Aula Teorica 08 - Estereoisomeria

8/17/2019 Aula Teorica 08 - Estereoisomeria

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Universidade Federal Rural do Semi- Árido – UFERSA

1Prof. Zilvam Melo – Química Orgânica

1. Estereoquímica

A estereoquímica estuda os fenômenos químicos que ocorrem em moléculas

que apresentam esteroisomeria.

2. Estereoisomeria

Estereoisômeros são isômeros que diferem dos isômeros constitucionais, pois

apresentam seus átomos constituintes conectados na mesma seqüência.

Estereoisômeros diferem apenas no arranjo de seus átomos no espaço.

Os isômeros cis e trans de alcenos são estereoisômeros; podemos ver que isso é

verdade ao examinarmos o cis‐ e trans‐1,2‐dicloroeteno

cis2 2 2

trans2 2 2

Ambos os compostos apresentam a mesma fórmula molecular. A ordem das

conexões (ligações) são exatamente a mesma nas duas moléculas. O isômerocis‐1,2‐

dicloroeteno e o trans‐1,2‐dicloroeteno diferem apenas no arranjo de seus átomos no

espaço. No cis‐1,2‐dicloroeteno, os átomos de hidrogênios estão no mesmo lado da

molécula, e no trans‐1,2‐dicloroeteno os átomos de hidrogênios estão em lados

opostos. Então, ocis‐1,2‐dicloroeteno e otrans‐1,2‐dicloroeteno são estereoisômeros.

Os estereoisômeros podem ser classificados em:

Enantiômeros: Enantiômeros (do grego enation, que significa“oposto”) são estereoisômeros cujas moléculas são imagens

especulares uma da outra, que não se superpõe.

Diastereômeros: Diastereômeros são estereoisômeros cujas

moléculas não são imagens especulares umas das outras.


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Ao analisarmos aFigura 1, observamos que ao colocarmos a molécula decis‐1,2‐dicloroeteno (a) a imagem que se vê é a de outra molécula docis‐1,2‐dicloroeteno.

Da mesma forma, ao colocarmos a molécula dotrans‐1,2‐dicloroeteno diante de um

espelho a imagens que se verá é de outra molécula dotrans‐1,2‐dicloroeteno (b).

Portanto, quando se coloca a molécula docis‐1,2‐dicloroeteno diante de um espelho a

imagem que se obtémnunca será a do trans‐1,2‐dicloroeteno (c) e vice‐versa, por issoos isômeros cis e trans 1,2‐dicloroeteno são estereoisômeros e, como não serelacionam como um objeto e sua imagem especular sãodiastereômeros .

Figura 1: Imagens especulares do cis e trans 1,2‐dicloroeteno.


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Isômeros cis e trans de cicloalcanos nos fornecem outro exemplo de

estereoisômeros que são diastereômeros um do outro. Considere os dois compostos

seguintes:

Esses dois compostos são isômeros um do outro, porque são compostos

diferentes que não se convertem um no outro e porque tem a mesma fórmula

molecular. Eles não são isômeros constitucionais porque seus átomos estão ligados na

mesma seqüência. Por tanto, são estereoisômeros. Eles diferem apenas no arranjo dos

seus átomos no espaço. Como não guardam uma relação objeto imagem especular são

diastereômeros.


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2.1 Quiralidade

A palavra quiral vem da palavra grega,cheir , que significa “mão”. Objetos quirais

(incluindo moléculas) possuem um lado direito e um esquerdo. O termo quiral é usado

é utilizado para descrever moléculas de enantiômeros porque estão relacionadas umacom a outra da mesma maneira que a mão direita está relacionada com a mão

esquerda, significando assim, moléculas assimétricas.

Quando você olha sua mão esquerda no espelho a imagem que você vê é a da

mão direita e vice‐versa. Suas mãos esquerda e direita não são idênticas, e isso pode

ser mostrado pela observação que elas não se superpõe. Veja figura abaixo:

Figura 2: Imagens especulares das mãos. (a) a imagem especular da mão esquerda é amão direita. (b) as mãos direitas e esquerdas não se superpõem.

