Estereoquímica

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EstereoquímicaEstereoquímica

Universidade Federal do CearáCentro de CiênciasDepartamento de Química Orgânica e InorgânicaQuímica Orgânica I

Atualizado em setembro/2014

DQOI - UFC

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Prof. Dr. José Nunes da Silva [email protected]

1

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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..

DQOI - UFC2

isômeros constitucionais estereoisômeros

isômeros cis/trans isômeros que contêm centros

quirais

CC22HH55OO CC44HH99ClCl

CC55HH1212 CC22HH66OO

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Isomeria: Isomeria: EstereoisômerosEstereoisômeros

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.

DQOI - UFC3

isômeros


isômeros cis/trans isômeros que contêm centros

quirais

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Centros EstereogênicosCentros Estereogênicos

Os estereoisomerosestereoisomeros, por sua vez, sãosão subdivididossubdivididos emem duasduas classesclasses,

de acordo com a presença (ou não) de centroscentros estereogênicosestereogênicos.

isômeros


DQOI - UFC4

Isômeros que possuem duplas

ou anéis

isômeros que contêm centro estereogênico

tetraédrico

estereocentro estereocentro

estereocentro

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Centro Centro EstereogênicoEstereogênico TetraédricoTetraédrico

Um carbonocarbono estereogênicoestereogênico tetraédricotetraédrico é um átomo de carbono que

estáestá ligadoligado aa 44 gruposgrupos diferentesdiferentes, e é normalmente indicado por um

asteriscoasterisco.

DQOI - UFC5

carbono estereogênico

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SomenteSomente os carbonos com hibridaçãohibridação spsp33 são carbonoscarbonos

estereogênicosestereogênicos tetraédricostetraédricos..

Um carbonocarbono estereogênicoestereogênico é também conhecido como um centrocentroestereogênicoestereogênico tetraédricotetraédrico.

Átomos como nitrogênionitrogênio e fósforofósforo podempodem serser estereogênicosestereogênicos, quandoquandoestiveremestiverem ligadosligados aa quatroquatro átomosátomos ouou gruposgrupos diferentesdiferentes.


DQOI - UFC6

estiveremestiverem ligadosligados aa quatroquatro átomosátomos ouou gruposgrupos diferentesdiferentes.

Um centrocentro estereogênicoestereogênico, portanto, quando abrange tais átomos, podeser chamado de forma mais abrangente como um estereocentroestereocentro.


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Identifique todos os centros estereogênicos tetraédricos em cada um dos

seguintes compostos:


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Identifique todos os centros estereogênicos tetraédricos em cada um dos

seguintes compostos:


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Isômeros com Isômeros com 1 Carbono 1 Carbono EstereogênicoEstereogênico

Um composto com um carbonocarbono estereogênicoestereogênico pode existir como doisdois

estereoisômerosestereoisômeros diferentesdiferentes::

EnantiômerosEnantiômeros: mantêm uma relaçãorelação objetoobjeto--imagemimagem e não são sobreponíveis.

Diastereoisômeros: têm nono mínimomínimo dois centros estereogênicos e não mantêm

relação objeto-imagem entre si.

isômeros

DQOI - UFC9

isômeros


isômeros com duplas e anéis

isômeros com centros estereogênicos

tetraédricos

enantiômeros diastereoisômeros

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O estereoisômeros do 22--bromobutanobromobutano mantêm uma relaçãorelação objetoobjeto--

imagemimagem e não são sobreponíveis. Logo são enantiômerosenantiômeros.

Isômeros com Isômeros com 1 Centro 1 Centro EstereogênicoEstereogênico

DQOI - UFC10

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

DQOI - UFC11

plano (cunha pontilhada) e umauma ligaçãoligação parapara aa frentefrente do plano (cunha

cheia).

fórmulas em perspectiva dos enantiômerosenantiômeros do 2-bromobutano

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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 estereogênicoestereogênico comocomo oo

pontoponto dede intersecçãointersecção entre duas linhas perpendiculares:

DQOI - UFC12

pontoponto dede intersecçãointersecção entre duas linhas perpendiculares:

linhaslinhas horizontaishorizontais:: ligações para frente do plano

linhaslinhas verticaisverticais:: ligações para trás do plano.


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DQOI - UFC14

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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 estereogênicoestereogênico.

As letras RR e SS são utilizadas para indicar as duasduas configuraçõesconfigurações

possíveispossíveis.

