o estereocentro é chamado S (do latim, sinister, esquerda).
Oriente o grupo (átomo) de menor prioridade (4) para
longe de você
Sentido horário = configuração R
Sentido anti-horário = configuração S
Representações espaciais para estruturas R e S são mostradas a seguir.
S
R
Fig. 7.6 Diagramas espaciais para um estereocentro, ilustrando o arranjo 1,2,3 e 4 de
grupos prioritários para atribuição das configurações (a) S e (b) R.
Temos que considerar 4 aspectos na aplicação da regra da seqüência.
1. Quando os quatros substituintes ligados ao estereocentro são diferentes, o de
maior número atômico tem preferência sobre o menor.
3
H3C
C
4
H
Br Cl
1
2
(S)-1-bromo-1-clorometano
Apenas os átomos diretamente ligados ao estereocentro são considerados.
Portanto, no exemplo acima: Br > Cl > C > H.
Exercício 7.5
fluoropropano.
Escreva a estrutura tridimensional para (S)-1-cloro-1-
2. Nos casos onde dois dos átomos ligados são isótopos entre si, o de massa atômica
maior tem prioridade sobre o menor.
1
F
C
4
H
F>C>D>H
D CH3
2
3
(R)-1-deutério-1-fluorometano
3. Quando dois dos átomos ligados diretamente ao estereocentro forem o mesmo, a
prioridade é atribuída no primeiro ponto de diferença entre esses mesmos
substituintes.
2
CH3CH2
C
CH3
3
4
H
I
1
(S)-2-iodobutano
2
CH2CH3
4
H
C
I
1
CH3
3
(R)-2-iodobutano
O grupo etila tem prioridade sobre o metila, porque o CH3-CH2 tem um carbono no
lugar do hidrogênio do H-CH2.
1
Cl
3
4
H
2
4-cloro-2-metiloctano
Exercício 7.6 Escreva a estrutura do (S)-3-cloro-2,6-dimetil-heptano.
Observe que a configuração R ou S é atribuída baseando-se apenas no primeiro
ponto de diferença da cadeia do substituinte, mesmo que possa existir outra
diferença em outro ponto posterior na mesma cadeia desses mesmos substituintes.
Exercício 7.7 Atribua as configurações R e S para os compostos seguintes.
Cl
H
H
HO
Cl
(a)
(b)
CH3
4. Ligações duplas e triplas são tratadas considerando que cada uma das ligações ao
átomo sejam duplicadas ou triplicadas.
O
O
O
O
C
H
=
C
H
C
CH3 =
C
O
CH3
O
O
Exercício 7.8 Qual é configuração absoluta do aldeído seguinte?
H
CH
C
HO
CH2OH
Na regra de prioridade, o C é sempre considerado como tetrassubstituído.
CH3
C CH2
H
=
C C
C
C C H
H
H H
CH2
>
C
CH3
H
C
C
C
C
H H
CH3H
H
>
C
C
H H
H
Exercício 7.9 Quais são as configurações absolutas dos seguintes compostos?
O
a)
CH3CH2 CH
C H
(CH3)2CH
OH
b)
HC
C H
H3C
C N
É importante lembrar que os prefixos R e S discutidos são apenas regras
convencionais de nomenclatura. Os termos (+) e (-) referem-se à propriedade de
atividade ótica determinada experimentalmente. Não há nenhum relacionamento
entre a designação R ou S e o sinal da rotação do plano da luz polarizada.
Se necessário, gire a molécula para que o grupo (ou átomo) de menor
prioridade esteja ligado com uma cunha tracejada
Observe que as
duas moléculas
não são iguais.
Pode-se desenhar a seta do grupo 1 para o grupo 2, passando pelo grupo de
menor prioridade (4), mas nunca passando pelo grupo de menor prioridade .
As estruturas A e B representam enantiômeros ou duas moléculas de um mesmo
composto em diferentes orientações?
Cl
CH3
Br
H3C
Br
Cl
H
H
A
B
Estratégia: considere uma estrutura em sua mente, e segure-a por um grupo. Então,
gire os outros grupos até que pelo menos um grupo esteja no mesmo lugar como
está na outra estrutura (com modelos é mais fácil). Através de uma série de rotações
como esta você será capaz de converter a estrutura que está manipulando em uma
que é idêntica tanto com uma delas ou com a imagem especular da outra. Por
exemplo, tome A, segure-a pelo átomo de Cl e então gire os outros grupos entorno
da ligação C*-Cl até que o hidrogênio ocupe a mesma posição como em B. Então,
segure-o pelo átomo de H e gire os outros grupos entorno da ligação C*-H. Isto fará
B idêntico com A.
Cl
Br
H3C
H
A
Cl
rotação
H
CH3
Br
A
CH3
rotação
Br
Cl
H
A
idêntico com
B
Um maneira de comprovar a manipulação que realizou com as estruturas, é efetuar
a designação (R,S). Caso os nomes sejam iguais então as estruturas são as mesmas.
No exemplo em consideração ambas as estruturas são (R)-1-bromo-1-cloroetano.
