Estereoquimica - Pós-graduação

Prof. Nunes
EstereoquímicaEstereoquímica
Universidade Federal do Ceará
Centro de Ciências
Curso de PósPós--GraduaçãoGraduação em Química
PGQUIM - UFC
EstereoquímicaEstereoquímica
Prof. Dr. José Nunes da Silva Jr.
nunes.ufc@gmail.com
1

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HistóriaHistória
18001800--18501850
grande era da geométria ótica
cientistas franceses: difração, interferência e polarizaçãopolarização dada luzluz.
possívelpossível relaçãorelação com acom a estruturaestrutura dada matériamatéria
AtividadeAtividade ÓticaÓtica - habilidade de uma substância rodar o plano de
polarização da luz, foi descoberta em 1815 no
PGQUIM - UFC
“College de France” pelo físico JeanJean––BaptisteBaptiste BiotBiot.
(1774-1862)2

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HistóriaHistória
18001800--18501850
grande era da geométria ótica
cientistas franceses: difração, interferência e polarizaçãopolarização dada luzluz.
possívelpossível relaçãorelação com acom a estruturaestrutura dada matériamatéria
AtividadeAtividade ÓticaÓtica - habilidade de uma substância rodar o plano de
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“College de France” pelo físico JeanJean––BaptisteBaptiste BiotBiot.
(1774-1862)3

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HistóriaHistória
18481848 –– na Ecole Normale in Paris, LouisLouis PasteurPasteur fez um conjunto de
observações que o levou, poucos anos mais trade, a elaborar sua
teoria, a qual é a fundação da Estereoquímica:
“Optical activity of organic solutions is determined by molecular
asymmetry, which produces nonsupenmposable mirror-image
structures”.
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(1822-1895)
4

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HistóriaHistória
18581858 –– Na mesma época, ficou conhecido através do trabalho de KekuléKekulé
que o carbono era tetravalente.
van'tvan't HoffHoff e LeLe BelBel propuseram que as quatro
valências do carbono não eram planares.
van'tvan't HoffHoff propôs que o arranjoarranjo espacialespacial era
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(1829-1896)
van'tvan't HoffHoff propôs que o arranjoarranjo espacialespacial era
tetraédricotetraédrico.
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HistóriaHistória
18741874 –– extensão lógica da ideia: teoria da estrutura orgânica em três
dimensões foi avançada quase simultaneamente por:
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Jacobus Henricus van’t Hoff
Holanda
(1852-1911)
Joseph Le Bell
França
(1847-1930)
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HistóriaHistória
van'tvan't HoffHoff propôs que o arranjoarranjo espacialespacial era tetraédricotetraédrico.
carbono estereogênico
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Um composto contendo um carbonocarbono substituídosubstituído comcom quatroquatro gruposgrupos
diferentesdiferentes (carbonocarbono estereogênicoestereogênico) seria, portanto, capaz de existir em
duas formas distintas não-sobreponíveis.
O átomoátomo dede carbonocarbono estereogênicoestereogênico foi a causa da assimetriaassimetria molecularmolecular
e, portanto, da atividadeatividade ópticaóptica.
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Isomeria :Isomeria : Isômeros ConstitucionaisIsômeros Constitucionais
isômeros
Compostos que têm a mesmamesma fórmulafórmula molecularmolecular, mas não são idênticos são
chamados de isômerosisômeros, os quais se dividem em duas classes principais:
isômerosisômeros constitucionaisconstitucionais e estereoisômerosestereoisômeros..
PGQUIM - UFC8
isômeros constitucionais estereoisômeros
isômeros cis/trans isômeros que
contêm centros
quirais
IsômerosIsômeros constitucionaisconstitucionais

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Isomeria:Isomeria: EstereoisômerosEstereoisômeros
isômeros
Diferentemente do que ocorre nos isômerosisômeros constitucionaisconstitucionais, nos
estereoisomerosestereoisomeros,, os átomos estãoestão conectadosconectados dada mesmamesma formaforma.
EstereoisômerosEstereoisômeros (também chamados de isômeros configuracionais)
diferemdiferem--sese nana formaforma queque seusseus átomosátomos estãoestão arranjadosarranjados nono espaçoespaço.
PGQUIM - UFC9
isômeros cis/trans isômeros que
contêm centros
quirais
estereoisômerosestereoisômeros

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Os estereoisomerosestereoisomeros, por sua vez, sãosão subdivididossubdivididos emem duasduas classesclasses,
de acordo com a presençapresença ((ouou nãonão)) de centroscentros estereogênicosestereogênicos.
isômeros
PGQUIM - UFC10
isômeros
cis/trans
isômeros que
contêm centros
estereogênicos

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Isomeria:Isomeria: Duplas LigaçõesDuplas Ligações
A hibridação sp2 nos átomos de carbono de uma ligação dupla e a
resultante ligação π favorece um arranjo planar de dois átomos de
carbono e os quatro átomos diretamente ligados a eles.
Quando os doisdois substituintessubstituintes emem umum dosdos átomosátomos dede carbonocarbono nãonão sãosão
idênticosidênticos, existem duas moléculas estruturalmente distintas
(estereoisômerosestereoisômeros) que não podem se interconverter sem a quebra da
PGQUIM - UFC11
(estereoisômerosestereoisômeros) que não podem se interconverter sem a quebra da
ligação π.

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Há duas maneiras comuns de nomear esses compostos.
Se existe apenas um substituinte em cada carbono, os compostos
pode ser chamado de ciscis e transtrans.
ciscis:: isômero com ambos os substituintes no mesmo lado da
dupla ligação.
Nomenclatura:Nomenclatura: Duplas LigaçõesDuplas Ligações
PGQUIM - UFC12
dupla ligação.
transtrans:: isômero com substituintes em lados opostos.
ciscis transtrans

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SeSe houverhouver maismais dodo queque umum substituintesubstituinte emem qualquerqualquer carbonocarbono, estas
denominações pode tornar-se ambíguas.
Há um sistema que pode ser inequívoca aplicado a todos os
compostos, não importando quantos ou quão complexos podem ser os
substituintes:
isômeroisômero ZZ (juntos) ou isômeroisômero EE (opostos)(opostos)..
PGQUIM - UFC13
isômeroisômero ZZ (juntos) ou isômeroisômero EE (opostos)(opostos)..
Este sistema baseia-se nas regras de prioridade de Cahn-Ingold-Prelog,
que atribui prioridade na ordem decrescente do número atômico.
ZZ EE

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Se doisdois átomosátomos substituintessubstituintes têmtêm oo mesmomesmo númeronúmero atómicoatómico (por
exemplo, dois substituintes de carbono), os números atómicos dos
átomos sucessivos nos grupos são comparados até que uma
diferença seja encontrada.
LigaçõesLigações múltiplasmúltiplas, tal como num grupo carbonila, são
PGQUIM - UFC14
LigaçõesLigações múltiplasmúltiplas, tal como num grupo carbonila, são
contadas como dois (ou três para uma ligação tripla) átomos.
É a primeira diferença que determina prioridade.

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Quando for atribuída a prioridade, o isômero com os grupos de maior
prioridade em cada carbono no mesmo lado da ligação dupla chama-
se isômeroisômero ZZ.
O isômero com os substituintes de maior prioridade em lados
opostos é o isômeroisômero EE.
PGQUIM - UFC15
EE ZZ

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Determinados átomos de ter um par de eletróns não-partilhados ao
invés de um substituinte.
ParesPares dede elétronelétron livreslivres possuem a mais baixa prioridade na
convenção Cahn-Ingold-Prelog.
logo: R ou H > parpar dede elétronselétrons livreslivres (:)
PGQUIM - UFC16

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Assim como substituintes podem estar no mesmomesmo ladolado dede umauma ligaçãoligação
dupladupla ou em ladoslados opostosopostos dada dupladupla ligaçãoligação, eles podem estar no lado
oposto ou em lado opostos de compostos cíclicos.
Os dois arranjos são diferentes configurações e não podem ser
trocadas entre si sem quebrar e refazer pelo menos uma ligação.
Configuração:Configuração: Compostos CíclicosCompostos Cíclicos
PGQUIM - UFC17
Aqui os termos ciscis (mesmo(mesmo lado)lado) e transtrans (lados(lados opostos)opostos) ssão
inequívocos e foram adotados como a designação de configuração.
ciscis transtrans cis,cis, transtrans trans,trans, ciscis

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EstereoisômerosEstereoisômeros também surgem quando dois anéis compartilham um
vínculo comum.
No isômero ciscis ambos os ramos do anel fundido estão no mesmomesmo ladolado.
No isômero transtrans, que estão em ladoslados opostosopostos.
Configuração:Configuração: Compostos CíclicosCompostos Cíclicos
PGQUIM - UFC18

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Os estereoisomerosestereoisomeros, por sua vez, sãosão subdivididossubdivididos emem duasduas classesclasses, de
acordo com a presençapresença ((ouou nãonão)) de centroscentros estereogênicosestereogênicos.
isômeros
PGQUIM - UFC19
isômeros
cis/trans
isômeros que
contêm centros
estereogênicos

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Assimetria MolecularAssimetria Molecular
O átomoátomo dede carbonocarbono estereogênicoestereogênico foi a causa da assimetriaassimetria molecularmolecular
e, portanto, da atividadeatividade ópticaóptica.
Desta forma, fica evidente a importânciaimportância dada simetriasimetria molecularmolecular na
discussão dos conteúdos relacionadosrelacionados àà EstereoquímicaEstereoquímica.
PGQUIM - UFC20

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SimetriaSimetria
SimetriaSimetria é um atributo esteticamente agradável de objetos encontrados
na arquitetura e em várias formas de arte e na natureza.
A essência da simetriasimetria é a recorrênciarecorrência dede certoscertos padrõespadrões dentrodentro dede umum
objetoobjeto ouou estruturaestrutura.
PGQUIM - UFC21
A simetriasimetria bilateralbilateral é um único plano de simetria, o qual divide o objeto
em duas partes que são imagens especulares uma da outra.

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Simetria na QuímicaSimetria na Química
SimetriaSimetria é de suma importânciaimportância nana QuímicaQuímica, estando presente em
muitas áreas, tais como:
Estruturas cristalinas;
Espectroscopia molecular;
Momentos de dipolo
Atividades ópticas
PGQUIM - UFC22
Atividades ópticas
Computação em química quântica
Estruturas moleculares
Entendimento da ESTEREOQUÍMICA

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ÉÉ convenienteconveniente pensarpensar nas moléculasmoléculas como entidades estáticas
idealizadas que podem ser representadas por modelosmodelos mecânicosmecânicos
rígidosrígidos.
Também demos ter em mente que as moléculas são tridimensionais,
portanto, somentesomente estruturasestruturas 33DD serãoserão completamentecompletamente adequadasadequadas comocomo
modelosmodelos.
PGQUIM - UFC23
modelosmodelos.

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Assim, a representaçãorepresentação tetraédricatetraédrica do (+)-ácido lático ou seu desenho
em perspectiva éé umum modelomodelo adequadoadequado,
mas a projeçãoprojeção dede FischerFischer (sem as devidas especificações
sobre quais grupos estão par frente e quais estão para trás) nãonão
éé umauma representaçãorepresentação adequadaadequada, pois pode levar a conclusões
errôneas que está molécula tem um plano de simetria.
PGQUIM - UFC24
errôneas que está molécula tem um plano de simetria.
C
H3
COOH
HHO
(+)- ácido lático
COOH
HO H
CH3

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Elemento e Operação de SimetriaElemento e Operação de Simetria
ElementoElemento dede SimetriaSimetria – é uma entidadeentidade geométricageométrica
ponto
eixo
plano
PGQUIM - UFC25
em torno dos quais uma operação de simetria é realizada.
Operação de Simetria – um movimento tal como a inversão em torno de
um ponto, rotação em torno de uma eixo ou a reflexão de plano para se
obter uma orientação equivalente.

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Elemento Operação Símbolo
Identidade E
Eixo Rotação por 2π/n Cn
Plano Reflexão σ
Centro Inversão i
Eixo Impróprio Rotação por 2π/n seguida por
PGQUIM - UFC26
Eixo Impróprio Rotação por 2π/n seguida por
reflexão perpendicular ao eixo
de rotação
Sn

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Uma orientação equivalente é uma orientação similar à original, masmas
nãonão igualigual àà idênticaidêntica.
PGQUIM - UFC27

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Identidade, EIdentidade, E
É claro que qualquer figura ou modelo giradogirado 360360oo,, emem tornotorno dede
qualquerqualquer eixoeixo, será sobreponível a ele mesmo.
Portanto, o C1 é um elementoelemento dede simetriasimetria universaluniversal; ele é equivalente à
operaçãooperação identidadeidentidade.
PGQUIM - UFC28
360°
C1

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Identidade, EIdentidade, E
A identidade é sempre um elemento de simetria quando não faz nada ao
objeto, sempre deixando-o da forma forma que ele era originalmente.
PGQUIM - UFC29
E(x1 ,y1 ,z1) = (x1 ,y1 ,z1)
360°
1
2 3
1
2 3

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EixosEixos dede simetriasimetria: uma linha que é aplicada para rodar uma molécula
através de um ângulo 2π/n e, após a rotação, deixa a molécula
inalterada.
Eixo de SimetriaEixo de Simetria
C2(z)(x1,y1,z1) = (-x1, -y1, z1)
PGQUIM - UFC30
1 2 2 1
180°

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Ângulo de Rotação Operação de Simetria
60º C6
120º C3 (≡ C6
2)
180º C2 (≡ C6
3)
240º C3
2 (≡ C6
4)
300º C 5
PGQUIM - UFC31
300º C6
5
360º E (≡ C6
6)

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OutrosOutros exemplosexemplos::
PGQUIM - UFC32
W
C
C C
C
C
C
O
O
O
O
OO
C4

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Moléculas contendo 55 eixoseixos CC22:
(a) Ferroceno eclipsado: vistas
lateral e do topo.
Outros exemplos:
PGQUIM - UFC33
(b) Ferroceno alternado: vistas
lateral e do topo
Cada molécula tem 55 eixoseixos CC22,
somente um deles é mostrado.
Sob rotação em torno do eixo C2,
os átomos se alteram: 1 → 1`,
etc…

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OutrosOutros exemplosexemplos::
PGQUIM - UFC34

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A presença de eixos de simetria nãonão impedeimpede aa quiralidadequiralidade. De fato, a
moléculamolécula abaixoabaixo éé quiralquiral.
G
G
C2
CH3
H
H5C2
G =
PGQUIM - UFC35
Consequentemente, quiralidade ≠≠ assimetria (ausência de simetria)
NaNa literaturaliteratura maismais antigaantiga, quiralidade == dissimetria
Atualmente, temos usado “impropriamente” quiralidade == assimetria
Portanto, a afirmação mais exata de requerimento para enantiomerismo
é dissimetriadissimetria.

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ExercícioExercício
Encontrar todos os possíveis eixos de rotação nas moléculas abaixo.
PGQUIM - UFC36

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Plano de SimetriaPlano de Simetria
PlanoPlano dede simetriasimetria é um plano que divide a molécula em duas metades
idênticas, de tal forma que uma é imagem da outra.
Com base no eixoeixo principalprincipal, os planosplanos dede simetriasimetria são de dois tipos:
plano vertical ao eixo principal (σv )
plano horizontal ao eixo principal (σh )
PGQUIM - UFC37
plano horizontal ao eixo principal (σh )
plano diagonal ao eixo principal (σd )

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Plano vertical ao eixo principal (σv ): Ocorre quando o plano é traçado
no sentido vertical à molécula.
Eixo Principal
C2
Plano vertical
σv
Plano vertical
σv
PGQUIM - UFC38
C2 C2

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Plano horizontal ao eixo principal (σh): Ocorre quando o plano é
traçado no sentido horizontal à molécula.
C2
PGQUIM - UFC39
C2

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Plano diagonal ao eixo principal (σd ): Ocorre quando o plano é
traçado no sentido vertical à molécula e bisseccionabissecciona doisdois eixoseixos CC22
perpendiculares.
C2
PGQUIM - UFC40
C2

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Encontrar todos os possíveis planos de rotaçãoplanos de rotação nas moléculas abaixo.
PGQUIM - UFC41

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PGQUIM - UFC42

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Centro de Inversão, iCentro de Inversão, i
CentroCentro dede inversãoinversão ((ii)):: esta operação de simetria projeta cada átomo da
molécula em questão através de um pontoponto imaginárioimaginário (i)(i) e, caso a
molécula resultante for indistinguível da molécula inicial esta possuipossui
centocento dede inversãoinversão.
Me
PGQUIM - UFC43
R
Me
H
Me
H
R
.

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Verificar se as moléculas em questão possuem centro de inversãocentro de inversão.
PGQUIM - UFC44

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EEixoixo dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio: (: (SSnn))
RotaçãoRotação dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio ((SSnn)):: É na verdade uma operação de
simetria combinada.
Consiste em efetuarefetuar umauma rotaçãorotação CCnn e, em seguida, umauma reflexãoreflexão (plano
especular) perpendicularperpendicular àà estaesta rotaçãorotação.
Também é conhecida como operação de rotoroto--reflexãoreflexão.
PGQUIM - UFC45
Também é conhecida como operação de rotoroto--reflexãoreflexão.

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PGQUIM - UFC46

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RotaçãoRotação dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio ((SSnn)):: Casos Especiais
A operação SS11 nãonão éé considerada, pois consiste em CC11 seguido de
reflexão.
EsteEste conjuntoconjunto temtem oo mesmomesmo significadosignificado dede umum planoplano dede simetriasimetria.
PGQUIM - UFC47

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A operação SS22 também nãonão éé considerada pois consiste em C2
seguido de reflexão.
EsteEste conjuntoconjunto temtem oo mesmomesmo significadosignificado dodo centrocentro dede inversãoinversão (i)(i)..
PGQUIM - UFC48

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A operação SS22 também nãonão éé considerada pois consiste em C2
seguido de reflexão.
EsteEste conjuntoconjunto temtem oo mesmomesmo significadosignificado dodo centrocentro dede inversãoinversão (i)(i)..
PGQUIM - UFC49

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Verificar se as moléculas em questão possuem eixoeixo dede rotaçãorotação
impróprioimpróprio (Sn)(Sn)
PGQUIM - UFC50

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Grupos PontuaisGrupos Pontuais
Um grupogrupo dede simetriasimetria é o conjunto de todas as operações de simetria
que podem converter uma determinada molécula em orientações
indistinguíveis da original.
Então, éé oo conjuntoconjunto dede todostodos osos elementoselementos dede simetriasimetria queque umauma
determinadadeterminada moléculamolécula possuipossui.
PGQUIM - UFC51
Embora o número de moléculas é quase infinito, as possíveis
combinações de elementos de simetria e operações são relativamente
diminutas.
Estas combinações são chamadas GrupoGrupo PontualPontual .

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Grupos PontuaisGrupos Pontuais
GruposGrupos pontuaispontuais podem ser classificados em doisdois gruposgrupos principaisprincipais:
estruturas semsem simetria de reflexão; e
estruturas comcom simetria de reflexão;
Tal classificação éé fundamentalfundamental parapara aa compreensãocompreensão da estereoquímica.
PGQUIM - UFC52
Tal classificação éé fundamentalfundamental parapara aa compreensãocompreensão da estereoquímica.
Estruturas moleculares semsem simetriasimetria dede reflexãoreflexão - estruturaestrutura quiralquiral.
sem plano e sem eixo - são chamadas de assimétricasassimétricas..
sem plano mas tendo eixo - são chamadas de dissimétricasdissimétricas.

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QuiralidadeQuiralidade
QuiralidadeQuiralidade (do grego " chier, " significa mão) éé aa propriedadepropriedade exibidaexibida
porpor umauma estruturaestrutura molecularmolecular (ou qualquer objeto, p.ex., uma mão) queque éé
nãonão sobreponívelsobreponível aa suasua imagemimagem nono espelhoespelho; isto também é chamado de
"handedness".
PGQUIM - UFC53
Nenhuma estrutura quiralNenhuma estrutura quiral pode ter um plano de simetriaplano de simetria.
Se um Cn (n>1) também está ausente, a esta estrutura faltam todos os
elementos de simetria, e éé chamadachamada assimétricaassimétrica (grupo pontual Ci).

