Estereoquímica

Prof. Nunes
Estereoquímica
Universidade Federal do Ceará
Centro de Ciências
Química Orgânica I
Prof. Dr. José Nunes da Silva Jr.
nunes.ufc@gmail.com
49

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O termo isômero vem das palavras gregas isos e meros, que significam
"feito das mesmas partes".
Isto é, os isômeros são compostos que são construídos a partir dos
mesmos átomos, mas que ainda diferem uns dos outros.
Isomeria: Isômeros Constitucionais
50
isômeros
isômeros constitucionais estereoisômeros
isômeros cis/trans isômeros que
contêm centros
quirais
Compostos com as
mesmas fórmulas moleculares
C2H6O C2H6O

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Isomeria: Isômeros Constitucionais
51
isômeros
isômeros cis/trans isômeros que
contêm centros
quirais
Os isômeros se dividem em isômeros constitucionais e estereoisômeros.
Isômeros constitucionais diferem na conectividade de seus átomos.
Estereoisômeros têm os átomos conectados igualmente, mas a disposição
espacial deles é diferente.

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Isomeria : Isômeros Constitucionais
52
Os estereoisômeros, por sua vez, são subdivididos em duas classes, de
acordo com:
 a presença de ligações duplas ou
 centros estereogênicos.
isômeros
isômeros com
duplas ligações
isômeros com
centros de
quiralidade

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Isomeria : Isômeros Constitucionais
53
Os dois alcenos acima representam 2 diferentes compostos com diferentes
propriedades físicas,
 porque a ligação dupla não experimenta a rotação livre como
ligações simples fazem.
A rotação em torno da ligação dupla C=C destruiria a sobreposição entre os
orbitais p. Portanto, a ligação dupla C=C não tem rotação livre à temperatura
ambiente.
cis-2-buteno trans-2-buteno
estereoisômeros

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Isomeria : cis/trans
54
Para que seja possível utilizar a terminologia cis-trans para diferenciar
estereoisômeros,
 tem de haver dois grupos idênticos, para comparar,
ligados a dois carbonos diferentes da dupla ligação.
Os átomos de hidrogênio também podem ser utilizados para atribuir a
terminologia cis-trans; por exemplo:
é trans por causa dos Hs

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55
Quando dois grupos idênticos estão ligados na mesma posição (mesmo
carbono), não há isomeria cis-trans.
Por exemplo, considere o seguinte composto:
é igual a

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56
Determine se o estereoisômero mostrado abaixo apresenta configuração cis
ou trans?
Solução:
Nomear os quatro grupos ajuda a identificar os grupos idênticos. Há
sempre quatro grupos em qualquer ligação dupla (mesmo que alguns
desses grupos sejam apenas átomos de hidrogênio). Nesse caso,
nomear os grupos que tornam evidente que há dois grupos isopropila
que são cis para entre si.
isopropila
isopropila
metila
etila

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57
Para cada um dos seguintes compostos, determine se ele apresenta uma
configuração cis ou trans.
Isomeria - Exercício
X
X

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58
Estereoisomerismo – Centros de Quiralidade
isômeros
isômeros com
duplas ligações
isômeros com
centros de
quiralidade
Anteriormente, vimos que os estereoisomeros são subdivididos em duas
classes, de acordo com a presença de duplas ou centros de quiralidade.
Como já analisamos a estereoisomeria baseada em duplas ligações, vamos
estudar agora os centros de quiralidade.

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59
Qualquer objeto pode ser visto em um espelho, revelando sua imagem no
espelho. Tomemos, por exemplo, um par de óculos de sol.
Para muitos objetos, como os óculos de sol,
 a imagem do espelho é idêntica ao objeto real.
 a sua imagem no espelho e o objeto são sobreponíveis.

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60
No caso, se removermos uma das lentes, a sua imagem no espelho e objeto
passam a ser diferentes.
 Um par está faltando a lente direita, enquanto o outro par
está faltando a lente esquerda.
 Nesse caso, a sua imagem no espelho e o objeto não são
sobreponíveis.

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61
A mão esquerda não se encaixa na mão direita de uma luva,
 e a mão direita não se encaixa na mão esquerda da luva.
Objetos, como as mãos, que não são sobreponíveis com suas imagens
especulares
 são chamados de objetos quirais.
Estereoisomerismo - Centros de Quiralidade
não sobreponíveis
espelho

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62
Moléculas são objetos tridimensionais e também podem ser classificadas
como: quirais ou aquirais.
 As moléculas quirais não são sobreponíveis com suas imagens
especulares.
 Moléculas aquirais são sobreponíveis com suas imagens
especulares.
O que faz uma molécula ser quiral?
Estereoisomerismo - Quiralidade

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63
A fonte mais comum de quiralidade molecular é a presença de um átomo de
carbono que carrega quatro grupos diferentes.
Há duas maneiras diferentes de organizar quatro grupos em torno de um
carbono central átomo.
 estes dois arranjos são imagens especulares não sobreponíveis
que diferem um do outro apenas no arranjo espacial dos seus
átomos, e, portanto, eles são estereoisômeros.
espelho
Estereoisomerismo –Quiralidade