Muitos objetos familiares são quirais e a quiralidade de alguns desses objetos é

clara porque normalmente nos referimos a eles como possuindo lateralidade, por

exemplo, lado direito e lado esquerdo.

Figura 3: Uma cadeira é um exemplo de um objeto aquiral, pois a imagem no espelho éigual ao objeto original e podem ser sobreponíveis.


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Objetos (e moléculas) que se superpõem a suas imagens especulares são

aquirais (simétricos). Meias, garfo, mesa, cadeira e copo são exemplos de objetosaquirais, enquanto que as luvas, os sapatos e os parafusos são objetos quirais, veja a

Figura 3.

Enantiômeros ocorrem apenas com compostos cujas moléculas sãoquirais . Umamolécula quiral é definida com uma que não é idêntica a sua imagem no espelho. Uma

molécula quiral e sua imagem especular são enantiômeros e a relação entre a molécula

quiral e sua imagem especular é definida comoenantiomérica , veja a Figura 4.

Figura 4: Modelo de bolas e varetas representando uma molécula e sua imagemespecular, onde uma não pode ser superposta na outra, caracterizando um par deenantiômeros.

2.2 Carbonos Assimétricos, Centros Quirais e Estereocentros

Não somente objetos que podem ser quirais; moléculas também podem ser

quirais. A característica que com freqüência é a responsável pela quiralidade numa

molécula é umcarbono assimétrico .

Um carbono assimétrico é, basicamente, um carbono que está ligado a quatrogrupos diferentes. O carbono assimétrico deve ser indicado por um asterisco.

Considere, por exemplo, o 2‐butanol.

*

OH

CH3C CH2CH3

H


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Até agora foi mostrado apenas que moléculas como o 2‐butanol representasse

apenas um composto, pois não foi mencionado que moléculas também podem ser

quirais. No entanto, como elas apresentam quiralidade, na verdade existem duas

moléculas de 2‐butanóis diferentes e elas são enantiômeros uma da outra.

O carbono marcado com asterisco no 2‐butanol é um carbono assimétrico

porque está ligado a quatro grupos diferentes (H, OH, CH3 e CH2CH3).

Analisando aFigura 5, observa‐se que se o modeloI for colocado em frente a umespelho, o modelo II é visto no espelho e vice‐versa. Os modelosI e II não sesuperpõem um no outro; portanto eles representam moléculas diferentes, mas

isoméricas.Uma vez

que

os

modelos

I e

II

são

imagens

especulares

um

do

outro,

que

não se superpõem, as moléculas que representam são enatiômeros.

CH3

C

CH2

CH3

HHO

CH3

C

CH2

CH3

OHH

I II III IV(a) (b) (c)

Figura 5: (a) Desenhos tridimensionais dos enantiômeros I e II do 2‐butanol. (b)Modelos de bolas e varetas dos enantiômeros do 2‐butanol. (c) Uma tentativafracassada de superpor os modelos I e II.

Note que os únicos carbonos que podem ser carbonos assimétricos são carbonos

hibridizados em sp3, carbonos hibridizados emsp2 e sp não podem ser assimétricosporque não podem ter quatro grupos ligados a eles.

Um carbono assimétrico é também conhecido comocentro quiral . Em outraspalavras, um centro quiral também pertence a um vasto grupo conhecido como

estereocentros (veja na seção 2.3).


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2.3 Desenhando Enantiômeros

As substâncias são tridimensionais, mas somos limitados à folha de papel

bidimensional ao analisar estruturas. Os químicos desenham enantiômeros usando

tanto fórmulas em perspectiva ou projeções de Fischer .

Fórmulas em perspectivas mostram duas das ligações do carbono assimétricono plano do papel, uma ligação com uma cunha preenchida projetada para fora do

papel e uma quarta ligação com uma cunha tracejada estendendo‐se para dentro do

papel (longe do observador).

