aula 4 -_estereoquimica

Substâncias não idênticas que possuem a mesma fórmula molecular.

Diasteroisômeros

Estereoisômeros que não são imagens especulares um do outro

Enantiômeros

Estereoisômeros que são imagens especulares

não-superponíveis um do outro

Configuração de carbonos tetraédricos

Quiralidade - Termo quiral vem da palavra grega cheir que significa mão.

Possui imagem especular não sobreponível.

Substâncias aquirais têm imagem especular sobreponível.

Substâncias quirais têm imagem especular não sobreponível.

H3C C

H

CH2CH3

OH

(methyl)1

(hydrogen)

(ethyl)3 42*

Centro Estereogênico

Se uma molécula contem um carbono com quatro substituintes diferentes, esta molécula não terá plano de simetria e será quiral. Este carbono é chamado centro estereogênico ou centro quiral e terá um par de enantiômeros

OH(hydroxyl)

H3C C

H

CH2CH3

OH

* H3C C

H

CH2CH3

OH

*

par de enantiômeros

A mistura de igual proporção dos dois enantiômeros é chamado mistura racêmica

Conformação e configuração• Mudar a conformação de uma molécula quer dizer girar uma ligação sem haver quebra.

• Conformações são interconvertidas e todas as conformações representam a mesma molécula

• Mudar a configuração de uma molécula implica na quebra de uma ligação

• Uma configuração diferente é uma molécula diferente

Teste para quiralidade – plano de simetriaPlano simetria – plano imaginário que divide uma molécula de tal forma que as duas metades da molécula são imagens especulares uma da outra

Nomenclatura de enantiômeros

MÉTODO ORIGINAL ⇒ baseado num composto padrão: o GLICERALDEÍDO

COH

CH2OH

OHH HHO

HOC

HOH2C

D - gliceraldeídoD-(+)-gliceraldeído

L - gliceraldeídoL-(-)-gliceraldeído

Foi decidido arbitrariamente que: Configuração R (D) caberia ao (+)Configuração S (L) caberia ao (−−−−)Podiam assim, determinar as configurações relativas uma vez que, não sabiam associar os compostos reais às projeções de Fischer ao lado.

configuração relativa – significa que a molécula possui a mesma posição relativa de seus substituintes

Atenção! Isto foi feito até 1951, quando as configurações absolutas do gliceraldeído foram determinadas. Por coincidência , é igual a adotada arbitrariamente. Então o (+)-gliceraldeído tem configuração absoluta R, e o (−)-gliceraldeído a configuração absoluta S.

A comprovação foi possível quando foi determinado por raios-x a configuração absoluta do ácido (+)-tartárico, que pode ser sintetizado a partir do (-)-gliceraldeído. Este resultado comprovou que a configuração adotada arbitrariamente para o gliceraldeído estava correta. Assim os compostos relacionados ao gliceraldeído passaram a ter suas configurações absolutas determinadas.

configuração absoluta – configuração R ou S

John Wiley & Sons, Inc.

R do latim rectus, direita

S do latim sinister, esquerda

Nomenclatura R,S

Regras de Cahn–Ingold–Prelog

MÉTODO ATUAL ⇒ baseado nas regras de Cahn-Ingold-Prelog, que permite nomear TODOS os compostos.

Sentido horário Sentido antihorário

Relembrando isomeria E / Z

Regras de Cahn–Ingold–PrelogRegras de Cahn–Ingold–Prelog

Nomeando a partir da Fórmula em Perspectiva

1

4

1. Classifique os grupos ligados ao carbono assimétrico

23

2. Se o grupo (ou átomo) de menor prioridade está ligado com uma cunha tracejada,

S

3. Pode ser determinada a configuração de uma molécula “trocando” as ligações e identificando o isomero formado. O isomero original será o oposto do formado

Qual configuração ????

S R

4. 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 (3).

Nomeando a partir da Projeção de Fischer

1. Classifique o grupo (ou átomo) que está ligado ao carbono assimétrico e desenhe uma seta do grupo com maior prioridade para o grupo com a próxima maior prioridade (caso a ligação menor prioridade estiver na vertical )

R

2. Se o grupo com menor prioridade estiver na ligação horizontal , a nomeação será oposta à direção da seta

SCH3

H OH

CH2CH3

1

2

3

4

CH3

CHOH

COOH

(R)-Lactic acid

Projeção em Perspectiva e Projeção de Fischer

=

Bonds out of pageBonds into page

C

COOHH OH

CH3

=

Fischer projection

COOH

H OH

CH3

Uma projeção de Fischer pode somente ser rodada 180° no plano do papel, obtendo-se a mesma molécula

COOH

H OH

CH3 COOH

HHO

CH3

Rotação 180° igual

Rotação 90°

COOH

H OH

CH3

COOH

H

OH

H3Cnão é igual

Projeção em Perspectiva e Projeção de Fischer

90o rotation

COOH

H OH

CH3

Rotação 90°não representa a mesma molécula

(R)-Lactic acidSame as C

COOHH OH

CH3

OH

CH3

OH

H

HOOC (S)-Lactic acidSame as C

OHHOOC CH3

H

Projeção em Perspectiva e Projeção de Fischer

Manter um dos grupos e girar os outros – mesma molécula

Hold steady

COOH

H OH

CH3

COOH

CH3HO

H

Same as

CH3

OH

CH2CH3H3C

H

CH3

HHO

CH2CH3

CH2CH3

CH3H

OH

A B C

H

Exemplo: qual estrutura é um confôrmero do composto A?

Propriedades dos enantiômeros: Atividade ótica

• Os enantiômeros têm pontos de fusão e ebulição idênticos, mesma solubilidade em solventes aquirais.