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Enantiômeros
64
Quando um composto é quiral, ele terá uma imagem especular não-
sobreponível, denomidada seu enantiômero.
O composto e sua imagem especular não-sobreponível
 constituem um par de enantiômeros.
espelho
par de enantiômeros
o
par de
enantiômeros

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65
Em 1996, a IUPAC recomendou que um átomo de carbono tetraédrico tendo
quatro grupos diferentes seja chamado de um centro de quiralidade.
Outros nomes de uso comum incluem:
 centro quiral,
 estereocentro,
 centro estereogênico e
 centro assimétrico.
Para o restante de nossa discussão, vamos usar o termo recomendado pela
IUPAC.
Abaixo estão alguns exemplos de centros de quiralidade:
Centros de Quiralidade

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66
Cada um dos átomos de carbono destacados carrega quatro grupos
diferentes.
No último composto, o átomo de carbono é um centro de quiralidade,
 porque um caminho em torno do anel diferente do
que é o outro caminho.
Em contraste, o seguinte composto não apresenta um centro de quiralidade.
Neste caso, os sentidos horário e anti-horário são idênticos.

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67
Identifique todos os centros de quiralidade.
Ácido ascórbico
(Vitamina C)
Vitamina D3
Captoptil
usado no tratamento
de pressão alta
Mestranol
Contraceptivo oral
*
* *
*
* *
* *
* * *
* *
*

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Quiral ou Aquiral
68
Todavia, esta afirmação não é necessariamente verdadeira para
compostos com dois centros de quiralidade.
Considere os cis e trans do 1,2-dimetilcicloexano:
AFIRMAÇÃO
Qualquer composto com um único centro de quiralidade tetraédrico.
 tem de ser quiral.

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Simetria e Quiralidade
69
Cada um destes compostos tem dois centros de quiralidade, mas
 o isômero trans é quiral, e
 o isômero cis é aquiral.
Para entender o porquê desta diferença, devemos explorar a relação
entre a simetria e quiralidade.
Em termos gerais, existem apenas dois tipos de simetria:
 simetria rotacional e
 simetria reflexional.
*
*
* *

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70
O isômero trans exibe uma simetria de rotação. Para visualizar isso,
imagine que o anel cicloexano é perfurada com uma vara do imaginária.
Então, enquanto seus olhos estão fechados, a vara é rodada:
Se, depois de abrir os olhos, é impossível determinar se a rotação
ocorreu ou não, quando a molécula possui simetria rotacional.
A “vara imaginária” é chamado um eixo de simetria.

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71
O isômero cis não tem o mesmo eixo de simetria que o isômero trans
exibe.
Se nós “perfurarmos” a molécula com um “bastão imaginário”,
teríamos de girar 360°, a fim de regenerar a mesma imagem.
 Portanto, este composto não apresenta simetria de rotação.

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72
No entanto, o composto exibe simetria reflexional.
Imagine fechar os olhos enquanto a molécula é refletida sobre o plano
mostrado na figura abaixo.
Todo o lado direito é refletido para o lado esquerdo. Ao abrir os olhos,
você não vai ser capaz de determinar se a reflexão teve lugar ou não.
Esta molécula possui um plano de simetria.

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73
Para resumir, uma molécula:
 com um eixo de simetria possui simetria rotacional.
 com um plano de simetria possui simetria reflexional.
Com uma compreensão destes dois tipos de simetria, podemos agora
explorar a relação entre a simetria e quiralidade.

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74
A quiralidade NÃO é dependente de qualquer forma com simetria de
rotação.
A presença ou ausência de um eixo de simetria
 é totalmente irrelevante para a determinação se um composto é
quiral ou aquiral.
Vimos que trans-1,2-dimetilcicloexano possui simetria rotacional. No
entanto, o composto é ainda quiral e existe como um par de enantiômeros.
enantiômeros

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75
A quiralidade é unicamente dependente da presença ou ausência de
 simetria reflexional.
Qualquer composto que possui um plano de simetria será aquiral.
 O isômero cis de 1,2-dimetilcicloexano apresenta um plano de
simetria e, por consequência, é aquiral.
 Ele não tem um enantiômero.

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76
Embora a presença de um plano de simetria torna um composto aquiral,
 o inverso nem sempre é verdade,
 ou seja, a ausência de um plano de simetria, não
significa necessariamente que o composto é quiral.
Este composto não tem um plano de simetria, mas tem um outro tipo de
simetria reflexional.
Em vez de refletir sobre um plano, imagine refletir sobre um ponto no
centro do composto (ponto de inversão).
. ponto de inversão

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77
Durante o processo de inversão, o grupo metila na parte superior do
desenho (em uma cunha cheia) é refletida para o inferior do desenho
(em uma cunha hachurada).
Do mesmo modo, o grupo metila na parte inferior do desenho (cunha
hachurada) é refletida para o topo do desenho (em uma cunha cheia).
Todos os outros grupos são também refletidos sobre o centro
do composto.
 O composto é dito exibir um centro de inversão, o que lhe
confere uma simetria reflexional.
Como resultado, o composto é aquiral, embora ele não tenha um plano
de simetria.
. ponto de inversão

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78
Pode-se resumir a relação entre simetria e quiralidade com as três
seguintes declarações:
1) a presença ou a ausência de simetria de rotação é irrelevante
para quiralidade.
2) um composto que tem um plano de simetria será aquiral.
3) um composto que não tenha um plano de simetria
provavelmente será quiral (embora haja raras exceções, o que
pode, na maior parte das vezes, ser ignorado para os nossos
propósitos).