C

H

C

HH

H

H

H

C

H

C

H

H HH

Hconformação alternada

para o etanoconformação eclipsada

para o etano

Pode‐se imaginar o primeiro enantiômero ao pôr os quatro grupos ligados ao

carbono assimétrico em qualquer ordem. O segundo enantiômero é obtido

desenhando‐se a imagem especular do primeiro enantiômero.

C

OH

CH3H3CH2CH

C

OH

H3C CH2CH3

H

fórmulas em perspectiva dos enantiômeros do 2‐butanol

As fórmulas de projeção de Fischer foram inventadas pelo químico alemãoEmil Fischer no final do século XVII. Estas projeções são muito úteis para mostrar o

arranjo tridimensional de grupos ligados a um carbono assimétrico. Nestas projeções, o

carbono assimétrico fica localizado no ponto de intersecção das duas linhas

perpendiculares; linhas horizontais representam as ligações que se projetam acima do

plano do papel perto do observador e as linhas verticais representam ligações que seestendem abaixo do plano do papel, longe do observador. A cadeia carbônica sempre é


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desenhada verticalmente, com o carbono número um no topo da cadeia e a cadeiadeve estar com a conformaçãoeclipsada .

CH3

CH2CH3

HO H

CH3

CH2CH3

OHH

projeções de Fischer dos enantiômeros do 2‐butanol

carbono assimétrico

Para desenhar enantiômeros usando a projeção de Fischer, desenhe primeiro

como o arranjo dos quatro átomos ligados ao carbono assimétrico em qualquer ordem.

Desenhe o segundo enantiômero trocando‐se dois grupos (ou átomos). Não importa

quais os dois grupos que você mudará. Como sugestão, é melhor trocar os grupos nas

ligações horizontais porque, quando desenhadas no papel, os enantiômeros vão

“parecer” imagens especulares.

Dessa forma, observe que permutando dois grupos (ou átomos) você converte

um estereoisômero em outro (neste caso, um enantiômero), se estiver desenhandofórmulas em perspectivas ou projeções de Fischer.Trocando -se dois grupos (ou

átomos) uma segunda vez, você volta à molécula original.

Assim, umestereocentro (ou centro estereogênico ) é um átomo em que atroca de dois grupos produz um outro estereoisômero. Por isso, ambos os carbonos

assimétricos (onde a troca de dois grupos produz um enantiômero) e os carbonos onde

a troca de dois grupos converte estereoisômero em outro (onde a troca de dois grupos

converte o isômero cis em um isômerotrans, ou, ainda, o isômero Z em um isômeroE )

são estereocentros.

C

OH

HH3CH2CH3C

C C

H3C

H H

CH3

Br

H

CH3

Cl

estereocentro estereocentro

estereocentro


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2.4 Nomenclatura de Enantiômeros: o Sistema (R-S)

Precisamos de um modo para nomear os estereoisômeros individuais de uma

substância como o 2‐butanol de maneira que saibamos de qual estereoisômero

estamos nos referindo. Em outras palavras, precisamos de um sistema denomenclatura que indique a configuração (arranjo) dos átomos ou grupos do carbonoassimétrico. Os químicos adotaram as letrasR e S para indicar a configuração de um

átomo de carbono assimétrico. Para qualquer par de enantiômeros com um carbono

assimétrico, um deles teráconfiguração R e o outro terá aconfiguração S . O sistemaR e S foi desenvolvido pelos cientistas Cahn, Ingold e Prelog. As letrasR e S vêm das

palavras latinas rectus e sinister, significando direito e esquerdo, respectivamente

Existem duas formas de determinar a configuraçãoR e S de uma substância, a

primeira é usando as fórmulas em perspectivas e a outra é usando as projeções de

Fischer.

a) Determinação da configuração utilizando as fórmulas em perspectivas

Para obter a configuração do estereocentro usando a fórmula em perspectiva

siga os seguintes passos:

1. Classifique os grupos (ou átomos) ligados ao carbono assimétrico em ordem de

prioridade de acordo com o número atômico (assim como foi visto na seção

1.1.1 da aula teórica 07 – Isomeria Espacial).

onde o átomo do grupo de maior número atômico terá a maior prioridade (1) e

o átomo de menor número atômico terá a menor prioridade (4).