DQOI - UFC15

O sistemasistema RR,SS foi desenvolvido por Cahn,Cahn, IngoldIngold ee PrelogPrelog.

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Sugestão de LeituraSugestão de Leitura

DQOI - UFC16

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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

DQOI - UFC17

1)1) ClassifiqueClassifique osos gruposgrupos (ou(ou átomos)átomos) ligadosligados aoao carbonocarbono estereogênicoestereogênico

segundosegundo aa ordemordem dede prioridadeprioridade. Os números atômicos dos átomos

diretamente ligados ao carbono assimétrico determinam as prioridades

relativas. QuantoQuanto maiormaior oo númeronúmero atômico,atômico, maiormaior aa prioridadeprioridade.

maior prioridade

menor prioridade

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Se a prioridade não puder atribuída com base nos átomos

diretamente ligados ao carbono estereogênico, a próxima camada de

átomos deverá ser examinada.

**

(4)(4)(1)(1)

(3)(3)

DQOI - UFC18

**(2)(2)

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Grupos com ligaçõesligações duplasduplas ou triplastriplas são atribuídas prioridades, como

se seus átomos fossem duplicadosduplicados ou triplicadostriplicados.

como se ele fosse

DQOI - UFC19

como se ele fosse

é tratado é tratado como se se como se se

fossefosse

com com prioridade prioridade maior quemaior que

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2) Oriente a molécula para que o grupo (ou átomo), comcom aa prioridadeprioridade maismais

baixabaixa ((44)) seja dirigido para longe de você. Em seguida, desenhedesenhe umauma setaseta

imagináriaimaginária partido do grupo (ou átomo) com o prioridadeprioridade maismais altaalta ((11)) parapara oo

grupogrupo (ou(ou átomo)átomo) comcom aa próximapróxima prioridadeprioridade ((22))..

SeSe aa setapontossetapontos nono sentidosentido horário,horário, oo carbonocarbono estereogênicoestereogênico

possuipossui aa configuraçãoconfiguração RR (R de rectus, palavra latina que significa

"direito").

SeSe aa setaseta apontaaponta parapara aa esquerda,esquerda, oo carbonocarbono estereogênicoestereogênico temtem

DQOI - UFC20

SeSe aa setaseta apontaaponta parapara aa esquerda,esquerda, oo carbonocarbono estereogênicoestereogênico temtem

aa configuraçãoconfiguração SS (S de sinister, palavra latina que significa "esquerda").

(4)

(1)

(2)

(3)

RR

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Se você tem problemas para visualizar relações espaciais e não tiver

acesso a um modelo molecular, a metodologiametodologia abaixoabaixo permitirápermitirá queque

vocêvocê determinedetermine aa configuraçãoconfiguração dede umum carbonocarbono semsem terter dede girargirar

mentalmentementalmente aa moléculamolécula.

DQOI - UFC21

1)1) RanqueieRanqueie osos átomosátomos (ou(ou grupos)grupos) segundosegundo suassuas prioridadesprioridades..

enantiômeros do 2-butano

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2) Se o grupo (ou átomo) com a prioridadeprioridade maismais baixabaixa estáestá ligadoligado porpor umauma

cunhacunha tracejadatracejada, desenhedesenhe umauma setaseta aa partirpartir dodo grupogrupo (ou(ou átomo),átomo), comcom aa

prioridadeprioridade maismais altaalta ((11)) parapara oo grupogrupo (ou(ou átomo)átomo) comcom aa segundasegunda maiormaior

prioridadeprioridade ((22))..

Se a setaseta apontaaponta nono sentidosentido horáriohorário, o composto tem a configuraçãoconfiguração RR,

e se apontaaponta parapara aa esquerdaesquerda, o composto tem a configuraçãoconfiguração SS.

DQOI - UFC22

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2) Se o grupo (ou átomo) com a prioridadeprioridade maismais baixabaixa nãonão estáestá ligadoligado porpor

umauma cunhacunha tracejadatracejada, redesenheredesenhe aa projeçãoprojeção emem perspectivaperspectiva dede modomodo aa

colocarcolocar oo grupogrupo dede maismais baixabaixa prioridadeprioridade voltadovoltado parapara trástrás dodo planoplano..

AoAo fazerfazer aa trocatroca dede posiçãoposição entreentre doisdois átomosátomos (ou(ou grupos)grupos) duasduas vezes,vezes,

aa configuraçãoconfiguração dodo centrocentro estereogênicoestereogênico nãonão sese alteraaltera..

