Substâncias não idênticas que possuem a mesma fórmula molecular.
Diasteroisômeros
Estereoisômeros que não são imagens especulares um do outro
Enantiômeros
Estereoisômeros que são imagens especulares
não-superponíveis um do outro
Configuração de carbonos tetraédricos
Quiralidade - Termo quiral vem da palavra grega cheir que significa mão.
Possui imagem especular não sobreponível.
Substâncias aquirais têm imagem especular sobreponível.
Substâncias quirais têm imagem especular não sobreponível.
H3C C
H
CH2CH3
OH
(methyl)1
(hydrogen)
(ethyl)3 42*
Centro Estereogênico
Se uma molécula contem um carbono com quatro substituintes diferentes, esta molécula não terá plano de simetria e será quiral. Este carbono é chamado centro estereogênico ou centro quiral e terá um par de enantiômeros
OH(hydroxyl)
H3C C
H
CH2CH3
OH
* H3C C
H
CH2CH3
OH
*
par de enantiômeros
A mistura de igual proporção dos dois enantiômeros é chamado mistura racêmica
Conformação e configuração• Mudar a conformação de uma molécula quer dizer girar uma ligação sem haver quebra.
• Conformações são interconvertidas e todas as conformações representam a mesma molécula
• Mudar a configuração de uma molécula implica na quebra de uma ligação
• Uma configuração diferente é uma molécula diferente
Teste para quiralidade – plano de simetriaPlano simetria – plano imaginário que divide uma molécula de tal forma que as duas metades da molécula são imagens especulares uma da outra
Nomenclatura de enantiômeros
MÉTODO ORIGINAL ⇒ baseado num composto padrão: o GLICERALDEÍDO
COH
CH2OH
OHH HHO
HOC
HOH2C
D - gliceraldeídoD-(+)-gliceraldeído
L - gliceraldeídoL-(-)-gliceraldeído
Foi decidido arbitrariamente que: Configuração R (D) caberia ao (+)Configuração S (L) caberia ao (−−−−)Podiam assim, determinar as configurações relativas uma vez que, não sabiam associar os compostos reais às projeções de Fischer ao lado.
configuração relativa – significa que a molécula possui a mesma posição relativa de seus substituintes
Atenção! Isto foi feito até 1951, quando as configurações absolutas do gliceraldeído foram determinadas. Por coincidência , é igual a adotada arbitrariamente. Então o (+)-gliceraldeído tem configuração absoluta R, e o (−)-gliceraldeído a configuração absoluta S.
A comprovação foi possível quando foi determinado por raios-x a configuração absoluta do ácido (+)-tartárico, que pode ser sintetizado a partir do (-)-gliceraldeído. Este resultado comprovou que a configuração adotada arbitrariamente para o gliceraldeído estava correta. Assim os compostos relacionados ao gliceraldeído passaram a ter suas configurações absolutas determinadas.
configuração absoluta – configuração R ou S
John Wiley & Sons, Inc.
R do latim rectus, direita
S do latim sinister, esquerda
Nomenclatura R,S
Regras de Cahn–Ingold–Prelog
MÉTODO ATUAL ⇒ baseado nas regras de Cahn-Ingold-Prelog, que permite nomear TODOS os compostos.
Sentido horário Sentido antihorário
Relembrando isomeria E / Z
Regras de Cahn–Ingold–PrelogRegras de Cahn–Ingold–Prelog
Nomeando a partir da Fórmula em Perspectiva
1
4
1. Classifique os grupos ligados ao carbono assimétrico
23
2. Se o grupo (ou átomo) de menor prioridade está ligado com uma cunha tracejada,
S
3. Pode ser determinada a configuração de uma molécula “trocando” as ligações e identificando o isomero formado. O isomero original será o oposto do formado
Qual configuração ????
S R
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 a partir da Projeção de Fischer
1. Classifique o grupo (ou átomo) que está ligado ao carbono assimétrico e desenhe uma seta do grupo com maior prioridade para o grupo com a próxima maior prioridade (caso a ligação menor prioridade estiver na vertical )
R
2. Se o grupo com menor prioridade estiver na ligação horizontal , a nomeação será oposta à direção da seta
SCH3
H OH
CH2CH3
1
2
3
4
CH3
CHOH
COOH
(R)-Lactic acid
Projeção em Perspectiva e Projeção de Fischer
=
Bonds out of pageBonds into page
C
COOHH OH
CH3
=
Fischer projection
COOH
H OH
CH3
Uma projeção de Fischer pode somente ser rodada 180° no plano do papel, obtendo-se a mesma molécula
COOH
H OH
CH3 COOH
HHO
CH3
Rotação 180° igual
Rotação 90°
COOH
H OH
CH3
COOH
H
OH
H3Cnão é igual
Projeção em Perspectiva e Projeção de Fischer
90o rotation
COOH
H OH
CH3
Rotação 90°não representa a mesma molécula
(R)-Lactic acidSame as C
COOHH OH
CH3
OH
CH3
OH
H
HOOC (S)-Lactic acidSame as C
OHHOOC CH3
H
Projeção em Perspectiva e Projeção de Fischer
Manter um dos grupos e girar os outros – mesma molécula
Hold steady
COOH
H OH
CH3
COOH
CH3HO
H
Same as
CH3
OH
CH2CH3H3C
H
CH3
HHO
CH2CH3
CH2CH3
CH3H
OH
A B C
H
Exemplo: qual estrutura é um confôrmero do composto A?
Propriedades dos enantiômeros: Atividade ótica
• Os enantiômeros têm pontos de fusão e ebulição idênticos, mesma solubilidade em solventes aquirais.