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2. Oriente a molécula de forma que o grupo (ou átomo) de menor prioridade (4)

esteja apontando para o mais longe possível do observador. Depois desenhe

uma seta do grupo (ou átomo) de maior prioridade (1) para o grupo (ou átomo)

com a próxima prioridade (2). Se a seta apontar para o sentido horário o

carbono assimétrico terá a configuraçãoR. Se a seta apontar para o sentido anti‐

horário o carbono assimétrico terá configuraçãoS .

Agora vamos atribuir as configuraçõesR e S para o exemplo do 2‐butanol. De

acordo com esse sistema, um enantiômero do 2‐butanol deve ser designado (R)‐2‐

butanol e o outro enantiômero deve ser designado (S)‐2‐butanol. Diz‐se que essas

moléculas têmconfigurações opostas em C‐2.


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C

OH

CH3H3CH2C

HC

OH

H3C

CH2CH3

H

1. Classifique os grupos (ou átomos) que estão ligados ao carbono assimétrico em

ordem de prioridade. No par de enantiômeros a seguir, o oxigênio tem a maior

prioridade (1), o grupo etila tem a segunda prioridade (2), o grupo metila tem a

terceira prioridade (3) e o hidrogênio tem a menor prioridade (4).

C

OH

CH3H3CH2CH

C

OH

H3C CH2CH3

H

1

2

3

4

1

2

3

4

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

tracejada, indica que este grupo já está o mais longe possível do observador.

Assim, desenhe uma seta partindoindo do grupo (ou átomo) de maiorprioridade (1) para o grupo (ou átomo) de segunda maior prioridade (2) e, em

seguida, para o átomo de terceira prioridade (3). Se a seta apontar para o

sentido horário a configuração do carbono assimétrico seráR. Se a seta apontar

para o sentido anti‐horário o carbono assimétrico terá configuraçãoS .

4. Se o grupo (ou átomo) de menor prioridade NÃO estiver o mais distantepossível do observador, ou seja não estiver ligado com uma cunha tracejada,

você deve proceder fazendo uma troca de dois grupos quaisquer na molécula

original (isso inverte a configuração da molécula). Depois faça uma segunda


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troca, pois como visto na seção 2.3 uma segunda troca de outros dois grupos

volta a configuração original da molécula. O ponto chave destas tocas é que em

uma delas você deve colocar o grupo (ou átomo) de menor prioridade o mais

distante possível do observador, ou seja, deve colocar o grupo de menor

prioridade ligado a uma cunha tracejada.

C

CH2CH3

HO HCH31

2

3

4

1 o troca

CH3/HC

CH2CH3

HO CH3

H1

2

3

4 2o troca

OH/CH 2CH3C

OH

H3CH2C CH3

H

1

2

3

4

inverte a conf iguraçãoda molécula original

restaura a configuraçãoda molécula original

5. Agora basta desenhar uma seta indo do grupo (ou átomo) de maior prioridade

(1) para o grupo (ou átomo) de segunda maior prioridade (2) e, em seguida,

para o átomo de terceira prioridade (3). Se a seta apontar para o sentido horárioa configuração do carbono assimétrico seráR. Se a seta apontar para o sentido

anti‐horário o carbono assimétrico terá configuraçãoS .

6. Você pode desenhar a seta do grupo 1 para o grupo 2 passando pelo grupo de

menor prioridade (4), mas nunca a desenhe passando pelo grupo seguinte em

prioridade (3).


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b) Determinação da configuração de uma substância desenhada como uma

projeção de Fischer

Vamos determinar a configuração do 2‐butanol usando agora as projeções de

Fischer. Para tanto, vamos adotar o seguinte procedimento:

*

OH

CH3C CH2CH3

H

1. Primeiramente, como dito na 2.3, a cadeia carbônica sempre é desenhada

verticalmente com o carbono número 1 no topo da cadeia. Assim, devemosescrever esta cadeia verticalmente e, em seguida, passar esta fórmula para uma

tridimensional:

*

OH

CH3C CH2CH3

H

CH3

C OHH

CH2CH3

=*

2. torna‐se eficaz passar a estrutura de uma projeção tridimensional para umabidimensional para facilitar seu entendimento. Assim, utilizaremos asfórmulas

de projeção de Fischer .