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79
Para cada um dos seguintes objetos, determine se possuem ou não um
plano de simetria:
sim
não
sim
sim
sim não

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80
Cada uma das seguintes moléculas tem um plano de simetria. Encontre-o.
Dica: Um plano de simetria pode cortar átomos ao meio.
Todos são aquirais

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Centro de Quiralidade Tetraédrico
81
A fonte mais comum de quiralidade molecular é a presença de um átomo de
carbono que carrega quatro grupos diferentes.
Há duas maneiras diferentes de organizar quatro grupos em torno de um
carbono central átomo.
 cada um destes dois arranjos são imagens especulares não
sobreponíveis define a configuração absoluta do carbono.
espelho

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Nomeando Enantiômeros
82
O sistema R, S foi desenvolvido por Cahn, Ingold e Prelog
 para definir a configuração absoluta (arranjo espacial) dos
átomos ou grupos ao redor do carbono assimétrico.
As letras R e S são utilizadas para indicar as duas configurações possíveis.

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Sistema de Nomenclatura R/S
83
Vamos primeiro olhar como podemos determinar a configuração absoluta
de um carbono se nós tivermos um modelo tridimensional do composto.
1) Classifique os grupos (ou átomos) ligados ao carbono estereogênico
segundo a ordem de prioridade. Os números atômicos dos átomos
diretamente ligados ao carbono assimétrico determinam as prioridades
relativas. Quanto maior o número atômico, maior a prioridade.
maior prioridade
menor prioridade

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84
O exemplo anterior foi relativamente fácil, pois todos os átomos ligados ao
carbono estereogênico eram diferentes.
Todavia, é mais comum encontrarmos 2 ou mais átomos com o mesmo
número atômico.

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85
Neste caso, 2 átomos de carbono estão diretamente conectados ao
centro de quiralidade.
Qual o átomo de prioridade 2?
Faça uma lista dos 3 átomos ligados a cada um destes átomos de
carbono, em ordem decrescente de número atômico, e compare:
14
As listas são idênticas

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86
Quando as listas são iguais,
 nos distanciamos do centro de quiralidade e
geramos uma outra lista.
Ponto de
desempate
14
32
As listas são idênticas

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87
Ao atribuir prioridades, uma ligação dupla
 é considerada como duas ligações individuais separadas.
O átomo de carbono (destacado) acima é tratado como se estivesse
conectado a dois átomos de oxigênio.
A mesma regra é aplicada para qualquer tipo de dupla ligação.
1
4
3
2
A lista para este
átomo de carbono
O átomo de O
conta 2 vezes

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88
2) Oriente a molécula para que o grupo (ou átomo), com a prioridade mais
baixa (4) seja dirigido para longe de você. Em seguida, desenhe uma
seta imaginária partido do grupo (ou átomo) com o prioridade mais alta
(1) para o grupo (ou átomo) com a próxima prioridade (2).
 Se a seta aponta no sentido horário, o carbono assimétrico possui
a configuração R (R de rectus, palavra latina que significa "direito").
 Se a seta aponta para a esquerda, o carbono assimétrico tem
a configuração S (S de sinister, palavra latina que significa
"esquerda").
(4)
(1)
(2)
(3)
R
observador

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89
Se você tem problemas para visualizar relações espaciais e não tiver
acesso a um modelo molecular, a metodologia abaixo permitirá que você
determine a configuração assimétrica de um carbono sem ter de girar
mentalmente a molécula.
1) Ranqueie os átomos (ou grupos) segundo suas prioridades.

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90
Se o grupo (ou átomo) com a prioridade mais baixa está ligado por uma
cunha tracejada,
 desenhe uma seta a partir do grupo (ou átomo) com a
prioridade mais alta (1) para o grupo (ou átomo) com a
segunda maior prioridade (2).
Se a seta aponta no sentido horário, o composto tem a configuração R, e
Se aponta para a esquerda, o composto tem a configuração S.
(S)-2-bromobutano (R)-2-bromobutano

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91
Alguns alunos têm problemas para girar uma molécula e redesenhá-la na
perspectiva adequada (com a quarta prioridade para trás do plano).
Se você está tendo problemas, há uma técnica útil baseada nas seguintes
regras:
 uma troca entre quaisquer dois grupos em um centro de
quiralidade
 inverterá a configuração.

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92
 Duas trocas entre quaisquer dois grupos em um centro de quiralidade
 manterá a configuração original.