AoAo fazerfazer aa trocatroca dede posiçãoposição entreentre doisdois átomosátomos (ou(ou grupos)grupos) umauma vezvez,, aa

DQOI - UFC23

AoAo fazerfazer aa trocatroca dede posiçãoposição entreentre doisdois átomosátomos (ou(ou grupos)grupos) umauma vezvez,, aa

configuraçãoconfiguração dodo centrocentro estereogênicoestereogênico sese alteraaltera..

1 troca

2 trocas

(R)(R)

(S)(S)

(R)(R)

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qual a configuração? a molécula tem configuração Rconfiguração R. Portanto, ela tinha configuração Sconfiguração S antes dos

1 troca

Projeção em perspectivaProjeção em perspectiva

DQOI - UFC24

ela tinha configuração Sconfiguração S antes dos grupos serem trocados.

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H para trás H para trás -- mantémmantém--se se a configuração determinada a configuração determinada


DQOI - UFC25H para H para frente frente -- inverteinverte--se se a configuração determinada a configuração determinada

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ExercitandoExercitando

IndiqueIndique aa configuraçãoconfiguração absolutaabsoluta dosdos centroscentros quiraisquirais..

(R)(R) (R)(R)

DQOI - UFC26

(R)(R)

(R)(R)

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ClassifiqueClassifique cadacada parpar dede moléculasmoléculas comocomo enantiômerosenantiômeros ouou idênticasidênticas..

(R)(R)(S)(S)

enantiômerosenantiômeros

(R)(R)(S)(S)

DQOI - UFC27




(R)(R)(S)(S)

(S)(S) (R)(R)

(S)(S)(R)(R)

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IndiqueIndique aa ordemordem dede prioridadeprioridade dede cadacada conjuntoconjunto dede substituintessubstituintes..

33

22

44

3311

22

44

11

33

22

44

33 11

22

44

11

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33 4422 11

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Muitos compostos orgânicos têm mais de um carbono estereogênico.QuantoQuanto maismais carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos umum compostocomposto tiver,tiver, maismaisestereoisômerosestereoisômeros são possíveis para o composto.

Se soubermos quantos carbonos estereogênicos tem no composto,podemos calcular o número máximo de estereoisômeros: 22nn.

Isômeros com Isômeros com mais que 1 mais que 1 Carbono Carbono EstereogênicoEstereogênico

DQOI - UFC29

Por exemplo, o ácido 22,,33--diidroxibutanóicodiidroxibutanóico tem dois carbonosestereogênicos. Portanto, ele pode ter até quatroquatro estereoisômerosestereoisômeros..

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EnantiômerosEnantiômeros e e DiastereoisômerosDiastereoisômeros

Todos centros estereogênicoscom configurações invertidas

DQOI - UFC30

Todos centros estereogênicoscom configurações invertidas

Todos centros estereogênicosnãonão possuem configurações invertidas

Todos centros estereogênicosnãonão possuem configurações invertidas

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Ao escrever as projeçõesprojeções dede FischerFischer das moléculas com dois centrosestereogênicos, temos:

DQOI - UFC31

I e II – enantiômeros III e IV – enantiômeros

Demais pares – diastereoisômeros

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Quando a cadeia carbônica está na vertical e seus substituintessubstituintes estãoestão dodo

DQOI - UFC32

Quando a cadeia carbônica está na vertical e seus substituintessubstituintes estãoestão dodomesmomesmo ladolado da projeção Fischer, a molécula é descrita comoo diastereoisômero eritroeritro.

Quando os substituintessubstituintes estãoestão emem ladoslados opostosopostos da Fischerprojeção, a molécula é descrito como o diastereoisômero treotreo.

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O 1-bromo-2-metilciclopentano também tem dois carbonos estereogênicose quatro estereoisômeros.

Por ser um composto cíclico, os substituintessubstituintes podem manter uma relaçãoespacial ciscis ou transtrans.

Os isômeros ciscis e transtrans existem como pares de enantiômeros:

EstereocentrosEstereocentros –– AnéisAnéis

DQOI - UFC33

Os isômeros ciscis e transtrans existem como pares de enantiômeros:

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O 1-bromo-3-metilciclobutano nãonão temtem nenhumnenhum carbonocarbono estereogênicoestereogênico.

