ESTEREOQUÌMICA: MOLÉCULAS QUIRAIS
ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS E ESTEREOISÔMEROS
Fórmula Molecular
Isômeros Constitucionais
CH3
C4H10
CH3CH2CH2CH3
H3C CH CH3
Cl
C3H7Cl
C2H6O
CH3CH2CH2Cl
CH3CH2OH
H3C CH CH3
CH3OCH3
Isômeros constitucionais são isômeros que diferem porque seus átomos estão
ligados em uma ordem diferente
Estereoisômeros não são isômeros constitucionais – eles tem seus átomos
constituintes ligados na mesma sequência
Estereoisômeros diferem apenas no rearranjo de seus átomos no espaço
Cl
H
C
C
Cl
H
Cis-1,2-dicloroeteno
Cl
H
C
Fórmula
molecular
C2H2Cl2
C
H
Cl
trans-1,2-dicloroeteno
Estereoisômeros
Enântiomeros
Diastereômeros
Enantiômeros: São estereoisômeros cujas moléculas são imagens
especulares uma da outra, que não se superpõem.
Diastereômeros: são estereoisômeros cujas moléculas não são imagens
especulares umas das outras.
Cl
X
H
C
Cl
C
C
Cl
H
C
H
H
Cl
Diastereômeros
X
Me
Me
Me
H
H
H
H
Me
SUBDIVISÃO DOS ISÔMEROS
ISÔMEROS
(compostos diferentes com a mesma
fórmula molecular)
ESTEREOISÔMEROS
ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS
(isômeros cujos átomos têm
conectividades diferentes)
(isômeros que têm a mesma conectividade
mas diferem no arranjo de seus átomos no
espaço
ENANTIÔMEROS
DIASTEREÔMEROS
(estereoisômeros que são
imagens especulares um do
outro, que não se superpõem)
(estereoisômeros que não são
imagens especulares um do outro)
ENANTIÔMEROS E MOLÉCULAS QUIRAIS
Molécula quiral: molécula que não é idêntica a sua imagem no espelho.
Objetos (e moléculas) que se superpõem a suas imagens são aquirais.
Como podemos saber quando existe a possibilidade de enantiômeros?
Um par de enantiômeros sempre é possível para moléculas que contêm um átomo
tetraédrico com quatro diferentes grupos ligados a ele.
(hydrogen)
H
1
2 3
4
*
(methyl) H3C C CH2CH3 (ethyl)
OH
(hydroxyl)
C2 é um estereocêntro, ou seja,
um átomo carregando grupos de
natureza tal que uma troca de
quaisquer dois irá produzir um
estereisômero.
H
CH3
OH
CH3
HO
CH3
H
CH3
H3CCH3
H
OH
H
OH
CH3
H 3C
Mirror
H
HO C
H3C COOH
(+)-Lactic acid, []D = +3.82
H
C OH
HOOC CH3
()-Lactic acid, []D = -3.82
IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA DA QUIRALIDADE
O corpo humano é quiral, com o coração à esquerda do centro e o
fígado a direita.
A maioria das pessoas é destra.
Muitas plantas apresentam quiralidade:
A “madressilva” se enrola com uma hélice levógira (esquerda)
A “adelaide” se enrola com uma hélice dextrógira (direita)
A maioria das moléculas que constituem as plantas e animais são quirais, e
geralmente apenas uma forma da molécula quiral ocorre em uma dada
espécie.
19 dos 20 aminoácidos que constituem as proteínas são quirais, e são
classificados como levógiros.
As moléculas dos açúcares naturais são quase todas classificadas como
dextrógiras, incluindo o açúcar que ocorre no DNA
O DNA apresenta uma estrutural helicoidal e todos os Dna que ocorrem
naturalmente se voltam para a direita
A especificidade para uma molécula quiral em um sítio de recepção quiral é
favorecida em apenas uma direção.
NOMENCLATURA DE ENANTIÔMEROS: O SISTEMA (R – S)
Sistema Cahn-Ingold-Prelog é amplamente utilizado e faz parte das regras da IUPAC
Regras:
1 – A cada um dos grupos ligados ao estereocentro é atribuída uma prioridade
ou preferência, baseada no número atômico do átomo que está
diretamente ligado ao estereocentro.
2 – Quando uma prioridade não pode ser atribuída com base no número
atômico dos átomos que estão diretamente ligados ao estereocentro, então
o próximo conjunto de átomos presentes nos grupos não-designados é
examinado. Este processo continua até que uma decisão possa ser tomada.
3 – Analise a fórmula, quando possível, colocando o grupo de prioridade mais
baixa afastada do observador e observe o sentido de giro de acordo com
as ordens de prioridade atribuídas
Se, o sentido de análise for horário, o enantiômero é chamado de R (rectus) e, se, o
sentido de análise for anti-horário, o enantiômero é chamado de S (sinister)
Exemplos:
H OH
CH3
H C
(R)
OH
CH2CH3
CH2CH3
H
HO H
C
OH
CH3
Cl
Br
(S)
H
C
CH3
enantiômero
4 – Para grupos contendo ligações duplas ou triplas são atribuídas
propriedades como se ambos os átomos estivessem duplicados ou triplicados
C Y
C Y
como se fosse
(Y) (C)
(Y) (C)
C Y
C Y
como se fosse
(Y) (C)
CH3
CH2
CH
C
Cl
C2H5
?
