5 Estereoquímica
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22
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ESTEREOQUMICA
diferem porque seus tomos esto conectados em uma ordem diferente
Frmula Molecular Ismeros Constitucionais
C4H10
CH3CH2CH2CH3 e
Butano Isobutano
C3H7ClCH3CH2CH2Cl e
1-Cloropropano 2-Cloropropano
C2H6OCH3CH2OH e CH3OCH3
Etanol ter dimetlico
H3C CH
CH3
CH3
H3C CH
Cl
CH3
diferem apenas no rearranjo de seus tomos no espao
-
Os ismeros cis e trans so ESTEREOISMEROS
Apresentam a mesma seqncia de ligao dos tomos na molcula, mas diferem no arranjo
dos tomos no espao tridimensional ClC
CCl H
H HC
CCl H
Cl
ENANTIMEROS
Estereoismeros cujas molculas so imagens especulares uma da outra no sobreponveis
Imagens especulares
DIASTEREOISMEROS
Estereoismeros cujas molculas no so imagens especulares umas das outras
-
ENANTIMEROS (ESTEREOISMEROS)
MOLCULA QUIRAL
Imagens especulares no-sobreponveis
houve uma troca de posies entre o flor e o bromo no
enantimero
-
Plano de Simetria
Plano do Espelho
Um objeto simtrico tem um plano de simetria (plano especular)
Se um objeto tem um plano de simetria, a sua imagem no espelho ser idntica ao objeto original
As imagens idnticas so sobreponveis!!
PLANO DE SIMETRIA
-
A imagem especular de um objeto quiral diferente do objeto original e no sobreponvel.
QUIRALIDADE
Um objeto SEM simetria (assimtrico) QUIRAL
EXISTEM COMO UM PAR DE ENANTIMEROS
Um objeto COM simetria (simtrico) AQUIRAL
PLANO DE SIMETRIA
-
QUIRALIDADE
-
PLANOS DE SIMETRIA: TESTE DE QUIRALIDADE
AQUIRAL QUIRAL
AQUIRAL QUIRAL
HC
OHH
COOH
CH3CH(OH)COOH
Lactic acid
(chiral)
HC
HOCH3
COOH
HOCH2COOH
Hydroxyacetic acid
(achiral)
Symmetry plane NO ymmetry plane
-
ENANTIMEROS (ESTEREOISMEROS)
2-butanol
-
ESTEREOCENTROS
Um tomo carregando grupos de natureza tal que uma troca de quaisquer dois grupos ir produzir um estereoismero
4 grupos diferentes em torno do tomo
de carbono
Estereocentro tetradricoCarbono estereognico
-
EXERCCIO 26:
Algumas das seguintes molculas possuem estereocentro, outrasno. Escreva as frmulas tridimensionais de ambos os enantimerosdas molculas que apresentarem estereocentro.
a) 2-fluorpropanob) 2-metilbutanoc) 2-clorobutanod) 3-metilhexanoe) 1-cloro-2-metilbutano
-
A IMPORTNCIA BIOLGICA DA QUIRALIDADE
HO H
NH
OH
OHHO
OH
HO
N
CH3
CH3CH3
O
O
N
N OO
H
N
H
OO
N
O
OH
H
CO2H
NH2
OH
HO OH
OH
NH2
HO2C
H2N CO2H
O NH2H
NH2H O
HO2C NH2
H2CCH2
CH3O O
CH3CH3
H H
CH3
CH2 H2CCH3 CH3
CH3
HH
hormone
caraway seed odorspearmint fragrance
Carvone RS
Toxic
Epinephrine RS
S R
S RLimonene
lemon odor orange odor
teratogenic activity causes NO deformities
Anti-Parkinson's disease
S RDopa
(3,4-dihydroxyphenylalanine)
bitter taste
Asparagine
sweet taste
RS
Toxic
Thalidomide
sedative, hypnotic
H H
H H
AROMA DE LIMO LARANJAAROMA DE LARANJA
LIMONENO
CARVONA
ASPARAGINA
AROMA DE MENTA AROMA DE COMINHO
AMARGO DOCE
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A IMPORTNCIA BIOLGICA DA QUIRALIDADE
HO H
NH
OH
OHHO
OH
HO
N
CH3
CH3CH3
O
O
N
N OO
H
N
H
OO
N
O
OH
H
CO2H
NH2
OH
HO OH
OH
NH2
HO2C
H2N CO2H
O NH2H
NH2H O
HO2C NH2
H2CCH2
CH3O O
CH3CH3
H H
CH3
CH2 H2CCH3 CH3
CH3
HH
hormone
caraway seed odorspearmint fragrance
Carvone RS
Toxic
Epinephrine RS
S R
S RLimonene
lemon odor orange odor
teratogenic activity causes NO deformities
Anti-Parkinson's disease
S RDopa
(3,4-dihydroxyphenylalanine)
bitter taste
Asparagine
sweet taste
RS
Toxic
Thalidomide
sedative, hypnotic
H H
H H
DOPA
ANTI-PARKINSON TXICO
EPINEFRINA
HORMNIOTXICO
TALIDOMIDA
SEDATIVOATIVIDADE TERATOGNICA
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A IMPORTNCIA BIOLGICA DA QUIRALIDADE
As molculas receptoras so quirais!!