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MoléculasMoléculas queque possuempossuem simetriasimetria axialaxial (um ou mais Cn) podempodem serser
dissimétricasdissimétricas, mas nãonão assimétricasassimétricas. Esses que sósó têmtêm umum eixoeixo dede
simetriasimetria constituem o grupo pontual Cn.
Não é tão raro ter moléculasmoléculas queque pertençampertençam aoao grupogrupo CC22, i.e., tenhamtenham
umum CC22 comocomo oo únicoúnico elementoelemento dede simetriasimetria. Dicloroaleno (IX) pertence a
este grupo pontual: é claramente quiral (IXa), e a simetria C2 é vista
PGQUIM - UFC54
este grupo pontual: é claramente quiral (IXa), e a simetria C2 é vista
melhor usando projeções de Newman (IXb).

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A quiralidade de ““muitasmuitas”” moléculas é garantida pela presença de
uma carbono tetraédrico (estereogênicoestereogênico, assimétrico) com quatro
substituintes diferentes.
UmUm carbonocarbono estereogênicoestereogênico é um átomo de carbono que estáestá ligadoligado aa
44 gruposgrupos diferentesdiferentes, e é normalmente indicado por um asteriscoasterisco.
PGQUIM - UFC55

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SomenteSomente os carbonos com hibridaçãohibridação spsp33 são carbonoscarbonos assimétricosassimétricos..
Um carbonocarbono assimétricoassimétrico é também conhecido como um centrocentro
estereogênicoestereogênico.
Um centrocentro estereogênicoestereogênico, portanto, quando abrange tais átomos, pode
ser chamado de forma mais abrangente como um estereocentroestereocentro.
PGQUIM - UFC56
ser chamado de forma mais abrangente como um estereocentroestereocentro.

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ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos
Existem vários outrosoutros elementoselementos químicos que compartilham com o
carbono o potencial para serem átomosátomos estereogênicosestereogênicos, os quais quase
sempre conferem quiralidade a uma molécula.
IVIV
Elementos do grupogrupo IVIV podem constituir em átomos
estereogênicos ao contar com 4 ligantes diferentes.
PGQUIM - UFC
19591959 – foram descobertos os primeiros exemplos de
moléculas quirais pela presença de Si*, como o
fenilmetilnaftilmetoxisilano*.
* Sommer, L. H., Angew. Chem., 1982, 74, 176; Oestreich, M., Synlett, 2007, 1629.
Si
Ph
Me OMe
C10H7

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IVIV Compostos quirais contendo germâniogermânio (GeGe*)a, e o estanhoestanho
(SnSn)b, como átomos estereogênicos, também são
conhecidos.
PGQUIM - UFC
a) Brook, A. G., Peddle, G. D. J., J. Am. Chem. Soc., 1963, 85, 2338.
b) Gielen, M. Top. Curr. Chem., 1982, 104, 57; Kano, T., Konishi, T., Konishi, S., Maruoka, K.,
Tetrahedron Lett., 2006, 47, 873.

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VV A estruturaestrutura piramidalpiramidal na molécula do amoníacoamoníaco sugere que
as aminas terciárias do tipo RR’R’’N devem existir em formas
enantioméricas, pois carecem de um plano de simetria.
Todavia, todas as tentativas para se preparar tais compostos
falaharam, pois a energiaenergia dede ativaçãoativação para sua
PGQUIM - UFC
interconversão éé muitomuito baixabaixa.*
* Mannschreck, A., Munsch, H., Matheus, A., Angew. Chem., 1966, 78, 751.
N
R
R'
R''
: N
R
R'
R''
:
Eact 5 Kcal/mol

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VV A estabilidadeestabilidade configuracionalconfiguracional pode ser alcançada naqueles
compostos nos quais o átomo de nitrogênio faz parte de um
anel pequeno, como o das aziridinasaziridinas diastereoisoméricasdiastereoisoméricas*.
N
H3C
Cl
N
H3C Cl..
PGQUIM - UFC
* Kostyanovsky, R. G.; Markov, V. I.; Gella, I. M.; Tetrahedron Lett., 1972,1301.
H Cl
H ..

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VV NitrogêniosNitrogênios tetracoordenadostetracoordenados (sp(sp33)) podem atuar como
átomos estereogênicos.
SaisSais dede amônioamônio foram preparados deste 1899. N
CH3
C2H5 C3H7
i
C4H9
i
+
PGQUIM - UFC
ÓxidosÓxidos dede aminaamina foram obtidos em suas formas
enantioméricas puras*.
* Pottapov, V. M. Stereochemistry, MIR: Moscou, 1979, pp. 562-567.
* Malkov, A.; Kocovsky, P. Eur. J. Org. Chem. 2007, 29.
H3C
N O
C2H5
Ph
+ -

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VV A diferença da barreirabarreira dede inversãoinversão do nitrogênio em aminasaminas
acíclicasacíclicas éé muitomuito baixabaixa.*
N
R
R'
R''
: N
R
R'
R''
:
Eact 5 Kcal/mol
PGQUIM - UFC
Já em fosfinasfosfinas e arsinasarsinas são muito altas (30 Kcal/mol e
>>4040 Kcal/molKcal/mol, respectivamente). Como consequência, têmtêm
sidosido preparadaspreparadas nasnas formasformas enantiomericamentesenantiomericamentes pupuraas.
H3C
P
Ph
C3H7
i
..
+
H3C
As
Ph
C3H7
i
..
+

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VIVI Os compostos com enxofreenxofre tricoordenadotricoordenado possui uma
configuraçãoconfiguração piramidalpiramidal similar à encontrada nos derivados
trivalentes de nitrogênio, fósforo e arsênio.
C2H5
S
CH3
CH2COOH
..
p-CH3C6H4
S
C2H5
O
..
+
+
PGQUIM - UFC
ElementosElementos inorgânicosinorgânicos também são lugar à quiralidade nas
moléculas ao possuir 4 ligantes diferentes em uma
configuração tetraédrica.
ON
Re
COOMe
PPh3

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Isômeros comIsômeros com 1 Centro1 Centro EstereogênicoEstereogênico
Um composto com um carbonocarbono assimétricoassimétrico pode existir como doisdois
estereoisômerosestereoisômeros diferentesdiferentes, que podem manter (ou não) uma relaçãorelação
objetoobjeto--imagemimagem entre si.
EstereoisômerosEstereoisômeros com tal característica são chamados de enantiômerosenantiômeros.
isômeros
PGQUIM - UFC64
isômeros
cis/trans
isômeros que
contêm centros
estereogênicos
enantiômeros diastereoisômeros

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O 22--bromobutanobromobutano pode existir como enantiômerosenantiômeros.
Isômeros comIsômeros com 1 Centro1 Centro EstereogênicoEstereogênico
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EstereoisômerosEstereoisômeros -- EnantiômerosEnantiômeros

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Desenhando EnantiômerosDesenhando Enantiômeros
Os enantiômerosenantiômeros sãosão normalmentenormalmente desenhadosdesenhados utilizando-se fórmulasfórmulas
emem perspectivaperspectiva ((cavaletecavalete)) ou projeçõesprojeções dede FischerFischer.
A fórmulasfórmulas emem perspectivaperspectiva mostram duasduas dasdas ligaçõesligações ao carbono
assimétrico nono planoplano do papel (linhas cheias), umauma ligaçãoligação parapara trástrás do
plano (cunha pontilhada) e umauma ligaçãoligação parapara aa frentefrente do plano (cunha
PGQUIM - UFC66
plano (cunha pontilhada) e umauma ligaçãoligação parapara aa frentefrente do plano (cunha
cheia).
fórmulas em perspectiva dos enantiômeros do 2-bromobutano

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QuiralidadeQuiralidade xx AquiralidadeAquiralidade
Uma molécula é quiralquiral ((assimétricaassimétrica)) quando nãonão possuipossui algumalgum dosdos
elementoselementos dede simetriasimetria (Sn, i, Cn, σ).
PGQUIM - UFC67
Uma molécula é aquiralaquiral ((dissimétricadissimétrica)) quando possuipossui algumalgum dosdos
elementoselementos dede simetriasimetria (Sn, i, Cn, σ).

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Embora a quiralidadequiralidade de muitas moléculas seja o resultado da presença
de um carbono tetraédrico com quatro substituintes diferentes (C*), a
existência de tal átomo em um composto nãonão éé umauma condiçãocondição
necessárianecessária,, nemnem suficientesuficiente,, parapara aa quiralidadequiralidade.
O2N I O2N IEact
PGQUIM - UFC68
A
B
A
B
A
B
A
B
I II
O2N I
2
I NO2
> 20 Kcal/mol
COOH
H OH
H OH
H OH
COOH
COOH
H OH
HO H
H OH
COOH
σ
quiraisquirais
(sem C*)(sem C*)
quiraisquirais
(sem C*)(sem C*)
aquiraisaquirais
(3 C*)(3 C*)

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CarbonosCarbonos EstereogênicosEstereogênicos
Mislow e Siegel* definiram como átomoátomo estereogênicoestereogênico um átomoátomo unidounido
aa váriosvários gruposgrupos dede taltal naturezanatureza queque oo intercâmbiointercâmbio dede doisdois gruposgrupos
produziráproduzirá umum estereoisômeroestereoisômero.
O novo estereoisômero será um enantiômero ou um diastereoisômero
da molécula original dependendo da existência (ou não) de átomos
estereogênicos adicionais.
PGQUIM - UFC
* Mislow, K., Siegel, J., J. Am. Chem.Soc., 1984, 106, 3319.
COOH
H OH
H OH
H OH
COOH
COOH
H OH
HO H
H OH
COOH
σ
2
3
4
2
3
4
C3C3 são estereogênicos: possuem ligantes iguaispossuem ligantes iguais
troca produz novotroca produz novo diastereoisômerodiastereoisômero
COOH
H OH
H OH
HO H
COOH
COOH
HO H
HO H
H OH
COOH
σ
2
3
4
2
3
4
C3C3 nãonão são estereogênicos: possuem ligantes iguaispossuem ligantes iguais
troca regeneratroca regenera estereoisômeroestereoisômero originaloriginal

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Revisando....Revisando....
Um estereocentroestereocentro (ou centrocentro estereogênicoestereogênico) é umum átomoátomo emem queque aa
trocatroca dede doisdois gruposgrupos produzproduz umum estereoisômeroestereoisômero.
Portanto, carbonoscarbonos assimétricosassimétricos (onde a troca de dois grupos produz um
enantiômero), e duplasduplas ligaçõesligações (onde a troca grupos converte um
isômeroisômero ciscis em um isômeroisômero transtrans (ou um Z em E).
PGQUIM - UFC70
isômeroisômero ciscis em um isômeroisômero transtrans (ou um Z em E).
estereocentro estereocentro
estereocentro

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EstereocentroEstereocentro
Identifique todos os estereocentrosestereocentros de cada um dos compostos seguintes:
PGQUIM - UFC71

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EstereocentroEstereocentro
Identifique todos os estereocentrosestereocentros de cada um dos compostos seguintes:
PGQUIM - UFC72

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Isômeros comIsômeros com mais de 1mais de 1 CentroCentro QuiralQuiral
EstereoisômerosEstereoisômeros com tal característica são chamados de
diastereoisômerosdiastereoisômeros.
isômeros
PGQUIM - UFC73
isômeros
cis/trans
isômeros que
contêm centros
estereogênicos
enantiômeros diastereoisômeros

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Muitos compostos orgânicos têm mais de um carbono assimétrico. QuantoQuanto
maismais carbonoscarbonos assimétricosassimétricos umum compostocomposto tem,tem, maismais estereoisômerosestereoisômeros
são possíveis para o composto.
Se soubermos quantos carbonos assimétricos tem no composto, podemos
calcular o número máximo de estereoisômeros: 22nn.
Isômeros comIsômeros com mais que 1 Carbonomais que 1 Carbono EstereogênicoEstereogênico
PGQUIM - UFC74
Por exemplo, o ácido 22,,33--diidroxibutanóicodiidroxibutanóico tem dois carbonos
assimétricos. Portanto, ele pode ter até quatroquatro estereoisômerosestereoisômeros..

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Enantiômeros eEnantiômeros e DiastereoisômerosDiastereoisômeros
PGQUIM - UFC75

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Enantiômeros eEnantiômeros e DiastereoisômerosDiastereoisômeros
Ao escrever as projeçõesprojeções dede FischerFischer das moléculas com dois centros
estereogênicos, temos:
PGQUIM - UFC76
Quando a cadeia carbônica está na vertical e seus substituintessubstituintes estãoestão dodo
mesmomesmo ladolado da projeção Fischer, a molécula é descrita como
o diastereoisômero eritroeritro.
Quando os substituintessubstituintes estãoestão emem ladoslados opostosopostos da Fischer
projeção, a molécula é descrito como o diastereoisômero treotreo.

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SínteseSíntese OrOrgânicagânica
PGQUIM - UFC77

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Nomeando EnantiômerosNomeando Enantiômeros
Há a necessidade de um sistemasistema dede nomenclaturanomenclatura que indicasse a
configuraçãoconfiguração ((arranjoarranjo espacialespacial)) dosdos átomosátomos ouou gruposgrupos aoao redorredor dodo
carbonocarbono assimétricoassimétrico.
As letras RR e SS são utilizadas para indicar as duasduas configuraçõesconfigurações
possíveispossíveis.
PGQUIM - UFC78
O sistemasistema RR,SS foi desenvolvido por Cahn,Cahn, IngoldIngold ee PrelogPrelog.

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Sugestão de LeituraSugestão de Leitura
PGQUIM - UFC79

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Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S
Vamos primeiro olhar como podemos determinar a configuração de um
composto se nós temos um modelo tridimensional do composto.
1)1) ClassifiqueClassifique osos gruposgrupos (ou(ou átomos)átomos) ligadosligados aoao carbonocarbono estereogênicoestereogênico
PGQUIM - UFC80
1)1) ClassifiqueClassifique osos gruposgrupos (ou(ou átomos)átomos) ligadosligados aoao carbonocarbono estereogênicoestereogênico
segundosegundo aa ordemordem dede prioridadeprioridade. Os números atômicos dos átomos
diretamente ligados ao carbono assimétrico determinam as prioridades
relativas. QuantoQuanto maiormaior oo númeronúmero atômico,atômico, maiormaior aa prioridadeprioridade.
maior prioridade
menor prioridade

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Se a prioridade não puder atribuída com base nos átomos
diretamente ligados ao carbono assimétrico, a próxima camada de
átomos deverá ser examinada.
**
(4)(4)(1)(1)
(3)(3)
PGQUIM - UFC81
**(2)(2)

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Grupos com ligaçõesligações duplasduplas ou triplastriplas são atribuídas prioridades, como
se seus átomos fossem duplicadosduplicados ou triplicadostriplicados.
como se ele fosse
PGQUIM - UFC82
como se ele fosse
é tratadoé tratado
como se secomo se se
fossefosse
comcom
prioridadeprioridade
maior quemaior que

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2) Oriente a molécula para que o grupo (ou átomo), comcom aa prioridadeprioridade maismais
baixabaixa ((44)) seja dirigido para longe de você. Em seguida, desenhedesenhe umauma
setaseta imagináriaimaginária partido do grupo (ou átomo) com o prioridadeprioridade maismais altaalta ((11))
parapara oo grupogrupo (ou(ou átomo)átomo) comcom aa próximapróxima prioridadeprioridade ((22))..
SeSe aa setapontossetapontos nono sentidosentido horário,horário, oo carbonocarbono assimétricoassimétrico
possuipossui aa configuraçãoconfiguração RR (R de rectus, palavra latina que significa
"direito").
PGQUIM - UFC83
SeSe aa setaseta apontaaponta parapara aa esquerda,esquerda, oo carbonocarbono assimétricoassimétrico temtem
aa configuraçãoconfiguração SS (S de sinister, palavra latina que significa
"esquerda").
(4)
(1)
(2)
(3)
RR

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Se você tem problemas para visualizar relações espaciais e não tiver
acesso a um modelo molecular, a metodologiametodologia abaixoabaixo permitirápermitirá queque
vocêvocê determinedetermine aa configuraçãoconfiguração assimétricaassimétrica dede umum carbonocarbono semsem terter
dede girargirar mentalmentementalmente aa moléculamolécula.
PGQUIM - UFC84
1)1) RanqueieRanqueie osos átomosátomos (ou(ou grupos)grupos) segundosegundo suassuas prioridadesprioridades..

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2) Se o grupo (ou átomo) com a prioridadeprioridade maismais baixabaixa estáestá ligadoligado porpor umauma
cunhacunha tracejadatracejada, desenhedesenhe umauma setaseta aa partirpartir dodo grupogrupo (ou(ou átomo),átomo), comcom aa
prioridadeprioridade maismais altaalta ((11)) parapara oo grupogrupo (ou(ou átomo)átomo) comcom aa segundasegunda maiormaior
prioridadeprioridade ((22))..
Se a setaseta apontaaponta nono sentidosentido horáriohorário, o composto tem a configuraçãoconfiguração RR,
e se apontaaponta parapara aa esquerdaesquerda, o composto tem a configuraçãoconfiguração SS.
PGQUIM - UFC85

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2) Se o grupo (ou átomo) com a prioridadeprioridade maismais baixabaixa nãonão estáestá ligadoligado porpor
umauma cunhacunha tracejadatracejada, redesenheredesenhe aa projeçãoprojeção emem perspectivaperspectiva dede modomodo aa
colocarcolocar oo grupogrupo dede maismais baixabaixa prioridadeprioridade voltadovoltado parapara trástrás dodo planoplano..
AoAo fazerfazer aa trocatroca dede posiçãoposição entreentre doisdois átomosátomos (ou(ou grupos)grupos) duasduas vezes,vezes,
aa configuraçãoconfiguração dodo centrocentro quiralquiral nãonão sese alteraaltera..
AoAo fazerfazer aa trocatroca dede posiçãoposição entreentre doisdois átomosátomos (ou(ou grupos)grupos) umauma vezvez,, aa
PGQUIM - UFC86
AoAo fazerfazer aa trocatroca dede posiçãoposição entreentre doisdois átomosátomos (ou(ou grupos)grupos) umauma vezvez,, aa
configuraçãoconfiguração dodo centrocentro quiralquiral sese alteraaltera..
1 troca
2 trocas
(R)(R)
(S)(S)
(R)(R)

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qual a configuração? a molécula tem configuração Rconfiguração R. Portanto,
ela tinha configuração Sconfiguração S antes dos
1 troca
Projeção em perspectivaProjeção em perspectiva
PGQUIM - UFC87
ela tinha configuração Sconfiguração S antes dos
grupos serem trocados.

