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ESTEREOQUMICA
Aula 3
Prof. Dr. Marcelo Moreira Britto
ESTEREOQUMICA a parte da qumica que lidacom a estrutura tridimensional das molculas edas relaes entre elas.
Benzeno
ter dietlico
Butanol C4
H10
O
C6
H6
C6
H12
O6
C2
H6
O
C2
H4
O acetaldedo
Glicose
COMPOSIO QUMICA COMO NICO CRITRIO DE ANLISE
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2
Friedrich Wohler1800-1882
Justus Von Liebig
1803-1873
cido cinicoH O C N
cido fulmnicoO C N H
COMPOSIO X ESTRUTURA
Jons Jacob Berzelius1779 -1848
BERZLIUS E O CONCEITO DE ISOMERIA
ISOMERIA: Relao existenteentre compostos diferentes quepossuem a mesma frmulamolecular
C2
H4
OC CHH
H
O
H
C C
O
H
H
H
H
C C
H
H OH
H
RELAES ISOMRICAS ENTRE AS SUBSTNCIAS
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3
C4
H10
O
C CH
3
H
3
C
OH
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
OH
CH
3
CH
2
CCH
3
OH
H
C CH
2
OHH
3
C
CH
3
H
O CH
2
CH
2
CH
3
H
3
C
O CH
3
C CH
3
CH
3
H
O CH
2
CH
3
CH
3
CH
2
RELAES ISOMRICAS ENTRE AS SUBSTNCIAS
Frederick August Kekul1829 -1896
Alexander Mikhaiovich Butlerov1828 - 1886
A QUMICA ORGNICA ESTRUTURAL
Aps a ampla aceitao da teoria estrutural, oprximo grande desafio em qumica orgnica seriao reconhecimento da natureza tridimensional dasmolculas orgnicas.
A NATUREZA TRIDIMENSIONAL DAS MOLCULAS
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Jean Baptiste Biot1774 - 1876
BIOT E A POLARIZAO DA LUZ
Efeito que algumassolues molecularesexercem sobre a luzpolarizada
S
SS
SA
AA
AC
CC
CA
AA
AR
RR
RO
OO
OS
SS
SE
EE
E
+
++
+
G
GG
GU
UU
UA
AA
A
M
MM
ME
EE
ET
TT
TA
AA
AN
NN
NO
OO
OL
LL
L
+
++
+
G
GG
GU
UU
UA
AA
A
Plano da luz
Antes
Depois
Antes
Depois
Plano da luz
Com desvio
Sem desvio
INTERAO DA LUZ POLARIZADA COM MOLCULAS ORGNICAS
C C
CO
2
HHO
2
C
OH
H
OH
H
C
4
H
6
O
6
cido tartrico
cido paratartrico
O CIDO TARTRICO E A ESTEREOQUMICA
Desvia a luz polarizada
No desvia a luz polarizada
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Louis Pasteur1822 - 1895
PASTEUR E A ASSIMETRIA MOLECULAR
Considerado o pai daestereoqumica, muitocontribuiu para o avano dacincia e vrios campos
C
4
H
6
O
6
cido paratartrico
Desvia a luz polarizada para a direita
Desvia a luz polarizada para a esquerda
No desvia a luz polarizada
PASTEUR E A ASSIMETRIA MOLECULAR
HO2C CO2H
OH
OH
cido tartrico
PASTEUR E A ASSIMETRIA MOLECULAR
Previu a necessidade de seentender a estrutura qumicatridimensional de uma molcula.
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WISLICENUS E A NATUREZA TRIDIMENSIONAL DAS MOLCULAS ORGNICAS
Composto 1 Composto 2
Johannes Wislicenus1835 - 1902
Mostrou que haviam dois compostoscom a mesma frmula mas comdiferentes comportamentos.
C CO
2
HHO
CH
3
H
cido lctico
Jacob Vant Hoff1852 - 1911
Se um tomo de carbono estivesseligado a quatro outros tomos nasdirees dos vrtices de um tetraedro,uma forma de isomerismo seriapossvel.