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93
Outros exemplos:
1 troca
2 trocas
(R)
(S)
(R)

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Exercitando
94
Indique a ordem de prioridade de cada conjunto de substituintes.
3
2
4
31
2
4
1
3
2
4
3 1
2
4
1

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Sistema de Nomenclatura R/S - Exercícios
95
Determine as configurações absolutos dos centros de quiralidade em cada
molécula abaixo.
R
S S R
S
R
R
R S
S

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Exercitando
96
Indique a configuração absoluta dos centros quirais.
(R)
(R) (R)
(R)

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Projeção de Fischer
97
Uma representação simplificada, chamada de Projeção de Fischer,
 mostra o arranjo tridimensional dos grupos ligados ao
carbono assimétrico em duas dimensões.
A projeção de Fischer representa um carbono assimétrico com o ponto
de intersecção entre as duas linhas perpendiculares:
 linhas horizontais: ligações para frente do plano
 linhas verticais: ligações para trás do plano.
carbono estereogênico

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Exercitando
98
Classifique cada par de moléculas como enantiômeros ou idênticas.
(R)(S)
enantiômeros
enantiômeros
enantiômeros
enantiômeros
(R)(S)
(S) (R)
(S)(R)

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99
H para trás - mantém-se a configuração determinada
Projeção de Fischer
H para frente - inverte-se a configuração determinada
(R)-3-cloroexano (S)-3-cloroexano

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100
Diastereoisômeros são estereoisômeros que não mantêm uma relação
objeto-imagem.
De acordo com esta definição, podemos entender por isômeros cis-trans
são diastereoisômeros.
isômeros
isômeros com
duplas ligações
isômeros com
centros de
quiralidade
enantiômeros diastereoisômeros
cis-2-buteno trans-2-buteno
Isômeros com mais de 1 Centro de Quiralidade

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101
Considere o seguinte estrutura:
Este composto tem dois centros de quiralidade. Cada um pode ter a
configuração R ou S,
 dando origem a quatro possíveis estereoisômeros
(dois pares de enantiômeros):
um par de enantiômerosum par de enantiômeros

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102
Para descrever a relação entre estes quatro estereoisômeros,
 vamos olhar para um deles (1R,2S por exemplo) e
 descrever sua relação com os outros três estereoisômeros.
Quando TODOS os centros de quiralidade são invertidos no objeto quando
comparados com sua imagem especular, temos um par de enantiômeros.
Qualquer outra possibilidade, define um par de diastereoisômeros.
Enantiômero Diastereoisômeros
1S,2R 1R,2R
1S,2S
um par de enantiômerosum par de enantiômeros

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103
Outro exemplo:
Referência: 1R, 2R, 3S
Enantiômero Diastereoisômeros
1S,2S,3R 1R,2R,3R
1S,2S,3S
1R,2S,3S
1S,2R,3R
1R,2S,3R
1S,2R,3S

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104
Outro exemplo:
enantiômeros
diastereoisômeros
enantiômeros
diastereoisômeros
diastereoisômeros

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Número de Estereoisômeros
105
Note que a presença de três centros de quiralidade produz uma família de
quatro pares de enantiômeros (8 estereoisômeros).
Um composto com quatro centros de quiralidade irá gerar uma família de
oito pares de enantiômeros (16 estereoisômeros).
Isso levanta a questão óbvia:
Qual é a relação entre o número de centros de quiralidade e o número de
estereoisômeros na família?
Número máximo de estereoisômeros = 2n

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Número de Estereoisômeros
106
O colesterol tem oito centros de quiralidade, dando origem a uma família de
28 estereoisômeros (256 estereoisômeros).
O estereoisômero mostrado tem:
 1 enantiômero e
 254 diastereômeros.
A estrutura mostrada é o único estereoisômero produzido pela natureza.

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Estereoisômeros
107
Identifique se cada um dos seguintes pares de compostos são
enantiômeros ou diastereoisômeros.
enantiômeros diastereoisômeros
enantiômeros
diastereoisômeros diastereoisômeros
diastereoisômeros

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Compostos Meso
108
Temos visto que a presença de centros de quiralidade
 não necessariamente torna um composto quiral.
Especificamente, um composto que exibe uma simetria reflexional será
aquiral, embora ele tenha centros de quiralidade.
Tais compostos são chamados compostos meso.
Composto meso

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Compostos Meso
109
Uma família de estereoisômeros contendo um composto meso terá um
número menor que 2n estereoisômeros.
Como um exemplo, considere o composto seguinte:
Este composto tem dois centros de quiralidade e, portanto, seria de
esperar 22 (= 4) estereoisômeros. Em outras palavras, espera-se dois
pares de enantiômeros:
um par de
enantiômeros
estas duas representações representam
o mesmo composto (meso)

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Compostos Meso
110
O primeiro par de enantiômeros atende às expectativas. Mas o segundo par
é, realmente, apenas um composto.
O composto apresenta simetria reflexional e é, portanto, um composto
meso:
O composto meso não é quiral, e não tem um enantiômero.
um par de
enantiômeros
estas duas representações representam
o mesmo composto
plano de simetria

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Estereoquímica
Centro de Ciências
nunes.ufc@gmail.com
111

Prof. Nunes
Propriedades
dos
Estereoisômeros
Centro de Ciências
nunes.ufc@gmail.com
112

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113
Propriedades dos Estereoisômeros
Os estereoisômeros podem apresentar diferentes propriedades
 Físicas
 Químicas
 Óticas (um tipo de Física)
 Biológicas
O entendimento das propriedades de enantiômeros e diastereoisômeros é
de suma importância.

