Carlos Corrêa
Faculdade de Ciências da Universidade do Porto
Centro de Investigação em Química (U.P.)
Indice
- Estereoisómeros .................................................................. 4
- Objectos quirais ................................................................... 6
- Que se entende por sobreponibilidade? ........................... 8
- Sobreponibilidade de moléculas – CH3Cl ........................ 11
- CH2Cl2 ................................................................................... 12
- CHBrCl2 ................................................................................ 13
- CHBrCl I ............................................................................... 14
- Como verificar, à priori, a sobreponibilidade .................. 17
- Configurações. Regras de sequência .............................. 18
- Com a ajuda das mãos ....................................................... 20
- Isomeros cis/trans .............................................................. 21
- Molécula quiral ................................................................... 22
- Átomo de carbono quiral .................................................. 23
- Luz normal .......................................................................... 24
- Luz polarizada linearmente ............................................... 26
- Substâncias com actividade óptica ................................. 27
- Placas polaróide ................................................................ 28
- Polarímetro ......................................................................... 31
- Substâncias levógiras e destrógiras ............................... 32
- De que depende a rotação,  .............................................. 33
- Estereoquímica das substâncias opticamente activas..... 34
- Moléculas com 1 carbono quiral ......................................... 34
- Moléculas com 2 carbonos quirais ..................................... 36
- Moléculas com 2 carbonos quirais e plano de simetria ... 41
- Ácido tartárico ....................................................................... 46
- Como verificar a quiralidade de uma molécula sem
desenhar a sua imagem ........................................................ 49
- Moléculas com plano de simetria. ..................................... 50
- Derivados do ciclo-hexano .................................................. 51
- Moléculas com centro de simetria ...................................... 53
- Carbonos pseudo quirais ..................................................... 57
Isómeros – compostos com a mesma fórmula molecular
Isómeros
constitucionais
Isómeros estereoquímicos
ou estereoisómeros
fórmula de
estrutura
Mesma fórmula de
estrutura,
fórmula
estereoquímica
De grupo
funcional,
De cadeia,
De posição
Enantiómeros
(1) Objecto | Imagem
Diastereómeros ou
diasteroisómeros
Não são (1)
Estereoisómeros ou isómeros estereoquímicos
São isómeros (mesma fórmula molecular) que só
diferem na fórmula estereoquímica.
Cl-CH=CH-Cl
A
Cl
I – C – Br
H
B
C
D
Objecto
Imagem
A e B – diastereoisómeros ou diasterómeros
C e D – enantiómeros
Mola direita
Mão esquerda
Mão direita
Mola esquerda
Espelho plano
São objectos quirais
Não sobreponíveis
com a sua imagem
num espelho plano.
Não sobreponíveis
A=-A
-A
A
B=-B
-B
B
B=-A
A=-B
-A
A=B
A
-B
B
Que se entende por sobreponibilidade?
Duas esferas com o mesmo
raio são sobreponíveis.
Duas esferas com raios diferentes
não são sobreponíveis.
Dois cubos com igual
aresta são sobreponíveis.
Dois cubos com diferentes
arestas não são sobreponíveis.
Sobreponíveis
Espelho plano
Objecto
Imagem
Não sobreponíveis
Sobreponibilidade de moléculas
CH3Cl
Não-quiral
Objecto
Imagem
As fórmulas estereoquímicas são sobreponíveis:
CH2Cl2
Rodar a
molécula
de 180º
Não-quiral
Objecto
Fórmulas
sobreponíveis
Imagem
CHBrCl2
Rodar a
molécula
de 60º
Não-quiral
Objecto
Imagem
Fórmulas
sobreponíveis
Rodar
novamente
de 60º
Cl
A
B
I – C – Br
H
Quiral
Objecto
Br e H trocados.
A e B não-sobreponíveis
Imagem
Rodar
de 180º
B
Espelho
O carbono apresenta
duas configurações
diferentes.
Par de enantiómeros
Não sobreponíveis
Clica
Imagem
Objecto
Como verificar, à priori, a sobreponibilidade de duas
fórmulas estereoquímicas, A e B?
Basta olhar A e B segundo uma qualquer ligação e
verificar se a ordem dos substituintes é a mesma:
Diferentes sequências,
diferentes fórmulas.
A
.
B
.
Configurações do carbono. Como as distinguir?
H
Regras de sequência de
Cahn, Ingold e Prelog.
Br
Cl
F
1 - Definir a prioridade dos substituintes do carbono
quiral: nº atómico (Z) do átomo ligado ao carbono
Br > Cl > F > H
2 – Olhar os substituintes pelo lado oposto ao de
menor prioridade
Br > Cl > F > H
Br
Cl
R
Cl
.