O CC--11 tem um bromo e um hidrogênio ligado a ele, mas seus outros doisdoisgruposgrupos sãosão idênticosidênticos;

O CC--33 tem um grupo metila e um hidrogênio ligado a ele, mas seus doisdoisoutrosoutros gruposgrupos sãosão idênticosidênticos.


DQOI - UFC34

Porque oo compostocomposto éé cíclicocíclico ee nãonão temtem nenhumnenhum carbonocarbono comcom quatroquatrogruposgrupos diferentesdiferentes ligados a ele, eleele temtem apenasapenas doisdois estereoisômerosestereoisômeros,o isômero ciscis e o isômero transtrans.

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O 1-bromo-3-metilcicloexano é ciclico e tem doisdois carbonoscarbonosestereogênicosestereogênicos.

O carbono 1 que está ligado a um hidrogêniohidrogênio e a um bromobromo também éligado a dois ((--CHCH22CH(CHCH(CH33)CH)CH22CHCH22CHCH22-- e --CHCH22CHCH22CHCH22CH(CHCH(CH33)CH)CH22--), epor isso é um carbono estereogênico.

OO carbonocarbono 22 está ligado a um hidrogênio e a um grupo metila, mas


DQOI - UFC35

OO carbonocarbono 22 está ligado a um hidrogênio e a um grupo metila, mastambém estáestá ligadoligado aa doisdois diferentesdiferentes gruposgrupos contendocontendo carbonocarbono, porisso é também carbonocarbono estereogênicoestereogênico.


estes 2 grupos são diferentes carbono estereogênico1

2

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Devido ao fato do composto possuir doisdois carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos,quatro estereoisômeros podem existir .

EnantiômerosEnantiômeros podem ser desenhados para os isômero ciscis e transtrans.


DQOI - UFC36

par de enantiômerospar de enantiômeros par de enantiômerospar de enantiômeros

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O 1-bromo-4-metilcicloexano nãonão temtem carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos.

Portanto, o composto tem apenas um isômero ciscis e um isômero transtrans.


DQOI - UFC37

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Compostos MesoCompostos Meso

Nos exemplos anteriores, cadacada compostocomposto comcom doisdois carbonoscarbonosestereogênicosestereogênicos tinhatinha quatroquatro estereoisômerosestereoisômeros.

No entanto, alguns compostos com doisdois carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos têmapenas trêstrês estereoisômerosestereoisômeros. Ex: 22,,33--dibromobutanodibromobutano.

DQOI - UFC38

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O isômero que "faltafalta" é a imagem especular de 11, porque 11 e sua imagemimagemnono espelhoespelho sãosão aa mesmamesma moléculamolécula..

DQOI - UFC39

nono espelhoespelho sãosão aa mesmamesma moléculamolécula..

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O estereoisômero 11 é chamado um compostocomposto mesomeso. Embora possuacarbonos estereogênicos, é uma moléculamolécula aquiralaquiral porque éé sobreponívelsobreponívelsobresobre suasua imagemimagem especularespecular..

Quando a luz plano-polarizada atravessa de uma solução de um compostomesomeso, o planoplano dede polarizaçãopolarização nãonão éé giradogirado.

Um composto mesomeso pode ser reconhecido pelo fato de que ele temtem doisdois

DQOI - UFC40

Um composto mesomeso pode ser reconhecido pelo fato de que ele temtem doisdoisouou maismais carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos e umum planoplano dede simetriasimetria.

11

plano de simetria

estereoisômero11 compostos mesomeso

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É fácil reconhecer quando um composto comcom doisdois carbonoscarbonosestereogênicosestereogênicos têm um estereoisômero que é um compostocomposto mesomeso..

Ele possui os doisdois carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos com quatroquatro átomosátomos ouougruposgrupos idênticosidênticos ligadosligados aa cadacada umum dosdos carbonoscarbonos estereogênicosestereogênicos.

DQOI - UFC41

composto mesocomposto meso par de par de enantiômerosenantiômeros

composto mesocomposto meso par de par de enantiômerosenantiômeros

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No caso de compostoscompostos cíclicoscíclicos, o isômero ciscis será o composto mesomeso eo isômero transtrans vai existirexistir comocomo enantiômerosenantiômeros.