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H para trásH para trás -- mantémmantém--sese a configuração determinadaa configuração determinada
Projeção de FischerProjeção de Fischer
PGQUIM - UFC88
H para frenteH para frente -- inverteinverte--sese a configuração determinadaa configuração determinada

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ExercitandoExercitando
IndiqueIndique aa configuraçãoconfiguração absolutaabsoluta dosdos centroscentros quiraisquirais..
(R)(R) (R)(R)
PGQUIM - UFC89
(R)(R)
(R)(R)

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ClassifiqueClassifique cadacada parpar dede moléculasmoléculas comocomo enantiômerosenantiômeros ouou idênticasidênticas..
(R)(R)(S)(S)
enantiômerosenantiômeros
(R)(R)(S)(S)
PGQUIM - UFC90
(R)(R)(S)(S)
(S)(S) (R)(R)
(S)(S)(R)(R)

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IndiqueIndique aa ordemordem dede prioridadeprioridade dede cadacada conjuntoconjunto dede substituintessubstituintes..
33
22
44
3311
22
44
11
33
22
44
33 11
22
44
11
PGQUIM - UFC91
33 4422 11

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DiastereoisômerosDiastereoisômeros
Devido ao fato dos diastereoisômerosdiastereoisômeros não serem imagens especulares
um do outro, eles podem ter propriedadespropriedades físicasfísicas ee químicasquímicas muitomuito
diferentesdiferentes..
Por exemplo, o estereoisômero ((22R,R,33R)R) do 3-amino-2-butanol é um
líquido,líquido, mas o diastereoisômero ((22R,R, 33S)S) é um sólidosólido cristalinocristalino.
PGQUIM - UFC92

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O 11--bromobromo--22--metilciclopentanometilciclopentano também tem dois carbonos
estereogênicos e quatro estereoisômerosestereoisômeros.
Por ser um composto cíclico, os substituintessubstituintes podem manter uma
relação espacial ciscis ou transtrans.
Os isômeros ciscis e transtrans existem como pares de enantiômeros:
PGQUIM - UFC93
Os isômeros ciscis e transtrans existem como pares de enantiômeros:
ciscis-1-bromo-2-metilciclopentano transtrans-1-bromo-2-metilciclopentano

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O 1-bromo-3-metilciclobutano nãonão temtem nenhumnenhum carbonocarbono assimétricoassimétrico.
O CC--11 tem um bromo e um hidrogênio ligado a ele, mas seus outros doisdois
gruposgrupos sãosão idênticosidênticos;
O CC--33 tem um grupo metila e um hidrogênio ligado a ele, mas seus doisdois
outrosoutros gruposgrupos sãosão idênticosidênticos.
PGQUIM - UFC94
Porque oo compostocomposto nãonão temtem nenhumnenhum carbonocarbono comcom quatroquatro gruposgrupos
diferentesdiferentes ligados a ele, eleele temtem apenasapenas doisdois estereoisômerosestereoisômeros, o isômero
ciscis e o isômero transtrans.
ciscis-1-bromo-3-metilciclobutano transtrans-1-bromo-3-metilciclobutano

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O 1-bromo-3-metilcicloexano tem doisdois carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos.
O carbono que é ligado a um hidrogêniohidrogênio e a um bromobromo também é ligado
a dois ((--CHCH22CH(CHCH(CH33)CH)CH22CHCH22CHCH22-- e --CHCH22CHCH22CHCH22CH(CHCH(CH33)CH)CH22--), e por isso
é um carbono assimétrico.
OO carbonocarbono que está ligado a um hidrogênio e a um grupo metila
também estáestá ligadoligado aa doisdois diferentesdiferentes gruposgrupos contendocontendo carbonocarbono, por isso
PGQUIM - UFC95
também estáestá ligadoligado aa doisdois diferentesdiferentes gruposgrupos contendocontendo carbonocarbono, por isso
é também carbonocarbono estereogênicoestereogênico.
estes 2 grupos são diferentes carbono estereogênico

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Devido ao fato do composto tem doisdois carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos, podem
existir quatro estereoisômeros.
Enantiômeros podem ser desenhados para os isômero ciscis e transtrans.
PGQUIM - UFC96
ciscis-1-bromo-3-metilcicloexano transtrans-1-bromo-3-metilcicloexano

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O 11--bromobromo--44--metilcicloexanometilcicloexano nãonão temtem carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos.
Portanto, o composto tem apenas um isômero ciscis e um isômero transtrans.
PGQUIM - UFC97
ciscis-1-bromo-4-metilcicloexano transtrans-1-bromo-4-metilcicloexano

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Compostos MesoCompostos Meso
Nos exemplos anteriores, cadacada compostocomposto comcom doisdois carbonoscarbonos
estereogênciosestereogêncios tinhatinha quatroquatro estereoisômerosestereoisômeros.
No entanto, alguns compostos com doisdois carbonoscarbonos estereogênciosestereogêncios têm
apenas trêstrês estereoisômerosestereoisômeros. Ex: 22,,33--dibromobutanodibromobutano.
PGQUIM - UFC98
2,3-dibromobutano

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O isômero que "faltafalta" é a imagem especular de 11, porque 11 e sua
imagemimagem nono espelhoespelho sãosão aa mesmamesma moléculamolécula..
PGQUIM - UFC99
imagemimagem especularespecular
sobreponívelsobreponível
imagemimagem especularespecular
sobreponívelsobreponível

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O estereoisômero 11 é chamado um compostocomposto mesomeso. Embora possua
carbonos assimétricos, é uma moléculamolécula aquiralaquiral porque éé sobreponívelsobreponível
sobresobre suasua imagemimagem especularespecular..
Quando a luz polarizada atravessa de uma solução de um composto
mesomeso, o planoplano dede polarizaçãopolarização nãonão éé giradogirado.
Um composto mesomeso pode ser reconhecido pelo fato de que ele temtem doisdois
PGQUIM - UFC100
Um composto mesomeso pode ser reconhecido pelo fato de que ele temtem doisdois
ouou maismais carbonoscarbonos assimétricosassimétricos e umum planoplano dede simetriasimetria.
11
plano de
simetria
estereoisômero 11
compostos mesomeso

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É fácil reconhecer quando um composto comcom doisdois carbonoscarbonos
assimétricosassimétricos têm um estereoisômero que é um compostocomposto mesomeso..
Ele possui os doisdois carbonoscarbonos assimétricosassimétricos com quatroquatro átomosátomos ouou gruposgrupos
idênticosidênticos ligadosligados aa cadacada umum dosdos carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos.
PGQUIM - UFC101
composto mesocomposto meso par de enantiômerospar de enantiômeros
composto mesocomposto meso par de enantiômerospar de enantiômeros

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No caso de compostoscompostos cíclicoscíclicos, o isômero ciscis será o composto mesomeso
e o isômero transtrans vai existir como um par de enantiômerosenantiômeros.
PGQUIM - UFC102
composto mesocomposto meso
ciscis-1,3-dibromociclopentano
par de enantiômerospar de enantiômeros
transtrans-1,3-dibromociclopentano
ciscis-1,2-dibromocicloexano
par de enantiômerospar de enantiômeros
transtrans-1,2-dibromocicloexano

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mesomeso
ciscis-1,2-dibromocicloexano
PGQUIM - UFC103
plano de
simetria
nenhum plano de simetria
conformação cadeiraconformação cadeira conformação barcoconformação barco

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Configuração AbsolutaConfiguração Absoluta
Determinação da configuraçãoconfiguração absolutaabsoluta em compostoscompostos quiraisquirais.
Como por ser feita?
18741874 Le Bel e van`t Hoff postularam a orientação tetraédrica dos 44
substituintessubstituintes distintosdistintos no átomo de carbono.
PGQUIM - UFC
raioraio--x e difração eletrônicax e difração eletrônica
Eles reconheceram, todavia, a dificuldade existente para a assinalação
inequívoca de cada configuração aos enantiômeros individuais.
localição dos átomoslocalição dos átomos
na moléculana molécula
não distinguemnão distinguem
estruturas enantioméricasestruturas enantioméricas

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modificações na técnicamodificações na técnica
19511951 Bijvoet e colaboradores
obter profundidadeobter profundidade
aos padrõesaos padrões
fotográficosfotográficos
PGQUIM - UFC
fotográficosfotográficos

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18741874 --19511951 A literatura impressa baseou-se na assinalaçãoassinalação arbritáriaarbritária da
configuração absoluta do (+)(+)--gliceraldeídogliceraldeído, a qual foi escolhida por EmilEmil
FischeFischer.
PGQUIM - UFC
Os demais compostos orgânicos foram correlacionados quimicamente
com o (+)(+)--gliceraldeídogliceraldeído.
FelizmenteFelizmente e por casualidadecasualidade, a configuração que Fisher supôs é a
correta, de modo que as configurações assinaladas até 1951 também
estão corretas.

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Uma representação simplificada, chamada de ProjeçãoProjeção dede FischerFischer,
mostra o arranjoarranjo tridimensionaltridimensional dosdos gruposgrupos ligadosligados aoao carbonocarbono
assimétricoassimétrico emem duasduas dimensõesdimensões.
A projeçãoprojeção dede FischerFischer representa um carbonocarbono assimétricoassimétrico comocomo oo pontoponto
dede intersecçãointersecção entre duas linhas perpendiculares:
PGQUIM - UFC107
dede intersecçãointersecção entre duas linhas perpendiculares:
linhaslinhas horizontaishorizontais:: ligações para frente do plano
linhaslinhas verticaisverticais:: ligações para trás do plano.

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PGQUIM - UFC108

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PGQUIM - UFC109

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O gliceraldeídogliceraldeído pode ser considerado como mais simples carboidratocarboidrato quiralquiral.
É uma aldoaldotriosetriose e, uma vez que contém um centro estereogênico, existe em
duas formas estereoisoméricas: os enantiômerosenantiômeros DD e LL.
Carboidratos - Notação D/LCarboidratos - Notação D/L
PGQUIM - UFC110
De acordo com a convenção, a cadeiacadeia principalprincipal de átomos de carbono sese dispõedispõe
verticalmenteverticalmente e de maneira que o átomoátomo dede carbonocarbono nono estadoestado dede oxidaçãooxidação maismais
altoalto fiquefique nono extremoextremo superiorsuperior.

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Quase todos os açúcares encontrados na natureza são da sériesérie DD,
a qual é caracterizada pela presença de uma hidroxila do lado
direito no carbonocarbono maismais distantedistante dada carbonilacarbonila, representada na
projeção de Fischer.
Carboidratos - Notação D/LCarboidratos - Notação D/L
PGQUIM - UFC111

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Subindo na escala de complexidade, chegamos próximo às aldotetrosesaldotetroses, as
quais possuem 2 centros estereogênicos e, portanto,
44 estereoisômerosestereoisômeros são possíveis.
22 DD (hidroxila(hidroxila maismais distantedistante dada carbonilacarbonila àà direita)direita)
22 LL (hidroxila(hidroxila maismais distantedistante dada carbonilacarbonila àà esquerda)esquerda)
AldotetrosesAldotetroses
PGQUIM - UFC112
Os nomes das aldotetrosesaldotetroses::
eritroseeritrose (hidroxilas do mesmo lado)
treosetreose (hidroxilas em lados diferentes)
da cadeia vertical da projeção
de Fischer

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AldopentosesAldopentoses têm 33 centroscentros estereogênicosestereogênicos.
8 estereoisômeros
4 DD
4 LL
As aldopentosesaldopentoses são nomeadas como:
AldopentosesAldopentoses
PGQUIM - UFC113
Observe que todos esses diastereoisômeros têm a mesma configuração no CC--44,,
e que esta configuração é análoga à DD--(+)(+)--gliceraldeídogliceraldeído.
113

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As aldoexoses incluem alguns dos mais conhecidos monossacarídeos, bem
como um dos compostos orgânicos mais abundantes na terra, D-(+)-glicose.
Com 44 centroscentros estereogênicosestereogênicos,
16 aldoexoses estereoisoméricas são possíveis,
8 da sériesérie DD
8 da sériesérie LL
AldoexosesAldoexoses
PGQUIM - UFC114

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DD--(+)(+)--glicoseglicose é o monossacarídeomonossacarídeo mais conhecido e importante.
Sua formação de dióxido de carbono, água e luz solar é a central
tema da fotossíntese.
A glicoseglicose foi isolada da uva passa em 17471747 através da hidrólise
ácida do amido em 18111811..
Sua estruturaestrutura foifoi determinadadeterminada, em trabalho que culminou em
19001900, por EmilEmil FischerFischer.
1852-1919
PGQUIM - UFC115
19001900, por EmilEmil FischerFischer. 1852-1919
115

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O métodométodo dede BijvoetBijvoet é extremamente trabalhoso.
Todavia, o conhecimento químico acumulado com o passar dos anos sobre o
mecanismomecanismo dasdas reaçõesreações orgânicasorgânicas
Correlação na Configuração AbsolutaCorrelação na Configuração Absoluta
permitepermite aa assinalaçãoassinalação dede estereoquímicaestereoquímica nos
compostos derivados de outrooutro cujacuja configuraçãoconfiguração
absolutaabsoluta éé conhecidaconhecida
PGQUIM - UFC116
absolutaabsoluta éé conhecidaconhecida
lembrando que muitas reações ocorrem com
retençãoretenção ou inversãoinversão de configuração.

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A D-(+)-galactose é um constituinte de numerosos polissacarídeos. É obtida
mais facilmente por hidrólisehidrólise ácidaácida dada lactoselactose (açúcar do leite).
Trata-se de um dissacarídeodissacarídeo de DD--glicoseglicose e DD--galactosegalactose.
A (L)-(-)-galactose também ocorre naturalmente e pode ser preparada pela
hidrólise da goma de semente de linhaça e ágar.
A principal fonte do DD--(+)(+)--manosemanose é a hidrólise do polissacarídeo do marfim
vegetal, uma semente grande, do tipo de uma noz, obtida de uma palmeira nativa
PGQUIM - UFC117
vegetal, uma semente grande, do tipo de uma noz, obtida de uma palmeira nativa
da América do Sul.

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A formação de hemiacetalhemiacetal cíclicocíclico é mais comum quando o anel resultante possui
cincocinco ou seisseis membros.
HemiacetaisHemiacetais cíclicoscíclicos
5 membros - furanosesfuranoses
6 membros - piranosespiranoses
O carbono anel que é derivado do grupo carbonila, o qual carrega dois
substituintes de oxigênio, é chamado de carbonocarbono anoméricoanomérico ( ).
Formação de Hemiacetais CíclicosFormação de Hemiacetais Cíclicos
PGQUIM - UFC
substituintes de oxigênio, é chamado de carbonocarbono anoméricoanomérico ( ).
Aldoses existem quase que exclusivamente como hemiacetaishemiacetais cíclicoscíclicos.
118

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é equivalente a
Conformação eclipsada reorientada da
D-Eritrose, mostrando o grupogrupo hidroxilahidroxila no C4no C4
em posição para adicionar ao grupogrupo carbonilacarbonila
PGQUIM - UFC119
α - β -

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As duas formas estereoisoméricas furanose da D-eritrose são nomeadas como:
α - β -
PGQUIM - UFC
As duas formas estereoisoméricas furanose da D-eritrose são nomeadas como:
α-D-Eritrofuranose
β-D-Eritrofuranose
Os prefixos α e β descrevem a configuração relativa.
A configuração αα do carbono anomérico é quando o seu grupo hidroxilahidroxila estáestá
voltadavoltada parapara baixobaixo.
A configuração ββ do carbono anomérico é quando o seu grupo hidroxilahidroxila estáestá
voltadavoltada parapara cimacima.
120

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Existe uma outraoutra formaforma dede representarrepresentar a formação do hemiacetal cíclico.
Como exemplo, vejamos a ciclização da DD-glicose.
PGQUIM - UFC121

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Os hemiacetaishemiacetais cíclicoscíclicos de 55 e 66 membrosmembros são possíveis a partir da D-glicose:
5 membros: furanosesfuranoses -- glicofuranosesglicofuranoses
6 membros: piranosespiranoses -- glicopiranosesglicopiranoses
PGQUIM - UFC122

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As projeções de Fischer não são as melhores as formas de mostrar a estrutura
de um açúcar cíclico.
Uma representação mais satisfatória é dada ela projeçãoprojeção dede HaworthHaworth.
Os substituintessubstituintes queque estãoestão àà direitadireita nas projeções de Fischer, estarãoestarão parapara baixobaixo
nas projeçãoprojeção dede HaworthHaworth.
Projeções de HowarthProjeções de Howarth
PGQUIM - UFC
nas projeçãoprojeção dede HaworthHaworth.
DD--glicoses cíclicasglicoses cíclicas são mostradas a seguir:
123
relação trans relação cis

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As projeçõesprojeções dede HaworthHaworth
sãosão satisfatóriassatisfatórias para representar as relaçõesrelações configuracionaisconfiguracionais em
piranoses,
mas são pouco informativas quanto à conformaçãoconformação dosdos carboidratoscarboidratos.
Estudos cristalográficos de raios-X de um grande número de carboidratos
revelam que a β-DD--glicopiranoseglicopiranose adota uma conformaçãoconformação cadeiracadeira, posicionando
Projeções de HowarthProjeções de Howarth
PGQUIM - UFC
revelam que a β-DD--glicopiranoseglicopiranose adota uma conformaçãoconformação cadeiracadeira, posicionando
a hidroxila em uma posição equatorial.
124

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Até esse ponto, toda a nossa atenção tem sido voltada para aldosesaldoses,
carboidratos com uma funçãofunção dede aldeídoaldeído na sua formaforma dede cadeiacadeia abertaaberta.
As aldosesaldoses são mais comuns do que as cetosescetoses, e seu papel nos processos
biológicos tem sido mais estudado.
No entanto, um grande número de cetosescetoses são conhecidas, e muitos delas são
CetosesCetoses
PGQUIM - UFC
No entanto, um grande número de cetosescetoses são conhecidas, e muitos delas são
intermediários fundamentais na biossíntese de carboidratos e metabolismo que
ocorrem naturalmente.
125

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Exemplos de algumas cetosescetoses incluem:
DD--ribuloseribulose
LL--xilulosexilulose
DD--frutosefrutose.
Nestes três exemplos, o grupo carbonila está localizado no C-2, que é o local
mais comum para a função carbonila nas cetosescetoses que ocorrem naturalmente.
CetosesCetoses
PGQUIM - UFC126

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CetosesCetoses, como aldoses, existemexistem principalmenteprincipalmente comocomo hemiacetais cíclicos.
No caso do DD--ribuloseribulose, as formas furanoses:
resultam da adição da hidroxilahidroxila do C-5 no grupogrupo carbonilacarbonila.
CetosesCetoses
PGQUIM - UFC127

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PropriedadesPropriedades
dosdos
PGQUIM - UFC128
dosdos
EstereoisômerosEstereoisômeros

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Propriedades dosPropriedades dos EstereoisômerosEstereoisômeros
Os estereoisômeros podem apresentar diferentediferente atividadesatividades
Físicas
Químicas
Óticas
Biológicas
O entendimento destas atividades em enantiômeros e diastereoisômeros é de
PGQUIM - UFC129
O entendimento destas atividades em enantiômeros e diastereoisômeros é de
suma importânciaimportância.

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PropriedadesPropriedades FísicasFísicas dosdos EstereoisômerosEstereoisômeros
PGQUIM - UFC130
Propriedades Físicas
enantiômerosenantiômeros ==
diastereoisômerosdiastereoisômeros ≠≠
Os dados mostram que:

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Os estereoisômerosestereoisômeros, por terem a mesma composição e conectividade,
têmtêm osos mesmosmesmos gruposgrupos funcionaisfuncionais.
Portanto, reagirãoreagirão ““igualmenteigualmente ((mesmomesmo tipotipo dede reaçãoreação))” frentefrente
aoao mesmomesmo reagentereagente.
OH
SOCl2
Cl
PropriedadesPropriedades QuímicasQuímicas dosdos EstereoisômerosEstereoisômeros
PGQUIM - UFC131
OH
SOCl2
Cl
Propriedades Químicas
enantiômerosenantiômeros ==
diastereoisômerosdiastereoisômeros ==

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Todavia, enantiômerosenantiômeros poderão reagir de formas disitintas em termostermos
cinéticoscinéticos em reações que utilizem ambientesambientes quiraisquirais.
Nas moléculasmoléculas quiraisquirais dada naturezanatureza, como aminoácidos, enzimas, proteínas e
o próprio DNA, uma dessas formas espelhadas é mais usada e abundante
que a outra.
PGQUIM - UFC132
Isso ocorre porque a estruturaestrutura espacialespacial dede cadacada enantiômeroenantiômero determinarádeterminará aa
formaforma comocomo reagereage comcom osos receptoresreceptores, sendo alguns se encaixam
perfeitamente e outros não.
Portanto, podemos considerar que os enantiômerosenantiômeros podempodem apresentarapresentar
propriedadespropriedades químicasquímicas diferentesdiferentes.
Propriedades Químicas
enantiômerosenantiômeros ≠≠

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Um exemplo de reações em abientes quirais é o que ocorre em reaçõesreações
enzimáticasenzimáticas, as quais podem ser estereosseletivasestereosseletivas..
Neste tipo de reaçãoreação
somentesomente umum dosdos enantiômerosenantiômeros reagiráreagirá, ou
umum dosdos enantiômerosenantiômeros reagiráreagirá muitomuito maismais rapidamenterapidamente que o outro,
PGQUIM - UFC133
levando a um produtoproduto enantiomericamenteenantiomericamente puropuro ou a um excessoexcesso
enantioméricoenantiomérico, respectivamente.