H
F
F
Br > Cl > F
Rectus
F
(direita)
F
.
H
S
Br
Br
Cl
Cl
Sinister
(esquerda)
Br
Com a ajuda das mãos
I
I
R
P
P
M
Médio > Indicador > Polegar
M
Mão direita - R
I
I
P
M
Mão esquerda - S
P
S
M
Extensão das regras de sequência a isómeros cis/trans
Cl
Z
OH
-Cl > H
-OH > -COOH
H
Grupos de maior
prioridade
COOH
Do mesmo lado: Z
Em português:
Zuntos
De lados opostos: E
Z de Zuzammen, juntos (alemão)
E de Entgegen, opostos (alemão)
Nome do composto:
Ácido (Z)-2-hidroxi-3-cloroprop-2-enóico
Molécula quiral:
não-sobreponível com a sua
imagem num espelho plano
Carbono ligado a 4
átomos ou grupos
diferentes.
Carbono quiral:
centro estereogénico
B
B
A–C–C
C
D
A
C
D
Carbono quiral
Objecto
Imagem
Por cada carbono quiral há duas configurações.
Par de enantiómeros
Mesmas propriedades químicas e físicas; só
diferem numa propriedade óptica denominada
poder rotatório específico.
Vamos analisar esta propriedade óptica:
A luz consiste na propagação no espaço
de vibrações electromagnéticas.
B
B
E
E
Campo eléctrico, E
Campo magnético, B
Na luz normal as vibrações dos campos eléctrico (E) e
magnético (B) dão-se em todas as direcções normais
à direcção de propagação da luz.
E ou B
Se todas as vibrações (do campo eléctrico, E, ou
do campo magnético, B) se passarem a dar num
só plano a luz diz-se polarizada linearmente.
E
Luz normal
E
Luz polarizada
linearmente
A luz pode ser polarizada por reflexão e por
passagem através de certos materiais
(prismas de Nicol, placas polaróide, etc.).
Há substâncias com actividade óptica, isto é, que
fazem rodar o plano de polarização da luz polarizada
linearmente.
Substância
opticamente activa
Observador
O plano de
polarização
rodou
Luz polarizada
Rotação, 
À entrada
À saída
Pode obter-se facilmente luz polarizada utilizando
placas polaróide.
Duas placas cruzadas não deixam passar a luz.
A primeira placa polariza a luz que não passa
na segunda placa por estar cruzada.
Placas polaróide paralelas
Luz polarizada
Passa
Analogia
Passa
Placas polaróide cruzadas
Não
passa
Luz polarizada
Passa
NOTA – Estes desenhos foram parcialmente retirados de:
http://www.glenbrook.k12.il.us/GBSSCI/PHYS/CLASS/light/u12l1e.html
e de http://plc.cwru.edu/tutorial/enhanced/files/lc/light/light.htm
O poder rotatório das substâncias é medido pelo
polarímetro.
Rotação
Polarizador
Tubo com uma substância
opticamente activa

Analisador

Luz polarizada
Luz
normal
Plano de polarização
Rotação, 
Rotação negativa
Substâncias
levógiras, l
Rotação positiva
Substâncias
dextrógiras, d
De que depende a rotação,  ?
Depende:
a) Natureza da substância
b) Percurso da luz através da substância (l)
c) Concentração (caso de soluções) (c)
 = [] l c
[] - Poder rotatório específico (característico da
substância; depende da temperatura e do
comprimento de onda da radiação).
25º
Representa-se:
[]D= 13,5
Luz amarela do sódio, l = 589,3 nm, risca D
Substâncias opticamente activas. Como serão?
São todas as substâncias cujas moléculas são quirais.
*
Ácido láctico: CH3-CHOH-COOH
Carbono quiral
(assinalado com *)
Ácido láctico
l ou (-)
H
H
Ácido láctico
d ou (+)
C
HOOC
Apresenta dois
isómeros ópticos
CH3
OH
[a]D= -13,5 º
H3C
HO
C
COOH
[a]D= +13,5 º
Não sobreponíveis: quirais. Um par de enantiómeros
Vamos estabelecer as configurações de cada um
dos estereoisómeros.
Prioridade dos substituintes: -OH > -COOH > CH3 > H
HOOC
H
H
C
C
S
CH3
OH
H3C
HO
-C
COOH
R
2
HOOC
2
.
S
3
-C
-O
= OH
C
1
1 HO
H3C
3
H
-H
-H
-H
Moléculas com dois carbonos quirais
Quantos estereoisómeros existirão?
*
Duas
configurações
possíveis
*
Duas
configurações
possíveis
2 x 2 = 4 configurações possíveis
4 estereoisómeros possíveis
Comecemos por um dos isómeros, por exemplo
Verifiquemos se é quiral:
A
B
A
B
B
Serão
sobreponíveis?