DQOI - UFC42

composto mesocomposto meso

cis-1,3-dibromociclopentano

par de par de enantiômerosenantiômeros

trans-1,3-dibromociclopentano

composto mesocomposto meso

cis-1,2-dibromocicloexano

par de par de enantiômerosenantiômeros

trans-1,2-dibromocicloexano

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mesomeso

cis-1,2-dibromocicloexano

DQOI - UFC43

plano de simetria

nenhum plano de simetria

conformação cadeiraconformação cadeira conformação barcoconformação barco

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Propriedades dos Propriedades dos EstereoisômerosEstereoisômeros

Propriedades Físicas* Químicas Ópticas Biológicas

enantiômerosenantiômeros == == iguais, com sinaisiguais, com sinaisopostosopostos

variadasvariadas

diastereoisômerosdiastereoisômeros ≠≠ ≠≠ ≠≠ variadasvariadas

DQOI - UFC44

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Um receptor é uma proteína que se liga a umamolécula particular.

Devido ao fato do receptorreceptor serser estereogênicoestereogênico, umumenantiômeroenantiômero sese ligaráligará melhormelhor queque oo outrooutro.

Em 1894, propôs o modelo chave-fechadura para

a interação fármaco-receptor.

Propriedades Propriedades FisiológicasFisiológicas de de EstereoisômerosEstereoisômeros

DQOI - UFC45

a interação fármaco-receptor.Emil Fisher

efeito biológico

sem efeito

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Um receptor é uma proteína que se liga a uma molécula particular.

Devido ao fato do receptorreceptor serser quiralquiral, umum enantiômeroenantiômero sese ligaráligará melhormelhorqueque oo outrooutro.


enantiômeroenantiômero RR enantiômeroenantiômero SS

DQOI - UFC46

sítio ligante do receptorsítio ligante do receptor sítio ligante do receptorsítio ligante do receptor

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Devido ao fato do receptor ser quiral, umum enantiômeroenantiômero sese ligaráligará melhormelhorqueque oo outrooutro.


OH

OH

H

OH

N+H3C

H H

OH

OH

OH

H

N+H3C

H H **

DQOI - UFC47

X

sítioaniônico

áreaplana

não ocorre interação

X

sítioaniônico

áreaplana

ocorre interação

(+)-Efedrina – menos ativa (-)-Efedrina – mais ativa

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Propriedades Propriedades FisiológicasFisiológicas de de EnantiômerosEnantiômeros

DQOI - UFC48

PropriedadesPropriedades fisiológicasfisiológicas diferentesdiferentes podem ser associadas a cadaenantiômero.

Receptores localizados no exterior do células nervosas no nariz, porexemplo, são capazes de perceber e diferenciar o estimado 10.000 odoresa que estão expostos. (R(R))--((--))--carvonacarvona éé encontradoencontrado nono óleoóleo dede hortelãhortelã, e(S(S))--(+)(+)--carvonacarvona éé oo principalprincipal constituinteconstituinte dodo óleoóleo dede sementesemente dedecominhocominho.

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PropriedadesPropriedades fisiológicasfisiológicas diferentesdiferentes


DQOI - UFC49

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PropriedadesPropriedades fisiológicasfisiológicas diferentesdiferentes


DQOI - UFC50

(4R)-(+)-Limoneno

Odor de laranja

(4S)-(-)-Limoneno

odor de limão

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Talidomida administrada, nos anos 60, como racemato para o

tratamento de enjôo matutino de grávidas nos Estados Unidos.

ativo menos ativo

N

N

H

O

O

O

O

DQOI - UFC51

(R)-Talidomida

sedativo

(S)-Talidomida

mutagênico

eutômero distômero

N

N

H

O

O

O

O

N

N

H

O

O

O

O

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Drogas Drogas QuiraisQuirais

DQOI - UFC52

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A administração de uma mistura racêmica pode levar a três situações

diferentes:

O distômero não apresenta nenhum efeito colateral mais sério;

O distômero exibe um efeito colateral indesejável;


DQOI - UFC53

Ambos os isômeros apresentam valor terapêutico independente.

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O distômero não apresenta nenhum efeito colateral mais sério.

O N

OHH

O N

OHH

N

S

N

N

O

(S)-Propanolol

DQOI - UFC54

Os enantiômerosenantiômeros RR sãosão inativosinativos e não apresenta efeito colateral.

