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1LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaQuímica Orgânica A – Estereoquímica
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Prof. Antonio Luiz [email protected]
Estereoquímica
2LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaQuímica Orgânica A – Estereoquímica
2
IMPORTÂNCIA DA SÍNTESE ASSIMÉTRICA
FARMOQUÍMICA
PERFUMARIA
AGROQUÍMICA
CRISTAIS LÍQUIDOS
FLAVORIZANTES
FEROMÔNIOS
2002 – drogas enantiomericamente
puras: vendas mundiais: US$ 159 bi
(estudo da estereoquímica das reações e das moléculas)
mailto:[email protected]
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3LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaQuímica Orgânica A – Estereoquímica
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4LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaQuímica Orgânica A – Estereoquímica
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KNOWLESNOYORI SHARPLESS
PRÊMIO NOBEL EM QUÍMICA - 2001
“ pelo desenvolvimento de catalisadores
quirais que permitiram a síntese de
moléculas opticamente ativas”
(Monsanto - L-Dopa) (Redução
Enantiosseletiva)(Oxidação)
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5LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Como preparar compostos quirais
enantiomericamente puros ou
enriquecidos ? ? ? ? ? ? ? ?
Em primeiro lugar temos que ententer o que
são compostos quirais, enantiômeros,
diastereoisômeros, mistura racemica….
enfim, estudando estereoquímica…..
6LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Isômeros
Compostos diferentes com a mesma fórmula molecular
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7LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Isômeros Cis-Trans
8LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Quiralidade
Um objeto quiral tem imagem especular não sobreponível.
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9LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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9
Carbonos assimétricos, centros quirais e estereocentros
Um carbono assimétrico é aquele que está ligado a quatro substituintes
diferentes.
10LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Isômeros com um carbono assimétricoUm substância com um carbono assimétrico pode existir como dois
diferentes esterioisômeros. Os dois isômeros são análogos à mão direita e
à esquerda.
Moléculas de imagen especular
não sobreponível são chamadas
de enantiômeros.
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11LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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-Compostos quirais têm imagem especular não sobreponível
-Compostos não quirais (aquirais) têm imagem especular sobreponível
e plano de simetria
enantiômeros
plane of symmetry runs
through central carbon,
OH and CN
12LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Diferença entre configuração e conformação:
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13LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Nomeando Enantiômeros
Primeiramente liste os substituintes
do centro quiral, em ordem de
prioridade, conforme
feito para o sistema E,Z
A nomenclatura do sistema R,S (Kahn-Prelog-Ingold)
Movimento horário = Configuração R (rectus)
Movimento anti-horário = Configuração S (sinister)
Posicione o grupo de menor
prioridade (4) para trás
14LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Nomeando o
aminoácido
L-alanina
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15LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Atribuir a configuração absoluta (R ou S) para a molécula abaixo
Exercícios
s
(+)-2-butanol
16LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Projeção de Fisher
H
CH3
Cl
CH2CH3
C HCl
CH3
CH2CH3
abaixo
abaixo do plano
acima acima
OH
ClCH3CH2
Cl
HCH3 C
C
Cl
OH
HCH3
ClCH3CH2ClCH3CH2
OH
H CH3
Cl
Fischer: Prêmio Nobel em
Química - 1902
Projeções de Fischer:
sistema de representação
tridimensional para
químicos/bioquímicos
que não são bons
desenhistas.
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Linhas horizontais representam ligações dirigidas para o
observador a partir do plano do papel.
Linhas verticais representam ligações que se afastam do
observador para trás do plano do papel.
Um simples exercício mental:
ab c
dd
a
b
c
d
a
b
c
18LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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18
Ex: considere o 2-butanol
Prioridade 1= OH
Prioridade 4= H
Cada troca de grupamentos muda-se a estereoquímica do centro quiral
Logo: o de menor prioridade
não está atrás do plano
Nesse exemplo, o grupo de menor prioridade não está para
trás. Assim, devemos fazer a troca de dois grupos
quaisquer duas vezes para podermos colocar o grupo de
menor prioridade para trás sem que haja a inversão da
configuração.
S
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HO
CO2H
CH3
H
OHH
R
R
A conformação em estrela ou anti não permite ter os grupos posicionados
convenientemente para representação em projecção de Fischer:
Moléculas com mais de um centro quiral:
20LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Girando um dos grupos de modo a obter-se uma conformação em
eclipse, os grupos ficam com a orientação adequada para a
representação em projecção de Fischer
H
CO2H
OH
OHH
CH3
2
3
1
2
4
32R
3R
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Polarização da Luz
Luz NaturalPolarizador
Luz Polarizada
A luz polarizada é obtida fazendo-se passar um
feixe de luz natural por dispositivos chamados de
polarizadores. Um dos mais comuns é o prisma de Nicol.
22LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Enantiômeros compartilham muitas das mesmas propriedades
– eles têm o mesmo ponto de ebulição, o mesmo ponto de
fusão e a mesma solubilidade. Entretanto, a maneira com que
enantiômeros interagem com a luz polarizada é diferente.
Atividade ótica
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23LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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horário (+) ou d anti-horário (-) ou l
diferem da configuração R,S
Atividade ótica
dextrorrotatória levorrotatória
24LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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O polarímetro mede o desvio óptico de um determinado
composto:rotação observada (a)
T é a temperatura em °C
É o comprimento de onda
a É a medida da rotação em graus
l É o tamanho da cela em decímetros
c É a concentração em g/L
específica rotaçãoTa
Cada composto opticamente ativo tem uma rotação específica
característica
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25LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Uma mistura racêmica, a qual contém quantidades
iguais dos enantiômeros, é opticamente inativa
pureza óptica =
rotação específica observada
rotação específica do enantiômero puro
excesso enantiomérico (ee) = excesso de um único enantiômero
soma da mistura
Ex: 70% e 30%em uma mistura
26LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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26
1- A esterificação do (+) ácido lático com álcool metílico leva ao (-)
lactato de metila! Mudou a configuração do produto formado (-)
lactato de metila??
2- Dê a configuração de ambos (absoluta R S)!
*
Exercícios
s
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27LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Isômeros com mais de um carbono quiral
O número possível
de estereoisômeros
é 2n, onde n é o
número de centros
quirais.
Diastereoisômeros:
são estereoisômeros
que não são
enantiômeros.
a e d, a e c,
b e c, b e d.
Enantiômeros têm
propriedades físicas
e químicas iguais.
(eles reagem na
mesma proporção
com reagentes
aquirais)
Diastereoisômeros
têm propriedades
físicas e químicas
diferentes. (eles
reagem com
reagentes aquirais
em proporções
diferentes)
28LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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28
Exercício: 1. Quantos estereoisômeros o carboidrato abaixo (hexose) possui?
2. (a) Quantos centros estereogênicos o esteróide abaixo (ácido cólico)
possui? (b) Quantos estereoisômeros são possíveis?
*11
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29LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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30LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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30
Diferenças entre enantiômeros e diatereioisômeros
Enantiômeros só podem ser separados por interação com outro elemento ou
entidade quiral (possuem as mesmas propriedades físicas e químicas..pf, pe..)
Diastereoisômeros, por serem compostos diferentes, podem ser separados por
métodos físicos convencionais: ponto de ebulição, recristalização, cromatografia..
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31LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Eritro: Quando grupos similares estão do mesmo lado
Treo: Quando grupos similares estão em lados opostos
Ao desenhar projeções de Fischer temos:
Enantiômeros eritro Enantiômeros treo
Projeção de Fisher
32LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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32
A nomenclatura R,S de isômeros com mais de um
carbono assimétrico
Veja que enantiômeros têm configuração oposta em ambos os
carbono assimétricos, enquanto os diastereoisômeros têm a mesma
configuração em um dos carbonos assimétricos e configuração
oposta no outro.
Enantiômeros Enantiômeros
Diastereoisômeros são estereoisômeros que não são enantiômeros.
1 e 4, 1 e 3, 2 e 3, 2 e 4.
2 2 2 2
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33LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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33
Compostos MesoCompostos meso têm dois ou mais carbonos quirais
e um plano de simetria.
São moléculas aquirais
Se houver um plano de simetria o composto não é quiral!
34LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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34
Substâncias com dois carbonos assimétricos podem ter até quatro
estereoisômeros. Entretanto, algumas substâncias com dois
carbonos assimétricos têm somente três estereoisômeros.
A = B
Compostos Meso
Composto meso
(aquiral) Enantiômeros
H3C CH3
Br Br
H H
H3C CH3
Br H
H Br
H3C CH3
H Br
Br H
(2S,3R)-2,3-dibromobutane (2S,3S)-2,3-dibromobutane (2R,3R)-2,3-dibromobutane
H3C CH3
Br Br
H H
H3C CH3
Br Br
H H
H3C CH3
Br H
H Br
H3C CH3
H Br
Br H
A B C D
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35LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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35
Identificação de Carbonos Assimétricos
em Compostos Cíclicos
H
CH3
H
Br*
*estes dois grupos
são diferentes
H
CH3
H
Br
H
Br
CH3
H
H
CH3
H
Br
CH3
H
H
Br
cis-1-bromo-3-metilcicloexano trans-1-bromo-3-metilcicloexano
E quanto a isomeria óptica?
36LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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36
Ex
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37LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Discriminação de Enantiômeros por Moléculas
Biológicas
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39LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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39
Menta
(óleo de hortelã)Cominho
(óleo de cominho)
40LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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40
CO2HPhCH2
HH2N
CH2PhHO2C
H2N H
N
N
O
O
O
O
N
N
O
O
O
OH
(S)-FenilalaninaAmargo
(R)-FenilalaninaDoce
(S)-TalidomidaPotente Teratogênico
(R)-TalidomidaSedativo Hipnótico
H
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41LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Terminologias Associadas com
Estereoquímica
Carbono pró-quiral
Hidrogenios enantiotópicos Hidrogenios homotópicos
42LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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42
Hidrogênios enantiotópicos têm a mesma reatividade química
e não podem ser discriminados por reagentes aquirais
(aquiral)
(quiral)
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43LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Hidrogênios diastereotópicos possuem reatividades
diferentes com reagentes aquirais
centro não
mudado
44LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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44
1- Usando descritores R e S, escrever todas as combinações possíveis
para uma molécula com três centros estereogênicos.
2- Desenhar projeções de Fischer dos quatro dos 3-amino-2-butanóis
estereoisoméricos e nomear eritro ou treo a cada um deles. Qual deles
é um sólido cristalino? Dê a nomenclatura R, S para todos os C quirais
Diasteroisômeros do 3-amino-2-butanóis:
cada um deles tem um enantiômero
EXERCÏCIO 2
*
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45LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Outros átomos além do carbono podem ser assimétricos
N+CH3CH2CH2 CH2CH3
H
CH3
N+
CH2CH2CH3CH3CH2H
CH3
Br- Br-
O
POCH2CH3
H
O
PCH3CH2O OCH3
HCH3O
46LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Inversão de Aminas
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47LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Esteroquímica de reações
Em uma reação regiosseletiva há formação preferencial
de um isômero constitucional.
Em uma reação estereosseletiva há formação
preferencial de um estereoisômero.
Ex: desidratação de álcoois
48LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Em uma reação estereoespecífica, cada estereoisômero usado
como reagente, produz um estereoisômero diferente como produto
ou um novo grupo de produtos.
O OH
O OH
OH OH
OH OH
(S)-5-hydroxyhexan-3-one
(R)-5-hydroxyhexan-3-one
(2S,4R)-hexane-2,4-diol
(2R,4R)-hexane-2,4-diol
Exemplo
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49LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Estereoquímica de Reações de Adição
Eletrofílica à Alcenos
Qual a configuração absoluta do produto?
50LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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50
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51LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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CH3CH2C CH2 HBr CH3CH2CHCH2Br
2-methyl-1-butene
CH3
+peroxide
CH3
*
1-bromo-2-methylbutane
2-metil-1-buteno 1-bromo-2-metilbutano
52LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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52
Reações de adição que formam um carbono
assimétrico adicional
não mudou a
estereoquímica
desse carbono
não mudou a
estereoquímica
desse carbono
Quando dois esteroisômeros com mais de 1 centro quiral diferem em
apenas um deles são chamados de epímeros
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53LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaQuímica Orgânica A – Estereoquímica
53
Estereoquímica de Reações de
Hidrogenação Catalítica (Adição Syn)Adição do mesmo lado da ligação dupla: syn
Adição de lados opostos à ligação dupla: anti
adição sin
54LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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54
Hidrogenação de Alcenos Cíclicos
CH(CH3)2
H3C
+ H2Pt/C
H
CH3
H
CH(CH3)2
H3C
H
CH(CH3)2
H
Somente isômeros cis são obtidos com alcenos cíclicos
com menos do que oito átomos de carbono
Com alcenos cíclicos com mais do que oito átomos de
carbono pode-se obter isômeros cis e trans
enantiomers
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55LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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55
Estereoquímica da Hidroboração-Oxidação
Exercício: Desenhar o enantiômero do álcool produzido
56LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
Prof. BragaQuímica Orgânica A – Estereoquímica
56
Reações de Adição tendo Íon Bromônio
como Intermediário (Adição Anti)
16/05/2017
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57LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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57
Reações de Adição tendo Íon Bromônio
como Intermediário (Adição Anti)
58LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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58
Resolução de uma mistura racêmicaA separação dos enantiômeros de uma mistura racêmica é chamada de resolução
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59LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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medicamentos
Agente de
resolução
60LabSelen : Laboratório de Síntese de Substâncias Quirais de Selênio
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Exercício: Na resolução de 1-feniletilamina, utilizando ácido (-)-Málico como
agente de resolução, o composto obtido por recristalização a partir da mistura de
sais diastereoisoméricos é o (S)-Malato de (R)-1-phenylethylamônio. O outro
componente da mistura é o diastereoisômero mais solúvel e se mantém em
solução. Qual é a configuração de cada C quiral desse sal mais solúvel??
+
(±)(R) (s)
+
Solução do sal
diastereisomérico
mais solúvel
recristalização
e
(s)(R)
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