VANT HOFF E O CARBONO TETRADRICO
ISMEROS
Ismeros constitucionais
Estereoismeros
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Ismeros constitucionais
Os tomos esto ligados em ordem diferente na estrutura da molcula
C
2
H
4
O
C CH
H
H
O
H
C C
O
H
H
H
H
C C
H
H OH
H
C4
H10
O
C CH
3
H
3
C
OH
CH
3
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
OH
CH
3
CH
2
CCH
3
OH
H
C CH
2
OHH
3
C
CH
3
H
O CH
2
CH
2
CH
3
H
3
C
O CH
3
C CH
3
CH
3
H
O CH
2
CH
3
CH
3
CH
2
Ismeros constitucionais
Estereoismeros
Os tomos esto ligados na mesma ordem na estrutura da molcula, diferindo apenas
na disposio espacial
C
4
H
8
C C
CH
3
HH
H
3
C
C C
CH
3
HH
3
C
H
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8
OH
H
H
HO
OH
H
HO
H
C
6
H
10
O
2
CH
3
Cl
HO
H
CH
3
Cl
OH
H
C
2
H
5
ClO
Estereoismeros
Estereoismeros
Diasteroismeros
Enantimeros
Diasteroismeros
Os tomos esto ligados na mesma ordem na estrutura da molcula, porm uma
estrutura no imagem especular da outra
OH
H
H
HO
OH
H
HO
H
C
6
H
10
O
2
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Enantimeros
Os tomos esto ligados na mesma ordem na estrutura da molcula, porm uma
estrutura imagem especular no sobreponvel da outra
CH
3
Cl
HO
H
CH
3
Cl
OH
H
C
2
H
5
ClO
As diferenas estruturais e tridimensionais entre osismeros so refletidas nas suas propriedades fsicas equmicas.
ISMEROS CONSTITUCIONAIS MAIORES DIFERENAS
ENANTIMEROS MENORES DIFERENAS
Para uma molcula existir como um par deenantimeros, necessria que ela seja dotada deQUIRALIDADE.
A quiralidade uma caracterstica de molculasque no possuem ELEMENTOS DE SIMETRIAem sua estrutura.
Plano de simetria (s) Centro de simetria ou de inverso (i) Eixo simples de simetria (Cn)
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Plano de simetria
Plano imaginrio que divide a molcula de maneira que duas metades sejam uma imagem especular da outra.
A estrutura que apresenta plano de simetria, sobreponvel sua imagem especular
A estrutura no apresenta plano de simetria, portanto no sobreponvel sua imagem especular
Condio para a ausncia de plano de simetria:Quatro grupos diferentes ligados ao carbonotetradrico.
HO2C CO2H
HH
HO2C
HH
CO2H
HH
HO2C CO2H HO2C CO2H
H H
DIASTEROISMEROS
No possui plano de simetria Possui plano de simetria
COMPOSTOS IGUAISENANTIMEROS
Plano de simetria
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ALENOS
MOLCULAS COM QUIRALIDADE QUE NO POSSUEM UM TOMO TETRADRICO COM
QUATRO GRUPOS DIFERENTES
C CCR
R1 R1
R
C CCCl
H
Cl
H
C C
Cl
H
CH
Cl
Bifenilas
MOLCULAS COM QUIRALIDADE QUE NO POSSUEM UM TOMO TETRADRICO COM
QUATRO GRUPOS DIFERENTES
Espiro compostos e com duplas exocclicas
MOLCULAS COM QUIRALIDADE QUE NO POSSUEM UM TOMO TETRADRICO COM
QUATRO GRUPOS DIFERENTES
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R1N
R2R4R3
R
1
Si
R
2
R
4
R
3
R
1
Ge
R
2
R
4
R
3
COMPOSTOS COM ESTEREOCENTROS DIFERENTES DO CARBONO
Nitrognio GermnioSilcio
O SISTEMA R/S
Permite distinguir dois compostos ligados a quatrogrupos diferentes mas que esto dispostosdiferentemente em torno do tomo assimtrico.
REGRAS
Cada grupo ligado ao estereocentro recebe umaprioridade (varia de 1 a 4) de acordo com o NMEROATMICOMenor nmero atmico: prioridade menor (4)Maior nmero atmico: prioridade maior (1)
No caso de istopos, o de maior MASSAATMICA tem a prioridade.
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2
1
3
4
1
3
4
2
2
1
3
1
3
2 SR
1 > 2 > 3 > 4
Quando houver empate, considerar o prximo conjunto detomos ligados diretamente ao tomo em questo at quehaja desempate.
3
1
2
4
Sentindo horrio logo enantimero R.
(R)-2-butanol
Para grupos contendo duplas ou triplas so atribudosprioridades como se ambos os tomos estivessemduplicados ou triplicados
Y
C Y
C
Y
Y
Y
C
C
C
Y
Y
C
Y C
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HOCHO
OH
OH
OH
HOCHO
OH
OH OH
RR
R
SS
S
RIBOSE
HOCHO
OH
OH
OH
HOCHO
OH
OH
OH
RR
S
S S R
ARABINOSE
DIASTEROISMEROS
Enantimeros Enantimeros
HCHO
OHH OHH OH
CH2OH
HOCHO
HHO HHO H
CH2OH
HCHO
HOH
CH2OH
OHOH
H
HOCHO
HOH
CH2OH
HH
HO
HOCHO
OH
OH
OH
HOCHO
OH
OH OH
RR
R
SS
S
RIBOSE
PROJEO DE FISCHER
COMPOSTOS MESO So compostos que possuem tomos ligados a quatrogrupos diferentes, contudo possuem plano de simetria, nopossuindo portanto quiralidade.