OHH

O N

OHH

O

(S)-Timolol

(S)-Metaprolol

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O distômero exibe um efeitoefeito colateralcolateral indesejávelindesejável;

HSCOOH

NH2

HSCOOH

NH2

(R)-Penicilamina

anti-artrite

(S)-Penicilamina

mutagênico

DQOI - UFC55

NN

HO

H

H

OH

NN

HO

H

H

OH

anti-artrite mutagênico

(R,R)-Etambutol

tuberculóstico

(S,S)-Etambutol

causa cegueira

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Ambos os isômeros apresentam valorvalor terapêuticoterapêutico independenteindependente.

N

OO

RS N

OO

RS

DQOI - UFC56

Darvon

analgésico

Novrad

anti-tussígeno

(S)-Ketamina

anestésico

(R)-Ketamina

alucinógeno

O

NCH3

H

Cl

R

O

NH3C

H

Cl

S

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DQOI - UFC57

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DQOI - UFC58

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DQOI - UFC59

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DQOI - UFC60

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DQOI - UFC61

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Indústria FarmacêuticaIndústria Farmacêutica

A relevância do tema quiralidade e atividade biológica é confirmada

na análise da evolução do licenciamento de enantiômeros.

DQOI - UFC62

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

25,4%

enantiômero puroracemato

Percentuais dos tipos de fármacos comercializados no mundo.

US$ 48 bilhões

DQOI - UFC63

64,6%

25,4%

10%

aquiral

Fonte: Chem. Eng. News 2004, 82(24), 47-62.

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Polarímetro VirtualPolarímetro Virtual

DQOI - UFC64

http://www.quimica.ufc.br/polarimetro

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Atividade ÓticaAtividade Ótica

EnantiômerosEnantiômeros compartilham muitas de suas propriedades. TêmTêm osos:

mesmos pontos de ebulição.

mesmos pontos de fusão.

mesmas solubilidades.

Na verdade, todastodas asas propriedadespropriedades físicasfísicas dosdos enantiômerosenantiômeros sãosão

iguaisiguais, exceto aquelas que derivam da forma como os grupos ligados ao

DQOI - UFC65

iguaisiguais, exceto aquelas que derivam da forma como os grupos ligados ao

carbono estereogênico estão dispostos no espaço.

Uma das propriedades que dos enantiômeros que diferem é a formaforma

comocomo queque eleseles interageminteragem comcom aa luzluz planoplano--polarizadapolarizada.

O que é a luzluz planoplano--polarizadapolarizada?

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Luz PlanoLuz Plano--PolarizadaPolarizada

A luzluz normalnormal consisteconsiste dede ondasondas eletromagnéticaseletromagnéticas queque oscilamoscilam

emem todastodas asas direçõesdireções.

A luz plano-polarizada (ou simplesmente luzluz polarizadapolarizada), ao contrário,

oscilaoscila apenasapenas emem umum únicoúnico planoplano através do caminho de propagação.

A luz plano-polarizada é produzidaproduzida pelapela passagempassagem dede luzluz normalnormal

atravésatravés dede umum polarizadorpolarizador, como uma lente polarizada ou um Prisma

DQOI - UFC66

atravésatravés dede umum polarizadorpolarizador, como uma lente polarizada ou um Prisma

Nicol.

ondas da luz oscilam em todas as direções

ondas da luz oscilam em um único plano

direção de propagação da luz

Fonte Luz Polarizador Luzde luz normal polarizada

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Em 1815, o físico JeanJean--BaptisteBaptiste BiotBiot descobriu que certassubstânciassubstâncias orgânicasorgânicas naturaisnaturais, tais como a cânfora e oóleo de terebintina erameram capazescapazes dede girargirar oo planoplano dada luzluzpolarizadapolarizada.

Ele observou que alguns compostos giravamgiravam oo planoplano dedepolarizaçãopolarização no sentido horário e outros no sentido anti-horário, enquanto algunsalguns nãonão giravamgiravam oo planoplano dedepolarizaçãopolarização.


DQOI - UFC67

polarizaçãopolarização.

(1774 -1862)

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JeanJean--BaptisteBaptiste BiotBiot previu que a capacidade de girar oplano de polarização era atribuída a alguma assimetrianas moléculas.

JacobusJacobus HendricusHendricus Van'tVan't HoffHoff e JosephJoseph AchilleAchille LeLeBelBel depois determinaramdeterminaram queque aa assimetriaassimetria molecularmolecularestavaestava associadaassociada aosaos compostoscompostos queque apresentavamapresentavam

(1774 -1862)


DQOI - UFC68

estavaestava associadaassociada aosaos compostoscompostos queque apresentavamapresentavamumum ouou maismais carbonoscarbonos assimétricosassimétricos.