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PropriedadesPropriedades ÓticasÓticas dosdos EstereoisômerosEstereoisômeros
Embora a atividadeatividade óticaótica (habilidade de um composto de desviar o plano da luz
polarizada)) seja umauma propriedadepropriedade físicafísica dos compostos, devido à sua
importância na Estereoquímica, merece
um destaque especial
ser estudada separadamente.
PGQUIM - UFC134
Antes de estudarmos a habilidade de um composto em desviar o planoplano dada
luzluz polarizadapolarizada, demos entender melhor o que é um planoplano dada luzluz polarizadapolarizada.

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Luz PolarizadaLuz Polarizada
A luz é uma energia radiante que impressiona os olhos e é chamada, de
forma mais técnica, de onda eletroeletromagnéticas.
Chamamos de onda eletroeletromagnéticas o tipo de onda formada por um
elétricoelétrico e outro magnéticomagnético que são perpendicularesperpendiculares entreentre ssi e que se
deslocamdeslocam emem umauma direçãodireção perpendicularperpendicular àsàs duasduas primeirasprimeiras.
PGQUIM - UFC135

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A luzluz normalnormal, após passar atravésatravés dede umum polarizadorpolarizador, como uma lente
polarizada ou um Prisma Nicol, se torna uma luzluz planoplano--polarizadapolarizada (ou
simplesmente luzluz polarizadapolarizada), a qual oscilaoscila apenasapenas emem umum únicoúnico planoplano
através do caminho de propagação
PGQUIM - UFC136

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Em 1815, o físico JeanJean--BaptisteBaptiste BiotBiot descobriu que algumasalgumas substânciassubstâncias
orgânicasorgânicas naturaisnaturais erameram
capazescapazes dede girargirar oo planoplano dada luzluz polarizadapolarizada.
Sendo que algumas giravamgiravam oo planoplano dede polarizaçãopolarização
no sentido horário, outras
no sentido anti-horário, e outras
nãonão giravamgiravam oo planoplano dede polarizaçãopolarização.
PGQUIM - UFC137
nãonão giravamgiravam oo planoplano dede polarizaçãopolarização.
(1774 -1862)
observador
analisadorcela contendo
moléculas orgânicas
polarizadorfonte de
luz
luz
polarizada

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JeanJean--BaptisteBaptiste BiotBiot previu que a capacidadecapacidade dede girargirar oo
planoplano dede polarizaçãopolarização eraera atribuídaatribuída aa algumaalguma assimetriaassimetria
nas moléculas.
JacobusJacobus HendricusHendricus Van'tVan't HoffHoff e JosephJoseph AchilleAchille LeLe BelBel,
depois, determinaram que a assimetriaassimetria molecularmolecular estavaestava
associadaassociada aosaos compostoscompostos queque apresentavamapresentavam umum ouou maismais
(1774 -1862)
PGQUIM - UFC138
associadaassociada aosaos compostoscompostos queque apresentavamapresentavam umum ouou maismais
carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos.
(1852-1911) (1847-1930)

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Portanto, um compostocomposto aquiralaquiral
nãonão gira o plano de polarização.
é opticamenteopticamente inativoinativo.
Quando a luz polarizada passa através de uma solução de moléculasmoléculas
aquiraisaquirais, a luz emerge a partir da solução com o seu planoplano dede
polarizaçãopolarização inalteradoinalterado.
Atividade ÓticaAtividade Ótica –– CompostosCompostos AquiraisAquirais
PGQUIM - UFC139

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Atividade ÓticaAtividade Ótica –– CompostosCompostos QuiraisQuirais
Portanto, um compostocomposto quiralquiral
gira o plano de polarização.
é opticamenteopticamente ativoativo.
Quando a luz polarizada passa através de uma solução de moléculasmoléculas
quiraisquirais, a luz emerge a partir da solução com o seu planoplano dede polarizaçãopolarização
alteradoalterado.
PGQUIM - UFC140

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Um compostocomposto quiralquiral (oticamente(oticamente ativo)ativo) irá girar o plano de polarização
nos sentidos
horáriohorário ou
antianti--horáriohorário.
Além disso, se um enantiômeroenantiômero giragira oo planoplano dede polarizaçãopolarização nono sentidosentido
horáriohorário,
seuseu enantiômeroenantiômero iráirá girargirar o plano de polarização
PGQUIM - UFC141
seuseu enantiômeroenantiômero iráirá girargirar o plano de polarização
exatamenteexatamente nana mesmamesma magnitudemagnitude (em graus), mas nono
sentidosentido antianti--horáriohorário.
(R)(R)--(+)(+)--22--metilmetil--11--butanolbutanol (S)(S)--((--))--22--metilmetil--11--butanolbutanol

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Se um composto oticamente ativo gira o plano de polarização no sentidosentido
horáriohorário, é chamado dextrógirodextrógiro, indicado pelo sinal (+)(+).
(R)(R)--(+)(+)--22--butanolbutanol
PGQUIM - UFC142
Se um composto oticamente ativo gira o plano de polarização no sentido
antianti--horáriohorário, é chamado de levógirolevógiro, indicado pelo sinal ((--)).
Às vezes, as letras minúsculas dd e ll são usadas em vez de (+)(+) e ((--)).
(S)(S)--((--))--ácido málicoácido málico

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É imporante reassaltar que não devemos associar (+)(+) e ((--)) com RR e SS,
respectivamente.
Os símbolos (+)(+) e ((--))
indicam aa direçãodireção emem queque umum compostocomposto oticamenteoticamente ativoativo giragira oo
planoplano dede polarizaçãopolarização.
Os símbolos RR e SS
indicam aa disposiçãodisposição dosdos gruposgrupos sobresobre umum carbonocarbono
PGQUIM - UFC143
indicam aa disposiçãodisposição dosdos gruposgrupos sobresobre umum carbonocarbono
assimétricoassimétrico.
Alguns compostos com a configuração de RR são ((--)) e alguns SS são (+)(+)..

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PropriedadesPropriedades ÓticasÓticas dosdos EstereoisômerosEstereoisômeros
Enquanto os enantiômerosenantiômeros desviamdesviam aa luzluz polarizadapolarizada
em sentidos opostos
na mesma magnitude
Os diastereosômerosdiastereosômeros desviamdesviam aa luzluz polarizadapolarizada
em sentidos opostos ou não
em diferentes magnitudes
PGQUIM - UFC144
em diferentes magnitudes
Propriedades Óticas
enantiômerosenantiômeros = magnitudes= magnitudes
≠ sentidos≠ sentidos
diastereoisômerosdiastereoisômeros ≠ magnitudes≠ magnitudes
= ou ≠ sentidos= ou ≠ sentidos

Prof. Nunes
Rotação ÓticaRotação Ótica
O graugrau em que um composto oticamente ativo giragira oo planoplano dede
polarizaçãopolarização pode ser medida com um instrumento chamado polarímetropolarímetro.
PGQUIM - UFC145
O graugrau em que o analisador é girado pode ser lido
e representarepresenta a diferençadiferença entre uma amostras oticamente
ativas
inativas
Isso é chamado de rotaçãorotação observadaobservada ((αα)) e é medidamedida emem grausgraus.

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A rotaçãorotação observadaobservada ((αα)) é proporcional
à concentraçãoconcentração dada substânciasubstância (c)(c)
ao comprimentocomprimento dada celacela (l)(l)
Rotação ÓticaRotação Ótica
PGQUIM - UFC146
ao comprimentocomprimento dada celacela (l)(l)
LogoLogo αα proporcional a c.lc.l
Para transformar uma proporcionalidade em igualdade, devemos inserir
uma constanteconstante dede proporcionalidadeproporcionalidade. Neste caso, chamaremos esta
constante dede rotaçãorotação específicaespecífica:: [[αα]]DD
αα = [[αα]]DD cc..ll ouou
UnidadesUnidades
c (g/mL)
L (dm)

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A rotaçãorotação observadaobservada de 2,0 g de um composto em 50 mL de solução em
um tubo de polarímetro de 50 centímetros de comprimento +13,4o. Qual
é a a rotaçãorotação específicaespecífica do composto?
[[α]α]DD = αα
c.lc.l
PGQUIM - UFC147
[[α]α]DD = 13,413,4
0,04 . 50,04 . 5
[[α]α]DD = 13,413,4
0,04 . 50,04 . 5
[[α]α]DD = 67º.mL.g67º.mL.g--11.dm.dm--11

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Quando sintetizamos um composto quiral com apenas um centro
estereogênico (por exemplo), podemos obtê-lo como:
um únicoúnico enantiômeroenantiômero ((RR ouou SS)) ou
uma misturamistura dede enantiômerosenantiômeros ((RR ++ SS)).
Substância Enantiomericamente PuraSubstância Enantiomericamente Pura
PGQUIM - UFC148
Quado a síntese leva à formação de um únicoúnico enantiômeroenantiômero, dizemos
que a reaçãoreação foifoi estereoespecíficaestereoespecífica, e o produto é enantiometicamenteenantiometicamente
puropuro.

Prof. Nunes
Quado a síntese leva à formação de uma misturamistura dede enantiômerosenantiômeros,
podemos ter duasduas situaçõessituações.
Mistura de EnantiômerosMistura de Enantiômeros
PGQUIM - UFC149
1.1. misturamistura racêmicaracêmica ou racemaracema [R][R] == [S][S]
2.2. excessoexcesso enantioméricoenantiomérico (e(e..ee..)) [R][R] ≠≠ [S][S]
Quando [R][R] >> [S][S] temos um e.e. de (R)R)
Quando[S][S] >> [R][R] temos um e.e. de (SS))

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Podemos determinar se uma amostra é constituída de um únicoúnico
enantiômeroenantiômero ou uma misturamistura dede enantiômerosenantiômeros através da medida de sua
rotaçãorotação específicaespecífica [[α]α]DD.
Pureza ÓticaPureza Ótica
PGQUIM - UFC150
%R
%S
%R
%S
100100
00 100100
00
5050
5050
rotação específica [rotação específica [α]α]DD
+ 5,75+ 5,75 -- 5,755,750,000,005,75 >5,75 > [[α]α]DD > 0> 0 5,75 <5,75 < [[α]α]DD < 0< 0
e.e.e.e. de Rde R e.e.e.e. de Sde S
S.E.P.S.E.P. S.E.P.S.E.P.racematoracemato

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A partir da rotaçãorotação específicaespecífica [[α]α]DD podemos calcular a purezapureza óticaótica (p(p..oo..))
de uma mistura.
pp..oo.. = [[α]α]DD observada
[[α]α]DD do enantiômero puro
Pureza ÓticaPureza Ótica
PGQUIM - UFC151
PorPor exemploexemplo:: se uma amostra de 2-bromobutano tem uma rotação específica de
2,3º, sua pureza ótica é de 0,40. Em outras palavras, é 4040%%
opticamenteopticamente purapura - 4040%% dada misturamistura consisteconsiste dede umum excessoexcesso dede
umum únicoúnico enantiômeroenantiômero.
pp..oo.. = 22,,33 = 00,,44 ou 4040%% logologo........
55,,7575
%% RR ++ %%SS ==100100 22 %%RR == 140140
%% RR -- %%SS == ee..ee ((4040%%)) %%RR == 140140 = 7070%% %%SS == 3030%%
22

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Polarímetro VirtualPolarímetro Virtual
Com o intuito de melhorar o entendimento dos estudantes sobre rotaçãorotação
óticaótica dede compostoscompostos orgânicosorgânicos, desenvoli um softwaresoftware educacionaleducacional livre
nomeado PolarímetroPolarímetro VirtualVirtual.
PGQUIM - UFC152
http://www.quimica.ufc.br/polarimetro

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PropriedadesPropriedades BiológicasBiológicas dosdos EstereoisômerosEstereoisômeros
ComoComo diferentesdiferentes estereoisômerosestereoisômeros sese comportamcomportam nono sistemasistema biológico?biológico?
Após termos termos estudados as propriedades físicas, químicas e
óticas de estereoisômeros, estudaremos como se apresentam as
propriedades biológicasbiológicas de estereoisômeros.
PGQUIM - UFC153
Para responder esta questão, devemos entender melhor como os
compostos se comportam ao interagireminteragirem comcom osos sítiossítios receptoresreceptores dasdas
proteínasproteínas.

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Em 1894, Emil Fisher propôs o modelo chavechave-fechadurafechadura
para a interação fármacofármaco-receptorreceptor, onde o fármaco agiria
como uma chavechave e o receptorreceptor (proteína)(proteína) atuaria como
uma fechadurafechadura.
Devido ao fato do receptorreceptor serser quiralquiral, enantiômeros
poderão se ligar de formas distintas com os sítios
receptores, levando a diferentesdiferentes efeitosefeitos ou a nenhumnenhum
efeitoefeito.
PropriedadesPropriedades BiológicasBiológicas dede EstereoisômerosEstereoisômeros
Emil Fisher
PGQUIM - UFC154
efeitoefeito.
efeito biológico
sem efeito

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Os dois enantiômeros da efedrinaefedrina, por exemplo, apresentam atividadesatividades
bembem distintasdistintas.
Neste caso, na ((--))--EfedrinaEfedrina, ocorre uma formação adicional de uma
ligação de hidrogênio entre a hidroxila e um sítio da proteína.
OH
H
N+
H3C
H H
OH
OH
N+
H3C
H H **
PGQUIM - UFC155
OH
OH
H H
OH
H
H H **
X
sítio
aniônico
área
plana
nãonão ocorre interação
X
sítio
aniônico
área
plana
ocorre interação
(+)-Efedrina – menos ativa (-)-Efedrina – mais ativa

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Os receptoresreceptores localizados no exterior do células nervosas nono nariznariz são
capazescapazes dede perceberperceber ee diferenciardiferenciar aproximadamenteaproximadamente 1010..000000 odoresodores
diferentesdiferentes.
Os enantiômerosenantiômeros dada carvonacarvona apresentam diferentesdiferentes odoresodores
devido à simples troca de dois substituintes no carbono
estereogênico.
PGQUIM - UFC156
(R)(R)--((--))--carvonacarvona -- hortelãhortelã
(S)(S)--(+)(+)--carvonacarvona -- cominhocominho.
(R)(R)--((--))--carvonacarvona (S)(S)--(+)(+)--carvonacarvona

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O aspartameaspartame é muito utilizado como um adoçante.
Todavia, somente o isômero (S,S)(S,S) apresentaapresenta sabersaber docedoce.
PGQUIM - UFC157

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Além de diferenças de sabores ou odores, enantiômeros podem diferir
seriamente quanto às suas propriedades biológicas.
Por exemplo, a TalidomidaTalidomida foi administrada, nos anos 60, como racematoracemato
para o tratamentotratamento dede enjôoenjôo matutinomatutino dede grávidasgrávidas nos Estados Unidos.
PGQUIM - UFC158
N
N
H
O
O
O
O

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ativo menos ativo
N
N
H
O
O
O
O
Todavia, os enantiômerosenantiômeros que constituíam o racemato apresentavamapresentavam
atividadesatividades bembem distintasdistintas.
PGQUIM - UFC159
(R)-Talidomida
sedativo
(S)-Talidomida
mutagênico
eutômero distômero
HOO
N
N
H
O
O
O
O
N
N
H
O
O
O
O

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A administração de droga como uma misturamistura racêmicaracêmica pode levar a
duas situações diferentes, dependo da ação do distômerodistômero, o qual
pode:
não apresentar nenhum efeito colateral mais sério;
exibir um efeito colateral indesejável;
DrogasDrogas QuiraisQuirais
PGQUIM - UFC160
exibir efeito terapêuticas independente, mas não prejudicial.

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Alguns exemplos de drogas onde o distômerodistômero nãonão apresentaapresenta
nenhumnenhum efeitoefeito colateralcolateral maismais sériosério.
O N
OH
H
O N
N
S
N
N
O
(S)-Propanolol
PGQUIM - UFC161
Os enantiômerosenantiômeros RR sãosão inativosinativos e não apresentam efeitos
colaterais.
O N
OH
H
N
O N
OH
H
O
(S)-Propanolol
(S)-Timolol
(S)-Metaprolol

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Alguns exemplos de drogas onde o distômerodistômero exibeexibe umum efeitoefeito
colateralcolateral indesejávelindesejável.
HS
COOH
NH2
HS
COOH
NH2
(R)-Penicilamina (S)-Penicilamina
PGQUIM - UFC162
N
N
HO
H
H
OH
N
N
HO
H
H
OH
(R)-Penicilamina
anti-artrite
(S)-Penicilamina
mutagênico
(R,R)-Etambutol
tuberculóstico
(S,S)-Etambutol
causa cegueira

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Ambos os isômeros apresentam valoresvalores terapêuticosterapêuticos independentesindependentes.
N
O
O
R
S N
O
O
R
S
PGQUIM - UFC163
Darvon
analgésico
Novrad
anti-tussígeno
(S)-Ketamina
anestésico
(R)-Ketamina
alucinógeno
O
N
CH3
H
Cl
R
O
N
H3C H
Cl
S

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Neste e nos próximos dois slides, serão apresentados mais exemplos
de drogasdrogas quiraisquirais e as atividadesatividades farmacológicasfarmacológicas dede seusseus
enantiômerosenantiômeros.
PGQUIM - UFC164

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PGQUIM - UFC165

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PGQUIM - UFC166

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Indústria FarmacêuticaIndústria Farmacêutica
A relevânciarelevância dodo tematema quiralidadequiralidade ee atividadeatividade biológicabiológica é confirmada na
análise da evolução do licenciamento de enantiômeros.
Crescimento da produção de enantiômeros simples
Diminuição da produção de racematos.
PGQUIM - UFC167
Agranat, I.; Carner, H.; Caldwell, J. Putting Chirality to work: The strategy of chiral switches, Nature Rev. Drugs
Discovery 2002, 1, 753-768.

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Mercado MundialMercado Mundial
enantiômero puroracemato
Percentuais dos tipos de fármacos comercializados no mundo
(2004).
US$ 48 bilhões
PGQUIM - UFC168
64,6%
25,4%
10%
enantiômero puro
aquiral
racemato
Fonte: Chem. Eng. News 2004, 82(24), 47-62.

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As produções do eutômeroeutômero ou da misturamistura racêmicaracêmica são determinadas por
motivosmotivos distintosdistintos.
Eutômeros
Ser o único enantiômero ativo
Baixo índice terapêutico da mistura
Misturas Racêmicas
Ação sinérgica dos isômeros
Alto índice terapêutico da mistura
PGQUIM - UFC169
Maior toxicidade do distômero
Não haver bioinversão de quiralidade
Acessbilidade econômica
Pouca ou nula toxicidade do distômero
Ocorrência de bioinversão de quiralidade
Inovação terapêutica
Uso em quadros crônicos
Baixo curso de produção em relação ao
eutômero

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Mercado dos FármacosMercado dos Fármacos -- CustosCustos
N
H OH
OH
O
PGQUIM - UFC170
Cl
N OH
N
N
O
H
Cl
OH
Cl

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Embora seja um reportagem antiga, sua leituraleitura éé recomendávelrecomendável.
PGQUIM - UFC171
Sugestão de leitura:Sugestão de leitura: SuperSuper remédios para quem?remédios para quem?
Revista Época
Edição 363 - 20/04/2005
Acesse: http://revistaepoca.globo.com/Revista/Epoca/0,,EDG69991-6014-363,00.html

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DescritoresDescritores
Centro de Ciências
PGQUIM - UFC172
DescritoresDescritores
EstereoquímicosEstereoquímicos

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos
Já vimos de forma detalhada os sistemas de nomenclatura D,L e R,S.
Esses símbolos são conhecidos como descritoresdescritores estereoquímicosestereoquímicos, já
que facilitam o assinalamento da configuração molecular.
Todavia, existem outros que são necessários em certos compostos.
Símbolo Símbolo Símbolo
PGQUIM - UFC173
(R) Rac c
(S) D t
(Ra) L Eritro
(Rp) Endo Treo
(Sa) Exo
(Sp) Sin
(Re) Anti
(Si) α
P β
M Ent
Cis E
Meso Z
Todos em itálico

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RR ee SS))
Os descritores R,S especificam aa configuraçãoconfiguração dede umum centrocentro dede
quiralidadequiralidade, conforme o sistemasistema dasdas regrasregras dede sequênciasequência de Cahn, Ingold
e Prelog.
Se se deslocam a partir da prioridade mais alta (#1), para o
segundo (#2), para o terceiro (#3) ligando prioridade envolve uma
direcção dos ponteiros do relógio, o centro é denominado R.
Em sentido antianti--horáriohorário implica que o centro é denominado S.
PGQUIM - UFC174
Em sentido antianti--horáriohorário implica que o centro é denominado S.

