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Química -UFSM
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Estereoquímica
• Conceitos• Forma tridimensional das moléculas
• Moléculas como objeto-imagens • Moléculas com simetria
• Separação de Enantiômeros• Diastereoisômeros • Atividade biológica • Como representar Estereoquímica
EstereoquímicaArranjo dos átomos no espaço
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5.1 Quiralidade e Estereoquímica, 5.2 Isomerismo: Isômeros Constitucionais e Estereoisômeros5.3 Enantiômeros e Moléculas QuiraisA QUÍMICA DE... Lateralidade Molecular da Vida,5.5 Mais sobre a Importância Biológica da Quiralidade5.6 Como Testar a Quiralidade: Planos de Simetria, 5.7 Nomenclatura de Enantiômeros: Sistema R,S,5.8 Propriedades dos Enantiômeros: Atividade Óptica, 5.9 Origem da Atividade Óptica,5.10 Síntese de Moléculas Quirais,5.11 Fármacos Quirais, A QUÍMICA DE... Ligação Seletiva de Enantiômeros de Fármacos às Formas do DNA
em Espiral Direita e Esquerda5.12 Moléculas com Mais de Um Centro de Quiralidade, 5.13 Fórmulas de Projeção de Fischer, 5.14 Estereoisomerismo de Compostos Cíclicos5.15 Relacionando Configurações através de Reações nas Quais Nenhuma Ligação com
o Centro de Quiralidade É Quebrada, 5.16 Separação de Enantiômeros: Resolução, 5.17 Compostos com Centros de Quiralidade Diferentes do Carbono5.18 Moléculas Quirais que Não Possuem Centro de Quiralidade
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Giro ligações simples
Equilíbrio
tem
Isômeros – Mapa Conceitual
simetriaEnergia
Confôrmeros
critério
critério
Diferentes relações entre grupos vicinais
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Confôrmeros – Mapa Conceitual
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Isomeria
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ISÔMEROSEstéreo
isômeros
sem simetria
de reflexão
sem planosem eixo
assimétrica
sem planoe com eixo dissimétrica
com simetria
de reflexão
com plano
e com eixoSimétrica
Quiral
Isômeros
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Plano desimetria
Sem Plano desimetria
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Substâncias não idênticas que possuem a mesma fórmula molecular.
Isômeros
IsômerosConstitucionais
IsômerosConformacionais
Estereoisômeros
FM =Conectividade =
FM = Conectividade ≠
CritérioEnergia Simetria
Sem Simetria de Reflexão
Com Simetria de Reflexão
EnantiômerosAssimétricos
Simétricos
EnantiômerosDissimétricos
simetria
Sem planocom eixo
tem planotem eixo
Sem planosem eixo
Me
Me
Me
Me
FM = fórmula molecular
Isômeros
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Substâncias não idênticas que possuem a mesma fórmula molecular.
Estereoisômeros
CritérioSimetria
Sem Simetria de Reflexão
Com Simetria de Reflexão
EnantiômerosAssimétricos
Simétricos
EnantiômerosDissimétricos
simetria
Sem planoSem eixo
tem planotem eixo
Sem planocom eixo
Estereoisômeros
Moléculas Quirais
Isômeros que não são imagens
Diastereoisômeros
trans cis
R S
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ISOMERIA
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Isomeria Conformacional
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Isômeros Constitucionais
• Tem a mesma fórmula molecular mas diferente fórmula estrutural
• Ambos isômeros são C4H10
• Tem a mesma fórmula molecular mas propriedades físicas
diferentes
P.E. = - 0.5C
P.E. = - 11.7 C
isobutano
butano
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Isômeros Geométricos
Z-2-penteno E-2-penteno
E-2-pentenoZ-2-penteno
Isômeros Geométricos
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Diastereoisômeros
cis trans
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Substâncias aquirais têm imagem especular sobreponível.
Substâncias quirais têm imagem especular não sobreponível.
Enantiômeros Moléculas idênticas
Estereoisômeros óticos
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Molécula Quiral Imagem especularNão sobreponível
Molécula aquiral Imagem especularsobreponível
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Um estereocentro (centro estereogênico) é um átomo no qual a troca
de dois grupos produz um estereoisômeros.
Estereoisômeros
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Configuração ZConfiguração R Configuração trans
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Classificação dos grupos (átomos)
ligados ao centro quiral
O sistema de nomenclatura CIP ou R,S
Cahn-Ingold-Prelog
Alguns autores consideram o 4 grupo com maior prioridade e o 1 com menor (sequencia de valoração)
Nomenclatura de Enantiômeros
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Robert Sidney Cahn (9 /06/1899),Christopher Kelk Ingold, (28 /10/ 1893 )Vladimir Prelog (23/07/1906)
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REGRA CIP para nomenclatura de enantiômeros (R,S)
Cahn, Ingold e Prelog (CIP) 1956
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Oriente o grupo (átomo) de menor prioridade (4) para trás do plano
Sentido horário (maior para o menor)= configuração R
Sentido anti-horário = configuração S
Nomeando Enantiômeros
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1
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4
1. Classifique os grupos ligados ao carbono assimétrico
2. Se o grupo (ou átomo) de menor prioridade está
ligado com uma cunha tracejada,
R,S usando a Fórmula
em perspectiva
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3. Se necessário, gire a molécula para que o grupo (ou átomo) de menor
prioridade esteja ligado com uma cunha tracejada
4. Pode-se desenhar a seta do grupo 1 para o grupo 2, passando pelo
grupo de menor prioridade (4), mas nunca passando pelo grupo de
menor prioridade (3).