(1852-1911) (1847-1930)

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Um compostocomposto aquiralaquiral não gira o plano de polarização. É opticamenteopticamenteinativoinativo.

Quando a luz polarizada passa através de uma solução de moléculasmoléculasaquiraisaquirais, a luz emerge a partir da solução com o seu planoplano dedepolarizaçãopolarização inalteradainalterada.

Atividade Ótica Atividade Ótica –– Compostos Compostos AquiraisAquirais

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Atividade Ótica Atividade Ótica –– Compostos Compostos QuiraisQuirais

Quando a luz polarizada passa através de uma solução de um compostocompostoquiralquiral, o luz emerge com o seu planoplano dede polarizaçãopolarização alteradoalterado.

Assim, um compostocomposto quiralquiral giragira oo planoplano dede polarizaçãopolarização.

Trata-se de um composto opticamenteopticamente inativoinativo.

DQOI - UFC70

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Um compostocomposto quiralquiral (oticamente(oticamente ativo)ativo) irá girar o plano de polarizaçãono sentidosentido horáriohorário ou antianti--horáriohorário.

Se um enantiômeroenantiômero giragira oo planoplano dede polarizaçãopolarização nono sentidosentido horáriohorário,suasua imagemimagem nono espelhoespelho iráirá girargirar o plano de polarização exatamente namesma magnitude (em graus) nono sentidosentido antianti--horáriohorário.


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Se um composto opticamente ativo gira o plano de polarização no sentidosentidohoráriohorário, é chamado dextrógirodextrógiro, indicado pelo sinal (+)(+).

(R)(R)--(+)(+)--22--butanolbutanol


DQOI - UFC72

Se um composto opticamente ativo gira o plano de polarização antianti--horáriohorário, é chamado de levógirolevógiro, indicado pelo ((--)).

(S)(S)--((--))--ácido málicoácido málico

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Não confunda (+)(+) e ((--)) com RR e SS.

Os símbolos (+)(+) e ((--)) indicam a direçãoem que um composto opticamenteativo gira o plano de polarização.

Enquanto que RR e SS indicamindicam aa disposiçãodisposição dosdos gruposgrupos sobresobre umumcarbonocarbono assimétricoassimétrico.

Alguns compostos com a configuração de RR são ((--)) e alguns SS são (+)(+)..


DQOI - UFC73

Alguns compostos com a configuração de RR são ((--)) e alguns SS são (+)(+)..

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Rotação ÓticaRotação Ótica

O graugrau em que um composto opticamente ativo giragira oo planoplano dedepolarizaçãopolarização pode ser medida com um instrumento chamado polarímetropolarímetro.

DQOI - UFC74

O graugrau em que o analisador é girado pode ser lidoe representa a diferença entre uma amostra opticamente inativa euma amostra opticamente ativa.

Isso é chamado de rotaçãorotação observadaobservada ((aa)) e é medida em graus.

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A rotaçãorotação observadaobservada ((aa)) é proporcional à concentraçãoconcentração dada substânciasubstânciaopticamente ativa (c)(c) e ao comprimentocomprimento dada celacela (l)(l), onde a solução foiinserida para a realização da análise.

Rotação ÓticaRotação Ótica

DQOI - UFC75

a a proporcional à c.l c.l logologoa a = [[a]a]DD c.lc.l

rotação específicarotação específica

UnidadesUnidadesC (g/mL)L (dm)

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A rotaçãorotação observadaobservada de 2,0 g de um composto em 50 mL de solução emum tubo de polarímetro de 50 centímetros de comprimento +13,4o. Qual é aa rotaçãorotação específicaespecífica do composto?


[[a]a]DD = aa

c.lc.l

DQOI - UFC76

[[a]a]DD = 13,413,4

0,04 . 50,04 . 5

[[a]a]DD = 13,413,4

0,04 . 50,04 . 5

[[a]a]DD = 67º.mL.g67º.mL.g--11.dm.dm--11

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Quando sintetizamos um composto quiral com apenas um centro quiral (porexemplo), podemos obtê-lo como um únicoúnico enantiômeroenantiômero ((RR ouou SS)) oucomo uma misturamistura dede enantiômerosenantiômeros ((RR ++ SS)).

