(Microsoft PowerPoint - Aula 07

ESTEREOQUÍMICA
Profa. Dra.Geisa Helmold Aspesi
Profa. Dra. Ana Lúcia Alves de Arruda
Definição
Isômeros
Isômeros constitucionais
Estereoisômeros
Diastereômeros
Enantiômeros
Moléculas quirais
Nomenclatura de enantiômeros
Propriedades dos enantiômeros
Atividade óptica
Sínteses de enantiômeros
Fármacos quirais
Estereoisomerismo de compostos cíclicos
Configurações relativa e absoluta
Resolução
Referências bibliogáficas
Definição
Investigações químicas que levam em conta
os aspectos espaciais das moléculas.
Isômeros
Compostos diferentes que têm a mesma fórmula
molecular.
OH
H3C
CH2
C2H6O
e
H3C O CH3
C2H6O
Subdivisão dos isômeros
ISÔMEROS
ISÔMEROS CONSTITUCIONAIS
ENANTIÔMEROS
ESTEREOISÔMEROS
DIASTEREÔMEROS
Isômeros constitucionais
CH3
Cadeia: C4H10O
Posição: C3H7Cl
H3CCH2CH2CH3 e H3CCHCH3
H3CCH2CH2Cl e H3CCHCH3
O
Função: C 3H6O
Metameria
(compensação): C4H10O
H3CCCH3
Cl
O
e H3CCH2C
H
H3COCH2CH2CH3 e H3CCH2OCH2CH3
O
Tautomeria: C3H6O
H3CCH2C
OH
e H3CCH C H
H
Estereoisômeros
Têm os mesmos átomos ligados na mesma
seqüência. Diferem nas suas conformações (disposição
espacial dos átomos).
Me
Me
Me
H
H
H
H
Me
cis-1,2-dimetil-ciclopentano
(C7H14)
trans-1,2-dimetil-ciclopentano
(C7H14)
Diastereômeros
Compostos que não são imagens especulares uns
dos outros.
Cl
H
Cl
H
C
C
C
C
Cl
H
H
cis
1,2-dicloroeteno
HO
Cl
trans
CH2OH
CH2OH
C O
C O
C
H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH2OH
CH2OH
D-frutose
D-psicose
Enantiômeros
São imagens especulares que não se superpõem.
CHO
CHO
CH3
HO
CH3
C H
H
C OH
H C OH
HO C
H
HO
C H
H C OH
CH2
CH2
H C OH
HO
C H
CH3
CH3
H C OH
HO
C H
CH2OH
2- butanol
D-glicose
CH2OH
L-glicose
Ocorre com compostos cujas moléculas são quirais
(têm a propriedade das mãos).
Carbono quiral ou assimétrico
CH3
H C OH
CO2H
A permuta de quaisquer dois grupos ligados ao
átomo de carbono quiral converte um enantiômero no
outro:
CH3
HO
C H
CH3
H
C OH
CH2
CH2
CH3
CH3
2- butanol
Estereocentro
Átomo ligado a grupos que ao sofrerem
permuta, formam um estereoisômero.
Reconhecimento de moléculas
quirais
Presença de um único estereocentro tetraédrico.
Plano de simetria ⇒ molécula aquiral.
Importância biológica da quiralidade
Os aminoácidos que constituem as proteínas
são quirais (exceto a glicina) e classificados como
levógiros;
Os carboidratos naturais são quase todos
dextrógiros.
As propriedades biológicas relacionadas à
quiralidade são específicas.
A especificidade para uma molécula quiral em
um sítio de recepção quiral é favorecida apenas
em uma direção.
Nomenclatura de enantiômeros
Nomenclatura Cahn, Ingold e Prelog ou sistema RS:
R ⇒ rectus = direito
S ⇒ sinister = esquerdo
- A cada grupo ligado ao estereocentro, atribui-se uma
prioridade: ao grupo de menor número atômico é dada
a menor prioridade e assim sucessivamente.
(2)
CH3
(4) HO
(1)
C H
CH2 (3)
CH3
- Se houver empate, o próximo conjunto de átomos nos
grupos deve ser examinado.
- A fórmula é girada de tal forma que o grupo de menor
prioridade fique oposto ao observador:
-
Um círculo deve ser traçado iniciando em (4), passando
por (3) e, finalmente (2).
⇒ Sentido horário
isômero R
- Se a direção é horária ⇒ enantiômero R
- Se a direção é anti-horária ⇒ enantiômero S
Propriedades dos enantiômeros
São praticamente idênticos.
