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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
Prof. Nunes
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
polarização da luz, foi descoberta em 1815 no
“College de France” pelo físico JeanJean––BaptisteBaptiste BiotBiot.
(1774-1862)2
Prof. Nunes
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
polarização da luz, foi descoberta em 1815 no
“College de France” pelo físico JeanJean––BaptisteBaptiste BiotBiot.
(1774-1862)3
Prof. Nunes
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”.
PGQUIM - UFC
(1822-1895)
4
Prof. Nunes
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
PGQUIM - UFC
(1829-1896)
van'tvan't HoffHoff propôs que o arranjoarranjo espacialespacial era
tetraédricotetraédrico.
5
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HistóriaHistória
18741874 –– extensão lógica da ideia: teoria da estrutura orgânica em três
dimensões foi avançada quase simultaneamente por:
PGQUIM - UFC
Jacobus Henricus van’t Hoff
Holanda
(1852-1911)
Joseph Le Bell
França
(1847-1930)
6
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HistóriaHistória
van'tvan't HoffHoff propôs que o arranjoarranjo espacialespacial era tetraédricotetraédrico.
carbono estereogênico
PGQUIM - UFC
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.
7
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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 constitucionais estereoisômeros
isômeros cis/trans isômeros que
contêm centros
quirais
estereoisômerosestereoisômeros
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Isomeria:Isomeria: EstereoisômerosEstereoisômeros
Os estereoisomerosestereoisomeros, por sua vez, sãosão subdivididossubdivididos emem duasduas classesclasses,
de acordo com a presençapresença ((ouou nãonão)) de centroscentros estereogênicosestereogênicos.
isômeros
PGQUIM - UFC10
isômeros constitucionais estereoisômeros
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)..
Nomenclatura:Nomenclatura: Duplas LigaçõesDuplas Ligações
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
Nomenclatura:Nomenclatura: Duplas LigaçõesDuplas Ligações
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.
Prof. Nunes
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.
Nomenclatura:Nomenclatura: Duplas LigaçõesDuplas Ligações
PGQUIM - UFC15
EE ZZ
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Nomenclatura:Nomenclatura: Duplas LigaçõesDuplas Ligações
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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Isomeria:Isomeria: EstereoisômerosEstereoisômeros
Os estereoisomerosestereoisomeros, por sua vez, sãosão subdivididossubdivididos emem duasduas classesclasses, de
acordo com a presençapresença ((ouou nãonão)) de centroscentros estereogênicosestereogênicos.
isômeros
PGQUIM - UFC19
isômeros constitucionais estereoisômeros
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
Prof. Nunes
Simetria na QuímicaSimetria na Química
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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Simetria na QuímicaSimetria na Química
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.
Prof. Nunes
Elemento e Operação de SimetriaElemento e Operação de Simetria
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
Prof. Nunes
Elemento e Operação de SimetriaElemento e Operação de Simetria
Uma orientação equivalente é uma orientação similar à original, masmas
nãonão igualigual àà idênticaidêntica.
PGQUIM - UFC27
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
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°
Prof. Nunes
Eixo de SimetriaEixo de Simetria
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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Eixo de SimetriaEixo de Simetria
OutrosOutros exemplosexemplos::
PGQUIM - UFC32
W
C
C C
C
C
C
O
O
O
O
OO
C4
Prof. Nunes
Eixo de SimetriaEixo de Simetria
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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Eixo de SimetriaEixo de Simetria
OutrosOutros exemplosexemplos::
PGQUIM - UFC34
Prof. Nunes
A presença de eixos de simetria nãonão impedeimpede aa quiralidadequiralidade. De fato, a
moléculamolécula abaixoabaixo éé quiralquiral.
Eixo de SimetriaEixo de Simetria
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
Prof. Nunes
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 )
Prof. Nunes
Plano de SimetriaPlano de Simetria
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 de SimetriaPlano de Simetria
Plano horizontal ao eixo principal (σh): Ocorre quando o plano é
traçado no sentido horizontal à molécula.
C2
PGQUIM - UFC39
C2
Prof. Nunes
Plano de SimetriaPlano de Simetria
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
Prof. Nunes
ExercícioExercício
Encontrar todos os possíveis planos de rotaçãoplanos de rotação nas moléculas abaixo.
PGQUIM - UFC41
Prof. Nunes
Plano de SimetriaPlano de Simetria
PGQUIM - UFC42
Prof. Nunes
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
.
Prof. Nunes
ExercícioExercício
Verificar se as moléculas em questão possuem centro de inversãocentro de inversão.