Nomeando Enantiômeros
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1. Classifique o grupo (ou átomo) que está ligado ao carbono
assimétrico e desenhe uma seta do grupo com maior
prioridade obedecendo a ordem de prioridade
(R)-3-cloro-hexano
2. Se o grupo com menor prioridade estiver na ligação horizontal,
a nomeação será oposta à direção da seta
(S)-2-butanol
R,S usando a Projeção
de Fischer
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Uma projeção de Fischer pode somente ser rodada 180°
no plano do papel, obtendo-se a mesma molécula
3. A seta pode ir do grupo 1 ao 2, passando pelo grupo 4, mas
nunca pelo grupo 3
CO2H
OH
CH3H (S)-ácido lático
R,S usando a Projeção
de Fischer
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Fórmula em perspectiva
Projeção de Fischer
3-cloro-2-butanol
Enantiômero eritro Enantiômero treo
Desenhando Enantiômeros
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A cadeia principal da molécula é desenhada pelo zig-zag tradicional. Se os dois substituintes estiverem do mesmo lado do plano definido pela cadeia principal, a designação é sin. Se estiverem em lados opostos será anti.
SIN E ANTI
INVERSÃO DE WALDEN
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Substâncias quirais são opticamente ativas;
elas giram o plano de polarização.
Sentido horário (+) Sentido anti-horário (-)
Diferença de configuração R,S
Substâncias aquirais não giram o plano de polarização.
Elas são opticamente inativas.
Polarimetria
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Atividade ótica
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Um polarímetro mede o grau de rotação óptica de uma substância
T é a temperatura em °C
é o comprimento de onda
é a rotação observada em graus
𝑙 é o comprimento do tubo em decímetros;
c é a concentração em gramas por mL
Cada substância opticamente ativa tem uma rotação específica
característica
[𝛼] λ𝑇=
α
𝑐. 𝑙
Polarimetria
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Uma mistura racêmica, a qual contém a mesma quantidade dos dois
enantiômeros, é opticamente inativa
rotação específica observada
rotação específica do enantiômero puro
Excesso enantiomérico = excesso de um único enantiômero
mistura inteira
Polarimetria
Uma mistura racêmica, a qual contém a mesma quantidade dos dois
enantiômeros, é opticamente inativa. medido = zero
pureza óptica =
Acessar o site POLARÍMETRO VIRTUAL
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Diastereoisômeros são estereoisômeros que não são enantiômeros
Isômeros com mais de um carbono quiral:
um máximo de 2n estereoisômeros poderá ser obtido
CH3CHCHCH3
Cl OH
* *
Diastereoisômeros
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Um estereocentro (centro estereogênico) é um átomo no qual a troca
de dois grupos produz um estereoisômeros.
Estereoisômeros
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Configuração ZConfiguração R Configuração trans
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Carbonos Assimétricos
Esses dois
grupos
são diferentes
H
CH3
H
Br
H
Br
CH3
H
H
CH3
H
Br
CH3
H
H
Br
trans-1-bromo-3-metil-ciclo-exanocis-1-bromo-3-metil-ciclo-exano
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Centros Quirais
• Carbono ligado a 4 grupos substituintes diferentes– Mesmo se os dois grupos substituintes sejam C, eles ainda podem
estar diferentes
• Grupo C=O, Aquiral (C ligado a 3 centros)
• Grupos CH3, CH2, não são quiral porque são simétricos:
OH
H
CH2CH3
H3C
OH
H
H3CH2C
CH3
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Termos
• Estereoisômeros tem centro(s) quiral(is).
• O átomo de Carbono pode ser
– quiral ou aquiral
– Assimétrico ou simétrico
• Se duas moléculas são estereoisômeros, eles são chamados de enantiômeros
• Moléculas Quirais são opticamente ativas.
• Enantiômeros são isômeros ópticos
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Conceitos
• Estereoisômeros tem centro(s) quiral(is).
• O átomo de Carbono pode ser
– Centro quiral ou Centro aquiral
– Centro Assimétrico ou centro simétrico
• Se duas moléculas são estereoisômeros, eles são chamados de enantiômeros
• Molécula Quiral são opticamente ativas.
• Enantiômeros são isômeros ópticos
• Enantiômeros e Quiralidade
• enantiômeros são estruturas
(FM = e conexão =) mas não são idênticas, são imagens especulares um do outro
• estruturas são quirais se eles não podem ser sobreponíveis a sua imagem.
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Propriedades dos isômeros ópticos.
• Mesmas propriedades físicas e químicas
• Gira o plano da luz polarizada
• Cada isômero gira o plano em direções opostas
– Que é Plano da Luz Polarizada?