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114
Propriedades Físicas dos Estereoisômeros
Propriedades Físicas
enantiômeros =
diastereoisômeros ≠
Os dados mostram que:
Propriedades físicas dos estereoisômeros do ácido tartárico
Ponto de
Fusão (oC)
Solubilidade,
g/100 g H2O a 15oC
(2R,3R) 170 139
(2S,3S) 170 139
(2R,3S) 140 125

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115
Os estereoisômeros, por terem a mesma composição e conectividade,
têm os mesmos grupos funcionais.
 Portanto, reagirão “igualmente (mesmo tipo de reação)” frente
ao mesmo reagente.
OH
OH
SOCl2
SOCl2
Cl
Cl
Propriedades Químicas dos Estereoisômeros
Propriedades Químicas
enantiômeros =
diastereoisômeros =

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116
Todavia, enantiômeros poderão reagir de formas disitintas em termos
cinéticos em reações que utilizem ambientes quirais.
Nas moléculas quirais da natureza, como aminoácidos, enzimas,
proteínas e o próprio DNA, uma dessas formas espelhadas é mais
usada e abundante que a outra.
Isso ocorre porque a estrutura espacial de cada enantiômero
determinará a forma como reage com os receptores, sendo alguns se
encaixam perfeitamente e outros não.
Portanto, podemos considerar que os enantiômeros podem apresentar
propriedades químicas diferentes.
Propriedades Químicas dos Estereoisômeros
Propriedades Químicas
enantiômeros ≠

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Atividade Óptica
dos
Estereoisômeros
Centro de Ciências
nunes.ufc@gmail.com
117

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118
Propriedades Ópticas dos Estereoisômeros
Embora a atividade óptica (habilidade de um composto de desviar o
plano da luz polarizada) seja uma propriedade física dos compostos,
devido à sua importância na Estereoquímica, merece
 um destaque especial, e
 ser estudada separadamente.
Antes de estudarmos a habilidade de um composto em desviar o plano
da luz polarizada,
 devemos entender melhor o que é um plano da luz
polarizada.

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Luz Polarizada
119
A luz é uma energia radiante que impressiona os olhos é chamada, de
uma forma mais técnica, de ondas eletromagnéticas.
Chamamos de onda eletromagnéticas o tipo de onda formada por um
componente elétrico e outro magnético que estão perpendiculares entre
si e que se deslocam em uma direção perpendicular.

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Luz Polarizada
120
A luz normal, após passar através de um polarizador, como uma lente
polarizada ou um Prisma Nicol, se torna uma luz plano-polarizada (ou
simplesmente luz polarizada), a qual oscila apenas em um único plano
através do caminho de propagação.
polarizador
Onda não polarizada
Onda polarizada

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Luz Polarizada
121
Em 1815, o físico Jean-Baptiste Biot descobriu que algumas
substâncias orgânicas naturais eram
 capazes de girar o plano da luz polarizada.
Sendo que algumas giravam o plano de polarização
 no sentido horário, outras
 no sentido anti-horário, e outras
 não giravam o plano de polarização.
(1774 -1862)
observador
analisadorcela contendo
moléculas orgânicas
polarizadorfonte de
luz
luz
polarizada

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122
Portanto, um composto aquiral
 não gira o plano de polarização.
 é opticamente inativo.
Quando a luz polarizada passa através de uma solução de moléculas
aquirais,
 a luz emerge a partir da solução
 com o seu plano de polarização inalterado.
Atividade Óptica – Compostos Aquirais
O plano de polarização
não foi giradodireção da propagação da luz
cela contendo
moléculas aquirais
polarizadorFonte de
luz
luz
normal
luz
polarizada
luz
polarizada

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Atividade Óptica – Compostos Quirais
123
Portanto, um composto quiral
 gira o plano de polarização.
 é opticamente ativo.
Quando a luz polarizada passa através de uma solução de moléculas
quirais,
 a luz emerge a partir da solução
 com o seu plano de polarização alterado.
O plano de polarização
foi giradodireção da propagação da luz
polarizadorFonte de
luz
luz
normal
luz
polarizada
luz
polarizada
cela contendo
moléculas quirais

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Luz Polarizada
124
Jean-Baptiste Biot previu que a capacidade de girar o plano
de polarização era atribuída a alguma assimetria nas
moléculas.
Jacobus Hendricus Van't Hoff e Joseph Achille Le Bel,
depois, determinaram que a assimetria molecular estava
associada aos compostos que apresentavam um ou mais
carbonos estereogênicos.
(1852-1911) (1847-1930)
(1774 -1862)

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125
Propriedades Ópticas dos Estereoisômeros
Enquanto os enantiômeros desviam a luz polarizada
 em sentidos opostos
 na mesma magnitude
Os diastereosômeros desviam a luz polarizada
 em sentidos opostos ou não
 em diferentes magnitudes
Propriedades Óticas
enantiômeros = magnitudes
≠ sentidos
diastereoisômeros ≠ magnitudes
= ou ≠ sentidos

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126
Portanto, se um composto opticamente ativo gira o plano de polarização
no sentido horário, é chamado dextrógiro, indicado pelo sinal (+).
Se um composto opticamente ativo gira o plano de polarização no
sentido anti-horário, é chamado de levógiro, indicado pelo sinal (-).
Às vezes, as letras minúsculas d e l são usadas em vez de (+) e (-).
(R)-(+)-butan-2-ol
(S)-(-)-ácido málico