PGQUIM - UFC44
Prof. Nunes
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.
Prof. Nunes
EEixoixo dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio: (: (SSnn))
PGQUIM - UFC46
Prof. Nunes
EEixoixo dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio: (: (SSnn))
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
Prof. Nunes
EEixoixo dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio: (: (SSnn))
RotaçãoRotação dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio ((SSnn)):: Casos Especiais
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
Prof. Nunes
EEixoixo dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio: (: (SSnn))
RotaçãoRotação dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio ((SSnn)):: Casos Especiais
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
Prof. Nunes
ExercícioExercício
Verificar se as moléculas em questão possuem eixoeixo dede rotaçãorotação
impróprioimpróprio (Sn)(Sn)
PGQUIM - UFC50
Prof. Nunes
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 .
Prof. Nunes
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
QuiralidadeQuiralidade
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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QuiralidadeQuiralidade
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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QuiralidadeQuiralidade
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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ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos
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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ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos
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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ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos
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..
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* Kostyanovsky, R. G.; Markov, V. I.; Gella, I. M.; Tetrahedron Lett., 1972,1301.
H Cl
H ..
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ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos
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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ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos
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
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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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ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos
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 constitucionais estereoisômeros
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
PGQUIM - UFC65
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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QuiralidadeQuiralidade
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:
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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
isômeros constitucionais estereoisômeros
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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
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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
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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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Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S
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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Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S
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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Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S
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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Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S
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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Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S
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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Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S
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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Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S
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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Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S
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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ExercitandoExercitando
ClassifiqueClassifique cadacada parpar dede moléculasmoléculas comocomo enantiômerosenantiômeros ouou idênticasidênticas..
(R)(R)(S)(S)
enantiômerosenantiômeros
(R)(R)(S)(S)
PGQUIM - UFC90
enantiômerosenantiômeros
enantiômerosenantiômeros
enantiômerosenantiômeros
(R)(R)(S)(S)
(S)(S) (R)(R)
(S)(S)(R)(R)
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ExercitandoExercitando
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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DiastereoisômerosDiastereoisômeros
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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DiastereoisômerosDiastereoisômeros
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
Prof. Nunes
DiastereoisômerosDiastereoisômeros
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.
carbono estereogênico
estes 2 grupos são diferentes carbono estereogênico
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DiastereoisômerosDiastereoisômeros
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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DiastereoisômerosDiastereoisômeros
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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Compostos MesoCompostos Meso
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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Compostos MesoCompostos Meso
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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Compostos MesoCompostos Meso
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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Compostos MesoCompostos Meso
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
composto mesocomposto meso
ciscis-1,2-dibromocicloexano
par de enantiômerospar de enantiômeros
transtrans-1,2-dibromocicloexano
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Compostos MesoCompostos Meso
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.
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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
Configuração AbsolutaConfiguração Absoluta
19511951 Bijvoet e colaboradores
obter profundidadeobter profundidade
aos padrõesaos padrões
fotográficosfotográficos
PGQUIM - UFC
fotográficosfotográficos
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Configuração AbsolutaConfiguração Absoluta
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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Projeção de FischerProjeção de Fischer
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.
carbono estereogênico
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Projeção de FischerProjeção de Fischer
PGQUIM - UFC108
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Projeção de FischerProjeção de Fischer
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.
AldoexosesAldoexoses
1852-1919
PGQUIM - UFC115
19001900, por EmilEmil FischerFischer. 1852-1919
115
Prof. Nunes
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.
Prof. Nunes
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
AldoexosesAldoexoses
PGQUIM - UFC117
vegetal, uma semente grande, do tipo de uma noz, obtida de uma palmeira nativa
da América do Sul.
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
Formação de Hemiacetais CíclicosFormação de Hemiacetais Cíclicos
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 -
Prof. Nunes
As duas formas estereoisoméricas furanose da D-eritrose são nomeadas como:
Formação de Hemiacetais CíclicosFormação de Hemiacetais Cíclicos
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
Prof. Nunes
Formação de Hemiacetais CíclicosFormação de Hemiacetais Cíclicos
Existe uma outraoutra formaforma dede representarrepresentar a formação do hemiacetal cíclico.
Como exemplo, vejamos a ciclização da DD-glicose.
