ESTEREOQUÍMICA. Profa. Dra.Geisa. Helmold Aspesi Alves de Arruda

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1 ESTEREOQUÍMIA Profa. Dra.Geisa elmold Aspesi Profa.. Dra. Ana Lúcia L Alves de Arruda

2 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 cíclicosc clicos onfigurações relativa e absoluta Resolução Referências bibliogáficas

3 Definição Investigações químicas que levam em conta os aspectos espaciais das moléculas.

4 Isômeros ompostos diferentes que têm a mesma fórmula f molecular. O 3 2 e 3 O O 2 6 O

5 Subdivisão dos isômeros ISÔMEROS ISÔMEROS ONSTITUIONAIS ESTEREOISÔMEROS ENANTIÔMEROS DIASTEREÔMEROS

6 Isômeros constitucionais 3 adeia: 4 10 O e 3 3 Posição: 3 7 l l e 3 3 Função: 3 6 O 3 3 O l O e 3 2 Metameria (compensação): 4 10 O 3 O e 3 2 O 2 3 Tautomeria: 3 6 O 3 2 O e 3 O

7 Estereoisômeros Têm os mesmos átomos ligados na mesma seqüência. Diferem nas suas conformações (disposição espacial dos átomos). Me Me Me Me cis-1,2-dimetil-ciclopentano trans-1,2-dimetil-ciclopentano ( 7 14 ) ( 7 14 )

8 Diastereômeros ompostos que não são imagens especulares uns dos outros. l l l l cis trans 1,2-dicloroeteno 2 O O O O O 2 O D-frutose 2 O O O O O 2 O D-psicose

9 Enantiômeros São imagens especulares que não se superpõem. O O O 3 3 O O O O O 2 2 O O 3 3 O O 2 O 2 O 2- butanol D-glicose L-glicose

10 Ocorre com compostos cujas moléculas são quirais (têm a propriedade das mãos). arbono quiral ou assimétrico 3 O O 2

11 A permuta de quaisquer dois grupos ligados ao átomo de carbono quiral converte um enantiômero no outro: O 3 3 O butanol Estereocentro Átomo ligado a grupos que ao sofrerem permuta, formam um estereoisômero.

12 Reconhecimento de moléculas quirais Presença a de um único estereocentro tetraédrico. Plano de simetria molécula aquiral.

13 Importância biológica da quiralidade Os aminoácidos que constituem as proteínas são quirais (exceto a glicina) e classificados como levógiros giros; Os carboidratos naturais são quase todos dextrógiros giros. As propriedades biológicas relacionadas à quiralidade são específicas.

14 A especificidade para uma molécula quiral em um sítio s de recepção quiral é favorecida apenas em uma direção.

15 Nomenclatura de enantiômeros S: Nomenclatura ahn, Ingold e Prelog ou sistema R-R R rectus = direito S sinister = esquerdo - A cada grupo ligado ao estereocentro,, atribui-se uma prioridade: ao grupo de menor número n atômico é dada a menor prioridade e assim sucessivamente.

16 (2) (4) O 3 (1) 2 (3) 3 - Se houver empate, o próximo conjunto de átomos nos grupos deve ser examinado. - A fórmula f é girada de tal forma que o grupo de menor prioridade fique oposto ao observador:

17 - Um círculo c deve ser traçado ado iniciando em (4),, passando por (3) e, finalmente (2). Sentido horário rio isômero R - Se a direção é horária ria enantiômero R - Se a direção é anti-hor horária ria enantiômero S

18 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.

19 Atividade óptica luz plano- omportamento em relação à polarizada.

20 - Dextrorrotatório rio (D ou +) quando desvia o plano da luz polarizada no sentido horário. rio. - Levorotatório rio (L ou -) quando desvia o plano da luz polarizada no sentido anti-hor horário. rio. - Mistura racêmica (DL ou +) mistura equimolecular de dois enantiômeros.. Não apresenta rotação da luz planopolarizada.

21 Número de isômeros ópticos Regra de Van t off: 2 n, onde n= número n de carbonos assimétricos. O O O O 2 O D-ribose n= = 8

22 Rotação específica [α]] = α c. l [α]] = rotação específica α = rotação observada = concentração molar da solução ou densidade de líquidos l puros l = comprimento do tubo do polarímetro em dm

23 Depende ainda da temperatura e do comprimento de onda da luz. O 3 3 O (R)-2-butanol (S)-2-butanol [α ] 25 D = - 13,520 [α ] 25 D = + 13,520 (R)-(-)-2-butanol (S)-(+)-2-butanol

24 Não háh correlação entre a configuração e o sentido de rotação da luz plano-polarizada. polarizada. 3 3 O l (R)-(+)-2-metil-1-butanol (R)-(-)-1-cloro-2-metil-butano Mesma configuração e diferentes sentidos de rotação óptica