Quado a síntese levou à formação de um únicoúnico enantiômeroenantiômero, dizemosque a reaçãoreação foifoi estereoespecíficaestereoespecífica, e o produto é enantiometicamenteenantiometicamente puropuro.

Misturas de Misturas de EnantiômerosEnantiômeros

DQOI - UFC77

Quado a síntese levou à formação de uma misturamistura dede enantiômerosenantiômeros,podemos ter duas situações. Quantidades iguais dos 2 enantiômeros [R][R] == [S][S]: misturamistura racêmicaracêmica

ou racematoracemato::

Quantidades diferentes dos 2 enantiômeros [R][R] ≠≠ [S][S]: excessoexcessoenantioméricoenantiomérico::

[R][R] >> [S][S]: excesso enantiomérico de RR [S][S] >> [R][R]: excesso enantiomérico de SS

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Podemos determinar se uma amostra é constituída de um únicoenantiômero ou uma mistura de enantiômeros através da medida de suarotaçãorotação específicaespecífica [[a]a]DD.

Pureza ÓticaPureza Ótica

DQOI - UFC

78

%R

%S

%R

%S

100100

00 100100

00

5050

5050

rotação específica [rotação específica [a]a]DD

+ 5,75+ 5,75 -- 5,755,750,000,005,75 > 5,75 > [[a]a]D D > 0> 0 5,75 < 5,75 < [[a]a]D D < 0< 0

e.e.e.e. de Rde R e.e.e.e. de Sde S

S.E.P.S.E.P. S.E.P.S.E.P.racematoracemato

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A partir da rotaçãorotação específicaespecífica [[a]a]DD podemos calcular a purezapureza óticaótica (p(p..oo..))de uma mistura.

pp..oo.. = [[a]a]DD observada[[a]a]DD do enantiômero puro

Pureza ÓticaPureza Ótica

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PorPor exemploexemplo:: se uma amostra de 2-bromobutano tem uma rotaçãoespecífica 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 umumúnicoúnico enantiômeroenantiômero.

pp..oo.. = 22,,33 = 00,,44 ou 4040%% logologo........55,,7575

%% RR ++ %%SS ==100100 22 %%RR == 140140%% RR -- %%SS == ee..ee ((4040%%)) %%RR == 140140 = 7070%% %%SS == 3030%%

22

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O NaproxenoNaproxeno, uma droga anti-inflamatória não-esteroidal, é o ingrediente

ExercícioExercício

DQOI - UFC80

O NaproxenoNaproxeno, uma droga anti-inflamatória não-esteroidal, é o ingredienteativo no AleveAleve. O Naproxeno tem uma rotaçãorotação específicaespecífica dede ++6666oo, emclorofórmio. Uma preparação comercial resultou em uma mistura que é de97% opticamente pura.

a) O que se pode dizer da pureza enatiomérica do composto preparado?b) Qual o percentual de cada enantiômero obtido a partir da preparação

comercial?

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A solução preparada pela mistura de 1010 mLmL dede umauma soluçãosolução 00,,1010 MM dodoenantiômeroenantiômero RR e 3030 mLmL dede umauma soluçãosolução 00,,1010 MM dodo enantiômeroenantiômero SSapresentou uma rotação específica de + 4,8º.

QualQual éé aa rotaçãorotação específicaespecífica dede cadacada umum dosdos enantiômeros?enantiômeros?

ExercícioExercício

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Mercado MundialMercado Mundial

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Em nenhuma parte, a importância da quiralidade é mais importante

que nas vendas de drogas cardiovasculares.

Os 4 primeiros são vendidos como simples enantiômeros.

O último é vendido como um racemato.

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Mercado dos FármacosMercado dos Fármacos

N

H OHOH

O

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ClN OH

N

N

O

H

Cl

OH

Cl

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Sugestão de leitura: Sugestão de leitura: SuperSuper remédios para quemremédios para quem??Revista ÉpocaEdição 363 - 20/04/2005

http://revistaepoca.globo.com/Revista/Epoca/0,,EDG69991-6014-363,00.html

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SuperSuper Remédios Remédios para para QuemQuem??

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Propriedades Propriedades BiológicasBiológicas de de EstereoisômerosEstereoisômeros


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Propriedades Propriedades BiológicasBiológicas de de EstereoisômerosEstereoisômeros


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ExercíciosExercícios

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