PGQUIM - UFC121
Prof. Nunes
Os hemiacetaishemiacetais cíclicoscíclicos de 55 e 66 membrosmembros são possíveis a partir da D-glicose:
5 membros: furanosesfuranoses -- glicofuranosesglicofuranoses
6 membros: piranosespiranoses -- glicopiranosesglicopiranoses
Formação de Hemiacetais CíclicosFormação de Hemiacetais Cíclicos
PGQUIM - UFC122
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
PropriedadesPropriedades
dosdos
PGQUIM - UFC128
dosdos
EstereoisômerosEstereoisômeros
Prof. Nunes
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.
Prof. Nunes
PropriedadesPropriedades FísicasFísicas dosdos EstereoisômerosEstereoisômeros
PGQUIM - UFC130
Propriedades Físicas
enantiômerosenantiômeros ==
diastereoisômerosdiastereoisômeros ≠≠
Os dados mostram que:
Prof. Nunes
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 ==
Prof. Nunes
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.
PropriedadesPropriedades QuímicasQuímicas dosdos EstereoisômerosEstereoisômeros
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 ≠≠
Prof. Nunes
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,
PropriedadesPropriedades QuímicasQuímicas dosdos EstereoisômerosEstereoisômeros
PGQUIM - UFC133
levando a um produtoproduto enantiomericamenteenantiomericamente puropuro ou a um excessoexcesso
enantioméricoenantiomérico, respectivamente.
Prof. Nunes
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.
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
Luz PolarizadaLuz Polarizada
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
Prof. Nunes
Luz PolarizadaLuz Polarizada
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
Prof. Nunes
Luz PolarizadaLuz Polarizada
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)
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
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
Atividade ÓticaAtividade Ótica –– CompostosCompostos QuiraisQuirais
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
Prof. Nunes
Se um composto oticamente ativo gira o plano de polarização no sentidosentido
horáriohorário, é chamado dextrógirodextrógiro, indicado pelo sinal (+)(+).
(R)(R)--(+)(+)--22--butanolbutanol
Atividade ÓticaAtividade Ótica –– CompostosCompostos QuiraisQuirais
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
Prof. Nunes
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
Atividade ÓticaAtividade Ótica –– CompostosCompostos QuiraisQuirais
PGQUIM - UFC143
indicam aa disposiçãodisposição dosdos gruposgrupos sobresobre umum carbonocarbono
assimétricoassimétrico.
Alguns compostos com a configuração de RR são ((--)) e alguns SS são (+)(+)..
Prof. Nunes
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.
Prof. Nunes
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)
Prof. Nunes
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?
ExercitandoExercitando
[[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
Prof. Nunes
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))
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
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.
Prof. Nunes
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
Prof. Nunes
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 **
PropriedadesPropriedades BiológicasBiológicas dede EstereoisômerosEstereoisômeros
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
Prof. Nunes
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.
PropriedadesPropriedades BiológicasBiológicas dede EstereoisômerosEstereoisômeros
PGQUIM - UFC156
(R)(R)--((--))--carvonacarvona -- hortelãhortelã
(S)(S)--(+)(+)--carvonacarvona -- cominhocominho.
(R)(R)--((--))--carvonacarvona (S)(S)--(+)(+)--carvonacarvona
Prof. Nunes
O aspartameaspartame é muito utilizado como um adoçante.
Todavia, somente o isômero (S,S)(S,S) apresentaapresenta sabersaber docedoce.
PropriedadesPropriedades BiológicasBiológicas dede EstereoisômerosEstereoisômeros
PGQUIM - UFC157
Prof. Nunes
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.
PropriedadesPropriedades BiológicasBiológicas dede EstereoisômerosEstereoisômeros
PGQUIM - UFC158
N
N
H
O
O
O
O
Prof. Nunes
ativo menos ativo
N
N
H
O
O
O
O
PropriedadesPropriedades BiológicasBiológicas dede EstereoisômerosEstereoisômeros
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
Prof. Nunes
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.
Prof. Nunes
DrogasDrogas QuiraisQuirais
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
Prof. Nunes
DrogasDrogas QuiraisQuirais
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
Prof. Nunes
DrogasDrogas QuiraisQuirais
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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DrogasDrogas QuiraisQuirais
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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DrogasDrogas QuiraisQuirais
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DrogasDrogas QuiraisQuirais
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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DrogasDrogas QuiraisQuirais
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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DrogasDrogas QuiraisQuirais
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
Universidade Federal do Ceará
Centro de Ciências
Curso de PósPós--GraduaçãoGraduação em Química
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.
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(1) (1a) (2)
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((rr ee ss))
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)
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((rr ee ss))
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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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((rr ee ss))
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
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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
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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.