CH3

OHH

CH2CH3

=

CH3

C OHH

CH2CH3

3. De forma análoga ao visto na seção 2.4 (a), atribua prioridades a cada um dos

quatro grupos (ou átomos) ligados ao estereocentro. O oxigênio tem número

atômico mais elevado dos quatro grupos ligados ao carbono assimétrico erecebe a prioridade mais elevada (1). O hidrogênio devido ser o grupo com


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menor prioridade deve ser atribuída a menor prioridade (4). Usando as regras

anteriormente vista, deve‐se atribuir a segunda prioridade ao grupo etila e a

terceira prioridade ao grupo metila.

3

14

2

4. Após atribuímos todas as prioridades, devemos observar se o grupo de menor

prioridade (4) já está para trás (indicado pelas linhas verticais). Se este for ocaso pode‐se fazer o giro com a seta. No exemplo do 2‐butanol, o grupo de

menor prioridade não está para trás. Assim, devemos fazer a troca de dois

grupos quaisquer duas vezes para a fim de se colocar o grupo de menor

prioridade para trás sem que haja a inversão da configuração.

3

2

1 44/2

3

4

1 21/3

1

4

3 21o troca 2 o troca

Desde que, o grupo de menor prioridade fique no plano de trás (linha vertical)

não importa quais grupos participarem das trocas. No nosso caso,

primeiramente ocorreu a primeira troca do grupo 4 pelo 2. Em seguida, ocorreu

a segunda troca do grupo 1 pelo 3.

Agora, para achar a configuração do carbono assimétrico, omitimos o grupo de

menor prioridade e traçamos um caminho do grupo 1 para o grupo 2, sem nos

importamos com o 4. Se, quando fazemos isso, a direção for no sentido horário,

a configuração do carbono assimétrico seráR. Se a direção está no sentido anti‐

horário a configuração do carbono assimétrico seráS . Com base nisso o 2‐

butanol que estamos analisando é o (R)‐2‐butanol.


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Assim, se colocarmos a molécula inicial diante de um espelho obteremos:

R S

2.4.1 Método pra detecção se duas estruturas são enantiômeras uma da

outra ou se são duas representações diferentes do mesmo composto.

Considere a molécula do 1‐bromo‐1‐cloroetano escritas da forma A e da formaB.Como saber se a estrutura A e B são duas representações diferentes do mesmocomposto ou duas moléculas estereoisoméricas (um par de enantiômeros)?

CH

CH3

Br

CBr

Cl

HA B

Cl CH3

Uma maneira de resolver este problema é reconhecer que trocar dois grupos no

estereocentro inverte a configuração do átomo de carbono e converte uma estrutura

com apenas um estereocentro em seu enantiômero; uma segunda troca recria a

molécula original. Neste raciocínio, mantenha a contagem de quantas trocas é

necessária para converter à molécula A na moléculaB. Neste caso, observa‐se que duas


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trocas são necessárias, e, novamente, concluímos que A e B são duas representaçõesdiferentes do mesmo composto.

CBrCl

H

CH3 CBrCH3

H

ClCl/CH 3 CH

CH3

Br

ClBr/H1

o

troca 2o

troca

Uma verificação muito útil é denominar cada composto incluindo sua

configuração (R‐S). Se os nomes são os mesmos, então as estruturas são as mesmas.

Neste caso, ambas as estruturas são (R)‐1‐Bromo‐1‐cloroetano.

Resumindo, se o total de trocas resultar em um númeroimpar as estruturas A eB são um par de enantiômeros (um deles será o estereoisômero R e o outro será oestereoisômero S ). Já se o total de trocas resultar em um númeropar ; A e B são omesmo composto representados de forma diferente.