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127
É importante reassaltar que não devemos associar (+) e (-) com R e S,
respectivamente.
Os símbolos (+) e (-)
 indicam a direção em que um composto opticamente ativo gira o
plano de polarização.
Os símbolos R e S
 indicam a disposição dos grupos sobre um carbono assimétrico.
Alguns compostos com a configuração de R são (-) e alguns S são (+).
(R)-(-)-Carvona (S)-(+)-Carvona

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Rotação Óptica
128
O grau em que um composto opticamente ativo gira o plano de polarização
pode ser medido com um instrumento chamado polarímetro.
O grau em que o analisador é girado pode ser lido e representa a diferença
entre amostras oticamente
 ativas (quirais)
 inativas (aquirais)
Isso é chamado de rotação observada (a) e é medida em graus.
direção da propagação da luz
polarizadorFonte de
luz
luz
normal
luz
polarizada
luz
polarizada
cela contendo
moléculas quirais
analisador
observador

Prof. Nunes
129
A rotação observada (a) é proporcional
 à concentração da substância (C), e
 ao comprimento da cela (l)
Logo a proporcional a C.l
Para transformar uma proporcionalidade em igualdade, devemos inserir uma
constante de proporcionalidade. Neste caso, chamaremos esta constante de
rotação específica: [a]D
a = [a]D C.l ou
Rotação Óptica
Unidades
C (g/mL)
l (dm)

Prof. Nunes
130
A rotação observada de 2,0 g de um composto em 50 mL de solução em um
tubo de polarímetro de 50 centímetros de comprimento foi de +13,4o. Qual é
a rotação específica do composto?
Exercitando
[a]D = a
c.l
[a]D = 13,4
0,04 . 5
[a]D = 13,4
0,04 . 5
[a]D = 67º.mL.g-1.dm-1

Prof. Nunes
131
Quando sintetizamos um composto quiral com apenas um centro
estereogênico (por exemplo), podemos obtê-lo como:
 um único enantiômero (R ou S) ou
 uma mistura de enantiômeros (R + S).
 Quando a síntese leva à formação de um único enantiômero, dizemos que
a reação foi estereoespecífica, e o produto é enantiometicamente puro.
Substância Enantiomericamente Pura

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132
 Quado a síntese leva à formação de uma mistura de enantiômeros,
podemos ter duas situações.
1. mistura racêmica ou racemato [R] = [S]
2. excesso enantiomérico (e.e.) [R] ≠ [S]
Quando [R] > [S] temos um e.e. de (R)
Quando [S] > [R] temos um e.e. de (S)
Mistura de Enantiômeros

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133
Podemos determinar se uma amostra é constituída de um único enantiômero
ou uma mistura de enantiômeros através da medida de sua rotação
específica [a]D.
Pureza Ótica
%R
%S
%R
%S
100
0 100
0
50
50
rotação específica [a]D
+ 5,75 - 5,750,005,75 > [a]D > 0 -5,75 < [a]D < 0
e.e. de R e.e. de S
S.E.P. S.E.P.racemato
(R)-2-metilbutan-1-ol (S)-2-metilbutan-1-ol

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134
A partir da rotação específica [a]D podemos calcular a pureza óptica
(p.o.) de uma mistura.
p.o. = [a]D observada
[a]D do enantiômero puro
Por exemplo: se uma amostra de 2-metilbutan-1-ol tem uma rotação específica de
2,3º, sua pureza ótica é de 0,40. Em outras palavras, é 40%
opticamente pura - 40% da mistura consiste de um excesso de um
único enantiômero.
p.o. = 2,3 = 0,4 ou 40% logo....
5,75
% R + %S =100 2 %R = 140
% R - %S = e.e (40%) %R = 140 = 70% %S = 30%
2
Pureza Óptica

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Com o intuito de melhorar o entendimento dos estudantes sobre rotação
óptica de compostos orgânicos, desenvolvi um software educacional livre
nomeado Polarímetro Virtual.
135
Polarímetro Virtual
(http://www.ldse.ufc.br/polarimetro)

Prof. Nunes
Propriedades Biológicas
dos
Estereoisômeros
Centro de Ciências
nunes.ufc@gmail.com
136 Atualizado em jan/2018

Prof. Nunes
137
Propriedades Biológicas dos Estereoisômeros
Como diferentes estereoisômeros se comportam no sistema biológico?
Após termos estudado as propriedades físicas, químicas e ópticas de
estereoisômeros, estudaremos como se apresentam as propriedades
biológicas de estereoisômeros.

Prof. Nunes
138
Quase todas as macromoléculas biológicas, tais como DNA, RNA,
proteína, polinucleótidos e mesmo os aminoácidos, as unidades
estruturais básicas da vida, são quirais.
Apesar de enantiômeros de substâncias quirais terem as mesmas
propriedades físico-químicas,
 atividades bioquímicas, ao contrário das transformações
abióticas, podem ser bastante diferentes porque
 os processos bioquímicos geralmente mostram elevada
estereo- ou enantioselectividade.