Prof. Nunes
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
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RRaa ee SSaa))
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
Prof. Nunes
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RRaa ee SSaa))
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
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RRaa ee SSaa))
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
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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
DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((cc ee tt))
Outros exemplos:
estão situados do mesmo lado: cc
estão situados em lados opostos: tt
PGQUIM - UFC198
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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((cc ee tt))
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
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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
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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
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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.
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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((entent ee epiepi))
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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DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((entent ee epiepi))
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.
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208
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Estereoquimica - Pós-graduação
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  • 1. 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
  • 2. Prof. Nunes 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 polarização da luz, foi descoberta em 1815 no “College de France” pelo físico JeanJean––BaptisteBaptiste BiotBiot. (1774-1862)2
  • 3. Prof. Nunes 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 polarização da luz, foi descoberta em 1815 no “College de France” pelo físico JeanJean––BaptisteBaptiste BiotBiot. (1774-1862)3
  • 4. Prof. Nunes 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”. PGQUIM - UFC (1822-1895) 4
  • 5. Prof. Nunes 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 PGQUIM - UFC (1829-1896) van'tvan't HoffHoff propôs que o arranjoarranjo espacialespacial era tetraédricotetraédrico. 5
  • 6. Prof. Nunes HistóriaHistória 18741874 –– extensão lógica da ideia: teoria da estrutura orgânica em três dimensões foi avançada quase simultaneamente por: PGQUIM - UFC Jacobus Henricus van’t Hoff Holanda (1852-1911) Joseph Le Bell França (1847-1930) 6
  • 7. Prof. Nunes HistóriaHistória van'tvan't HoffHoff propôs que o arranjoarranjo espacialespacial era tetraédricotetraédrico. carbono estereogênico PGQUIM - UFC 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. 7
  • 8. Prof. Nunes 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
  • 9. Prof. Nunes 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 constitucionais estereoisômeros isômeros cis/trans isômeros que contêm centros quirais estereoisômerosestereoisômeros
  • 10. Prof. Nunes Isomeria:Isomeria: EstereoisômerosEstereoisômeros Os estereoisomerosestereoisomeros, por sua vez, sãosão subdivididossubdivididos emem duasduas classesclasses, de acordo com a presençapresença ((ouou nãonão)) de centroscentros estereogênicosestereogênicos. isômeros PGQUIM - UFC10 isômeros constitucionais estereoisômeros isômeros cis/trans isômeros que contêm centros estereogênicos
  • 11. Prof. Nunes 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.
  • 12. Prof. Nunes 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
  • 13. Prof. Nunes 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).. Nomenclatura:Nomenclatura: Duplas LigaçõesDuplas Ligações 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
  • 14. Prof. Nunes 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 Nomenclatura:Nomenclatura: Duplas LigaçõesDuplas Ligações 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.
  • 15. Prof. Nunes 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. Nomenclatura:Nomenclatura: Duplas LigaçõesDuplas Ligações PGQUIM - UFC15 EE ZZ
  • 16. Prof. Nunes Nomenclatura:Nomenclatura: Duplas LigaçõesDuplas Ligações 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
  • 17. Prof. Nunes 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
  • 18. Prof. Nunes 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
  • 19. Prof. Nunes Isomeria:Isomeria: EstereoisômerosEstereoisômeros Os estereoisomerosestereoisomeros, por sua vez, sãosão subdivididossubdivididos emem duasduas classesclasses, de acordo com a presençapresença ((ouou nãonão)) de centroscentros estereogênicosestereogênicos. isômeros PGQUIM - UFC19 isômeros constitucionais estereoisômeros isômeros cis/trans isômeros que contêm centros estereogênicos
  • 20. Prof. Nunes 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
  • 21. Prof. Nunes 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.
  • 22. Prof. Nunes 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
  • 23. Prof. Nunes Simetria na QuímicaSimetria na Química 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.
  • 24. Prof. Nunes Simetria na QuímicaSimetria na Química 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
  • 25. Prof. Nunes 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.