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NOMENCLATURA DE ENANTIMEROSO SISTEMA (R-S)
HOC
CH3H
CH2
CH3
HC
CH3OH
CH2
CH3
2-BUTANOL
Cahn, Ingold e Prelog:
Configurao Absoluta: Baseada na ordem de prioridade dos tomos ou grupode tomos ao redor do carbono estereognico
Ordem de prioridade: maior nmero atmico do tomo que est diretamenteligado ao estereocentro.
Exemplos de prioridade para tomos ligados a um tomo quiral:
I > S > O > N > 13C > 12C > Li> 3H > 2H > 1H
R = rectus (direito)S = sinister (esquerdo)
HOC
CH3H
CH2
CH3
1 4
2 or 3
2 or 3(I) (II)
-
Trace o caminho de a para b para c e verifique se a direo est no sentido horrio (R) ou anti-horrio (S)
O SISTEMA (R-S)
Quando uma prioridade no pode ser atribuda com base no nmero atmico, ento o prximo conjunto de tomos presentes examinado.
HOC
CH
C
C
1 4
H H
HHH
HHH
3 (H, H, H)
2 (C, H, H)
HOC
CH3H
CH2
CH3
(I)
O prximo passo girar a frmula de modo que ogrupo de mais baixa prioridade fique afastado doobservador
(S)-2-butanol (R)-2-butanol
HC
CH3OH
CH2
CH3
(II)
-
O SISTEMA (R-S)
-
EXERCCIOS:
27. Escreva as formas enantiomricas do bromoclorofluormetano e atribua a cada enantimero sua designao correta (R) ou (S)
28. Atribua designaes (R) ou (S) para os seguintes compostos:
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PROPRIEDADES FSICAS DOS ENANTIMEROS
Physical Property (R)-2-Butanol (S)-2-Butanol
Boiling point (1 atm) 99.5 C 99.5 C
Density (g mL1 at 20 C) 0.808 0.808
Index of refraction (20 C) 1.397 1.397
HOC
CH3H
CH2
CH3
HC
CH3OH
CH2
CH3
Pode-se diferenciar os enantimeros verificando seu comportamento em relao
luz plano-polarizada
Enantimeros apresentam comportamento diferente quando
reagem com outras molculas quirais
Quando um feixe de luz plano-polarizada passa atravs de um enantimero, o
plano de polarizao giraCOMPOSTOS OPTICAMENTE ATIVOS
-
PROPRIEDADES DOS ENANTIMEROSATIVIDADE PTICA
-
Luz plano polarizada
(Oscilaes eletromagnticas
em um nico plano)
Luz no polarizada
(Oscilaes eletromagnticas
em todos os planos)
LUZ PLANO-POLARIZADA
polarizador
Campo
magntico
Campo
eltricoOnda
eltrica
Onda
magntica
Direo de
propagao da luz
-
POLARMETRO
Aparelho utilizado para medir o efeito da luz plano-polarizada sobre compostos opticamente ativos
Os enantimeros provocam a rotao do feixe de luz plano-polarizada em quantidades iguais, mas em direes opostas
-
Composto opticamenteinativo, pois no girou oplano de vibrao da luzpolarizada.