Trocados
Conclusão: não são sobreponíveis. Dois
estereoisómeros (par de enantiómeros).
Vamos procurar os outros dois isómeros.
B
C
A
H
F
Trocando o H com o F
D
C
Segundo par de enantiómeros
Verificar que não são sobreponíveis:
D
.
1
C
2
1
3
.
4
4
D
2
3
C
Dois carbonos quirais e plano de simetria
Quantos estereoisómeros existirão?
*
Duas
configurações
possíveis
*
Duas
configurações
possíveis
2 x 2 = 4 configurações possíveis
4 estereoisómeros possíveis
Comecemos por um dos isómeros, por exemplo
Será quiral ?
A
Trocados
B
Trocados
B
Conclusão: não sobreponíveis.
Dois estereoisómeros (par de
enantiómeros).
Como obter os restantes estereoisómeros?
Invertendo a configuração de um dos carbonos:
A
C
Será este 3º isómero opticamente activo?
Estas duas fórmulas estereoquímicas são
sobreponíveis por uma simples translação: C = D
C
D
Plano de simetria
Em vez de dois isómeros temos somente um
estereoisómero, opticamente inactivo.
É o isómero meso.
Ácido tartárico Par de enantiómeros
Meso
HOOC
H
H
A
HO
H
OH
HO
COOH
HOOC
[] = -12 º
HOOC
B
OH
HO
H
[] = +12 º
Meso OH
H
C
H
COOH
COOH
Centro de simetria
(nesta conformação)
A e B : Objecto e imagem.
São enantiómeros.
A e C ou B e C : Não são
objecto e imagem.
São diasteroisómeros.
Natural
H
HOOC
H
HO
R
R
OH
HOOC
H
S
HO
COOH
S
OH
H
COOH
(2R,3R)-Ácido tartárico
(2S,3S)-Ácido tartárico
[] = + 12 º; p.f. = 170 ºC
Solubil.água (25 ºC) = 147 g/L
Densidade = 1,7598 g/mL
[] = - 12 º; p.f. = 170 ºC
Solubil.água (25 ºC) = 147 g/L
Densidade = 1,7598 g/mL
HOOC
HO
H
H
S
R
OH
COOH
(2S,3R)-Ácido tartárico (Meso)
[] = 0º; p.f. = 146 ºC
Solubil.água (25 ºC) = 120 g/L
Densidade = 1,666 g/mL
Meso
Em resumo
1 C* - 1 par de enantiómeros
2 C* - s/ plano de simetria: 2 pares de enantiómeros
2 C* - c/ plano de simetria: 1 par de enantiómeros
1 isómero meso
n C* - número máximo de estereoisómeros: 2n
Dada uma determinada molécula, será possível
saber à priori se ela é quiral, sem ter desenhar a
sua imagem num espelho plano?
É possível. Nos casos mais comuns, uma molécula
não será quiral se tiver:
a) Plano de simetria ou
b) Centro de simetria
CH2Cl2
CHBrCl2
Cl
Cl
H
H
H
H
H
Cl
H
H
H
H
H
H
H
H
H
Cl
H
H
Cl
Cl
H
H
Cl
HH
Cl
H
H
Ciclo-hexano
Cadeira
Cl
Cl
Barco
Eclipsadas
Br
Cl
Br
Alternadas
Cadeira
empenada
Br
Barco empenado
Cl
Cl
Plano de simetria
Plano de simetria
Br
Br
Não é quiral
Para a tornar quiral basta
introduzir assimetria:
ligação dupla.
Cl
Cl
Br Br
Carbono
Cl
quiral
Cl
Br
Br
Par de enantiómeros
Moléculas com centro de simetria
Cl
H
Br
H
H
H
que são
sobreponíveis:
O mesmo
sucede com os Hs
Cl
Br
Br
Cl
Br
Para não
sobrecarregar a
imagem
Vejamos
Cl
Br
Cl
Cl
Br
90º
Cl
Br
Br
Cl
Sobreponíveis
Br
Cl
Cl
Br
Cl
Br
Br
180º
Cl
Br
Cl
Cl
Br
Cl
90º
Br
Br
Cl
180º
Br
Cl
Clica
1º - Rotação de 90º
Cl
Br
Clica
2º - Rotação diagonal
*
*
*
CH3-CHOH-CHOH-CHOH-CH
3
HO H
H OH
H3C
Meso
CH3
H3C
H3C
Meso
CH3
HO H
H OH
HO
H
H
OH
H
H
OH HO
H
HO
Carbono
pseudo quiral
H
H
OH HO
CH3
H3C
OH
H
CH3
2 mesos + 1 par de enantiómeros