  • 26. Prof. Nunes Elemento e Operação de SimetriaElemento e Operação de Simetria 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
  • 27. Prof. Nunes Elemento e Operação de SimetriaElemento e Operação de Simetria Uma orientação equivalente é uma orientação similar à original, masmas nãonão igualigual àà idênticaidêntica. PGQUIM - UFC27
  • 28. Prof. Nunes 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
  • 29. Prof. Nunes 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
  • 30. Prof. Nunes 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°
  • 31. Prof. Nunes Eixo de SimetriaEixo de Simetria 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)
  • 32. Prof. Nunes Eixo de SimetriaEixo de Simetria OutrosOutros exemplosexemplos:: PGQUIM - UFC32 W C C C C C C O O O O OO C4
  • 33. Prof. Nunes Eixo de SimetriaEixo de Simetria 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…
  • 34. Prof. Nunes Eixo de SimetriaEixo de Simetria OutrosOutros exemplosexemplos:: PGQUIM - UFC34
  • 35. Prof. Nunes A presença de eixos de simetria nãonão impedeimpede aa quiralidadequiralidade. De fato, a moléculamolécula abaixoabaixo éé quiralquiral. Eixo de SimetriaEixo de Simetria 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.
  • 36. Prof. Nunes ExercícioExercício Encontrar todos os possíveis eixos de rotação nas moléculas abaixo. PGQUIM - UFC36
  • 37. Prof. Nunes 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 )
  • 38. Prof. Nunes Plano de SimetriaPlano de Simetria 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
  • 39. Prof. Nunes Plano de SimetriaPlano de Simetria Plano horizontal ao eixo principal (σh): Ocorre quando o plano é traçado no sentido horizontal à molécula. C2 PGQUIM - UFC39 C2
  • 40. Prof. Nunes Plano de SimetriaPlano de Simetria 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
  • 41. Prof. Nunes ExercícioExercício Encontrar todos os possíveis planos de rotaçãoplanos de rotação nas moléculas abaixo. PGQUIM - UFC41
  • 42. Prof. Nunes Plano de SimetriaPlano de Simetria PGQUIM - UFC42
  • 43. Prof. Nunes 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 .
  • 44. Prof. Nunes ExercícioExercício Verificar se as moléculas em questão possuem centro de inversãocentro de inversão. PGQUIM - UFC44
  • 45. Prof. Nunes 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.
  • 46. Prof. Nunes EEixoixo dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio: (: (SSnn)) PGQUIM - UFC46
  • 47. Prof. Nunes EEixoixo dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio: (: (SSnn)) 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
  • 48. Prof. Nunes EEixoixo dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio: (: (SSnn)) RotaçãoRotação dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio ((SSnn)):: Casos Especiais 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
  • 49. Prof. Nunes EEixoixo dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio: (: (SSnn)) RotaçãoRotação dede RotaçãoRotação ImpróprioImpróprio ((SSnn)):: Casos Especiais 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
  • 50. Prof. Nunes ExercícioExercício Verificar se as moléculas em questão possuem eixoeixo dede rotaçãorotação impróprioimpróprio (Sn)(Sn) PGQUIM - UFC50
  • 51. Prof. Nunes 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 .
  • 52. Prof. Nunes 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.
  • 53. Prof. Nunes 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).
  • 54. Prof. Nunes 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 QuiralidadeQuiralidade PGQUIM - UFC54 este grupo pontual: é claramente quiral (IXa), e a simetria C2 é vista melhor usando projeções de Newman (IXb).
  • 55. Prof. Nunes QuiralidadeQuiralidade 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
  • 56. Prof. Nunes QuiralidadeQuiralidade 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.
  • 57. Prof. Nunes 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
  • 58. Prof. Nunes ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos 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.
  • 59. Prof. Nunes ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos 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
  • 60. Prof. Nunes ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos 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 ..
  • 61. Prof. Nunes ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos 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 + -
  • 62. Prof. Nunes ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos 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 .. +
  • 63. Prof. Nunes ÁtomosÁtomos EstereogênicosEstereogênicos 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
  • 64. Prof. Nunes 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 constitucionais estereoisômeros isômeros cis/trans isômeros que contêm centros estereogênicos enantiômeros diastereoisômeros
  • 65. Prof. Nunes O 22--bromobutanobromobutano pode existir como enantiômerosenantiômeros. Isômeros comIsômeros com 1 Centro1 Centro EstereogênicoEstereogênico PGQUIM - UFC65 EstereoisômerosEstereoisômeros -- EnantiômerosEnantiômeros
  • 66. Prof. Nunes 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
  • 67. Prof. Nunes 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).