Prof. Nunes
139
Por exemplo, reações enantiosseletivas ocorrem com
 enriquecimento biológico,
 degradação e
 outras ações fisiológicas.
Para organismos, enantiômeros, muitas vezes, exibem:
 efeitos diferentes
 ou toxicidades diferentes.
O enantiômero ativo (eutômero) de um composto quiral
 pode ter o efeito desejado sobre uma espécie-alvo,
 enquanto que o outro enantiômero pode não ter.
É aconselhável utilizar apenas os enantiômeros biologicamente ativos,
reduzindo a quantidade total de poluentes químicos liberados para o
ambiente e/ou organismo.

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140
Em 1894, Emil Fisher propôs o modelo chave-fechadura
para a interação fármaco-receptor, onde o fármaco agiria
como uma chave e o receptor (proteína) atuaria como uma
fechadura.
Devido ao fato do receptor ser quiral, enantiômeros poderão
se ligar de formas distintas com os sítios receptores,
levando a diferentes efeitos ou a nenhum efeito.
Propriedades Biológicas de Estereoisômeros
Emil Fisher
efeito biológico
sem efeito
Enantiômero R Enantiômero S
sítio ligante do receptor sítio ligante do receptor
substrato
Substrato
inadequado

Prof. Nunes
141
Os dois enantiômeros da efedrina, por exemplo, apresentam atividades bem
distintas.
Neste caso, na (-)-efedrina, ocorre uma formação adicional de uma ligação
de hidrogênio entre a hidroxila e um sítio da proteína.
OH
OH
H
OH
N+
H3C
H H
OH
OH
OH
H
N+
H3C
H H **
X
sítio
aniônico
área
plana
não ocorre interação
X
sítio
aniônico
área
plana
ocorre interação
(+)-Efedrina – menos ativa (-)-Efedrina – mais ativa

Prof. Nunes
142
Os receptores localizados no exterior do células nervosas no nariz são
capazes de perceber e diferenciar aproximadamente 10.000 odores
diferentes.
Os enantiômeros da carvona apresentam diferentes odores
 devido à simples troca de dois substituintes no carbono
estereogênico.
 (R)-(-)-carvona - hortelã
 (S)-(+)-carvona - cominho.
(R)-(-)-carvona (S)-(+)-carvona

Prof. Nunes
143
O aspartame é muito utilizado como um adoçante.
Todavia, somente o isômero (S,S) apresenta saber doce.

Prof. Nunes
144
Além de diferenças de sabores ou odores, enantiômeros podem diferir
seriamente quanto às suas propriedades biológicas.
Por exemplo, a Talidomida foi administrada, nos anos 60, como racemato para
o tratamento de enjôo matutino de grávidas nos Estados Unidos.
N
N
H
O
O
O
O

Prof. Nunes
145
(R)-Talidomida
sedativo
(S)-Talidomida
mutagênico
eutômero distômero
ativo menos ativo
N
N
H
O
O
O
O
N
N
H
O
O
O
O
N
N
H
O
O
O
O
Todavia, os enantiômeros que constituíam o racemato apresentavam
atividades bem distintas.

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146
A administração de droga como uma mistura racêmica pode levar a duas
situações diferentes, dependendo da ação do distômero, o qual pode:
 não apresentar nenhum efeito colateral mais sério;
 exibir um efeito colateral indesejável;
 exibir efeito terapêutico independente, mas não prejudicial.
Drogas Quirais

Prof. Nunes
147
Drogas Quirais
Alguns exemplos de drogas onde o distômero não apresenta nenhum
efeito colateral mais sério.
Os enantiômeros R são inativos e não apresentam efeitos colaterais.
O N
OH
H
O N
OH
H
N
S
N
N
O
O N
OH
H
O
(S)-Propanolol
(S)-Timolol
(S)-Metaprolol

Prof. Nunes
148
Drogas Quirais
Alguns exemplos de drogas onde o distômero exibe um efeito colateral
indesejável.
HS
COOH
NH2
HS
COOH
NH2
N
N
HO
H
H
OH
N
N
HO
H
H
OH
(R)-Penicilamina
anti-artrite
(S)-Penicilamina
mutagênico
(R,R)-Etambutol
tuberculóstico
(S,S)-Etambutol
causa cegueira

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149
Drogas Quirais
Ambos os isômeros apresentam valores terapêuticos independentes.
Darvon
analgésico
Novrad
anti-tussígeno
N
O
O
R
S N
O
O
R
S
(S)-Ketamina
anestésico
(R)-Ketamina
alucinógeno
O
N
CH3
H
Cl
R
O
N
H3C H
Cl
S

Prof. Nunes
150
Drogas Quirais
Neste e nos próximos dois slides, serão apresentados mais exemplos de
drogas quirais e as atividades farmacológicas de seus enantiômeros.

Prof. Nunes
151
Indústria Farmacêutica
A relevância do tema quiralidade e atividade biológica é confirmada na
análise da evolução do licenciamento de enantiômeros.
 Crescimento da produção de enantiômeros simples
 Diminuição da produção de racematos.
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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152
Mercado Mundial
64,6%
25,4%
10%
enantiômero puro
aquiral
racemato
 Percentuais dos tipos de fármacos comercializados no mundo (2004).
 US$ 48 bilhões
Fonte: Chem. Eng. News 2004, 82(24), 47-62.