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RR ee SS))
Para especificar a configuraçãoconfiguração dede racematosracematos dos compostos com vários
centros de quiralidade,
os pares de letras (RS) e (SR) são utilizados:
1
PGQUIM - UFC175
1
4 1
2
1
2

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RR** ee SS**))
Estes descritores são uma maneira sensata para descrever a
estereoquímicaestereoquímica relativarelativa de compostoscompostos racêmicosracêmicos.
O composto a seguir possui trêstrês centroscentros estereogênicosestereogênicos..
PGQUIM - UFC176
O enantiômero desenhado é o (1R,2S,3S)-1,3-diidroxi-2-aminobutilbenzeno,
mas o enantiômero (1S,2R,3R) também estará presente.
ParaPara indicarindicar queque ambosambos sãosão lálá, podemos usar duasduas notaçõesnotações:
(1RS, 2SR, 3SR)-1,3-diidroxi-2-aminobutilbenzeno ou
(11R*,R*,22S*,S*,33S*S*)-1,3-diidroxi-2-aminobutilbenzeno.

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((rr ee ss))
Estes descritores são utilizados para designar
centros pseudo-estereogênicos
Considere o triol (1) a seguir.
não é uma molécula quiral
descrito por muitos como um compostocomposto
mesomeso.
PGQUIM - UFC177
(1) (1a) (2)
mesomeso.
Observe o átomo de carbonocarbono centralcentral.
não é um centro estereogênico
Teremos problemas porque dois dos grupos estão do mesmo lado
(enantiotópicosenantiotópicos). Isso significa que não podemos dar uma maior
prioridade a um do que ao outro, como nós normalmente faríamos.

Prof. Nunes
(1) (1a) (2)
É rr (r minúsculo)
Nesta situação, o grupo com a configuraçãoconfiguração RR temtem maiormaior prioridadeprioridade do
queque aqueleaquele comcom prioridadeprioridade SS.
PGQUIM - UFC178
AsAs prioridadesprioridades emem ((11a)a) deveriam significar uma configuraçãoconfiguração RR se fosse
um centro estereogênico verdadeiro, masmas umauma vezvez queque nãonão éé, nós o
chamamos rr.

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(1) (1a) (2)
Se mudarmos a sua configuração (para ss) obtemos um novo
diastereoisômero meso diferente ((22)).
PGQUIM - UFC179
Em outras palavras, obtemos um outro compostocomposto aquiralaquiral.
A utilização dos descritores rr e ss é muito útil par que possamos
diferenciar os dois diastereoisômeros meso.

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Outro exemplo do emprego dos descritores r e ss.
Os carbonos 11 e 44 não são estereocentros.
Todavia, a presença de dois outros centros estereogênicos na molécula,
nos permite diferenciar os dois compostos meso através da utilização
dos descritores rr,ss.
PGQUIM - UFC180
(1s,3S,4r,5R)-1,3,4,5-tetraidroxicicloexano-
1-ácido carboxílico
(1r,3S,4r,5R)-1,3,4,5-tetraidroxicicloexano-
1-ácido carboxílico

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((rrauxaux ee ssauxaux))
Outro exemplo mais complexo do emprego dos descritores r e ss.
Neste caso, nãonão temostemos outrosoutros centroscentros estereogênicosestereogênicos na molécula que
PGQUIM - UFC181
Neste caso, nãonão temostemos outrosoutros centroscentros estereogênicosestereogênicos na molécula que
possam nos auxiliar na definição dos pseudo-centros estereogênicos.

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((ciscis ee transtrans))
Os descritores ciscis e transtrans como prefixo ao nome de um composto
contendo uma dupladupla ligaçãoligação estereogênicaestereogênica indicam que
os doisdois ligantesligantes de referência estão dispostos seja
do mesmo lado (ciscis) ou
de lados opostos (transtrans)
PGQUIM - UFC182
Em relação ao plano de referência.

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((ciscis ee transtrans))
Os descritores ciscis e transtrans antes do nome de uma
estruturaestrutura cíclicacíclica com 22 centroscentros estereogênicosestereogênicos saturadossaturados indica
que os ligantes de referência estão dispostos seja
do mesmo lado (ciscis) ou
de lados opostos (transtrans)
PGQUIM - UFC183

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((EE ee ZZ))
Os descritores EE e ZZ especificam a configuraçãoconfiguração dede umauma dupladupla ligaçãoligação.
Seu emprego indica que os ligantes de referência nos extremos da dupla
ligação:
foram selecionados mediante as Regras de Sequência, e que
os ligantes de maior prioridade em cada um dos átomos estão
situados em:
PGQUIM - UFC184
lados opostos (EE, do alemão entgegen, que significa
”opostos”) ou
mesmo lado (ZZ, do alemão zusammem, que significa “juntos”)
do plano de referência.
1
2
1
2
1
2
1
2

Prof. Nunes
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((EE ee ZZ))
Os descritores EE e ZZ também são utilizados para especificar a
configuração de uma “quasequase dupladupla ligaçãoligação”,
ou seja, uma ligação simples que, como resultado de
deslocalização eletrônica, assumeassume asas característicascaracterísticas
configuracionaisconfiguracionais associadasassociadas comcom umauma dupladupla ligaçãoligação.
PGQUIM - UFC185
1
1

Prof. Nunes
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((DD ee LL))
O descritores DD e LL representam um sistema mais antigo para distinguir
enantiômeros.
Em uma projeçãoprojeção dede FischerFischer,
linhaslinhas horizontaishorizontais representam ligações saindosaindo dodo planoplano dodo papelpapel,
linhaslinhas verticaisverticais representam ligações que se projetamprojetam parapara trástrás dodo
planoplano dodo papelpapel.
PGQUIM - UFC
186
O gliceraldeído possui 22 isômerosisômeros:
D - gira plano de luz polarizada para a direita
L - gira plano de luz polarizada para a esquerda

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((DD ee LL))
Para nomear carboidratoscarboidratos maismais complexoscomplexos e aminoácidosaminoácidos, devemos desenhar
projeções de Fischer similares às do gliceraldeído onde
CH2OH ou R estão embaixo
Grupo carbonílico (aldeído, cetona ou ácido carboxílico) está no
topo
Os descritores DD e LL são utilizados da seguinte forma:
DD - OHOH ouou NHNH àà direitadireita no penúltimo carbono a partir do topo.
PGQUIM - UFC
187
DD - OHOH ouou NHNH22 àà direitadireita no penúltimo carbono a partir do topo.
LL - OHOH ouou NHNH22 àà esquerdaesquerda no penúltimo carbono a partir do topo.

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((eritroeritro ee treotreo))
Outro descritores que derivam da estereoquímica de sacarídeos são eritroeritro e
treotreo.
Os açúcares são mostrados abaixo (D-EritroEritrose e D-treose) são a base de um
sistema de nomenclatura de compostos com 2 centros estereogênicos.
PGQUIM - UFC
188
Se os 22 centroscentros estereogênicosestereogênicos tiverem dois grupos em comum, podemos
atribuir os descritores eritroeritro e treotreo.

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((eritroeritro ee treotreo))
Os descritores eritroeritro e treotreo indicam que os ligantesligantes dede referênciareferência em 22 centroscentros
estereogênicosestereogênicos de uma cadeia estão situados:
no mesmo lado (eritroeritro) ou
em lados opostos (treotreo) da projeção de Fischer.
Os ligantesligantes dede referênciareferência são:
a) ligantes que nãonão são hidrogênio, quando ambos os centros possuem um
hidrogênio;
PGQUIM - UFC
189
hidrogênio;
b) ligantes idênticos, quando um ou nenhum dos centros estereogênicos
possui um hidrogênio.

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A helicidade é a quiralidade de uma entidade molecular com o formato de
parafuso ou helicoidal .
Atribuiremos os estereodescritores PP ou MM, dependendo se a hélice sese
afastaafasta dodo observadorobservador:
na direção direita: PP
na direção esquerda: MM
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((HelicoidalHelicoidal))
PGQUIM - UFC190

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Outros exemplos:
na direção direita: PP
na direção esquerda: MM
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((HelicoidalHelicoidal))
vistavista
1 2
1
2
PGQUIM - UFC191
vistavista
vistavista
1 2
2
1
2 1
2
1

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RRaa ee SSaa))
Por exemplo, em
umum alenoaleno ((ababCC=C==C=CCcdcd),), oo eixoeixo dede quiralidadequiralidade éé definidodefinido pelaspelas
ligaçõesligações C=C=CC=C=C
Estruturas com eixo de quiralidade são vistas como
tetraedros alongados e visualizadas ao longo do eixo, o qual
éé usadousado parapara referirreferir aoao estereoisomerismoestereoisomerismo resultanteresultante dodo
arranjoarranjo nãonão planarplanar de 4 grupos em torno do eixo de
quiralidade..
PGQUIM - UFC192
ligaçõesligações C=C=CC=C=C
umum bifenilabifenila 22,,22’,’,66,,66’’--tetrassubstituído,tetrassubstituído, osos átomosátomos 11,,11’,’,44,,44’’ ““deitamdeitam””
nono eixoeixo dede quiralidadequiralidade..

Prof. Nunes
Tais moléculas, normalmente têm um eixoeixo ou planoplano dede quiralidadequiralidade..
A configuraçãoconfiguração absolutaabsoluta nestes compostos se especifica empregando as
regrasregras modificadasmodificadas de Cahn, Ingold e Prelog, conforme indicado.
AA sequênciasequência dede prioridadeprioridade dosdos 44 substituintessubstituintes no “tetraedrotetraedro
alargadoalargado” permite a determinação do sentido quiral R ou S.
PGQUIM - UFC193
alargadoalargado” permite a determinação do sentido quiral R ou S.
Porém, emprega-se agora um subíndice “aa” (Ra, Sa) para indicar a
presença do eixo de simetria.
3
4 3
4

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Por exemplo, em
umum alenoaleno ((abCabC=C==C=CcdCcd),), oo eixoeixo dede simetriasimetria éé definidodefinido pelaspelas ligaçõesligações
C=C=CC=C=C
1 2
4
3
2
3
4
1
PGQUIM - UFC194
umum bifenilabifenila 22,,22’,’,66,,66’’--tetrassubstituído,tetrassubstituído, osos átomosátomos 11,,11’,’,44,,44’’ deitamdeitam nono
eixoeixo dede simetriasimetria..
2 1
4
3
41
2
3
4
1

Prof. Nunes
Quando os extremosextremos dodo eixoeixo dede quiralidadequiralidade sãosão iguaisiguais, então o procedimento
é modificado da seguinte maneira:
Analisa-se o sentido da quiralidade a partir dos dois extremos,
assinalando as prioridades 1 e 2 a estes substituintes.
O substituintesubstituinte comcom maiormaior prioridadeprioridade no extremo posterior é o que
define a quiralidade Ra, Sa.
PGQUIM - UFC195
1 2
2
11
2
1
2
2 1
1
2
12
12

Prof. Nunes
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RRee ee SSii))
Os descritores Re e Si são utilizados para designardesignar aa configuraçãoconfiguração dede
facesfaces heterotópicasheterotópicas.
O procedimento de assinalação se baseia também nas Regras de
sequência de Cahn, Ingold e Prelog, conservando agora as duas
primeiras letras das palavras rectus e sinister.
PGQUIM - UFC196
Importante perceber que as configurações das faces posteriores nestes
exemplos (as que são observadas mais ao fundo) são opostas às
assinaldas na parte da frente.

Prof. Nunes
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((cc ee tt))
Os descritores cc e tt seguidos da posição de uma dupla ligação indicam
que os ligantes de referência nos átomos terminais da dupla ligação:
estão situados do mesmo lado: cc
estão situados em lados opostos: tt do plano de referência.
PGQUIM - UFC197

Prof. Nunes
Outros exemplos:
estão situados do mesmo lado: cc
estão situados em lados opostos: tt
PGQUIM - UFC198

Prof. Nunes
Os símbolos c e tt seguidos da posição de um substituinte ou ponte estrutural
indicam que o grupo correspondente está situado no mesmo lado (cc)) ou em
lado oposto ((t)t) do plano de referência em relação ao ligante de referência, que
é especificado mediante o símbolo r.
PGQUIM - UFC
199

Prof. Nunes
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((mesomeso))
O descritor mesomeso indica que a estrutura molecular nomeada contém um ou
mais pares de centros de quiralidade enantioméricos, em torno de um plano
ou centro de simetria.
H H
H OH
CH3
H OH
H OH
H H
N
H H
PGQUIM - UFC
200
O descritor racrac indica uma misturamistura equimolarequimolar de enantiômeros.
H H
H OH
CH3
meso-pentano-2,4-diol meso-1,4-dipiperidinbutano-2,3-diol
H H
N
Cl Cl
rac-3,5-dicloro-2,6-ciclonorbornano

Prof. Nunes
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((endoendo ee exoexo))
Os descritores endoendo e exoexo, unidos a um nome de bibiclo [x.y.z], indicam que o
substituinte de interesse se orienta distanciandodistanciando--sese ((endoendo)) ou aproximandoaproximando--
sese ((exoexo)) da ponte estrutural (que é marcada com os números mais altos do
nome)..
PGQUIM - UFC
201

Prof. Nunes
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((synsyn ee antianti))
Nós usamos os descritores synsyn e antianti rotineiramente.
Uma vez que uma molécula foi desenhada na forma padrão com sua cadeia
mais estendida:
se os dois grupos estão no mesmo lado da molécula: são synsyn
sese eleseles estãoestão emem ladoslados opostos,opostos, são antianti.
PGQUIM - UFC
202
Cadeia mais longa completamente entendidaCadeia mais longa completamente entendida
syn - anti -
syn - syn -
Cadeia mais longaCadeia mais longa
não entendidanão entendida
redenhe
Cadeia mais longaCadeia mais longa
estendidaestendida
mas não no planomas não no plano

Prof. Nunes
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((synsyn ee antianti))
Os descritores synsyn e antianti indicam que os ligantes ou reagentes se orientam ou
dodo mesmomesmo ladolado ((synsyn)) ou de ladoslados opostosopostos (anti)(anti) a um plano ou a um elemento
de referência na molécula ou substrato.
PGQUIM - UFC
203

Prof. Nunes
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((αα ee ββ))
Os descritores αα e ββ indicam que o grupo correspondente se orienta
distanciandodistanciando--sese ((αα)) ou se aproximandoaproximando ((ββ)) do observador, ou seja, acima ou
abaixo do plano de projeção do sistema anelar.
PGQUIM - UFC
204
5
3 6

Prof. Nunes
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((entent ee epiepi))
Devido à complexidade estereoquímica de muitos produtos naturais,
descritores curtos e simples têm sido usado comumente para relacionar
várias relações estereoquímicas.
Por exemplo, o enantiômero de uma estrutura com muitos centros
estereogénicos tem um prefixo entent.
EntEnt-everninomicina é um nome trivial que pode ser dada ao enantiômero da
everninomicina.
PGQUIM - UFC
205
everninomicina.

Prof. Nunes
Similarmente, devido à complexidade estereoquímica de muitos produtos
naturais, o prefixo epiepi torna-se um modo conveniente para nomear estruturas
em que apenas um centro estereogênico sofreu uma mudança na
configuração.
Por exemplo, qualquer epímero de everninomicina pode ser chamado
epiepi-everninomicina.
Normalmente, um númeronúmero precede ''epiepi '' para distinguir qual o centro mudou
PGQUIM - UFC
206
Normalmente, um númeronúmero precede ''epiepi '' para distinguir qual o centro mudou
configuração.
nn-epiepi-everninomicina
nn

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O descritor entent,, precedendo a um nome semissistemático, indica que o
composto é o enantiômero daquele denominado pelo nome.
PGQUIM - UFC
207

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((ll ee uu))
Visto que os termos eritroeritro e treotreo não são suficientemente gerais para
descrever a esrereoquímica de muitos compostos orgânicos complexos,
Seebach e Prelog propuseram em 1982 o uso de descritores like (l) e unlike (u)
para descrever a configuração relativa dos produtos ou substratos
incorporando dois centros de quiralidade:
(RR--RR) ou (SS--SS) para ll e (RR--SS) ou (SS--RR) para o uu.
PGQUIM - UFC
208

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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((lklk ee ulul))
Uma das vantagens principais do método likelike/unlikeunlike é que ele é muito
prático para descrever orientações relativas de duas faces heterotópicas
quando elas se aproximam para reagir.
Por exemplo, a orientação (Re, Re), ou a adição de um enantiômero (R) a
uma face (Si), são especificadas como likelike ((lklk)) e unlikeunlike ((ulul)),
respectivamente.
PGQUIM - UFC
209

Prof. Nunes
ResoluçãoResolução
Centro de Ciências
PGQUIM - UFC210
ResoluçãoResolução
QuiralQuiral

Prof. Nunes
ResoluçãoResolução QuiralQuiral
A maioriamaioria dasdas moléculasmoléculas na natureza sãosão quiraisquirais, e a natureza geralmente
produz estas moléculas como enantiômerosenantiômeros simplessimples.
Aminoácidos, açúcares, efedrina, pseudoefedrina, e ácido tartárico podem ser
isolados a partir de fontes naturais na forma de enantiômeros simples.
PGQUIM - UFC
211
Por outro lado, nono laboratóriolaboratório, se fizermos compostos quiraisquirais a partir de
materiaismateriais dede partidapartida aquiraisaquirais, estamos “condenados” a obter misturas
racêmicas.
Assim, como é que podemos obter compostos enantiomericamenteenantiomericamente purospuros,
sem que sejam de fontes naturais?

Prof. Nunes
Os enantiômeros nãonão podem ser separadas por técnicas de separação
habituais, tais como:
destilaçãodestilação fracionadafracionada ou
cristalizaçãocristalização
porque os seus pontospontos dede ebuliçãoebulição e solubilidadesolubilidade sãosão idênticosidênticos, levando-os a
destilar ou cristalizar simultaneamente.
Louis Pasteur foi o primeiro a separar um par de enantiômeros com sucesso.
PGQUIM - UFC
212
Louis Pasteur foi o primeiro a separar um par de enantiômeros com sucesso.
Ao trabalhar com cristais de tartarato de amônio de sódio,
ele observou que os cristaiscristais nãonão erameram idênticosidênticos!
ele meticulosamente separou os dois tipos de cristais com pinças.

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Imagine uma reação entre um álcoolálcool racêmicoracêmico quiralquiral e um ácidoácido carboxílicocarboxílico
racêmicoracêmico quiralquiral para se obter um éster,éster, em uma esterificação catalisada por
ácido.
PGQUIM - UFC
213
O produtoproduto contém dois centros estereogênicos, por isso, esperamos obter
doisdois diastereoisômerosdiastereoisômeros, cada um como uma mistura de dois enantiômeros.