  • 68. Prof. Nunes QuiralidadeQuiralidade 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*)
  • 69. Prof. Nunes 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
  • 70. Prof. Nunes 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
  • 71. Prof. Nunes EstereocentroEstereocentro Identifique todos os estereocentrosestereocentros de cada um dos compostos seguintes: PGQUIM - UFC71
  • 72. Prof. Nunes EstereocentroEstereocentro Identifique todos os estereocentrosestereocentros de cada um dos compostos seguintes: PGQUIM - UFC72
  • 73. Prof. Nunes Isômeros comIsômeros com mais de 1mais de 1 CentroCentro QuiralQuiral EstereoisômerosEstereoisômeros com tal característica são chamados de diastereoisômerosdiastereoisômeros. isômeros isômeros constitucionais estereoisômeros PGQUIM - UFC73 isômeros cis/trans isômeros que contêm centros estereogênicos enantiômeros diastereoisômeros
  • 74. Prof. Nunes 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..
  • 75. Prof. Nunes Enantiômeros eEnantiômeros e DiastereoisômerosDiastereoisômeros PGQUIM - UFC75
  • 76. Prof. Nunes 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.
  • 78. Prof. Nunes 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.
  • 79. Prof. Nunes Sugestão de LeituraSugestão de Leitura PGQUIM - UFC79
  • 80. Prof. Nunes 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
  • 81. Prof. Nunes Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S 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)
  • 82. Prof. Nunes Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S 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
  • 83. Prof. Nunes Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S 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
  • 84. Prof. Nunes Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S 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..
  • 85. Prof. Nunes Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S 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
  • 86. Prof. Nunes Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S 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)
  • 87. Prof. Nunes Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S 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.
  • 88. Prof. Nunes Sistema de Nomenclatura R/SSistema de Nomenclatura R/S 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
  • 89. Prof. Nunes ExercitandoExercitando IndiqueIndique aa configuraçãoconfiguração absolutaabsoluta dosdos centroscentros quiraisquirais.. (R)(R) (R)(R) PGQUIM - UFC89 (R)(R) (R)(R)
  • 90. Prof. Nunes ExercitandoExercitando ClassifiqueClassifique cadacada parpar dede moléculasmoléculas comocomo enantiômerosenantiômeros ouou idênticasidênticas.. (R)(R)(S)(S) enantiômerosenantiômeros (R)(R)(S)(S) PGQUIM - UFC90 enantiômerosenantiômeros enantiômerosenantiômeros enantiômerosenantiômeros (R)(R)(S)(S) (S)(S) (R)(R) (S)(S)(R)(R)
  • 91. Prof. Nunes ExercitandoExercitando 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
  • 92. Prof. Nunes 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
  • 93. Prof. Nunes DiastereoisômerosDiastereoisômeros 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
  • 94. Prof. Nunes DiastereoisômerosDiastereoisômeros 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
  • 95. Prof. Nunes DiastereoisômerosDiastereoisômeros 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. carbono estereogênico estes 2 grupos são diferentes carbono estereogênico
  • 96. Prof. Nunes DiastereoisômerosDiastereoisômeros 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
  • 97. Prof. Nunes DiastereoisômerosDiastereoisômeros 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
  • 98. Prof. Nunes 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
  • 99. Prof. Nunes Compostos MesoCompostos Meso 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
  • 100. Prof. Nunes Compostos MesoCompostos Meso 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
  • 101. Prof. Nunes Compostos MesoCompostos Meso 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
  • 102. Prof. Nunes Compostos MesoCompostos Meso 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 composto mesocomposto meso ciscis-1,2-dibromocicloexano par de enantiômerospar de enantiômeros transtrans-1,2-dibromocicloexano
  • 103. Prof. Nunes Compostos MesoCompostos Meso mesomeso ciscis-1,2-dibromocicloexano PGQUIM - UFC103 plano de simetria nenhum plano de simetria conformação cadeiraconformação cadeira conformação barcoconformação barco
  • 104. Prof. Nunes 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
  • 105. Prof. Nunes modificações na técnicamodificações na técnica Configuração AbsolutaConfiguração Absoluta 19511951 Bijvoet e colaboradores obter profundidadeobter profundidade aos padrõesaos padrões fotográficosfotográficos PGQUIM - UFC fotográficosfotográficos
  • 106. Prof. Nunes Configuração AbsolutaConfiguração Absoluta 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.
  • 107. Prof. Nunes Projeção de FischerProjeção de Fischer 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. carbono estereogênico
  • 108. Prof. Nunes Projeção de FischerProjeção de Fischer PGQUIM - UFC108
  • 109. Prof. Nunes Projeção de FischerProjeção de Fischer PGQUIM - UFC109
  • 110. Prof. Nunes 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.