2.5 Moléculas Acíclicas com Mais de um Estereocentro

Muitas moléculas orgânicas, especialmente aquelas importantes em biologia,

contêm mais de um estereocentro. O colesterol é um exemplo de molécula com mais de

um estereocentro. Podemos começar, entretanto, com moléculas mais simples. Vamos

considerar o 2,3‐Dibromopentano – uma estrutura com dois estereocentros.

CH3CHCHCH2CH3Br Br

* *

Uma regra útil fornece o número máximo de estereocentros: em compostos cujo

isomerismo é devido à estereoisômeros tetraédricos, o número total de

estereoisômeros não irá exceder 2n, onde n é igual ao número de estereocentros

tetraédricos. Para 2,3‐Dibromopentano não devemos esperar mais do que quatro

estereoisômeros (22

= 4).


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Quando a molécula apresenta mais de um estereocentro torna‐se mais fácil

analisá‐los usando as projeções de Fischer. Assim, a próxima tarefa é escrever fórmulas

tridimensionais para os estereoisômeros do composto. Em seguida, devemos mudar a

conformação da fórmula em perspectiva alternada para eclipsada . Depois disso,devemos escrever a fórmula tridimensional eclipsada na vertical .

C

H3C

C

CH2CH3Br

H

H

Br

C

H3C

C

CH2CH3

Br HH

Br

C

C

CH3

C2H5

BrH

BrH

Em seguida, deve‐se desenhar o estereoisômeros e sua imagem no espelho.

C

C

CH3

C2H5

BrH

BrH

C

C

CH3

C2H5

HBr

HBr

A B

Agora devemos passar essa estrutura para a projeção de Fischer para facilitar

nosso entendimento.

A B

CH3

H Br

C2H5

H Br

CH3

Br H

C2H5

Br H

Agora iremos determinar a configuração do enantiômero A. Para issodeveremos atribuir prioridades, como visto anteriormente, para cada estereocentro.


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Assim, vamos determinar a configuração doprimeiro carbono assimétrico

(estereocentro). Para isso, vamos chamar todo o grupo que está ligado ao primeiro

estereocentro de G. Fazemos isso somente para maior praticidade.

CH3

H Br

G

Agora vamos atribuir as prioridades. O bromo tem o maior número atômico,

então assume a maior prioridade (1). O hidrogênio assume a menor prioridade (4). Em

seguida o carbono assimétrico está ligado a dois outros carbonos que têm o mesmonúmero atômico. Assim, devemos ver a quem estes carbonos estão ligados. O carbono

do grupo metil está ligado a três hidrogênios que tem número atômico 1, já o carbono

do grupo G está liga a um bromo, um carbono e a um hidrogênio, números atômicos 35,6, 1, respectivamente. Assim, a prioridade 2 será atribuída ao grupoG e a prioridade 3será atribuída ao grupo metil.

3

2

4 1

Como o hidrogênio não está para trás devemos fazer duas trocas:

3

2

4 1 4/3

4

2

3 1 2/1

4

1

3 21 o troca 2 o troca

Agora devemos desenhar uma seta indo do grupo de prioridade 1 para o de

prioridade 2.


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Como a seta foi no sentido anti‐horário então a configuração éS . Agora devemos

encontrar a configuração do segundo estereocentro.

CH3

H Br

C2H5

H Br

Assim, vamos determinar a configuração dosegundo carbono assimétrico

(estereocentro). Para isso, vamos chamar todo o grupo que está ligado ao segundo

estereocentro de D. Fazemos isso somente para maior praticidade.

D

H Br

C2H5

Agora vamos atribuir às prioridades. O bromo tem o maior número atômico,

então assume a maior prioridade (1). O hidrogênio assume a menor prioridade (4). Em

seguida o carbono assimétrico está ligado a dois outros carbonos que têm o mesmo

número atômico. Assim, devemos ver a quem estes carbonos estão ligados. O carbono

do grupo etil está ligado a um carbono e dois hidrogênios que tem número atômico 6,

1, 1, respectivamente, já o carbono do grupoD está liga a um bromo, um carbono e aum hidrogênio, números atômicos 35, 6, 1, respectivamente. Assim, a prioridade 2 será

atribuída ao grupo D e a prioridade 3 será atribuída ao grupo etil.