Apresentam os mesmos pontos de fusão, ebulição,
índice de refração, solubilidade, etc...
Têm comportamento diferente quando interagem com
outras substâncias quirais (velocidades de reação
distintas).
Apresentam atividade óptica.
Atividade óptica
Comportamento em relação à luz planopolarizada.
-
Dextrorrotatório (D ou +) ⇒ quando desvia o
plano da luz polarizada no sentido horário.
-
Levorotatório (L ou -) ⇒ quando desvia o plano
da luz polarizada no sentido anti-horário.
-
Mistura racêmica (DL ou +) ⇒ mistura
equimolecular de dois enantiômeros. Não
apresenta rotação da luz planopolarizada.
Número de isômeros ópticos
Regra de Van’t Hoff: 2n, onde n= número de
carbonos assimétricos.
CHO
H C OH
H C OH
H C OH
CH2OH
D-ribose
n= 3
23 = 8
Rotação específica
[α] = α
c. l
[α] = rotação específica
α = rotação observada
C = concentração molar da solução ou densidade
de líquidos puros
l = comprimento do tubo do polarímetro em dm
Depende ainda da temperatura e do comprimento
de onda da luz.
CH3
HO C H
CH3
H C OH
CH2
CH2
CH3
CH3
(R)-2-butanol
(S)-2-butanol
[ α] 25= - 13,520C
D
[ α] 25= + 13,520C
D
(S)-(+)-2-butanol
(R)-(-)-2-butanol
Não há correlação entre a configuração e o sentido
de rotação da luz plano-polarizada.
HOCH2
CH3
C H
ClCH2
CH3
C H
CH2
CH2
CH3
CH3
(R)-(+)-2-metil-1-butanol
(R)-(-)-1-cloro-2-metil-butano
Mesma configuração e diferentes sentidos de rotação óptica
Excesso enantiomérico
Uma amostra constituída por um único
enantiômero é dita enantiomericamente pura (excesso
enantiomérico de 100%).
% do excesso = mols de um enantiômero - mols do outro enantiômero
x 100
enantiomérico
total de mols dos dois enantiômeros
Pode ser calculado pela rotação óptica:
ee% =
[α] observada
[α] do enantiômero puro
x 100
Ex: uma mistura de enantiômeros de 2-butanol
apresenta uma rotação específica de +6,76o.
Portanto o excesso enantiomérico de (S)-(+)-2butanol é de 50%.
ee = + 6,76º x 100 = 50%
+ 13,52º
Assim, 50% da mistura corresponde ao
enantiômero S e os outros 50% são constituídos
pela forma racêmica.
Síntese de enantiômeros
Formas racêmicas:
Reação efetuada com reagentes cujas moléculas
são aquirais e forma produtos cujas moléculas são
quirais. Forma-se uma mistura racêmica.
H3CCH2CCH3 + H2
O
2-butanona
(aquiral)
hidrogênio
(aquiral)
Ni
H3CCH2CHCH3
OH
2-butanol
(quiral 50:50 de R e de S)
CH2CH3
CH2CH3
C O
O C
H3C
CH3
H
H
H
CH2CH3
HO
OH
CH2CH3
C
C
H
H
H3C
CH3
H
CH3
H C OH
CH3
HO C H
CH2
CH2
CH3
CH3
(R)-(-)-2-butanol
(S)-(+)-2-butanol
Mistura racêmica
Síntese enantiosseletiva:
Quando uma reação leva à formação de um
enantiômero predominante.
-
-
Ocorre sob a influência de:
Um reagente, solvente ou catalisador que sejam
quirais;
Uma enzima.
O
O
lipase
C OEt
C OEt
O
+
C OH
HOH
F
(+)-2-fluor-hexanoato de etila
(racemato R e S)
F
(R)-(+)-2-fluor-hexanoato de etila
(ee > 99%)
F
Ácido (S)-(-)-2-fluor-hexanóico
(ee > 69%)
Fármacos quirais
H3C
CH3
CH3
C CH2
CH C OH
O
H
Ibuprofen
Antiinflamatório que tem apenas o isômero (S)
com ação efetiva.
O isômero (R) se converte lentamente no
organismo no (S).
O medicamento com exclusivamente o isômero (S)
tem efeito mais rápido que o baseado no racemato.
CH3
HO
CH2
C
CO2H
NH2
HO
Metildopa (Aldomet)
Anti-hipertensivo cujo efeito é devido ao isômero
(S).
CH3
H3C
C CH CO2H
SH NH2
Penicilamina
O isômero (S) é o agente terapêutico para artrite
crônica primária. O isômero (R) é altamente tóxico e
não tem ação terapêutica.