• (atividade ótica)
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Atividade ótica
• Estereoisômero são considerados oticamente ativo se girar o plano da luz polarizada.
• cada tipo de enantiômero gira luz em um determinado ângulo e um sentido característico.
• O valor absoluto do ângulo e a direção devem ser determinados experimentalmente usando um polarímetro
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Atividade ótica
• A rotação depende:
– Comprimento do tubo de amostra
– Concentração do enantiômero.
• Se Ambos os isômeros estiverem presentes, em concentração igual, a rotação se anula: mistura racêmica
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i) Em um par de enantiômeros: Sentido horário: dextrorotatória (d); (+)-enantiômero. Sentido anti-horário: levorotatória ( l ); (-)-enantiômero.
ii) Devido ao seu efeito sobre a luz plano-polarizada, enantiômeros separados são ditos compostos opticamente ativos.
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Meso isômeros
Ácido tartárico
Ácido 2,3-diidroxibutanodióico (ácido tartárico)– dois estereocentros; 22 = 4, mas esta molécula só tem três estereoisômeros
(+)- ou (-)-Ácido tartárico: p.f. = 170 ºC; solubilidade: 1390 g/L
(±)-Ácido tartárico: p.f. = 204-206 ºC; solubilidade: 206 g/L
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Meso isômeros
Ácido tartárico
Ácido 2,3-diidroxibutanodióico (ácido tartárico)– dois estereocentros; 22 = 4, mas esta molécula só tem três estereoisômeros
Ácido 2,3-diidroxibutanodióico (ácido tartárico)
(2R,3R)Ácido 2,3-diidroxibutanodióico (ácido tartárico)
(2R,3R)-(+)- Ácido 2,3-diidroxibutanodióico (ácido tartárico)(d)treoL
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Propriedades físicas dos estereoisômeros do Ácido Tartárico
p.f. ºC [a]25º Solubilidade g/100 g água 15º
(2R,3R)-(+)-ácido tartárico 170 + 11,98 139
(2S,3S)-(-)-ácido tartárico 170 - 11,98 139
(2R,3S)-ácido tartárico 140 0 ºC 125
(±)-ácido tartárico 206 0 ºC 20,6
O uso de blocos quirais para formar acarcaça dos caracóis comestíveis (Helixpomatia) resulta em 99,995% destes
caracóis tendo a espiral da carcaça na
mesma direção (sentido horário) e a camada
dos outros 0,005 % na direção oposta.
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Os dois grupos de cada carbono são classificados de acordo comas regras de prioridade.
Quando os dois grupos de maior prioridade estiverem do mesmo lado, a ligação dupla é chamada de Z.
Quando os grupos estiverem em lados opostos, a configuração é E.As duplas a seguir são Z ou E?
Regras (CIP) de Cahn-Ingold-Prelog em Alcenos
Isômeros E ou Z
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(R,S)-2-Hidroxi-2-fenilaácido acético(R,S)-Ácido Mandélico
Cinconina
Sais diastereoméricos
Separa por cristalização fracionada
Diatereoisômero Menos solúvel Diatereoisômero Mas solúvel
Adição de HCl e separaçãoda Cinconina
(S)-(-)-Ácido Mandélico (R)-(+)-Ácido Mandélico
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A importância Biológica da Quiralidade
Teoria Chave-Fechadura
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Substâncias Quirais:
Todos os carboidratos são quirais;
Tos os aminoácidos proteinogênicos são quirais, com exceção do mais simples, a glicina;
Têm propriedades semelhantes as das mãos (ou seja, sãoquirais): as proteínas, as enzimas, o RNA, o DNA, um númerosignificativo dos princípios ativos de fármacos, de substânciasnaturais, etc.
RS
aspartamoamargo
aspartamo100x mais doce que o açúcar
PhN
H3CO2C H
H
O
CO2H
NH2H
PhN
H3CO2C H
H
O
CO2H
NH2H
SRSR
(+)-carvonahortelã
(-)-carvonacominho(alcarávia)
OO
(+)-limonenoodor limão
(+)-limonenoodor laranja
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(S)- LimonenoOdor Limão
(R)- LimonenoOdor Laranja
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Prêmio Nobel em química, Reações assimétricasBarry Sharpless, William Standish Knowles, Ryōji Noyori
Estereoquímica - evolução
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O D-galactitol é um dos compostos tóxicos produzidos na doença
galactosemia. A acumulação de níveis elevados de D- galactitol causa a
formação de cataratas. A projeção de Fischer para o D- galactitol é
mostrado a seguir:
(a) Desenhe uma fórmula Estereoquímica para o D- galactitol usando
cunhas sólidas e tracejadas.
(b) Desenhe a imagem especular do D- galactitol na respectiva fórmula de
projeção de Fischer.
(c) Qual é a relação Estereoquímica entre o D- galactitol e a sua imagem
especular?
(d) Qual é o obtido de uma amostra do D- galactitol em água 10 mL em
célula d 10 cm?
Estereoquímica - aplicação
D - Galactitol