Outro método para atribuir as configurações (R) e (S) pode ser visualizado usando
um das mãos como modelo. Os grupos nos centros de quiralidade são
correlacionados a partir do menor para o de maior prioridade com seu pulso,
polegar, primeiro indicador e segundo indicador, respectivamente. O centro quiral
será (R) se a concordância for com a mão direita, e (S) se a concordância for com a
esquerda. Este método de atribuição está descrito no artigo de J. E. Huheey no
Journal of the Chemical Education 1986, 63, 598-600.
No exemplo em consideração ( no slide anterior) as duas moléculas correspondem
ao mesmo composto.
Mão direita
Mão esquerda
Usando a mão esquerda
Usando a mão direita
7.4 Racematos
Quando quantidades iguais de moléculas enantioméricas estão juntas, é dita
racêmica. A mistura é chamada de um racemato. Uma vez que um racemato contém
quantidades iguais de moléculas levorotatórias e dextrorotatórias, o resultado é uma
rotação ótica zero. Racemato é simbolizado pelo símbolo (). Assim ()-2iodobutano, é um racemato.
As propriedades físicas de um racemato não são necessariamente as
mesmas daquelas de um enantiômero puro.
Um racemato cristaliza em várias formas, conglomerados e co-cristais. Em
alguns casos, podem resultar cristais (+) e (-) de formas diferentes. Neste caso, o
racemato cristalino é uma mistura mecânica de dois compostos cristalinos diferentes
e é chamado de mistura racêmica (co-cristais) (Fig. 7.7). Um composto racêmico
atua como se fosse um composto separado: seu ponto de fusão é um pico num
diagrama de fase. Contudo, o composto racêmico pode fundir acima ou abaixo do
enantiômero puro. A adição de pequena quantidade de um enantiômero puro
provoca a diminuição do ponto de fusão (Fig. 7.8). Conglomerados é quando os
cristais do racemato cristalizam separadamente (ex. sal de Pasteur).
Em razão destas interações intermoleculares diferentes, racematos freqüentemente
diferem de enantiômeros puros em outras propriedades físicas. Tem sido observada
diferença na densidade, índice de refração, solubilidade e em vários espectros.
Racemização é o processo pelo qual um enantiômero puro é convertido numa
mistura racêmica. A racemização pode ser resultado de uma transformação
química.
Uma mistura racêmica ou racemato é formada pela mistura física de igual
quantidades de dois enantiômeros (1:1) (co-cristais) ou por processos físicos que
provoquem um equilíbrio dos dois.
Num conglomerado os enantiômeros estão cristalizados separadamente mas como
estão numa proporção de 1:1 são ditos formarem um racemato. Portanto,
fisicamente eles já estão separados. Exemplo: o sal de Pasteur.
7.5 Compostos Contendo mais do que um Estereocentro: Diastereômeros
Se uma molécula possuir mais do que um estereocentro, o número de possíveis
estereoisômeros é correspondentemente grande. Considere o 2-cloro-3-iodobutano
como um exemplo. Existem quatro isômeros que estão representados na Fig. 7.9.
Como para outros pares de enantiômeros, os compostos 2R,3R e 2S,3S possuem
idênticos pontos de ebulição, pontos de fusão, densidades, e espectros. Mas, giram o
plano da luz polarizada em direções opostas, um é dextrorotatório, e o outro é
levorotatório. Uma correspondência semelhante nas propriedades físicas é observada
para os compostos 2R,3S e 2S,3R.
Diastereômeros: são estereoisômeros entre si, mas não são enantiômeros.
enantiômeros
H3C
H
3 2
C
I
Cl
Cl
C
(2S,3R)-2-cloro-3-iodobutano
Cl
2
H
H
I
(2R,3S)-2-cloro-3-iodobutano
Cl
H
H3C
CH3
(2R,3R)-2-cloro-3-iodobutano
H
H3C
C C
I
3
C C
CH3
H3C
2
CH3
2
3
C
C
CH3
H
I
(2S,3S)-2-cloro-3-iodobutano
Fig. 7.9 Estereoisômeros do 2-cloro-3-iodobutano.
diastereômeros
H
3
H
Diastereoisômeros são estereoisômeros que não são enantiômeros. Compostos 1
e 2, e 3 e 4 são enantiômeros entre si. Os demais relacionamentos são
diastereoisômeros: 1 e 3; 1 e 4; 2 e 3; 2,4.
Em geral, o número máximo possível de estereoisômeros para um composto tendo n
estereocentros é dado por 2n. Assim, para um composto com um estereocentro,
existem 21 = 2 estereoisômeros. Para um composto com dois estereocentros, podem
existir 22 = 4 estereoisômeros.
(R,R)
(S,R)
s
o
r
dia
e
m
ste
ô
e
reô
r
e
t
me
s
a
i
ros
d
enantiômeros
diastereômeros
diastereômeros
(R,S)
enantiômeros
(S,S)
Fig. 7.10 Relacionamento estereoisomérico para um composto tendo dois
estereocentros diferentes.