Composto e imagem so sobreponveis, no existindocomo um par de enantimeros
H OHH OH
OHO
OHO
RS
HO HHO H
O
OHO
HO
RS
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QUANTIDADE DE ESTEREOISMEROS POSSVEIS PARA UM COMPOSTO
O nmero mximo de estereoismeros para um compostocom n estereocentros 2n, onde n o nmero deestereocentros
HOCH2CHCHCHCHOOH OH
OH
*
* *
HOCHO
OH
OH
OH
HOCHO
OH
OH OH
RR
R
SS S
RIBOSE
HOCHO
OH
OH
OH
HOCHO
OH
OH
OH
RR
S
S S R
ARABINOSE
HOCHO
OH
OH
OH
HOCHO
OH
OH
OH
RS
R
SR S
XILOSE
HOCHO
OH
OH
OH
HOCHO
OH
OH
OH
R S S
SR
R
LIXOSE
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H OHH OH
OHO
OHO
RS
HO HHO H
O
OHO
HO
RSHO H
H OH
OHO
OHO
H OHHO H
O
OHO
HO
SS
RR
Composto meso(mesma molcula)Molculas diferentes
(enantimeros)
Trs estereoismeros possveis
As setas indicam que a substncia ativa na soluo que est no tubo provoca a rotao do pano da luz polarizada
.
O Plano da polarizao da luz emergente no coincide com o plano de polarizao da luz polarizada incidente
A luz plano-polarizada
Oscilaes do campo eltrico na luz ordinria
Plano de oscilao do campo eltrico da luz plano-polarizada.
polarizador
Medidas da rotao tica
Direo no sentindo horrio (+) dextrorrotatria (d)Direo no sentindo anti-horrio (-) levorrotatria (l)
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ROTAO TICA OBSERVADA E ROTAO ESPECFICA
[a] = rotao especficaa = rotao observadac = concentrao (g/mL)l comprimento do tubo (dm)d = densidade
Para solues
Para lquidos puros
ROTAO ESPECFICA A direo da rotao freqentemente incorporada
nos nomes dos compostos
Mistura equimolar de dois enantimerosMistura racmica
No apresenta rotao de luz plano-polarizada ( oticamente inativa)
()-2-butanol ou como ()-CH3CH2CHOHCH3
(S)-2-butanol (est presente)
Ocorre o cancelamento
rotao
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PUREZA TICA, EXCESSO ENANTIOMRICO
Uma amostra de um nico enantimero chamada deenantiomericamente pura ou tem excesso enantiomrico (ee)de 100%
Uma amostra com quantidade diferente da equimolar ter umee:
% ee =mols de um enantimero - mols do outro enantimero
total de mols de ambos os enantimeros
% ee =rotao especfica observada
rotao especfica do enantimero purox 100
x100
Mistura R + S
Mistura RR + RS
Reao com substncia oticamente pura (R)
Diateroismeros
RR RSDiasteroismeros separados
Reao para a abtrao da substncia oticamente pura (R)
Enantimeros separadosR S
SEPARAO DE ENANTIMEROS OU RESOLUO
Converso diasteroismeros
CH3O
CH3O
O
CH3 1) 2)
KCN, HN4Cl
HCl, H2O
CH3O
CH3O
CH3H2N CO2H
Mistura de enantimeros
NaO
CH3O
CH3O
H2NOH
O
Ac2O1)
2)
AcHN
O
CH3O
CH3O
AcHN
O
CH3O
CH3O
OO
Diasteroismero A Diasteroismero B
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AcHN
O
CH3O
CH3O
AcHN
O
CH3O
CH3O
OO
Diasteroismero APF = 103-104 C[] = 57,7
Diasteroismero BPF = 72,5 - 73,5 C[] = 29,9
Cristalizao para separao dos diasteroismeros
AcHN
O
CH3O
CH3O
CO2H AcHN
O
CH3O
CH3O
CO2H
KOH, EtOH, H2OKOH, EtOH, H2O
H2N
O
CH3O
CH3O
CO2HPF = 152,5 - 154,0 C[] = + 8,0
PF = 152,0 - 153,0 C[] = 7,8
H2N
O
CH3O
CH3O
CO2H
NaOH 20%Aquecimento
NaOH 20%Aquecimento
Enatimero R
Enatimero S
ABSORO DIFERENCIAL
HPLC ou cromatografia gasosa com colunas quirais
Separao de misturas de ismeros ticos s possvel com FE oticamente ativas
FASES ESTACIONRIAS QUIRAIS
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Alguns tipos de FE oticamente ativas:
O Si
CH3
CH2
CHCH3
CO N
H
C*
CO
H
CH CH3
CH3
NH C
CH3
CH3
CH3
Si
CH3
CH3
O
n
Chiralsil-Val
Derivados de aminocidos:
Misturas de compostos
formadores de pontes de
hidrognio.