  • 111. Prof. Nunes 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
  • 112. Prof. Nunes 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
  • 113. Prof. Nunes 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
  • 114. Prof. Nunes 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
  • 115. Prof. Nunes 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. AldoexosesAldoexoses 1852-1919 PGQUIM - UFC115 19001900, por EmilEmil FischerFischer. 1852-1919 115
  • 116. Prof. Nunes 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.
  • 117. Prof. Nunes 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 AldoexosesAldoexoses PGQUIM - UFC117 vegetal, uma semente grande, do tipo de uma noz, obtida de uma palmeira nativa da América do Sul.
  • 118. Prof. Nunes 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
  • 119. Prof. Nunes Formação de Hemiacetais CíclicosFormação de Hemiacetais Cíclicos 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 -
  • 120. Prof. Nunes As duas formas estereoisoméricas furanose da D-eritrose são nomeadas como: Formação de Hemiacetais CíclicosFormação de Hemiacetais Cíclicos 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
  • 121. Prof. Nunes Formação de Hemiacetais CíclicosFormação de Hemiacetais Cíclicos Existe uma outraoutra formaforma dede representarrepresentar a formação do hemiacetal cíclico. Como exemplo, vejamos a ciclização da DD-glicose. PGQUIM - UFC121
  • 122. Prof. Nunes Os hemiacetaishemiacetais cíclicoscíclicos de 55 e 66 membrosmembros são possíveis a partir da D-glicose: 5 membros: furanosesfuranoses -- glicofuranosesglicofuranoses 6 membros: piranosespiranoses -- glicopiranosesglicopiranoses Formação de Hemiacetais CíclicosFormação de Hemiacetais Cíclicos PGQUIM - UFC122
  • 123. Prof. Nunes 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
  • 124. Prof. Nunes 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
  • 125. Prof. Nunes 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
  • 126. Prof. Nunes 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
  • 127. Prof. Nunes 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
  • 128. Prof. Nunes PropriedadesPropriedades dosdos PGQUIM - UFC128 dosdos EstereoisômerosEstereoisômeros
  • 129. Prof. Nunes 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.
  • 130. Prof. Nunes PropriedadesPropriedades FísicasFísicas dosdos EstereoisômerosEstereoisômeros PGQUIM - UFC130 Propriedades Físicas enantiômerosenantiômeros == diastereoisômerosdiastereoisômeros ≠≠ Os dados mostram que:
  • 131. Prof. Nunes 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 ==
  • 132. Prof. Nunes 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. PropriedadesPropriedades QuímicasQuímicas dosdos EstereoisômerosEstereoisômeros 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 ≠≠
  • 133. Prof. Nunes 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, PropriedadesPropriedades QuímicasQuímicas dosdos EstereoisômerosEstereoisômeros PGQUIM - UFC133 levando a um produtoproduto enantiomericamenteenantiomericamente puropuro ou a um excessoexcesso enantioméricoenantiomérico, respectivamente.
  • 134. Prof. Nunes 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.
  • 135. Prof. Nunes 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
  • 136. Prof. Nunes Luz PolarizadaLuz Polarizada 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
  • 137. Prof. Nunes Luz PolarizadaLuz Polarizada 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
  • 138. Prof. Nunes Luz PolarizadaLuz Polarizada 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)
  • 139. Prof. Nunes 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
  • 140. Prof. Nunes 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
  • 141. Prof. Nunes 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 Atividade ÓticaAtividade Ótica –– CompostosCompostos QuiraisQuirais 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
  • 142. Prof. Nunes Se um composto oticamente ativo gira o plano de polarização no sentidosentido horáriohorário, é chamado dextrógirodextrógiro, indicado pelo sinal (+)(+). (R)(R)--(+)(+)--22--butanolbutanol Atividade ÓticaAtividade Ótica –– CompostosCompostos QuiraisQuirais 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
  • 143. Prof. Nunes 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 Atividade ÓticaAtividade Ótica –– CompostosCompostos QuiraisQuirais PGQUIM - UFC143 indicam aa disposiçãodisposição dosdos gruposgrupos sobresobre umum carbonocarbono assimétricoassimétrico. Alguns compostos com a configuração de RR são ((--)) e alguns SS são (+)(+)..
  • 144. Prof. Nunes 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
  • 145. 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.
  • 146. Prof. Nunes 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)
  • 147. Prof. Nunes 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? ExercitandoExercitando [[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
  • 148. Prof. Nunes 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.
  • 149. 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))
  • 150. Prof. Nunes 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
  • 151. Prof. Nunes 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
  • 152. Prof. Nunes 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
  • 153. Prof. Nunes 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.