Prof. Nunes
Os diastereômerosdiastereômeros têmtêm propriedadespropriedades físicasfísicas diferentesdiferentes, de modo que deve ser
fácil de separar, por exemplo, por cromatografiacromatografia.
PGQUIM - UFC
214
Poderíamos, então, reverter a etapaetapa dede esterificaçãoesterificação, e hidrolisar qualquer um
destes diastereoisômeros, e regenerar o álcool e ácido racêmicos.

Prof. Nunes
Se repetirmos esta reação, desta vez usando uma amostra
enantiomericamente pura de (R)(R)--ácidoácido mandélicomandélico voltaríamos a obter dois
produtos diastereoméricos mas, desta vez, cada um será enantiomericamenteenantiomericamente
puropuro.
PGQUIM - UFC
215

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Se hidrolisarmoshidrolisarmos cadacada diastereoisômerodiastereoisômero separadamenteseparadamente, faremos algo
bastante notável: conseguiremosconseguiremos separarseparar aa doisdois enantiômerosenantiômeros do álcool de
partida.
PGQUIM - UFC
216
A separação dos dois enantiômeros é chamada de resoluçãoresolução.

Prof. Nunes
PGQUIM - UFC
217

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ResoluçãoResolução Usando SaisUsando Sais
O método muito comum de resolução utiliza uma reação ácido-base entre
o racematoracemato dede umum ácidoácido carboxílicocarboxílico quiralquiral (RCOOH)(RCOOH) e uma basebase dede aminaamina
(RNH(RNH22),), para se obter um salsal dede amônioamônio.
Ambos os ácidos láticos (R e S) reagem com metilamina igualmente bem,
e o produto é uma misturamistura racêmicaracêmica dosdos saissais,, oriundos dos dois
enantiômeros, que não poderiam ser separados.
PGQUIM - UFC
218

Prof. Nunes
Agora vamos ver o que acontece quando a misturamistura racêmicaracêmica dos ácidosácidos
láticosláticos (R(R ee S)S) reagereage comcom umum únicoúnico enantiômeroenantiômero de uma basebase dede aminaamina
quiralquiral, como a (R)(R)--11--feniletilaminafeniletilamina.
Neste caso, a reaçãoreação resultariaresultaria emem umum parpar dede diastereoisômerosdiastereoisômeros que, por
possuírem propriedades físicas diferentes, poderíampoderíam serser separadosseparados semsem
muitamuita dificuldadedificuldade.
PGQUIM - UFC
219

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OutroOutro exemploexemplo::
O naproxenonaproxeno é um ácido carboxílico que reage com a N-propilglicosamina
para formar o salsal dede carboxilatocarboxilato dede umauma aminaamina enantiomericamenteenantiomericamente purapura.
Cristais foram formados a partir do sal da amina e (S)(S)--naproxenonaproxeno, o sal da
amina com (R)(R)--naproxenonaproxeno (o diastereômero do sal cristalino) sendo mais
solúvel e, assim, permanece em solução. Estes cristais foram separados por
filtração e tratado com base, libertando a amina (a qual pode mais tarde ser
recuperadoa e reutilizada) e permitindo que o (S)(S)--naproxenonaproxeno cristalize como
PGQUIM - UFC
220
recuperadoa e reutilizada) e permitindo que o (S)(S)--naproxenonaproxeno cristalize como
seu sal de sódio.

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ResoluçãoResolução QuiralQuiral -- CromatografiaCromatografia
InteraçõesInterações maismais fracasfracas do que ligações iônicas podempodem serser usadasusadas parapara
separarseparar enantiômerosenantiômeros.
A separaçãoseparação cromatográficacromatográfica baseia-se:
numa diferençadiferença nana afinidadeafinidade entre uma fasefase estacionáriaestacionária (muitas vezes
de sílica) e uma fasefase móvelmóvel (o solvente que percorre através da fase
estacionária, conhecido como o eluente) mediadamediada, por exemplo, porpor
ligaçõesligações dede hidrogêniohidrogênio ouou dede vanvan derder WaalsWaals.
PGQUIM - UFC
221
Se a fasefase estacionáriaestacionária quiralquiral é feita ligando-a com um composto
enantiomericamente puro (muitas vezes um derivado de um aminoácido), a
cromatografia pode ser usada para separar os enantiômeros.

Prof. Nunes
Resolução QuiralResolução Quiral –– Fases Estacionárias QuiraisFases Estacionárias Quirais
PGQUIM - UFC
222

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Resolução QuiralResolução Quiral –– Fases Estacionárias QuiraisFases Estacionárias Quirais
PGQUIM - UFC
223

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A cromatografiacromatografia sobre uma fasefase estacionáriaestacionária quiralquiral éé especialmenteespecialmente
importanteimportante quandoquando osos compostoscompostos aa seremserem resolvidosresolvidos nãonão temtem gruposgrupos
funcionaisfuncionais adequadosadequados parapara tornartornar osos derivadosderivados (geralmente ésteres ou
sais) necessáriosnecessários parapara asas resoluçõesresoluções maismais clássicasclássicas.
Por exemplo, os dois enantiômeros de um análogo do tranquilizante
ValiumValium têm atividades biológicas bastante diferentes.
PGQUIM - UFC
224

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A fim de estudar estes compostos ainda mais, era necessário obtê-los
enantiomericamente puros. Isto foi feito por passagem de uma solução do
compostocomposto racêmicoracêmico através de uma colunacoluna dede sílicasílica ligada a uma fasefase
estacionáriaestacionária quiralquiral derivada de aminoácido.
PGQUIM - UFC
225

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Resolução CinéticaResolução Cinética
A
rápido
P
ent-A lento ent-P
A
rápido
P
ent-A lento ent-P
racemização↑↓
A P
I
A
I
a) Resolução cinética b) Resolução cinética dinâmica
PGQUIM - UFC
226
ent-A ent-P
I
ent-A
I
A
retenção
P
ent-A inversão
A P
ent-A
I 100%
rendimento
teórico
c) Transformação assinétrica cinética dinâmica (DYKAT) d) Estereoinversão
e) Processo enantioconvergente f) Estereoinversão e resolução cinética
* Turner, N. J.; Routil, W., Angew. Chem. Int. 2014, 53. 3731-3734.

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Resolução QuiralResolução Quiral -- EnzimáticaEnzimática
EnzimasEnzimas são amplamente utilizadas na indústria como agentesagentes dede
resoluçãoresolução.
A base desta aplicação é a enantiosseletividadeenantiosseletividade de enzimas.
Elas reagemreagem comcom apenasapenas umum enantiômeroenantiômero de uma mistura racêmica.
Podem ser usadas para criarcriar oo enantiômeroenantiômero desejadodesejado ou destruir o
indesejado.
PGQUIM - UFC
227
indesejado.
Um processo em que um enantiômero reage e o outro não é chamado
uma resoluçãoresolução cinéticacinética, uma vez que a resolução depende das
velocidades de duas reações concorrentes.

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O composto abaixo é um éster carboxílico com duas ligações éter, uma
entre dois anéis aromáticos.
PGQUIM - UFC
228
A desconecção da ligação dos éteres guiada pelo conhecimento
mecanístico que a substituição nucleofílica é possível em halogenetos de
alquila, e em 2-halogeno-piridinas, mas não é fácil em halobenzenos.

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O único intermediário quiral é o “chloroacidchloroacid 116116” o qual é fabricado como
uma mistura racêmica.
PGQUIM - UFC
229
Eles usam a enzimaenzima ácido cloropropiônico desalogenase para destruirdestruir oo
isômeroisômero indesejadoindesejado por conversão para o ácido láctico, o qual é
facilmente separado do (S)-116 intacto.
ácido cloropropiônico
desalogenase
racêmico

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Resolução CinéticaResolução Cinética por formação ou hidrólise de ésteresde ésteres com enzimasenzimas.
De longe, a reação mais utilizada na resoluçãoresolução cinéticacinética porpor enzimasenzimas é a
formação de ésteres
PGQUIM - UFC
230
hidrólise de ésteres
Normalmente, um enantiômero do éster é formado ou hidrolisado,
deixando o outro enantiômero inalterado.

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Resolução CinéticaResolução Cinética de alcoóis secundáriosalcoóis secundários por lipaseslipases
AlcoóisAlcoóis secundáriossecundários simplessimples (R=alquila ou arila) são
enantiosseletivamenteenantiosseletivamente esterificadosesterificados pela de butanoatobutanoato dede tricloroetilatricloroetila,,
usando porcine pancreatic lipase em éter anidro.
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231
Os produtos, um enantiômero de 121 e o outro enantiômero do éster de
126, são ambos formados em eeee >> 9090%% , e são facilmente separados da
enzima insolúvel.

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Resolução CinéticaResolução Cinética de alcoóis secundáriosalcoóis secundários por lipaseslipases
A reação ocorre na direçãodireção inversainversa em tampão aquoso (pH 7, 20 oC)
usando uma Pseudomonas lipase.
Os cloroacetatos reativos, tal como o 127, produz os melhores resultados
com quase rendimentos quantitativos de (R)(R)--128128 e o álcool (S) do ésteréster
127127, o qual é separado por cromatografia flash numa escala de 250g.
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232
127127, o qual é separado por cromatografia flash numa escala de 250g.
O éster (S)-127 foi facilmente hidrolisado para o (S)-128 sem racemização
do álcool.

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A mesma enzimaenzima catalisa a esterificação do 129129 racêmicoracêmico (em uma
solução não-aquosa) com acetatoacetato dede vinilavinila.
O álcool liberado é CH2=CHOH, o enol de acetaldeído: ele forma
imediatamente o acetaldeídoacetaldeído, que auto-condensa e é removido do
equilíbrio.
A enzima é separada por filtração, e o álcool enantiomericamente puro
(S)-129 e o acetato (R)-130 são separadosseparados porpor cromatografiacromatografia flashflash, e o
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233
(S)-129 e o acetato (R)-130 são separadosseparados porpor cromatografiacromatografia flashflash, e o
éster é hidrolisadohidrolisado para o álcool, sem racemização. Qualquer um dos
métodos (esterificação ou hidrólise) gera ambos os enantiômeros de uma
gama de alcoóis secundários.

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indesejado.
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234
indesejado.
O resultado é que, em vez de separar enantiômeros ou mesmo
diastereoisômeros, é um que separa dois compostos de estrutura
diferente, que também pertencem a acontecer para as duas séries
estereoquímica oposta.

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indesejado.
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235
indesejado.
O resultado é que, em vez de separar enantiômeros ou mesmo
diastereoisômeros, é um que separa dois compostos de estrutura
diferente, que também pertencem a acontecer para as duas séries
estereoquímica oposta.

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Enantiômeros podem ser separadosseparados facilmentefacilmente se forem submetidos a
condiçõescondições dede reaçãoreação queque levamlevam somentesomente umum delesdeles aa reagirreagir.
Assim, o íoníon hidróxidohidróxido (um reagente aquiral) reage com os enantiômeros
do 2-bromobutano com a mesma velocidade.
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236

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No entanto, moléculasmoléculas quiraisquirais reconhecem
apenasapenas umum enantiômeroenantiômero, por isso, se uma
síntese é realizada utilizando um reagentereagente
quiralquiral ou um catalisadorcatalisador quiralquiral, apenas um
enantiômero reagirá.
Um exemplo de catalisadorcatalisador quiralquiral é uma
enzimaenzima (proteína que catalisa uma reação
química).
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237
química).
A enzima DD--aminoácidoaminoácido oxidaseoxidase, por exemplo, catalisacatalisa aa reaçãoreação únicaúnica dodo
enantiômeroenantiômero (R)(R) e deixa o enantiômeroenantiômero (S)(S) inalteradoinalterado.
enantiômero R enantiômero S enantiômero R
oxidado
enantiômero S
inalterado

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A reação de hidrogenaçãohidrogenação utilizando catalisadorescatalisadores aquiraisaquirais leva a uma
misturamistura racêmicaracêmica.
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238
Todavia, catalisadorescatalisadores nãonão enzimáticosenzimáticos quiraisquirais estão sendo
desenvolvidos
são capazes sintetizar um enantiômero em grande excesso em
relação aos outros.

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PróPró--QuiralidadeQuiralidade
Centro de Ciências
PGQUIM - UFC239
PróPró--QuiralidadeQuiralidade

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PróPró--quiralidadequiralidade
Intimamente relacionada com o conceito de quiralidade, e particularmente
importante em Química Biológica, é a noção de moléculamolécula própró--quiralquiral.
Uma molécula é dita ser própró--quiralquiral se ela puderpuder serser convertidaconvertida,
a partir de uma molécula aquiralaquiral,,
em um produtoproduto quiralquiral
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240
em um produtoproduto quiralquiral
através de um único etapa química.
Por exemplo, uma cetona assimétrica como a 22--butanonabutanona éé própró--quiralquiral
porque ela pode ser convertida ao álcool 2-butanol quiral por meio da
adição de hidrogênio.
quiralquiralprópró--quiralquiral

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Qual enantiômeroenantiômero dodo 22--butanolbutanol seráserá produzidoproduzido depende de
qual faceface dada carbonilacarbonila planarplanar sofrerásofrerá aa reaçãoreação.
para distinguir entre as possibilidades usamos
os descritoresdescritores estereoquímicosestereoquímicos ReRe ee SiSi..
Ranqueie os trêstrês gruposgrupos ligadosligados aoao carbonocarbono trigonaltrigonal spsp22, e imagine setas
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241
Ranqueie os trêstrês gruposgrupos ligadosligados aoao carbonocarbono trigonaltrigonal spsp22, e imagine setas
curvas indo do substituinte com maior prioridade para o de menor
prioridade, observando as mesmas regras de Cahn, Ingold e Prelog (CIP).
CurvaCurva nono sentidosentido horáriohorário –– faceface ReRe
CurvaCurva nono sentidosentido antianti--hoiráriohoirário –– faceface SiSi

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No exemplo citado anteriormente, a adiçãoadição dede hidrogêniohidrogênio àà 22--butanonabutanona
a partir do faceface ReRe gera o (S)(S)--butanbutan--22--olol
a partir da faceface SiSi gera o (R)(R)--butanbutan--22--olol.
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242

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Compostos com carbonoscarbonos tetraédricostetraédricos spsp33 também podem ser própró--
quiraisquirais.
Um átomoátomo comcom hidridaçãohidridação spsp33 é dito ser um centro própró--quiralquiral,, quando
mudandomudando--sese umum dosdos gruposgrupos ligadosligados ao carbono, ele torna-se um centrocentro
dede quiralidadequiralidade.
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243
O átomo de carbono -CH2OH do etanol, por exemplo, é um centro própró--
quiralquiral porque ao se mudar um dos átomos de -H do carbono (porpor
exemplo,exemplo, pelopelo XX), o carbono é convertido em um centro de quiralidade.
Centro de
pró-quiralidade
Centro de
quiralidade
Etanol

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PróPró--RR ee PróPró--SS
Para distinguir entre os doisdois átomosátomos idênticosidênticos (ou grupos de átomos) em
um centrocentro dede quiralidadequiralidade,
A troca do H por 2H (deutério) leva à um centro com
configuração (R)(R)
portanto, H é hidrogênio própró--RR.
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244
A troca do H por 2H (deutério) leva à um centro com
configuração (S)(S)
portanto, H é hidrogênio própró--SS.
pró-quiral quiral quiral

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Um grande número de reaçõesreações biológicasbiológicas envolvem compostos própró--
quiraisquirais.
Por exemplo, uma das etapas no ciclociclo dodo ácidoácido cítricocítrico, pelo qual os
alimentos são metabolizados,
é a adiçãoadição dede HH22OO ao fumaratofumarato para gerar o malatomalato.
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245
A adição de -OH ocorre na face Si de um carbono sp2 do fumaratofumarato,, e
obtém-se o (S)-malato como produto.
fumaratofumarato
(S)(S)--malatomalato

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Como outro exemplo,
Estudos com substratos marcados com deutério mostraram que a reação
de etanol com a coenzima dinucleotídeodinucleotídeo dada nicotinamidanicotinamida ee adeninaadenina
(NADNAD++), catalisada pela levedura álcool desidrogenase, ocorre com:
exclusiva remoção do hidrogêniohidrogênio própró--RR do etanol, e com
adição somente pela faceface ReRe do NADNAD++.
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246
adição somente pela faceface ReRe do NADNAD++.

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Determinar a estereoquímicaestereoquímica dasdas reaçõesreações em centroscentros própró--quiraisquirais
é um poderoso métodométodo parapara oo estudoestudo dede mecanismosmecanismos detalhados
em reações bioquímicas.
Como exemplo, a conversão de citrato de cis-aconitato no ciclo de ácido
cítrico tem sido mostrado como ocorrendo com a
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247
perda de um hidrogênio pró-R, o que implica que os grupos OH e
H deixam a molécula a partir de lados opostos (relação anti-
periplanar)

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FacesFaces EnantiotópicasEnantiotópicas ee DiasterotópicasDiasterotópicas
Considere as cetonas 11--44::
1-3: aquirais
aquiral aquiral aquiral quiral
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248
1-3: aquirais
4: quiral
Se nós imaginarmos (por um momento) que os anéis de seis membros
como sendo planos, veremos que a primeiraprimeira moléculamolécula temtem doisdois planosplanos dede
simetriasimetria.

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FacesFaces EnantiotópicasEnantiotópicas ee DiasterotópicasDiasterotópicas
Vamos agora considerar a reação de cada cetonacetona com um nucleófilo (Nu-),
gerando alcoóis:
aquiral aquiral aquiral quiral
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249
aquiral aquiral
quirais
(rac)-8
quirais

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DiasteoisômerosDiasteoisômeros e Facese Faces DiasterotópicasDiasterotópicas
Com a cetonacetona 22, existem doisdois possíveispossíveis produtosprodutos 6 e 7.
O nucleófilo pode atacar a cetona a partir de duas diferentes faces em 22aa.
aquiral FacesFaces diasterotópicasdiasterotópicas
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250
Só a face superior está no mesmo lado que o grupo R.
Os doisdois produtosprodutos possíveispossíveis produtos provenientes da reação sãosão
diastereômerosdiastereômeros e, assim, as duasduas facesfaces da cetona são diastereotópicasdiastereotópicas.
aquiral DiasteroisômerosDiasteroisômeros

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DiasteoisômerosDiasteoisômeros e Facese Faces DiasterotópicasDiasterotópicas
Uma situação semelhante com a cetonacetona 44.
O ataque à carbonila por uma face leva a um diastereômerodiastereômero, enquanto o
ataque pela outra face leva outro diasteroisômerodiasteroisômero.
Por isso, as faces são diastereotópicasdiastereotópicas.
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251
quiralquiral
A cetonacetona 44 racêmicaracêmica éé quiralquiral e, por esta razão, os
doisdois diastereômerosdiastereômeros 99 ee 1010 também serãoserão
racêmicosracêmicos.
quiraisquirais

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EnantiômerosEnantiômeros e Facese Faces EnantiotópicasEnantiotópicas
A cetonacetona 33 pode gerar dois possíveis produtos a partir do ataqueataque dodo
nucleófilonucleófilo àsàs duasduas diferentesdiferentes facesfaces.
No entanto, destadesta vezvez, as duas linhas de ataque são idênticas.
Os dois produtosprodutos sãosão enantiômerosenantiômeros e as duas facesfaces da
molécula são enantiotópicasenantiotópicas.
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252 A cetonacetona 33 éé própró--quiralquiral.
aquiralaquiral
(rac)-8
quirais
FacesFaces enantiotópicasenantiotópicas
EnantiômerosEnantiômeros

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FacesFaces HomoHomotópicastópicas
Com a cetonacetona 11, não importa o lado da molécula que é atacada.
NãoNão existeexiste aa possibilidadepossibilidade formaçãoformação dede diferentesdiferentes enantiômerosenantiômeros ouou
diastereômerosdiastereômeros, e os produtosprodutos sãosão sobreponíveissobreponíveis.
As duasduas facesfaces da molécula são homotópicashomotópicas.
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253
aquiralaquiral FacesFaces homotópicashomotópicas
Compostos IdênticosCompostos Idênticos
((sobreponíveissobreponíveis))
aquiralaquiral

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HidrogêniosHidrogênios Homotópicos,Homotópicos, EnantiotópicosEnantiotópicos ee DiasterotópicosDiasterotópicos
Quando você tem dois hidrogênios ligados a um único carbono, eles
podem manter 33 tipostipos diferentesdiferentes dede relaçõesrelações::
homotópicos
heterotópicos
enantiotópicos
diastereotópicos
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254

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HidrogêniosHidrogênios HomotópicosHomotópicos
1) Substitua um dos prótons (Ha) por outro grupo (Ph, por exemplo).
2) Substitua o outro próton (Hb) por outro grupo (Ph, por exemplo).
3) Veja qual a relaçãorelação estereoisoméricaestereoisomérica entre os produtos formados:
A e B são idênticosa b
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255
A e B são idênticos
prótons homotópicos
a b

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HidrogêniosHidrogênios HeterotópicosHeterotópicos
1) Substitua um dos prótons (Ha) por outro átomo (F, por exemplo).
2) Substitua o outro próton (Hb) por outro átomo (F, por exemplo).
I e J são isômeros constitucionais
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256
I e J são isômeros constitucionais
prótons heterotópicos
a
b

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HidrogêniosHidrogênios EnantiotópicosEnantiotópicos
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257
A e B são enantiômeros
prótons enantiotópicos
a b

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HidrogêniosHidrogênios DiasterotópicosDiasterotópicos
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258
A e B são diasteroisômeros
prótons diasterotópicos
a b

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Em RessonânciaRessonância MagnéticaMagnética NuclearNuclear (RMN)(RMN) estas relações determinam se
esses hidrogênios estão no mesmo "ambiente químico“ ou não.
Em outras palavras, se têm diferentes sinais ou não.
PrótonsPrótons heterotópicosheterotópicos ee diastereotópicosdiastereotópicos terãoterão::
diferentes deslocamentos químicos e
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259
diferentes deslocamentos químicos e
diferentes acoplamentos com núcleos magnéticos vizinhos.
PrótonsPrótons enantiotópicosenantiotópicos ee homomotópicoshomomotópicos terão:
deslocamentos químicos idênticos,
podendopodendo terter ouou nãonão acoplamentos idênticos a outros núcleos.