Anfetaminas: resoluo dos ismeros
Coluna: Rt-DEXcst (30 m x 0.25 mm x 0.25 m)
TCOL: 1 min a 120C / 1,5C min-1 / 3 min A 175C
Gs de Arraste: He @ 25 cm.min-1 Detector: MS
Dois enantimeros podem apresentar aesdiferenciadas sobre os organismos vivos levando adiferentes:
Atividades biolgicas
NHH3C
O
Cl NClCH3H
O(S)-ketamina Anestsico
(R)-ketamina Alucingeno
(S)-Talidomida Teratognico
(R)-Talidomida Sedativo
NN
O
O
H
O
O
N
O
ON
O
O
H
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21
OO
O
N
HO
HH2N
H
OCH3
H
(R,R)-Aspartamo Sabor amargo
(S,S)-Aspartamo Sabor doce
OH3C N
HO
H OOHO
H NH2
Sabores
H H
(-)-Limoneno Limo
(+)-Limoneno Laranja
O
H H
O
(+)-Carvona cominho
(-)-Carvona menta
Controle Estereoqumico
Para uma molcula com n centros assimtricos h,normalmente, 2n estereoismeros possveis. Se asntese da molcula no estiver sobre controleestereoqumico, todos os ismeros formados devemser separados. E isto pode ser uma tarefapraticamente impossvel.
HOH
H H
CH3
H
O
Epiandrosterona
7 carbonos assimtricos27=128 estereoismeros
Forma-se preferencialmenteum tipo de enantimero
Forma-se preferencialmenteum tipo diasteroismero
QUANTO ESTEREOQUMICA UMA REAO PODE SER CLASSIFICADA EM:
ESTEREOSELETIVA
ENANTIOSELETIVA
DIASTEROSELETIVA
O
CO2CH3
CH3H
CO2CH3
CH3H
HOH
CO2CH3
CH3H
HHO
Diasteroismeros
RS
RR
98 % 2%
1)2)
Zn(BH4)2H3O+
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QUANTO ESTEREOQUMICA UMA REAO PODE SER CLASSIFICADA EM:
Forma-se apenas um tipo de enantimero
Forma-se apenas um tipo de diasteroismero
ESTEREOESPECFICA
ENANTIOESPECFICA
DIASTEROESPECFICA
CO2HHO2C
HHBr
H
H
BrCO2HHO2C
Br2 + enantimero
HHO2C
CO2HHBr
CO2H
H
BrHHO2CBr2
REAO ESTEREOESPECFICA
H C
CH
O
O
OCH3OCH3
C
C
O
OCH3
O
OCH3
C H
CH
O
H3CO
O
OCH3
C
C
O
OCH3
O
OCH3
+
+
OHOH
N
O
O Me
OsO4
O
tBuClpiridina
OH
O
O
tBu
OH
OCH3
OH
OBn
1)2)
1)2)
NaH, THFBn-Br
NaH, THFCH3I
12 3
4
5
93%
95%
63%
70%
Utilizao de substratos quirais e pr-quirais
Blazer, H. V., Chem. Rev., 92, 935, 1992.Pinheiro, S., Farias, F. M., Resumo 17a Reunio da SBQ, 1994
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Bibliografia Organic Chemistry, P.Y.Bruice, 4a edition, 2004,
Pearson Education, Inc., 1228p. Organic Chemistry, J. Clayden, N. Greeves, S.Warren,
P.Wothers, 2001, Oxford, 1512p Qumica Orgnica, G.Solomons, C.Fryhle, 7aEdio,
2000, Vol.1 e 2, Editora LTC. A Guidebook to mechanism in organic chemistry, Peter
Sykes, 4a edition, 1975, Longman, 362p Organic Chemistry, T. N. Sorrell, University science
books, 1999, 1457p Organic Synthesis, M. B. Smith, 2 ed., McGraw Hill,
2002, 1371p. Advanced Organic Chemistry, Jerry March, 5 ed. 2001,
2099 p.