• RMN, IV, UV, idênticos

• Mesma velocidade de reação frente a reagentes aquirais

• Diferente solubilidade em solventes quirais (puro ou excesso de um enantiômero)

• Diferente velocidade de reação frente a reagentes quirais

• Feixe de luz polarizada no plano passa através de um enantiômero, o plano de polarização da luz gira

• Enantiômeros separados giram o plano de luz polarizada no plano em quantidades iguais, mas em sentidos opostos

Luz polarizada no plano

Amostra de 2-propanol na luz polarizada

Amostra pura de (R)-2-butanol na luz polarizada

A direção da rotação do plano de luz polarizada é incorporada ao nome do composto oticamente ativo

Não existe correlação entre as configurações dos enantiômeros (R,S) e o sentido do desvio da luz (R,S) e o sentido do desvio da luz polarizada no plano (+, -)

pureza óptica = rotação específica observada

pureza óptica = rotação específica do enantiômero puro

excesso enantiomérico =

excesso de um único enantiômero

mistura inteira

Exemplo: amostra de 2-bromobutano tem rotação específica medida no polarímetro igual a 9,2°, qual isômero está presente em maior quan tidade na mistura e qual o excesso enantiomérico? (rotação específica pura do isômero S igual a 23,1°)

Moléculas com mais de um centro estereogênico

COOH

OHH

CH3H

HHO

HH3C

HOOC

HOOC

R

SR

S

HOOC C

H

OH

C

H

CH3

COOH1 2 3 4

Ácido 2-hidróxi-3-metil-succínico

COOH HOOC

HOOC

HOOC

HHO

CH3H

COOH

OHH

HH3C

COOH

enanciômeros

enanciômeros

SR

SR

(A) (B)

(C) (D)

(A) ácido (2R,3S)-2-hidróxi-3-metil-succínico(B) ácido (2S,3R)-2-hidróxi-3-metil-succínico(C) ácido (2R,3R)-2-hidróxi-3-metil-succínico(D) ácido (2S,3S)-2-hidróxi-3-metil-succínico

DIASTEREOISÔMEROS = isômeros que não são enantiômeros. Estes compostos apresentam propriedades diferentes entre si.

COOH

OHH

CH3H

HHO

HH3C

HOOC

HOOC

R

SR

S

COOH HOOC

HOOC

HOOC

HHO

CH3H

COOH

OHH

HH3C

COOH

enanciômeros

enanciômeros

SR

SR

(A) (B)

(C) (D)

Exemplo:

HOOC C

H

OH

C

H

OH

COOH1 2 3 4

Moléculas com mais de um centro estereogênico e com plano de simetria: Compostos Meso

Ácido tartárico

(A) ácido (2R,3R)-(+)-2,3-dihidróxi butanodióico

(B) ácido (2S,3S)-(−)-2,3-dihidróxi butanodióico

(C) ácido meso (2R,3S)- 2,3-dihidróxi

Enanciômeros : (A) e (B)racematos = 50% (A) + 50% (B)

Meso = (C) ou (D) (C) ácido meso (2R,3S)- 2,3-dihidróxi

butanodióicoApenas 2 isômeros óticos

Nenhum diastereoisômero , pois C ou D são inativos opticamente

Dois carbonos assimétricos adjacentes, os enantiômeros com os grupos similares no mesmo lado da cadeia são chamados enantiomeros ERITRO

Dois carbonos assimétricos Dois carbonos assimétricos adjacentes, os enantiômeros com os grupos similares em lados opostos da cadeia são chamados enantiomeros TREO

Aldoses – D e L

Hidrogênios enantiotópicos

hidrogênio pró-R

hidrogênio pró-SHidrogênios Hidrogênios

Centros pró-quirais

Hidrogênios enantiotópicos têm a mesma reatividade química e não podem ser distinguidos por agentes aquirais , mas eles não são quimicamente equivalentes frente a reagentes quirais.

Hidrogênios enantiotópicos homotópicos

Hidrogênios diastereotópicos não têm a mesma reatividade química com reagentes aquirais

Hidrogênios diasterotópicos

Centros pró-quirais

Centros pró-quirais

Grupos carbonilas são centros pró-quirais, desde que a adição do quarto ligante gere um centro estereogênico. A carbonila possui uma face re e uma face si.

Reagentes aquirais não distinguem entre as duas faces, porém reagentes quirais irão formar produtos enantioméricos

Reações de substâncias que contenham um carbono assimétrico.

CH2CH2CH2Cl

CH3CH2 CH3

H

CH2CH2CH2OH

CH3CH2 CH3

HOH-

Se não houver reação no carbono assimétrico; ambos o reagente e o produto terão as mesmas configurações relativas . Diz-se que houve retenção de configuração

S S

HC

CH3CH2

CH2

CH3

OH + H Clheat

HC

CH3CH2

CH2

CH3

Cl + H OH

Same configuration

Reações de substâncias que contenham um carbono assimétrico.

CH=CH2

H3CH2CH2CCH3

H

CH2CH3

H3CH2CH2CCH3

H

H2Pd/CS R

Neste caso, reagente e produto possuem as mesmas configurações relativas, porém diferentes configurações absolutas

Importância da quiralidade na atividade biológica

Resolução de uma Mistura Racêmica

(R)-ácido (S)-ácido

enantiômeros

(S)-base

(R,S)-sal(S,S)-sal

diastereoisômeros

Separação por métodos físicos

(R,S)-sal (S,S)-sal

HCl HCl

(S)-baseH+

+

(R)-ácido

(S)-baseH+

+

(S)-ácido

Exemplo:

Resolução por cromatografia

Coluna de sílica ligada a uma fase estacionária de um aminoácido quiral