Em alguns casos, existem menos do que o número máximo possível de
estereoisômeros. Como um exemplo, considere o 2,3-diclorobutano. Os compostos
2R,3R e 2S,3S são enantiômeros entre si.
espelho plano
H3C
H
Cl
H
Cl
H
CH3
Cl
C C
C C
H3C
CH3
(2S,3S)-2,3-diclorobutano
Cl
H
(2R,3R)-2,3-diclorobutano
são enantiômeros
Contudo, uma inspeção cuidadosa revela que os compostos 2R,3S e 2S,3R são o
mesmo composto (mentalmente realize uma rotação de 180o da molécula inteira
sobre o eixo da ligação C-2—C-3.
espelho plano
H3C
H
Cl
Cl
H
Cl
H
C C
CH3
C C
CH3
H3C
Cl
H
(2S,3R)-2,3-diclorobutano
meso (aquiral)
oticamente inativo
Uma vez que este isômero é aquiral, não é oticamente ativo. Tal composto, que
possui estereocentros e ainda é aquiral, é chamado de composto meso. É importante
não confundir compostos meso com racematos, que são misturas equimolares de
dois enantiômeros. Ambos mostram nenhuma atividade ótica, mas um composto
meso é uma única substância aquiral, enquanto que o racemato é uma mistura de
50% molar de duas substâncias substâncias quirais.
Substâncias Meso
Possuem dois ou mais carbonos assimétricos e um plano de simetria.
Elas são moléculas aquirais.
Treonina, um aminoácido
2R,3R
2R,3S
enantiômeros
2S,3S
2S,3R
enantiômeros
Mas não temos nenhum meso, portanto teremos
4 isômeros óticos.
espelho plano
H3C
H
Cl
H
H
Cl
CH3
Cl
C C
C C
Cl
H3C
CH3
(2S,3S)-2,3-diclorobutano
H
(2R,3R)-2,3-diclorobutano
são enantiômeros
espelho plano
H3C
H
Cl
Cl
H
Cl
H
C C
CH3
C C
CH3
H3C
(2S,3R)-2,3-diclorobutano
meso (aquiral)
oticamente inativo
Temos um total de 3 isômeros espaciais.
Cl
H
Compostos meso podem ser reconhecidos olhando para um plano ou ponto de
simetria dentro da molécula que possua estereocentros. Quando tal elemento de
simetria existe, o número máximo de estereoisômeros possíveis é menor do que 2n.
Em uma conformação eclipsada do meso-2,3-diclorobutano o plano de simetria é
claramente óbvio.
Cl
H
CH3
C
H3C
C
Cl
H
plano de simetria
Um ponto (ou centro) de simetria pode ser visto em uma das conformações
estreladas.
H
CH3
Cl
C
C
H3C
H Cl
centro de simetria
Um objeto possui um ponto de simetria quando um ambiente idêntico é encontrado
a uma mesma distância em ambas direções ao longo de qualquer linha que passe
pelo ponto.
Ao escrever estruturas mais complexas é freqüentemente conveniente empregar
estruturas linha, e a estereoquímica pode ficar mais evidente. Para simplificar, os
hidrogênios são omitidos.
Cl
(S)-3-cloroheptano
Cl
(4R,5S)-5-cloro-4-etil-2,8-dimetilnonano
Exercício 7.11 Escreva estruturas linha para (R)-2-cloro-5-metilexano e (2R,4S)2,4-dicloropentano. O último composto é meso. Identifique um elemento de
simetria interno na sua estrutura.
Qual é a diferença entre um meso e um racemato?
Meso: oticamente inativo (aquiral).
Racemato: mistura 1 : 1 de enantiômeros (são quirais, mas não desviam o plano da
luz polarizada).
• O ácido tartárico tem dois centros quirais e duas formas
• Uma forma é quiral e a outra é aquiral, mas ambos
possuem dois centros quirais
• Um composto aquiral com centros de quiralidade é
chamado de composto meso – ele possui um plano de
simetria
• As duas estruturas na direita da figura abaixo são idênticas
e portanto o composto (2R, 3S) é aquiral
Resolução de uma Mistura Racêmica
(R)-ácido (S)-ácido
enantiômeros
(S)-base
(R,S)-sal
(S,S)-sal
diastereoisômeros
(R,S)-sal
(S,S)-sal
HCl
(S)-baseH+
+
(R)-ácido
HCl
(S)-baseH+
+
(S)-ácido
Resolução de uma mistura racêmica é a separação dos enantiômeros.
Memória
Enantiômeros são estereoisômeros cujas moléculas são imagens especulares
uma da outra, que não se sobrepõem.
Diastereoisômeros são estereoisômeros cujas moléculas não são imagens
especulares uma das outras.
Racematos: mistura de dois enantiômeros na proporção de 1 : 1 – oticamente
inativos.
Isômeros meso: estereoisômeros que possuam plano ou centro de simetria – não
possuem atividade ótica
Objeto Quiral: objeto que não se sobrepõe com sua imagem
Quando um objeto e sua imagem especular coincidirem no espaço, eles são ditos
aquirais.