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O espectro do dibromociclopropanodibromociclopropano ilustra este efeito em um contexto
diferente - os prótonsprótons do grupo CHH22Cl são diastereotópicosdiastereotópicos.
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260
No entanto, os protóns do grupo CHH22 do ciclopropanociclopropano não sãosão
diastereotópicosdiastereotópicos, uma vez que estes são sujeitos a um plano de simetria.
H H

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Os prótonsprótons Ha são enantiotópicosenantiotópicos.
Os prótonsprótons HHb e Hc são diastereotópicosdiastereotópicos.
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261

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Estereoquímica deEstereoquímica de
Centro de Ciências
PGQUIM - UFC262
Estereoquímica deEstereoquímica de
ReaçõesReações OrgânicasOrgânicas

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Reações QuímicasReações Químicas –– Síntese AssimétricaSíntese Assimétrica
A SínteseSíntese AssimétricaAssimétrica tem recebido especial atenção em função de sua
aplicação na preparaçãopreparação dede produtosprodutos naturaisnaturais e fármacos, cujos
estereoisômeros, frequentemente, possuem atividades biológicas
diferentes.
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263
hormômio da tiróide aminoácidosaminoácidos
tratamento da
hipertensão

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Reações QuímicasReações Químicas –– Síntese AssimétricaSíntese Assimétrica
A SínteseSíntese AssimétricaAssimétrica supõe
a formação de um novo centro estereogênico,
sob a influência quiral,
ocorre segundo 44 métodosmétodos fundamentaisfundamentais:
primeira geração
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264
primeira geração
segunda geração
terceira geração
quarta geração

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Síntese AssimétricaSíntese Assimétrica –– Primeira GeraçãoPrimeira Geração
No método de primeiraprimeira geração,geração,
a reação é direcionada por uma unidade estereogênica já presente
no substrato quiral.
S-G* P*- G*
R
S = substrato
G* = grupo quiral
R = reagente
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265
R = reagente
P* = produto quiral
*
*
* *
*

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Síntese AssimétricaSíntese Assimétrica –– Segunda GeraçãoSegunda Geração
No método de segundasegunda geraçãogeração
supõe-se a utilização de um auxiliarauxiliar quiralquiral (A*),(A*), temporariamente
incorporado ao substrato.
S S-A* P*-A* P*
+ A*
S = substrato
A* = auxiliar quiral
R = reagente
P* = produto quiral
R - A*
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266
P* = produto quiral
*
*
*
*
*

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Síntese AssimétricaSíntese Assimétrica –– Terceira GeraçãoTerceira Geração
No método de terceira geraçãoterceira geração
as reações utilizam reagentes quiraisreagentes quirais.
S P*
R*
S = substrato
R* = reagente quiral
P* = produto quiral
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267
Hidretos de Alumínio Assimétricos

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ReduçõesReduções AssimétricasAssimétricas porpor BoranosBoranos
Um estilo diferente de redução pode ser feita com uso de trialquiltrialquil boranosboranos
derivados de α-pineno.
A hidroboraçãohidroboração de α-pineno ocorre a partir da faceface menosmenos impedidaimpedida,
longe dos gruposgrupos metilasmetilas geminaisgeminais, para dar o borano terciário com a
regiosseletividade habitual.
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268
regiosseletividade habitual.

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Em reaçõesreações comcom cetonascetonas, a ligação é primeiro formada entre oxigênio e o
boro e, em seguida, o átomo de hidrogênio é transferido para a cetona
através de um estado de transição cíclico de seis membros.
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269
Estes agentesagentes redutoresredutores entregam um átomoátomo dede hidrogêniohidrogênio a partir do
carbono, em vez do boro.
O grupo maior (RL) na cetona prefere ocupar uma posição "de fora" no
estado de transição, levando a um enantiômero específico do álcool.

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OutroOutro exemploexemplo da utilização de reagentes quirais trata da reduçãoredução dede
alcenosalcenos utilizando o (+)(+)--alpinealpine--boraneborane®®, um derivado do 99--BBNBBN.
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270
A hidroboração ocorre do lado menos impedido da ligação dupla do
α-pineno, longe dos grupos metilas geminais, para gerar o (+)(+)--alpinealpine--
boraneborane®®.

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O reagente funciona bem para os alcoóis acetilênicos e o estado de
transição coloca o acetileno na posição "de fora".
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271

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Ambos os enantiômeros de Alpine-Borane® estão disponíveis como
soluções de THF.
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272

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Síntese AssimétricaSíntese Assimétrica –– Quarta GeraçãoQuarta Geração
No método de quartaquarta geraçãogeração
as reações utilizam catalisadorescatalisadores quiraisquirais (químicos(químicos ouou enzimáticos)enzimáticos).
S P*
R
S = substrato
R = reagente
cat* = catalisador quiralcat.*
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273
Tais métodos apresentam as vantagensvantagens inerentes aos métodosmétodos catalíticoscatalíticos:
aceleração cinética
altos rendimentos
condições brandas
cat* = catalisador quiral
P* = produto quiral

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CatalisadoresCatalisadores quiraisquirais químicosquímicos.. S P*
R
S = substrato
R = reagente
P* = produto quiral
cat.*
2 faces idênticas
2 faces
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274
2 faces
diferentes

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CatalisadoresCatalisadores quiraisquirais enzimáticosenzimáticos S P*
R
S = substrato
R = reagente
P* = produto quiral
cat.*
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275
Comparando com o catalisador químico anterior....

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Reações QuímicasReações Químicas
Quando estudamos a estereoquímica de uma reação, estamos
preocupados com as seguintes perguntas:
1) Se um produtoproduto da reação puderpuder existirexistir comocomo doisdois ouou maismais
estereoisômerosestereoisômeros, a reação produzirá
um único estereoisômero,
um conjunto de estereoisómeros específicos, ou
todos os possíveis estereoisômeros.
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276
todos os possíveis estereoisômeros.
2) Se estereoisômeros são possíveis para o reagentereagente, todos os
estereoisômeros reagem para formar:
o mesmo produto estereoisomérico, ou
cada reagente formará um estereoisômero diferente, ou
um conjunto diferente de estereoisômeros.

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Uma reação regiosseletivaregiosseletiva é uma reação em que dois isômeros
constitucionais podem ser obtidos como produtos, masmas comcom maiormaior
quantidadequantidade dede umum emem relaçãorelação aoao outrooutro.
Isômeros
constitucionais
mais B é formadomais B é formado do que C
Reações QuímicasReações Químicas RegioRegiosseletivassseletivas
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277
Uma reação pode ser moderadamente, altamente, ou completamente
regiosseletiva, dependendodependendo dasdas quantidadesquantidades relativasrelativas dosdos isômerosisômeros
constitucionaisconstitucionais formadosformados na reação.
22--metilmetil--22--butenobuteno
22--iodoiodo--22--metilbutanometilbutano
produto majoritário
22--iodoiodo--33--metilbutanometilbutano
produto minoritário

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EstereosseletividadeEstereosseletividade é um termo semelhante, mas refere-se à formaçãoformação
preferencialpreferencial dede umum estereoisômeroestereoisômero do que um isômero constitucional.
Se uma reação, que gera uma
ligação dupla carbono-carbono ou um
átomo de carbono assimétrico
num produto, formarformar umum estereoisômeroestereoisômero preferencialmentepreferencialmente emem
Reações QuímicasReações Químicas EstereoEstereosseletivassseletivas
estereoisômeros
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278
num produto, formarformar umum estereoisômeroestereoisômero preferencialmentepreferencialmente emem
detrimentodetrimento dede outrooutro, é uma reação estereosseletiva.
Dependendo do grau de preferência por um particular estereoisômero,
uma reação pode ser descrita como sendo moderadamente, altamente, ou
completamente estereosseletiva.
estereoisômeros
mais B é formadomais B é formado do que C

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A reação é estereoespecíficaestereoespecífica se
o reagentereagente puderpuder existirexistir nana formaforma dede estereoisômerosestereoisômeros e
cada reagentereagente estereoisomérico levar a
um produto diferente produto estereoisomérico ou
um conjunto diferentes produtos estereoisoméricos.
Reações QuímicasReações Químicas EstereoEstereoespecíficasespecíficas
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279
Na reação anterior, o estereoisômero A forma o estereoisômero B, mas
não forma o D, de modo que a reação é estereosseletivaestereosseletiva, além de ser
estereoespecíficaestereoespecífica.
TodasTodas asas reaçõesreações estereoespecíficasestereoespecíficas, por consequência, também são
estereosselectivasestereosselectivas.
Todavia, todastodas asas reaçõesreações estereosselectivasestereosselectivas nãonão sãosão estereoespecíficasestereoespecíficas..

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ReaçõesReações dede AlcenosAlcenos
Quando um alcenoalceno reage com um reagentereagente eletrofílicoeletrofílico, tal como HBrHBr, o
produto principal da reaçãoreação dede adiçãoadição é obtido pela adição do eletrófilo ao
carbono ligado ao maior número de átomos de hidrogênio, e adicionando
o nucleófilo ao outro carbono.
Por exemplo, o principal produto obtido a partir da reação de propeno
com HBr é o 2-bromopropano.
Estereoquímica deEstereoquímica de Reações de AdiçãoReações de Adição
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280
com HBr é o 2-bromopropano.
EsteEste produtoproduto particularparticular nãonão têmtêm estereoisômerosestereoisômeros porque não têm um
átomo de carbono assimétrico.
Por isso, não tem que se preocupar com a estereoquímica desta reação.
propenopropeno
22--bromopropanobromopropano
produto majoritário

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ReaçõesReações dede AlcenosAlcenos
No entanto, se aa reaçãoreação gerargerar umum produtoproduto comcom umum carbonocarbono assimétricoassimétrico,
precisamos saber quais são os estereoisômeros formados.
Por exemplo, a reação de HBrHBr com 11--butenobuteno gera o 2-bromobutano, um
composto com um carbonocarbono assimétricoassimétrico.
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281
Qual é a configuração do produto? Temos o enantiômero R, o
enantiômero S, ou ambos?
11--butenobuteno
carbono assimétrico
22--bromobutanobromobutano

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ReaçõesReações queque formamformam umum CarbonoCarbono AssimétricoAssimétrico
Quando um reagentereagente que nãonão têmtêm umum átomoátomo dede carbonocarbono assimétricoassimétrico
sofre uma reação que forma um produto com um carbonocarbono assimétricoassimétrico,
o produto será uma mistura racêmica.
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282
A reação nãonão éé estereosselectivaestereosselectiva, porque não seleciona um determinado
estereoisômero.
Porque isto é assim?

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Uma misturamistura racêmicaracêmica é obtida porque a formação do produto se dá
através do ataque do nucleófilo a um carbocátioncarbocátion intermediáriointermediário aquiralaquiral.
O íon brometo pode se aproximar por qualquer uma das duas faces,
levando à formação de dois produtos que são enantiômeros.
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283
((SS))--22--bromobutanobromobutano
((RR))--22--bromobutanobromobutano

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Quando HBr se adiciona ao 2-metil-1-buteno na presença de um peróxido,
o produto possui um carbonocarbono assimétricoassimétrico.
Portanto, podemos prever que quantidades idênticas dos enantiômeros S
e R serão formadas.
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284
carbono
assimétrico
11--bromobromo--22--metilbutanometilbutano22--metilmetil--11--butenobuteno

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O produto é uma mistura racêmica pois o carbonocarbono, no intermediário
radicalar tem o elétron não emparelhado, temtem hibridaçãohibridação spsp22 ..
Isto significa que os três átomos ligados a ele estão todos no mesmo
plano.
Consequentemente, quantidades idênticas dos enantiômeros R e S
serão formadas.
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285
((RR))--11--bromobromo--22--metilmetil--
butanobutanoIntermediário radicalarIntermediário radicalar
((SS))--11--bromobromo--22--metilmetil--
butanobutano

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Se uma reação gerargerar umum carbonocarbono assimétricoassimétrico em umum compostocomposto queque jájá
temtem umum carbonocarbono assimétricoassimétrico,
umum parpar dede diastereômerosdiastereômeros vaivai serser formadoformado.
configuração
não muda novo carbono
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286
não muda novo carbono
assimétrico
diastereoisômerosdiastereoisômeros((RR))--33--clorocloro--11--butenobuteno

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Se a adiçãoadição dede hidrogêniohidrogênio a um alceno formar um produtoproduto comcom doisdois
átomosátomos dede carbonocarbono assimétricosassimétricos,
apenasapenas doisdois dos quatroquatro estereoisômerosestereoisômeros possíveispossíveis são obtidos
porque só pode ocorrer a adiçãoadição synsyn
os outros dois estereoisômeros teriam de vir de
uma adição anti.
PGQUIM - UFC
287
uma adição anti.

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SeSe cadacada umum dosdos doisdois átomosátomos dede carbonocarbono assimétricosassimétricos estiverestiver ligadoligado aa
quatroquatro substituintessubstituintes iguaisiguais,
umum compostocomposto mesomeso seráserá obtidoobtido, em vez dos enantiômeros eritro.
PGQUIM - UFC
288
composto mesocomposto mesociscis--2,32,3--dideuteriodideuterio--22--
pentenopenteno

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Em contraste, a adiçãoadição dede synsyn a um alcenoalceno transtrans forma apenas os
enantiômeros treotreo.
Assim, a adiçãoadição dede hidrogêniohidrogênio éé umauma reaçãoreação estereoespecíficaestereoespecífica, ou seja, o
produto obtido a partir do isômero ciscis é diferente do produto obtido a
partir da adição ao isômero transtrans.
É tambémtambém umauma reaçãoreação estereosseletivaestereosseletiva porque todostodos osos isômerosisômeros
PGQUIM - UFC
289
É tambémtambém umauma reaçãoreação estereosseletivaestereosseletiva porque todostodos osos isômerosisômeros
possíveispossíveis nãonão sãosão formadosformados.
trans-2,3-dideuterio-
2-penteno
enantiômeros treo
(confôrmeros eclipsados)(confôrmeros eclipsados)
enantiômeros treo
(confôrmeros alternados)(confôrmeros alternados)
enantiômeros treo
Projeções de Fischer/Projeções de Fischer/

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AlcenosAlcenos cíclicoscíclicos com menosmenos dodo queque oitooito átomosátomos dede carbonocarbono nono anelanel, tais
como
ciclopenteno
ciclo-hexeno,
só poderão existir na configuração ciscis, porque os isômeros
trans apresentariam altasaltas tensõestensões angularesangulares.
Portanto, nãonão éé necessárionecessário utilizarutilizar aa designaçãodesignação ciscis emem seusseus nomesnomes.
Estereoquímica emEstereoquímica em Alcenos CíclicosAlcenos Cíclicos
PGQUIM - UFC
290
Portanto, nãonão éé necessárionecessário utilizarutilizar aa designaçãodesignação ciscis emem seusseus nomesnomes.
No entanto, anéisanéis contendocontendo oitooito ouou maismais átomosátomos dede carbonocarbono possuem
isômeros ciscis e transtrans, por isso aa configuraçãoconfiguração dodo compostocomposto devedeve serser
especificadaespecificada emem seuseu nomenome.
transtrans-ciclooctenociscis-cicloocteno

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Portanto, a adiçãoadição a um alcenoalceno cíclicocíclico com menosmenos dodo queque oitooito átomosátomos de
anel
gera apenas os enantiômeros ciscis.
Estereoquímica emEstereoquímica em Alcenos CíclicosAlcenos Cíclicos
11--isopropilisopropil--22--metilmetil--
ciclopentenociclopenteno
PGQUIM - UFC
291
Cada um dos dois átomos de carbonos assimétricos no produto da
reação está ligado aos mesmos quatro substituintes. Portanto, a adiçãoadição
synsyn forma um compostocomposto mesomeso.
1,21,2--dideuteriodideuterio--

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A adiçãoadição dede boranoborano a um alcenoalceno é uma reaçãoreação concertadaconcertada.
Uma vez que as duas espécies se adicionam simultaneamente,
Estereoquímica deEstereoquímica de HidroboraçãoHidroboração--OxidaçãoOxidação
O boro e o hidreto irão se adicionar aos
dois átomos de carbono da ligação
dupla, ao mesmo tempo.
PGQUIM - UFC
292
Uma vez que as duas espécies se adicionam simultaneamente,
têm que se adicionar ao mesmo lado da ligação dupla.
adiçãoadição synsyn
adição syn do borano

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Quando o alquilboranoalquilborano é oxidado pela reação com peróxidoperóxido dede hidrogêniohidrogênio
e oo íoníon hidróxidohidróxido,
o grupo OH permanece na mesma posição que o grupo de boro
Por conseguinte, a reaçãoreação globalglobal dede hidroboraçãohidroboração--oxidaçãooxidação
equivale a uma adiçãoadição dede synsyn
dede águaágua a uma ligação dupla carbono-carbono.
PGQUIM - UFC
293
dede águaágua a uma ligação dupla carbono-carbono.
adição syn da água
alquilboranoalquilborano álcoolálcool

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Pelo fato de correr uma adiçãoadição synsyn,
hidroboraçãohidroboração--oxidaçãooxidação é estereosseletivaestereosseletiva.
Somente dois dos quatro
estereoisômerosestereoisômeros serãoserão formadosformados.
PGQUIM - UFC
294

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AdiçãoAdição dede BromoBromo aa AlcenosAlcenos –– FormaçãoFormação dede ÍonsÍons BromônioBromônio
Se dois carbonos assimétricos são criados em uma reaçãoreação dede adiçãoadição,,
através da formação de um íoníon bromôniobromônio
apenas um par de enantiômeros irá ser formado.
a reação será estereosseletivaestereosseletiva.
a adição a alcenos ciscis gera apenas os
PGQUIM - UFC
295
a adição a alcenos ciscis gera apenas os
enantiômeros treotreo.
cis-2-penteno enantiômeros treo
enantiômeros treo
projeções de Fischer

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AdiçãoAdição dede BromoBromo aa AlcenosAlcenos –– FormaçãoFormação dede ÍonsÍons BromônioBromônio
Similarmente, a adiçãoadição a alcenos trans
gera apenas os enantiômeros eritro.
Uma vez que os isômeros cis e trans formam produtos diferentes,
a reação é estereoespecíficaestereoespecífica, bem como estereosseletivaestereosseletiva.
PGQUIM - UFC
296
trans-2-penteno enantiômeros eritro
enantiômeros eritro
projeções de Fischer

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A adiçãoadição dede bromobromo aa alcenosalcenos um exemplo de reação com adiçãoadição antianti.
Isto ocorre porque o intermediáriointermediário da reação
é um íon bromônio cíclico.
Uma vez que o íon bromônio é formado, oo átomoátomo dede bromobromo emem ponteponte
ponteponte bloqueiabloqueia umauma dasdas facesfaces dodo íoníon ao ataque de nucleófilos.
PGQUIM - UFC
297
ponteponte bloqueiabloqueia umauma dasdas facesfaces dodo íoníon ao ataque de nucleófilos.
face bloqueada
face permitida

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Como resultado, o íon brometo de carga
negativa deve aproximar-se pelo lado
oposto.
Desta forma, os dois átomos de bromo se
adicionarão em lados opostos da ligação
dupla.
face bloqueada
face permitida
PGQUIM - UFC
298
os átomos de bromo se adicionam
a lados opostos da dupla ligação
SomenteSomente doisdois dos quatro estereoisômeros possíveis são obtidos.