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153
Mercado dos Fármacos - Custos
Cl
N
N
H OH
OH
O
OH
N
N
O
H
Cl
OH
Cl

Prof. Nunes
154
Drogas Quirais
Sugestão de leitura: Super remédios para quem?
Revista Época
Edição 363 - 20/04/2005
Acesse: http://revistaepoca.globo.com/Revista/Epoca/0,,EDG69991-6014-363,00.html
Embora seja um reportagem antiga, sua leitura é recomendável.

Prof. Nunes
155
Agroquímicos
Muitos agroquímicos comerciais têm estruturas quirais.
Por exemplo, cerca de 30% dos ingredientes ativos de pesticidas
registados
 contêm um ou mais centros quirais.
Os herbicidas são utilizados para controlar o crescimento de
vegetação indesejada e representam a maioria dos agroquímicos em
uso hoje.
 Alguns herbicidas quirais são vendidos como isômeros
opticamente ativos,
 mas por razões econômicas, muitos outros ainda são usados
como racematos.

Prof. Nunes
156
Agroquímicos
Fonte: Chiral Pesticides: Identification, Description, and Environmental Implications Elin M. Ulrich1, Candice N.
Morrison, Michael R. Goldsmith, and William T. Foreman Manuscript in preparation for Reviews of Environmental
Contamination and Toxicology

Prof. Nunes
Resolução
Quiral
Centro de Ciências
nunes.ufc@gmail.com
157

Prof. Nunes
158
Resolução Quiral
A maioria das moléculas na natureza são quirais, e a natureza geralmente
produz estas moléculas como enantiômeros simples.
Portanto, muitos compostos podem ser isolados a partir de fontes naturais na
forma de enantiômeros simples.
ácido tartárico
açúcares
aminoácidos
efedrina

Prof. Nunes
159
Resolução Quiral
Por outro lado, no laboratório, se fizermos compostos quirais a partir de
materiais de partida aquirais, estamos “condenados” a obter misturas
racêmicas.
Assim, como é que podemos obter compostos enantiomericamente puros,
sem que sejam de fontes naturais?
mistura racêmica

Prof. Nunes
160
Resolução Quiral
Vimos anteriormente que:
Como os processo de separação baseiam-se nas diferenças de propriedades
físicas dos compostos....
O processo de separação de misturas enantîoméricas
 se torna uma tarefa difícil.
Propriedades Físicas
enantiômeros iguais
difícil

Prof. Nunes
161
Resolução Quiral
Louis Pasteur foi o primeiro a separar um par de enantiômeros com sucesso.
Ao trabalhar com cristais de tartarato de amônio de sódio,
 ele observou que os cristais não eram idênticos!
 ele meticulosamente separou os dois tipos de cristais
com pinças.

Prof. Nunes
162
Resolução Quiral
Os enantiômeros não podem ser separados por técnicas de separação
habituais.
Todavia, podem ser separados com o auxílio de um reagente de resolução
quiral.
R
S
mistura de
enantiômeros
RR
S R
mistura de
diastereoisômeros
+ R
- R
- R
RR
S R
diastereoisômeros
separados
R
S
enantiômeros
separados

Prof. Nunes
163
Resolução Quiral
Podemos usar o, um ácido carboxílico quiral,
 para separar uma mistura racêmica de álcoois.
Teríamos dois produtos ésteres diastereoisoméricos que poderiam ser
separados por apresentarem diferentes propriedades físicas.
álcool racêmico
separar
diastereoisômeros
por cromatografia
comum(S)-ácido mandélico
ésteres
diastereoisoméricos

Prof. Nunes
164
Resolução Quiral
Depois de separados, cada éster poderia ser hidrolisado separadamente
 para obtermos o dois enantiômeros separados.
 e o (S)-ácido mandélico para ser reciclado.
A separação dos dois enantiômeros é chamada de resolução quiral.
Dois enantiômeros obtidos separadamente:
uma resolução foi realizada
ácido é recuperado
e pode ser reciclado

Prof. Nunes
165
Resolução Quiral
A Sigma-Aldrich comercializa 123 reagentes quirais de resolução.
Acesso em Set/2018

Prof. Nunes
166
Reagentes de Resolução Quiral
1g R$ 391,00
1g R$ 568,00
1g R$ 542,00
1g R$ 6.410,00
1g R$ 6.010,00
Acesso em Set/2018

Prof. Nunes
167
Resolução Quiral - Cromatrografia
Por outro lado, alguns compostos não possuem grupos funcionais reativos
 e não podem ser separados através da formação de um
diastereoisômero.
Também poderemos ter quantidades muito pequenas (mg) da mistura de
enantiômeros,
 inviabilizando a separação através de sucessivas reações
química.
Todavia, eles podem ser separados por Cromatografia Quiral.

Prof. Nunes
168
Resolução Quiral – Cromatrografia Quiral
coluna
solução
enatiômeros
fase estacionária quiral
molécula quiral
interagindo com
a fase estacionária

Prof. Nunes
169
Estratégias de Resolução Quiral
enantiômeros
fase
estacionária(S)-(+)-ácido mandélico
Formação de sais diastereoisoméricos
Separáveis por cristalização
Cromatografia quiral
Interações transientes com
os enantiômeros

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170
Exercitando....Exercitando....
Exercite teus conhecimentos com estes divertidos jogos computacionais.
http://www.ldse.ufc.br/stereogame
http://www.ldse.ufc.br/estereoquimica.apk

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