Moléculas com mais de um
estereocentro
H3CCHCHCH2CH3
2n 22 = 4 estereoisômeros possíveis
Br Br
2,3-dibromo-pentano
CH3
H C Br
H
C
Br
C2H5
Br
CH3
C H
Br
C H
C2H5
Enantiômeros
Br
CH3
C H
C
Br
H
C2H5
CH3
H C Br
Br
Enantiômeros
C H
C2H5
Compostos meso
Apresentam plano de simetria e tornam a molécula
aquiral e opticamente inativa.
2n 22 = 4 estereoisômeros possíveis
H3CCHCHCH3
Br Br
2,3-dibromo-butano
CH3
H C Br
H
C
Br
CH3
Br
CH3
C H
Br
Br
C H
CH3
H
São iguais
composto meso
CH3
C H
C Br
CH3
CH3
H C Br
Br
Enantiômeros
C H
CH3
Nomenclatura dos compostos com
mais de um estereocentro
Cada centro é analisado separadamente.
Br
H
CH3
C H
C
Br
CH3
(2R, 3R)-2,3-dibromo-butano
Projeção de Fischer
Fórmulas bidimensionais
Br
Fórmula
tridimensional
H
CH3
C H
C
Br
CH3
CH3
=
Br
H
H
Br
CH3
(2R, 3R)-2,3-dibromo-butano
Fórmula de projeção
de Fischer
Estereoisomerismo de compostos
cíclicos
H
Me
Me
H
H
H
Me
H
H
Me
Me
Me
Composto meso
Enantiômeros
Configurações relativa e absoluta
Configuração relativa ⇒ As reações que se passam
sem rompimentos com o estereocentro servem para
correlacionar as configurações de moléculas quirais.
Quebra da ligação com retenção de configuração
CH3
H C CH2
CH3
H C CH2
OH
CH2
CH3
(S)-(-)-2-metil-1-butanol
+ HCl
calor
CH2
Cl
+ HOH
CH3
(S)-(+)-1-cloro-2-metil-butano
Configuração absoluta ⇒ Arranjo espacial real
dos grupos em uma molécula quiral.
As configurações das moléculas quirais
relacionavam-se por intermédio de reações cuja
estereoquímica era conhecida.
Um composto foi escolhido arbitrariamente
como padrão:
O
C H
H C OH
CH2OH
(R)-(+)-gliceraldeído
O
C
H
HO C H
CH2OH
(S)-(-)-gliceraldeído
Em 1951, através da difração de raios-X, as
configurações absolutas do gliceraldeído foram
confirmadas.
Resolução
Separação dos enantiômeros de uma mistura
racêmica.
Reação de uma mistura racêmica com um certo
enantiômero de um outro composto.
Pasteur em 1848 separou enantiômeros de sais
de sódio e amônio do ácido tartárico.
Compostos com estereocentros
diferentes de carbono
Qualquer átomo tetraédrico, coordenado a quatro
grupos diferentes, constitui um estereocentro.
R1
R4
Si R2
R3
R1
R1
R4 Ge R2
R3
R4
N R2 X
R3
Moléculas quirais que não possuem
um átomo tetraédrico com quatro
grupos diferentes
Uma molécula é quiral quando não pode se superpor à
sua própria imagem especular.
H
H
C
Cl
H
H
C C C
C C
Cl
Cl
Cl
Nos alenos, os grupos ligados aos átomos de carbono
terminais (quirais) ficam em planos perpendiculares.
Referências Bibliográficas
ALLINGER, N. L.; CAVA, M. P.; De JONGH, D. C.; JOHNSON, C. R.;
LEBEL, N. A.; STEVENS, C. L. Química Orgânica. 2 ed. Rio de Janeiro: LTC,
1976, 961 p.
SOLOMONS, T. W.G.; FRYHLE, C. B. Química Orgânica. Vol 2. 7a ed. Rio de
Janeiro: LTC, 2001, 544 p.
MORRISON, R. BOYD, R. Química Orgânica. 8 ed. Lisboa: Fundação Calouste
Gulbenkian, 1986, 1639 p.
BERG, J. M.; TYMOCZKO, J. L.; STRYER, L. Bioquímica. 5 ed. Rio de Janeiro:
Guanabara Koogan S. A., 2004, 1059 p.
MARZZOCO, A; TORRES, B. B. Bioquímica Básica. 2 ed. Rio de Janeiro: Guanabara
Koogan S. A., 1999, 360 p.