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Se os doisdois átomosátomos dede carbonocarbono assimétricosassimétricos em cada produto têmtêm osos
mesmosmesmos quatroquatro substituintessubstituintes,
os isômerosisômeros eritroeritro são idênticos e representam um composto
meso.
Portanto, além adiçãoadição dede bromobromo aoao transtrans--22--butenobuteno gera um compostocomposto
mesomeso.
PGQUIM - UFC
299
mesomeso.
plano de
simetria
trans-2-buteno composto meso
composto meso
projeção de Fischer

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Estereoquímica deEstereoquímica de Reações de AdiçãoReações de Adição -- SumárioSumário
Reação Tipo de
Adição
Estereoisômeros Formados
Reação de adição que cria 1 carbono
assimétrico no produto
1) Se o reagente não tem um carbono assimétrico,
um par de enantiômeros será obtido (iguais
quantidades dos enantiômeros R e S)
2) Se o reagente tem um carbono assimétrico,
quantidades diferentes de um par de
diastereoisômeros será formado.
Reações de adição que criam 2
PGQUIM - UFC
300
Reações de adição que criam 2
carbonos assimétricos no produto
Reações que formam carbocátions
ou radicais como intermediários
Adição de H2 ou de borano
Adição de bromo
syn ou anti
syn
anti
4 estereoisômeros podem ser obtidosa
(isômeros cis e trans formam os mesmos
produtos.
cis → enantiômeros eritroa
trans → enantiômeros treo
cis → enantiômeros treo
trans → enantiômeros eritroa
a Se os dois átomos de carbono assimétricos têm os mesmos substituintes, um composto
meso será obtido, em vez do par de enantiômeros eritroeritro.

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Quando usamos aldeídosaldeídos ee cetonascetonas quiraisquirais em reaçõesreações dede adiçãoadição dede
organometálicosorganometálicos, o que equivale na maioria dos casos a existência prévia
de um ou mais centros estereogêncios na molécula,
as duas facesfaces da carbonila são diastereotópicasdiastereotópicas
e a adição de nucleófilos pode conduzir à formação de dois novos
produtosprodutos diastereoisoméricosdiastereoisoméricos.
Adição de Organometálicos à C=OAdição de Organometálicos à C=O AspectosAspectos EstereoquímicosEstereoquímicos
PGQUIM - UFC
301
Nesses casos, a não ser por coincidência, umum dosdos produtoproduto dominarádominará
sobresobre oo outrooutro.
Como prever qual deles será o isômero principal?

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A norbornanona é um exemplo de uma cetona cíclica com estrutura
relativamente rígida que oferece impedimentoimpedimento àà aproximaçãoaproximação dodo
nucleófilonucleófilo a umauma dasdas facesfaces diastereotópicas da carbonila.
face
convexa
face
côncova
PGQUIM - UFC
302
nucleófilonucleófilo a umauma dasdas facesfaces diastereotópicas da carbonila.
A aproximação pela face côncova é mais difícil, em razão de interações
estéricas entre o nucleófilo e os hidrogênios orientados para o interior da
cavidade do sistema biciclico,
resultando em uma formação preferencial do álcool formado a
partir do ataqueataque exoexo (pela faceface convexaconvexa).

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A situação se inverte para o caso da cânfora, que apresenta dois grupos
metílicos no carbono C7 do sistema bicíclico.
O grupo metila C8 está posicionado na trajetória do nucleófilo e é o
responsável pelo impedimentoimpedimento estéricoestérico acentuadoacentuado que passa a ocorrer na
face convexa do biciclo (o ângulo de Burgi-Dunitz para o ataque do
nucleófilo aumenta esta interação estérica).
PGQUIM - UFC
303
Por essa razão, observa-se a formação preferencial do álcool resultante
do ataqueataque endoendo (faceface côncovacôncova) do nucleófilo à carbonila.
face
convexa
face
côncova

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Ciclopentanonas são moléculas praticamente planares, e a presençapresença dede
umum centrocentro estereogênicoestereogênico nono CCαα
normalmente dirige a adição nucleofílica para a face contrária
em que esse grupo está localizado.
A diastereosseleçãodiastereosseleção é maior quando são usados nucleófilos mais
volumosos.
PGQUIM - UFC
304
MNuNu Nu
OH
OH
Nu

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Em cetonas cíclicas conformacionalmente mais flexíveis,
a preferência facial pode não ser tão elevada e
dependerá não só do eventual impedimento estérico oferecido por
substituintes próximos à carbonila, como também de efeitos
torsionais e estereoeletrônicos que podem operar durante o ataque
do nucleófilo.
PGQUIM - UFC
305
Nu
OH
OH
Nu

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À medida que o substituintesubstituinte sese afastaafasta dodo grupogrupo carbonílicocarbonílico,
sua influência sobre o curso reacional diminui, e
a seletividade observada passa a depender mais intensamente
de efeitos conformacionais e torsionais.
O ataque equatorial é favorecido; porém,
quanto menor o volume do organometálico, em geral,
menor a estereosseletividade em favor do ataque
PGQUIM - UFC
menor a estereosseletividade em favor do ataque
equatorial.
306
Nu
OH
MNuNu
OH
Nu

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A situação de carbonilascarbonilas emem compostoscompostos acíclicosacíclicos com
facesfaces diasterotópicasdiasterotópicas foi estudada de forma sistemática
primeiramente por D. J. Cram e colaboradores, no início
dos anos 1950.
Nobel de QuímicaNobel de Química
facesfaces diasterotópicasdiasterotópicas
PGQUIM - UFC
307
Nobel de QuímicaNobel de Química
19871987

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Cram, em 1952, observou que
a reação de adição nucleofílica do iodeto de metilmagnésio ao
aldeído α-metilfenilacético, um aldeído que contém um centro
estereogênico na posição α,
conduzia à formação de dois diastereoisômeros em
quantidades desiguais.
PGQUIM - UFC
308
principal minoritário

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ModeloModelo dede CramCram,
Parte do princípio de que, na conformação que reage com a espécie
nucleofílica, o grupo grande (Ph) encontra-se eclipsado com o hidrogênio do
grupo aldeído.
O ataque nucleofílico pelo grupo metila do reagente de Grignard ocorre
preferencialmente pelo lado do grupo pequeno (RP, hidrogênio, trajetóriatrajetória AA),
levando à formação do produto Cram (principal).
PGQUIM - UFC
O ataque pelo lado do grupo médio (RM, metila, trajetóriatrajetória BB) conduz ao
produto minoritário (anti-Cram).
309
principal
minoritário
trajetória
A
trajetória
B

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ModeloModelo dede CramCram,
Quanto maior a diferença estérica entre RP e RM,
maior a diastereosseletividade a ser obtida.
Além disso, o modelo não considera o efeito da interação entre RG e R e a
natureza do nucleófilo na magnitude da indução assimétrica 1,2.
De fato, são observados bons excessos diastereoméricos, em geral quando
há uma clara diferenciação entre RP e RM e
PGQUIM - UFC
há uma clara diferenciação entre RP e RM e
com o uso de nucleófilos volumosos.
310

Prof. Nunes
A regra de Cram é um exemplo no qual
se alcança uma conclusãoconclusão corretacorreta
através de uma premissapremissa incorretaincorreta.
A conformação proposta por Cram não é a preferida nem no estado
fundamental nem no estado de transição.
PGQUIM - UFC
Entretanto, a contribuição dada por Cram à interpretação dos
resultados de reações estereosseletivas é inquestionável.
311

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Estudos posteriores levaram ao refinamento do modelo de indução
assimétrica 1,2 e à proposição feita por H. Felkin, confirmada por cálculos
teóricos.
A formação do produto principal neste tipo de reação
é resultado do ataque no nucleófilo orientado anti ao grupo
estericamente dominante (L),
PGQUIM - UFC
312
através da trajetória Burgi-Dunitz, que minimiza
interações não-ligantes como os substituintes
adjacentes à carbonila.
ProdutoProduto FelkinFelkin

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Duas conformações de energia semelhantes (A) e (B).
O ataque ao confôrmero (A) coloca o nucleófilo próximo ao menor
substituinte (S) no estado de transição, sendo esse o caminho de menor
energia que leva ao produto principal (produto de Felkin).
Por outro lado, a aproximação pelo confôrmero (B) coloca o nucleófilo
próximo ao substituinte médio (M) no estado de transição, sendo esse o
PGQUIM - UFC
próximo ao substituinte médio (M) no estado de transição, sendo esse o
caminho de maior energia que leva ao produto secundário (anti-Felkin).
313
ProdutoProduto FelkinFelkin ProdutoProduto antianti--FelkinFelkin(A)(A) (B)(B)

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Modelo de Felkin Ahn – Substituintes não permitem quelação.
Felkin Ahn (FA) Cram Quelado (CQ)
FA : CQ
PGQUIM - UFC
314

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Nos casos em que há substituintessubstituintes próximospróximos aoao carbonocarbono carbonílicocarbonílico capazes
de permitir que uma espécie metálica (Met) presente no nucleófilo coordene-
se ao mesmo tempo a ele e ao oxigênio da carbonila (interação chamada
quelação), principalmente se essa quelação envolver a formação de anéis de 5
ou 6 membros,
isso determinará a conformação mais estável do composto
carbonílico que deverá ser considerada para efeito de
indução assimétrica
PGQUIM - UFC
Os heteroátomos que mais frequentemente favorecem um estado de
transição quelado são O, N e S.
Por sua vez, os metais mais comumente envolvidos em quelação são Li+,
Mg2+, Zn2+, Cu2+, Ti4+, Ce3+ e Mn2+.
315

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Modelo de Felkin Ahn – Substituintes permitem quelação
Felkin Ahn (FA) Cram Quelado (CQ)
FA : CQ
PGQUIM - UFC
316
É importante salientar que, como o Mg2+
apresenta maior tendência à quelação que
o Li+,
as reações envolvendo reagentes
de Grignard são, em geral,
mais estereosseletivas do que os
respectivos reagentes orgânicos
de lítio.

Prof. Nunes
As reaçõesreações orgânicas que ocorrem em sistemassistemas biológicosbiológicos são
catalisadascatalisadas porpor enzimasenzimas.
Estereoquímica deEstereoquímica de Reações EnzimáticasReações Enzimáticas
são quase sempre completamente estereosselestivas.
formam apenas um único estereoisômero.
PGQUIM - UFC
317
Por exemplo, a enzimaenzima fumarasefumarase, que catalisa a adição de água ao
fumarato, forma um únicoúnico enantiômeroenantiômero:: (R)(R)--malatomalato.
(R)-malatotrans-fumarato

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Um reaçãoreação catalisadacatalisada porpor enzimasenzimas gera apenas um estereoisômero,
porque o sítiosítio receptorreceptor dada enzimaenzima éé quiralquiral.
Estereoquímica deEstereoquímica de Reações EnzimáticasReações Enzimáticas
restringe a entrega de reagentes a somente um
dos lados lado do grupo funcional do reagente.
Consequentemente, apenas um estereoisômero
PGQUIM - UFC
318
cis-fumarato
Consequentemente, apenas um estereoisômero
é formado.
As reaçõesreações catalisadascatalisadas porpor enzimasenzimas são também estereoespecíficasestereoespecíficas::
uma enzima catalisa especificamente a reação de
de um único estereoisômero.
Nenhuma reação

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Determinação daDeterminação da
PGQUIM - UFC319

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A configuração absoluta de enantiômeros pode ser determinada através
de diferentes métodos:
1) Difração de Raio X (método de Bijvoet)
2) Cromatografia a Gás em Coluna Quiral
3) HPLC Quiral
4) Ressonância Magnética Nuclear
5) Dicroísmo circular e Dispersão Ótica Rotatória
Determinação da Configuração AbsolutaDeterminação da Configuração Absoluta
PGQUIM - UFC
5) Dicroísmo circular e Dispersão Ótica Rotatória
320

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Método difração de raio-X de cristais
É utilizado para determinar as estruturas moleculares.
Os átomos da estrutura fornecem uma grade de difração em 3
dimensões.
Numa primeira aproximação, o efeito de difração é igual se provem
da parte anterior ou posterior da grade (Lei de Friedel),
Difração de RaioDifração de Raio –– XX (Método de(Método de BijvoetBijvoet))
PGQUIM - UFC
da parte anterior ou posterior da grade (Lei de Friedel),
Entretanto, se a estrutura é assimétrica, esta lei não é
mais válida, principalmente se existem átomos
pesados na estrutura, tal como um metal de transição
321

Prof. Nunes
Método difração de raio-X de cristais
Este efeito pode ser utilizado para determinar a configuração absoluta
(análise de Bijvøt).
Este método é o único método para determinar a configuração absoluta
que independe de comparação entre estruturas de configuração absoluta
Difração de RaioDifração de Raio –– XX (Método de(Método de BijvoetBijvoet))
PGQUIM - UFC
que independe de comparação entre estruturas de configuração absoluta
conhecida.
Se a estrutura contém um fragmento assimétrico dede configuraçãoconfiguração
conhecida,conhecida, a análise de Bijvoet não é necessária, pois o resto da
estrutura deve ser consistente com o fragmento.
322

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Cromatograma de íons totais de uma fração do extrato de Erwinia psidii.
Fração de coluna cromatográfica de 2,0 mg de extrato de 8 litros de meio
de cultivo C6-HSL: 6 % abundancia relativa (~120 µg).
CromatrografiaCromatrografia Gasosa em ColunaGasosa em Coluna QuiralQuiral
PGQUIM - UFC
Análise: Coluna HP5 30m, temp 100-290(10ºC/min) 10 min at 290ºC, injetor = 250ºC, fluxo = 1mL/min,
hélio, splitless.
323

Prof. Nunes
Configuração absoluta da S-(-)-hexanoil-HSL natural
Metodologia: GC-FID quiral; Chrompack chirasil-dex CB.
CromatrografiaCromatrografia Gasosa em ColunaGasosa em Coluna QuiralQuiral
PGQUIM - UFC
324
S

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Método 1
Análise de misturas enantiomericas em ambiente quiral (solvente quiral
ou agente de deslocamento quiral).
Neste caso, o importante é a separação dos enantiômeros em dois
conjuntos de sinais.
Ressonância Magnética NuclearRessonância Magnética Nuclear
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Este método é mais apropriado para a determinação de excessos
enantioméricos e não para determinação de configuração absoluta.
325

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Método 2
A análise por RMN de derivados diastereoisoméricos de um composto
enantiomericamente puro ou quase puro,
capaz de estabelecer a configuração absoluta de compostos
quirais sem ter amostras cristalinas e não é destrutivo.
O princípio envolve o uso de agentes derivatizantes quirais que
PGQUIM - UFC
O princípio envolve o uso de agentes derivatizantes quirais que
transforma enantiômeros em diastereoisômeros
e correlaciona as diferenças dos seus deslocamentos
químicos a configuração absoluta.
Existem experimentos com RMN de 2H, 13C, 31P, 29Si e 1H. Este último é o
mais popular.
326

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Método 2 - RMN de 1H
Na metodologia clássica de Dale e Mosher uma molécula quiral é
derivatizada com o R e S do agente derivatizante quiral
para formar 2 diastereoisomeros.
A maioria dos agentes quirais para derivação contém um anel aromático
no carbono alfa.
PGQUIM - UFC
no carbono alfa.
A diferente orientação do cone de proteção do anel aromático no RR/ SR
RS/SS leva a uma proteção seletiva de R1 e R2.
327

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Misturas de Enantiômeros
Nestes casos basta uma derivação com um agente quiral R ou S.
Compostos Enantiomericamente Puros
Nestes casos é necessário utilizar:
a) agente derivatizante R e S separadamente.
b) um só agente derivatizante quiral e variação de temperatura.
PGQUIM - UFC
b) um só agente derivatizante quiral e variação de temperatura.
a) b)
328

Prof. Nunes
O método de Mosher é baseado na dupla ou simples derivatização.
A dupla derivatização consiste na esterificação do álcool de configuração
absoluta desconhecida com os dois enantiômeros (R) e (S) do reagente
auxiliar quiral.
A simples derivatização consiste na esterificação do álcool com apenas
um dos enantiômeros do reagentereagente auxiliarauxiliar,, ((RR)) ouou ((S)S).
Método deMétodo de MosherMosher
Quim. Nova, Vol. 28, No. 6, 1061-1065, 2005
PGQUIM - UFC
329

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O método de Mosher requer a presença de grupos funcionais específicos
na molécula, tais como -CO2H, -NH2 e -OH, necessários para ligar o
substrato ao reagente.
Portanto, mostramostra--sese útilútil apenasapenas para álcoois primários e secundários,
aminas primárias e secundárias e para ácidos carboxílicos.
Quim. Nova, Vol. 28, No. 6, 1061-1065, 2005
PGQUIM - UFC
330

Prof. Nunes
O reagentereagente auxiliarauxiliar deve possuir algumasalgumas característicascaracterísticas estruturaisestruturais
especiaisespeciais, tais como a presença de:
um grupo Z (grupos carboxilatos, hidroxílicos ou cloretos) capaz
de ligar o álcool ao reagente através desse grupo.
um grupo Y (anel aromático ou grupo insaturado) com forte efeito
anisotrópico para produzir efeito de proteção ou desproteção nos
substituintes L1/L2 do álcool.
PGQUIM - UFC
substituintes L1/L2 do álcool.
um grupo polar (R1 e R2) necessário para auxiliar a fixação da
molécula na conformação preferida.
331
Y
Z

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Nos dois métodos,
são registrados os espectros dos dois diasteroisômeros resultantes da
reação e comparados,
sendo realizada a medida da diferença dos deslocamentos químicos Δδ
R, S.
PGQUIM - UFC
A determinação da configuração R/S no centro quiral do álcool
é feita através da correlação entre esse centro e o centro quiral
do reagente auxiliar que é de configuração absoluta conhecida,
de acordo com o efeito de proteção e/ou desproteção
que o grupo aromático do reagente auxiliar produzirá
nos hidrogênios dos substituintes L1 e L2 do álcool.
332

Prof. Nunes
PGQUIM - UFC
333

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(+)-gliceraldeído ácido (+)-tartárico
PGQUIM - UFC334

Prof. Nunes
(+)-isoserina ácido (+)-lático
PGQUIM - UFC335
CabeCabe ressaltarressaltar que o intercâmbio dos dois substituintes CH3 e COOH no ácido
(R)-láctico dá lugar a seu enantiômero (S), com troca de configuração.

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Determinação da configuraçãoconfiguração absolutaabsoluta da hesperidina (produto natural)
PGQUIM - UFC336

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