2

4 13


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Como o hidrogênio não está para trás devemos fazer duas trocas:

2

34 1 4/2

4

32 1 2/3

4

23 1

1o troca 2 o troca

Agora devemos desenhar uma seta indo do grupo de prioridade 1 para o de

prioridade 2.

Como a seta foi no sentido anti‐horário então a configuração éR. Com isso

podemos dizer o nome do enantiômero A que é (2S , 3R)‐2,3‐dibromopentano. Omesmo raciocínio deve ser adotado para identificar as configurações do enantiômeroB para poder determinar sua nomenclatura corretamente.

Existem ainda mais duas estruturas para este estereoisômero, que estão

representados abaixo:

A B

CH3

H Br

C2H5H Br

CH3

Br H

C2H5Br H

C

CH3

H Br

C2H5Br H

D

CH3

Br H

C2H5

H Br

Analisando os quatro estereoisômeros do 2,3‐dibromopentano, constituem‐se

dois pares de enantiômeros. Os estereoisômeros A e B são imagens especulares nãosobreponíveis. Eles, são portanto, enantiômeros. Os estereoisômerosC e D também são

enantiômeros. Os estereoisômeros A e C; A e D; B e C; B e D não são imagensespeculares um do outro. Por tanto, são diastereoisômeros.


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2.6 Compostos Meso

Uma estrutura com dois estereocentros nem sempre tem quatro

estereoisômeros possíveis. Às vezes, existem apenas três. Isto ocorre porque algumas

moléculas são aquirais embora contenham estereocentro.

Para entender isso, vamos escrever as fórmulas estequiométricas para o 2,3‐

dibromobutano mostrado aqui.

*

*

CH3

CHBr

CHBr

CH3

2,3-Dibromobutano

Começamos da mesma maneira como fizemos anteriormente. Escrevemos para

um isômero e para sua imagem no espelho.

CH3

H Br

CH3

Br H

CH3

H Br

CH3

Br H

A B

As estruturas A e B não se superpõem e representam um par de enantiômeros.

Quando escrevemos a estrutura C e sua imagem especular D, entretanto, asituação é diferente. Se girarmos a estruturaD e fixarmos a estrutura C (ou vice‐versa)e a girarmos em 90o no plano do papel as duas estruturas se superpõem. Isto significa

que C e D não representam um par de enantiômeros, mas sim duas orientaçõesdiferentes do mesmo composto.


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CH3

H Br

CH3

H Br

CH3

Br H

CH3

Br H

C D

Esta estrutura quando girada de180 o no plano da página pode sesuperpor em C

A molécula representada pela estrutura C (ou D) não é quiral embora contenhaátomos tetraédricos com quatro grupos diferentes ligados. Estas moléculas são

chamadas de compostos meso . Compostos meso, por serem aquirais, são opticamente

inativos.

Assim, para verificar a quiralidade molecular é construir um modelo (ou

escrever a estrutura) da molécula e então testar se o modelo (ou estrutura) se

superpõe ou não com sua imagem especular. Se sim, a molécula é aquiral. Se não, a

molécula é quiral.

Outro simples teste é observar se a molécula apresentaplano de simetria.

Plano de simetria é um plano, imaginário, que divide a molécula em metades que sãoimagens especulares uma da outra, como mostra a figura abaixo:


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Figura 6: Substâncias que apresentam plano de simetria.

2.6 Propriedades Físicas dos Estereoisômeros

Os enantiômeros têm propriedades físicas idênticas (exceto pelo modo com que

interagem com a luz plano‐polarizada) e propriedades químicas idênticas – eles

reagem na mesma razão com dado reagente aquiral.

Diastereoisômeros têm propriedades físicas diferentes (diferentes pontos de

fusão, ponto de ebulição, solubilidades, rotações específicas e etc) e diferentes

propriedades químicas – eles reagem com o mesmo reagente aquiral em proporçõesdiferentes.