Composto opticamente ativo e dextrgiro, pois girou o plano de vibrao da luz polarizada pra a direita (SENTIDO HORRIO)
Composto opticamente ativo e levgiro, pois girou o plano de vibrao da luz polarizada para a esquerda (SENTIDO ANTI-HORRIO)
DESVIO DA LUZ PLANO-POLARIZADA
ROTAO (a) POSITIVA
ROTAO (a) NEGATIVA
-
ATIVIDADE PTICA DE ENANTIMEROS
ISMEROS PTICOS
-
ROTAO ESPECFICA: TD][a
O nmero de graus que o plano de polarizao girado quando a luz passa atravs deuma soluo de um enantimero depende do nmero de molculas quirais que elaencontra, que depende do comprimento do tubo do polarmetro e da concentrao doenantimero.
[ ] = x
DTa
a
l c
[]TD = rotao tica especfica = rotao tica observadal = comprimento da cela polarimtrica, em dmc = concentrao da soluo, em g de soluto por cm3 de solvente (g/mL)T= temperatura em CD = comprimento de onda de emisso da linha D do sdio (589 nm)
-
HOC
CH3H
CH2
CH3
HC
CH3OH
CH2
CH3(R)-()-2-Butanol (S)-(+)-2-Butanol[a]25D = 13,52 [a]
25D = +13,52
HOH2C C
CH3H
C2H5
HC
CH3CH2OH
C2H5
(R)-(+)-2-Metil-1-butanol (S)-()-2-Metil-1-butanol[a]25D= +5,756 [a]
25D = 5,756
Composto [a ]D (graus) Composto [a ]D (graus)
Cnfora +44,26 Penicilina V +223
Morfina 132 Glutamato monossdico +25,5
Sacarose +66,47 Benzeno 0
Colesterol 31,5 cido actico 0
-
OBS: No existe correlao entre as configuraes (R) e (S) dos enantimeros eo sentido da rotao da luz plano-polarizada.
Ex: (R)-2-metil-1-butanol dextrgiro (+)(R)-1-cloro-2-metilbutano levgiro (-)
PUREZA TICA: uma substncia opticamente ativa constituda por um nicoenantimero, e diz-se enantiomericamente pura ou com um excessoenantiomrico de 100%.
P.O. = a observado x 100a do enantimero puro
MISTURA RACMICA (RACEMATO): uma mistura equimolar dos doisenantimeros no tem atividade ptica, pois cada um dos estereoismerosdesvia a luz plano-polarizada em mesma magnitude e em sentidos opostos,anulando a rotao lquida.
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EXCESSO ENANTIOMRICO (ee)
ENANTIMERO PURO: 100% ee
medida que a amostra possui contaminantes (inclusive o outro enantimero), a rotao especfica diminui.
ee (%) =
quantidade de matria de (R)
quantidade de matria de (S)-
quantidade de matria de R + Sx 100
ee (%) = a R a R puro
x 100 ee (%) = a S a S puro
x 100
-
EXERCCIO 29: O 2-buteno foi obtido sinteticamente e apresentou atividade ticade + 9,54. Qual a pureza ptica deste composto (rotao doenantimero puro de + 13,5)?
EXERCCIO 30: Vamos supor que tenhamos uma mistura de enantimeros do 2-butanol que apresenta uma rotao especfica de +6,76. Calcule oexcesso enantiomrico dessa mistura (a = +13,52). O que o valorencontrado significa em relao s percentagens de cada um dosenantimeros?
EXERCCIO 31: Uma amostra de 1,5 gramas de coniina, extrato txico do veneno dacicuta, foi dissolvido em 10 mL de etanol e colocada em uma cela de5,0 cm. A rotao, para a linha D de sdio foi de +1,20. Calcular arotao especfica, [a]TD, para a coniina.
-
SNTESE DE MOLCULAS QUIRAIS (RACEMATOS)
FORMAS RACMICAS: So obtidas em reaes onde no h qualquer influncia quiral.