PROPRIEDADES DE ENANTIÔMEROS: ATIVIDADE ÓPTICA
Ponto de fusão = igual
Ponto de ebulição = igual
Índice de refração = igual
Solubilidade em solventes comuns = igual
Espectros de infravermelho = igual
Velocidade de reação com reagentes aquirais = igual
Comportamento diferente quando interagem com outras moléculas quirais
Diferente velocidade de reação quando reagem com outras moléculas quirais
Solubilidade diferente em solventes que contém um único enantiômero ou
excesso de um único enantiômero
Observação fácil frente ao seu comportamento em relação à luz plano-polarizada
Luz plano-polarizada e o polarímetro
Rotação específica
[] rotação específica
= rotação observada
T
[ ]D =

lxc
l = comprimento do tubo em dm
c = concentração da solução em g/mL
(densidade para líquidos puros)
D = linha D de uma lâmpada de sódio ( 589,6 nm)
T = temperatura da medida (25ºC)
CH3
H
HO
C
CH3
OH
H
C
CH2
CH2
CH3
CH3
(R) -2-butanol
(S) -2-butanol
á 25
D
á 25
D = + 13,52º
= - 13,52º
(R)-()-2-butanol (S)-(+)-2-butanol
CH3
H
HOH2C
C
C2H5
(R)-(+)-2-Metil-1-butanol
á 25
D
= + 5.756°
CH3
H
ClH2C
C
C2H5
(R)-(–)-1-Chloro-2-methylbutane
25
= –1.64°
D
á 
CH3
CH2OH
H
C
C2H5
(S)-(–)-2-Metil-1-butanol
á 25
D
= – 5.756°
CH3
CH2Cl
H
C
C 2H 5
(S)-(+)-1-Chloro-2-methylbutane
á 25
D
= +1.64°
Não existe correlação óbvia entre as configurações de enantiômeros e a direção da
rotação da luz plano-polarizada.
A origem da atividade óptica
Formas racêmicas
Formas racêmicas e excesso enantiomérico
MOLÉCULAS COM MAIS DE UM ESTEREOCENTRO
Quantidade de moléculas possíveis = 2n
n = nº de estereocentros presentes na moléculas
Mirror
Mirror
1 COOH
H C NH2
2
3
H C OH
4 CH3
2R,3R
1 COOH
1 COOH
H2N C H
2
3
HO C H
4 CH3
2S,3S
H C NH2
2
1 COOH
H2N C H
2
3
3
HO C H
4 CH3
2R,3S
H C OH
4 CH
3
2S,3R
enantiômeros
enantiômeros
distereômeros
Compostos meso
1 COOH
Mirror
H C OH
2
1 COOH
1 COOH
HO C H
2
3
HO C H
4 COOH
H C OH
2
3
H C OH
4 COOH
2R,3R
3
H C OH
4 COOH
2S,3S
2R,3S
1 COOH
H C OH
2
3
H C OH
4 COOH
Mirror
1 COOH
HO
2
3
HO
C H
C H
4 COOH
2S,3R
1 COOH
Rotate
HO C H
2
180o
3
2R,3S
HO C H
4 COOH
2S,3R
Identical
Molécula aquiral
Nomeando compostos com mais que um estereocentro
CH3
CH3
Br
HO
H
H
C
C
C
C
Br
H
H
CH3
Cl
CH2CH3
Fórmulas de projeções de Fischer
CH3
Br
CH3
H
C
Br
H
H
Br
=
C
Br
H
CH3
CH3
SÍNTESE DE MOLÉCULAS QUIRAIS
Formas racêmicas
CH3CH2CCH3
+
H
H
O
Ni
(+)- CH3CH2*CHCH3
OH
2-butanona
hidrogênio
(moléculas aquirais)
(moléculas aquirais)
(±)-2-butanol [moléculas quirais,
mas misturas 50:50 de (R) e (S)]
Se a reação for realizada na presença de uma influência quiral (solvente
opticamente ativo) ou enzima, o resultado final será diferente.
Síntese Enantiosseletiva
O
OEt
H F
O
Ethyl (R)-(+)-2-fluorohexanoate
(>99% enantiomeric excess)
lipase
+
+ H
OEt
H OH
O
F
Ethyl (+)-2-fluorohexanoate
[an ester that is a racemate
of (R) and (S) forms]
OH
F H
(S)-()-2-Fluorohexanoic acid
(>69% enantiomeric excess)
O
Et
DROGAS QUIRAIS
CH3
OH
Apenas o isômero (S) é efetivo.
Organismo converte lentamente (R) em (S)
O
Isômero (S) puro age mais rápido no organismo
Ibuprofen – antiinflamatório
(Advil, Motrin, Nuprin)
HO
HO
CO2H
H2 N
CH3
Metildopa – anti-hipertensivo
(Aldomet)
Apenas o isômero (S) é efetivo
CO2H
HS
H2N
H
Penicilina
O isômero (S) é um agente terapêutico
altamente potente para artrite crônica primária.
O isômero (R) não tem ação terapêutica, e é
altamente tóxico.
RELACIONANDO CONFIGURAÇÕES ATRAVÉS DE REAÇÕES
NAS QUAIS NÃO SE ROMPEM LIGAÇÕES COM ESTEREOCENTRO
Same configuration
CH3
CH2 OH + H
H
C
heat
Cl
CH3
CH2 Cl
H
C
CH2
CH2
CH3
CH3
(S)-(–)-2-metilbutanol
[ ]25
D = –5.756°
+ H
(S)-(+)-1-cloro-2-metilbutano
= +1.64°
[ ]25
D
OH