2.7 Atividade Óptica

Como foi discutido na 2.6, enantiômeros apresentam as mesmas propriedades

físicas. Fisicamente, a única diferença entre os isômeros ópticos está no sentido para o

qual desviam o plano de vibração de uma luz plano‐polarizada: para a direita (sentido

horário) ou para a esquerda (sentido anti‐horário).

A Figura 7 mostra a luz natural (aquela que recebemos do sol ou de umalâmpada incandescente) é composta de ondas eletromagnéticas que vibram em

infinitos planos perpendiculares à direção da propagação da luz.


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Figura 7: Luz natural oscilando perpendicularmente num campo elétrico e magnético.

Se pudéssemos observar um único feixe de luz a partir de uma extremidade, e se

pudéssemos realmente ver os planos em que as oscilações estavam ocorrendo,

descobriríamos que as oscilações do campo estavam ocorrendo em todos os planos

possíveis, perpendicularmente.

Figura 8: Representação frontal de um único feixe de luz natural.

Quando a luz passa através de um polarizador, a luz que antes vibrava em todos

os planos possíveis agora passa a vibra em um único plano. Quando isso ocorre essa luz

é chamada deLuz Plano -Polarizada .


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Figura 9: Luz natural sendo polarizada, oscilando em um único plano.

Se fizermos essa luz plano‐polarizada passar por uma amostra contendo alguma

substância se o feixe de luz desviar para a direita (dextrógiro (D)) ou para esquerda(levógiro (L)) dissemos que essas substâncias são opticamente ativas . Esses doisisômeros desviam a luz polarizada em um mesmo ângulo, entretanto em sentidos

contrários.

Figura 10: Luz plano‐polarizada passando por uma amostra opticamente ativa edesviando a luz.

Entretanto, se a luz não sofrer nenhum desvio dissemos que essa substância é

opticamente inativa.

Como dito na seção 2.6, compostos enantioméricos apresentam o mesmo pontode ebulição, mesmo ponto de fusão, mesma densidade, mesmos índices de refração,


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mesmos espectros de infravermelho e etc. Então qual a diferença entre dois

enantiômeros? A diferença está no desvio da luz plano‐polarizada. Um dos

enantiômeros desvia a luz pra direita e outro desvia para esquerda. Diastereisômeros

não apresentam Atividade Óptica (opticamente ativos)

2.8 Mistura Racêmica

Se tivermos os dois enantiômeros em quantidades iguais um vai desviar o feixe

para esquerda e o outro para direita com a mesma intensidade. E no final um anulará o

outro. Assim, não será observado nenhum desvio da luz. Essa situação é chama de

mistura racêmica ou racemato.

Figura 11: Luz plano‐polarizada passando por uma mistura racêmica. Observa‐se quea luz não sofre desvio.

Vamos analisar o exemplo do 2‐butanol.

H3C C

H

COOH

NH2

(hidrogênio)

(metila) (carboxila)

(amino)

Observa‐se que primeiramente que esta molécula apresenta um carbono

assimétrico. Assim, vamos desenhá‐la em sua forma tridimensional e colocá‐la diante

de um espelho:


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C

COOH

CH3

HH2N C

COOH

CH3

NH2H

Dessa forma, observamos que os dois isômeros guardam uma relação objeto e

imagem especular. Mas ao tentarmos superpô‐las nem todos os átomos vão coincidir.

Assim, dizemos que essas moléculas são enantiomeros um do outro. Um vai desviar a

luz plano‐polarizada para a direita e outro para esquerda. O resultante é que a luz

plano‐polarizada não vai sofrer desvio efetivo.

3. Referências

1. SOLOMONS, T. W.; GRAHAM; CRAIG FRYHLE.Química Orgânica . 8. ed. Rio de

Janeiro: LTC, 2005. 1 e 2 v.

2. BRUICE, P. Y.Química Orgânica . 4. ed. São Paulo: Pearson, 2006

3. ALLINGER, N. L.Química Orgânica . 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara, 1978.

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Aula Teorica 08 - Estereoisomeria