  • 154. Prof. Nunes 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
  • 155. Prof. Nunes 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 ** PropriedadesPropriedades BiológicasBiológicas dede EstereoisômerosEstereoisômeros 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
  • 156. Prof. Nunes 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. PropriedadesPropriedades BiológicasBiológicas dede EstereoisômerosEstereoisômeros PGQUIM - UFC156 (R)(R)--((--))--carvonacarvona -- hortelãhortelã (S)(S)--(+)(+)--carvonacarvona -- cominhocominho. (R)(R)--((--))--carvonacarvona (S)(S)--(+)(+)--carvonacarvona
  • 157. Prof. Nunes O aspartameaspartame é muito utilizado como um adoçante. Todavia, somente o isômero (S,S)(S,S) apresentaapresenta sabersaber docedoce. PropriedadesPropriedades BiológicasBiológicas dede EstereoisômerosEstereoisômeros PGQUIM - UFC157
  • 158. Prof. Nunes 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. PropriedadesPropriedades BiológicasBiológicas dede EstereoisômerosEstereoisômeros PGQUIM - UFC158 N N H O O O O
  • 159. Prof. Nunes ativo menos ativo N N H O O O O PropriedadesPropriedades BiológicasBiológicas dede EstereoisômerosEstereoisômeros 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
  • 160. Prof. Nunes 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.
  • 161. Prof. Nunes DrogasDrogas QuiraisQuirais 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
  • 162. Prof. Nunes DrogasDrogas QuiraisQuirais 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
  • 163. Prof. Nunes DrogasDrogas QuiraisQuirais 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
  • 164. Prof. Nunes DrogasDrogas QuiraisQuirais Neste e nos próximos dois slides, serão apresentados mais exemplos de drogasdrogas quiraisquirais e as atividadesatividades farmacológicasfarmacológicas dede seusseus enantiômerosenantiômeros. PGQUIM - UFC164
  • 167. Prof. Nunes 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.
  • 168. Prof. Nunes 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.
  • 169. Prof. Nunes DrogasDrogas QuiraisQuirais 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
  • 170. Prof. Nunes Mercado dos FármacosMercado dos Fármacos -- CustosCustos N H OH OH O PGQUIM - UFC170 Cl N OH N N O H Cl OH Cl
  • 171. Prof. Nunes DrogasDrogas QuiraisQuirais 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
  • 172. Prof. Nunes DescritoresDescritores Universidade Federal do Ceará Centro de Ciências Curso de PósPós--GraduaçãoGraduação em Química PGQUIM - UFC172 DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos
  • 173. Prof. Nunes 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
  • 174. Prof. Nunes 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.
  • 175. Prof. Nunes 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
  • 176. Prof. Nunes 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.
  • 177. Prof. Nunes 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.
  • 178. Prof. Nunes (1) (1a) (2) DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((rr ee ss)) 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.
  • 179. Prof. Nunes (1) (1a) (2) DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((rr ee ss)) 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.
  • 180. Prof. Nunes DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((rr ee ss)) 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
  • 181. Prof. Nunes 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.
  • 182. Prof. Nunes 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.
  • 183. Prof. Nunes 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
  • 184. Prof. Nunes 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
  • 185. 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
  • 186. 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
  • 187. Prof. Nunes 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.
  • 188. Prof. Nunes 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.
  • 189. Prof. Nunes 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.
  • 190. Prof. Nunes 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
  • 191. Prof. Nunes 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
  • 192. Prof. Nunes 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..
  • 193. Prof. Nunes DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RRaa ee SSaa)) 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
  • 194. Prof. Nunes DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RRaa ee SSaa)) 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
  • 195. Prof. Nunes DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((RRaa ee SSaa)) 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
  • 196. 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.
  • 197. 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
  • 198. Prof. Nunes DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((cc ee tt)) Outros exemplos: estão situados do mesmo lado: cc estão situados em lados opostos: tt PGQUIM - UFC198
  • 199. Prof. Nunes DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((cc ee tt)) 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
  • 200. 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
  • 201. 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
  • 202. 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
  • 203. 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
  • 204. 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
  • 205. 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.
  • 206. Prof. Nunes DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((entent ee epiepi)) 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
  • 207. Prof. Nunes DescritoresDescritores EstereoquímicosEstereoquímicos ((entent ee epiepi)) O descritor entent,, precedendo a um nome semissistemático, indica que o composto é o enantiômero daquele denominado pelo nome. PGQUIM - UFC 207
  • 208. Prof. Nunes 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