• RMN, IV, UV, idênticos
• Mesma velocidade de reação frente a reagentes aquirais
• Diferente solubilidade em solventes quirais (puro ou excesso de um enantiômero)
• Diferente velocidade de reação frente a reagentes quirais
• Feixe de luz polarizada no plano passa através de um enantiômero, o plano de polarização da luz gira
• Enantiômeros separados giram o plano de luz polarizada no plano em quantidades iguais, mas em sentidos opostos
Luz polarizada no plano
Amostra de 2-propanol na luz polarizada
Amostra pura de (R)-2-butanol na luz polarizada
A direção da rotação do plano de luz polarizada é incorporada ao nome do composto oticamente ativo
Não existe correlação entre as configurações dos enantiômeros (R,S) e o sentido do desvio da luz (R,S) e o sentido do desvio da luz polarizada no plano (+, -)
pureza óptica = rotação específica observada
pureza óptica = rotação específica do enantiômero puro
excesso enantiomérico =
excesso de um único enantiômero
mistura inteira
Exemplo: amostra de 2-bromobutano tem rotação específica medida no polarímetro igual a 9,2°, qual isômero está presente em maior quan tidade na mistura e qual o excesso enantiomérico? (rotação específica pura do isômero S igual a 23,1°)
Moléculas com mais de um centro estereogênico
COOH
OHH
CH3H
HHO
HH3C
HOOC
HOOC
R
SR
S
HOOC C
H
OH
C
H
CH3
COOH1 2 3 4
Ácido 2-hidróxi-3-metil-succínico
COOH HOOC
HOOC
HOOC
HHO
CH3H
COOH
OHH
HH3C
COOH
enanciômeros
enanciômeros
SR
SR
(A) (B)
(C) (D)
(A) ácido (2R,3S)-2-hidróxi-3-metil-succínico(B) ácido (2S,3R)-2-hidróxi-3-metil-succínico(C) ácido (2R,3R)-2-hidróxi-3-metil-succínico(D) ácido (2S,3S)-2-hidróxi-3-metil-succínico
DIASTEREOISÔMEROS = isômeros que não são enantiômeros. Estes compostos apresentam propriedades diferentes entre si.
COOH
OHH
CH3H
HHO
HH3C
HOOC
HOOC
R
SR
S
COOH HOOC
HOOC
HOOC
HHO
CH3H
COOH
OHH
HH3C
COOH
enanciômeros
enanciômeros
SR
SR
(A) (B)
(C) (D)
Exemplo:
HOOC C
H
OH
C
H
OH
COOH1 2 3 4
Moléculas com mais de um centro estereogênico e com plano de simetria: Compostos Meso
Ácido tartárico
(A) ácido (2R,3R)-(+)-2,3-dihidróxi butanodióico
(B) ácido (2S,3S)-(−)-2,3-dihidróxi butanodióico
(C) ácido meso (2R,3S)- 2,3-dihidróxi
Enanciômeros : (A) e (B)racematos = 50% (A) + 50% (B)
Meso = (C) ou (D) (C) ácido meso (2R,3S)- 2,3-dihidróxi
butanodióicoApenas 2 isômeros óticos
Nenhum diastereoisômero , pois C ou D são inativos opticamente
Dois carbonos assimétricos adjacentes, os enantiômeros com os grupos similares no mesmo lado da cadeia são chamados enantiomeros ERITRO
Dois carbonos assimétricos Dois carbonos assimétricos adjacentes, os enantiômeros com os grupos similares em lados opostos da cadeia são chamados enantiomeros TREO
Aldoses – D e L
Hidrogênios enantiotópicos
hidrogênio pró-R
hidrogênio pró-SHidrogênios Hidrogênios
Centros pró-quirais
Hidrogênios enantiotópicos têm a mesma reatividade química e não podem ser distinguidos por agentes aquirais , mas eles não são quimicamente equivalentes frente a reagentes quirais.
Hidrogênios enantiotópicos homotópicos
Hidrogênios diastereotópicos não têm a mesma reatividade química com reagentes aquirais
Hidrogênios diasterotópicos
Centros pró-quirais
Centros pró-quirais
Grupos carbonilas são centros pró-quirais, desde que a adição do quarto ligante gere um centro estereogênico. A carbonila possui uma face re e uma face si.
Reagentes aquirais não distinguem entre as duas faces, porém reagentes quirais irão formar produtos enantioméricos
Reações de substâncias que contenham um carbono assimétrico.
CH2CH2CH2Cl
CH3CH2 CH3
H
CH2CH2CH2OH
CH3CH2 CH3
HOH-
Se não houver reação no carbono assimétrico; ambos o reagente e o produto terão as mesmas configurações relativas . Diz-se que houve retenção de configuração
S S
HC
CH3CH2
CH2
CH3
OH + H Clheat
HC
CH3CH2
CH2
CH3
Cl + H OH
Same configuration
Reações de substâncias que contenham um carbono assimétrico.
CH=CH2
H3CH2CH2CCH3
H
CH2CH3
H3CH2CH2CCH3
H
H2Pd/CS R
Neste caso, reagente e produto possuem as mesmas configurações relativas, porém diferentes configurações absolutas
Importância da quiralidade na atividade biológica
Resolução de uma Mistura Racêmica
(R)-ácido (S)-ácido
enantiômeros
(S)-base
(R,S)-sal(S,S)-sal
diastereoisômeros
Separação por métodos físicos
(R,S)-sal (S,S)-sal
HCl HCl
(S)-baseH+
+
(R)-ácido
(S)-baseH+
+
(S)-ácido
Exemplo:
Resolução por cromatografia
Coluna de sílica ligada a uma fase estacionária de um aminoácido quiral