CH3CH2CCH3 CH3CH2CHCH3
OHO
+ H H (+)-Ni *
2-butanona ()-2-butanol
-
CH3CH2 +*
CH3CH2 CHCH2
Br H
HBr
CH3CH2
C CHH
H
H Br
CH3CH2
H
CH3
Br
CH3CH2
Br
CH3
H
H3CH2CCH3
H (S)-2-Bromobutane
Top
Bottom
+ (50%)
(50%)
(R)-2-Bromobutane
1-buteneCarbocation
intermediate
(achiral)Br
Br
SNTESE DE MOLCULAS QUIRAIS (RACEMATOS)
-
SNTESE ENANTIOSSELETIVA
Quando uma reao leva formao majoritria de um enantimero em relao ao outro, a reao dita enantiosseletiva
necessria a presena de um reagente, solvente ou catalisador quiral
Na natureza, a maioria das reaes enantiosseletiva
ENZIMAS
- catalisadores biolgicos de alta eficincia- possuem um stio ativo composto por aminocidos quirais- apenas um dos enantimeros se ajusta perfeitamente ao stio ativo
BIOCATLISE
-
OEt
O
F
OEt
O
H
lipase
F
Ethyl (R)-(+)-2-fluorohexanoate
(>99% enantiomeric excess)
OH
O
F H
(S)-()-2-Fluorohexanoic acid(>69% enantiomeric excess)
H OHH O+ Et+
Ethyl (+)-2-fluorohexanoate
[an ester that is a racemate
of (R) and (S) forms]
SNTESE ENANTIOSSELETIVA - LIPASES
-
SNTESE ENANTIOSSELETIVA - OXIDORREDUTASES
H
-
Reduo de Carbonilas por Saccharomyces cerevisiae
Reduo do acetoacetato de etila produzindo o (S)-(+)-3-
hidroxibutanoato de etila, material de partida para a sntese de
inmeros compostos biologicamente ativos.
O
O
CH3
CH3
O
O
O
CH3
CH3
OH
Saccharomyces cerevisiae
25C, n-hexano, agitao
(1) (2)
S-(+)
O
O
CH3
CH3
O
O
O
CH3
CH3
OH
Saccharomyces cerevisiae
25C, n-hexano, agitao
(1) (2)
S-(+)
O
O
CH3
CH3
O
O
O
CH3
CH3
OH
Saccharomyces cerevisiae
25C, n-hexano, agitao
(1) (2)
S-(+)
O
O
CH3
CH3
O
O
O
CH3
CH3
OH
Saccharomyces cerevisiae
25C, n-hexano, agitao
(1) (2)
S-(+)S. cerevisiae
-
SNTESE ENANTIOSSELETIVA DE FRMACOS
O
CH3
OH
IBUPROFENO
H3COO
H
OH
CH3
(S)-NAPROXENO
H2N
CO2H
HO
HO
CH3
(S)-METILDOPA
HS
H2N
CO2H
H
(S)-PENICILAMINA
-
total de estereoismeros = 2n
n = no de centros tetradricos
MOLCULAS COM MAIS DE UM CENTRO QUIRAL:
Enantimeros Enantimeros
O que so 1 e 3? e 2 e 3? E 1 e 4? E 2 e 4? Diastereoismeros
2,3-dibromopentano
-
COMPOSTOS MESO
C
C
OHH
COOH
COOH
HHO
C
C
HO H
COOH
COOH
H OH
C
C
OHH
COOH
COOH
OHH
C
C
HO H
COOH
COOH
HO H
1
2
3
4
2R,3R
Mirror 1
2
3
4
1
2
3
2S,3S
4
2S,3R
1
2
2R,3S
3
4
Mirror
C
C
OHH
COOH
COOH
OHH
C
C
HO H
COOH
COOH
HO H
1
2R,3S
2
3
4
Rotate
1
2
2S,3R
4
3180o
Identical
-
NOMENCLATURA DOS COMPOSTOS COM MAIS DE UM ESTEREOCENTRO
(2R,3R)-2,3-dibromobutano
-
Encontrando os carbonos estereognicos e o nmero de estereoismeros:
20 = 1 21 = 2 21 = 2
22= 4 22 = 4 22 = 4
FORMA CIS AQUIRAL
-
Encontrando os carbonos estereognicos e o nmero de estereoismeros:
-
Quantos ismeros pticos podem ser encontrados a partir do cido 2-amino-3-metil-pentanico?
EXERCCIO 32:
-
EXERCCIOS PARA CASA:
1. Determine a configurao absoluta dos compostos abaixo:
2. Escreva a frmula tridimensional para o ismero (S) do ibuprofeno.
3. cido clico o maior esteride encontrado na bile. Quando 3,0 gramas docido clico foram dissolvidos em 5,0 mL de lcool e medidas em uma cela de 1,0cm de caminho tico, observou-se uma rotao especfica de + 2,22o . Calcule[a]D para o cido clico.