25 Excesso enantiomérico Uma amostra constituída por um único enantiômero é dita enantiomericamente pura (excesso enantiomérico de 100%). % do excesso enantiomérico = mols de um enantiômero - mols do outro enantiômero total de mols dos dois enantiômeros x 100 Pode ser calculado pela rotação óptica: ee% % = [α]] observada x 100 [α]] do enantiômero puro

26 Ex: uma mistura de enantiômeros de 2-butanol 2 apresenta uma rotação específica de +6,76 o. Portanto o excesso enantiomérico de (S)-(+) (+)-2- butanol é de 50%. ee = + 6,76 º x 100 = 50% + 13,52 º Assim, 50% da mistura corresponde ao enantiômero S e os outros 50% são constituídos pela forma racêmica.

27 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 O 2-butanona (aquiral) + 2 Ni hidrogênio (aquiral) O 2-butanol (quiral 50:50 de R e de S)

28 O O O O 3 O 2 3 (R)-(-)-2-butanol 3 O 2 3 (S)-(+)-2-butanol Mistura racêmica

29 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.

30 O OEt F (+)-2-fluor-hexanoato de etila (racemato R e S) lipase O F O OEt (R)-(+)-2-fluor-hexanoato de etila (ee > 99%) O + O F Ácido (S)-(-)-2-fluor-hexanóico (ee > 69%)

31 Fármacos quirais O O Ibuprofen Antiinflamatório que tem apenas o isômero (S) com ação a efetiva. O isômero (R) se converte lentamente no organismo no (S). O medicamento com exclusivamente o isômero (S) tem efeito mais rápido r que o baseado no racemato.

32 O 2 3 O 2 (S). O N 2 Metildopa (Aldomet) Anti-hipertensivo cujo efeito é devido ao isômero 3 3 S O 2 N 2 Penicilamina O isômero (S) é o agente terapêutico para artrite crônica primária. ria. O isômero (R) é altamente tóxico t e não tem ação a terapêutica.

33 Moléculas com mais de um estereocentro Br Br 2,3-dibromo-pentano 2 n 2 2 = 4 estereoisômeros possíveis 3 Br 2 5 Br Br Br Br Br Br 3 Br 2 5 Enantiômeros Enantiômeros

34 ompostos meso Apresentam plano de simetria e tornam a molécula aquiral e opticamente inativa. 3 3 Br Br 2,3-dibromo-butano 2 n 2 2 = 4 estereoisômeros possíveis 3 Br 3 Br Br Br 3 3 Br 3 3 Br Br 3 Br 3 São iguais composto meso Enantiômeros

35 Nomenclatura dos compostos com mais de um estereocentro ada centro é analisado separadamente. 3 Br 3 Br (2R, 3R)-2,3-dibromo-butano

36 Projeção de Fischer Fórmulas bidimensionais Fórmula tridimensional 3 Br 3 Br 3 Br = Br 3 (2R, 3R)-2,3-dibromo-butano Fórmula de projeção de Fischer

37 Estereoisomerismo de compostos cíclicosclicos Me Me Me Me Me Me omposto meso Enantiômeros

38 onfigurações relativa e absoluta onfiguração 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 3 2 O 2 3 (S)-(-)-2-metil-1-butanol + l 3 2 l calor O (S)-(+)-1-cloro-2-metil-butano

39 onfiguração 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:

40 O O 2 O (R)-(+)-gliceraldeído O O 2 O (S)-(-)-gliceraldeído Em 1951, através s da difração de raios-x, as configurações absolutas do gliceraldeído do foram confirmadas.

41 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 s e amônio do ácido tartárico rico.

42 ompostos com estereocentros diferentes de carbono Qualquer átomo tetraédrico, coordenado a quatro grupos diferentes, constitui um estereocentro. R 4 R 1 Si R 2 R 1 R 1 R 4 R Ge 2 R 4 N R 2 X R 3 R 3 R 3

43 Moléculas quirais que não possuem um átomo tetraédrico com quatro grupos diferentes Uma molécula é quiral quando não pode se superpor à sua própria pria imagem especular. l l l l Nos alenos,, os grupos ligados aos átomos de carbono terminais (quirais( quirais) ) ficam em planos perpendiculares.

44 Referências Bibliográficas ALLINGER, N. L.; AVA, M. P.; De JONG, D..; JONSON,. R.; LEBEL, N. A.; STEVENS,. L. Química Orgânica.. 2 ed. Rio de Janeiro: LT, 1976,, 961 p. SOLOMONS, T. W.G.; FRYLE,. B. Química Orgânica. Vol 2. 7a ed. Rio de Janeiro: LT, 2001,, 544 p. MORRISON, R. BOYD, R. Química Orgânica.. 8 ed. Lisboa: Fundação alouste Gulbenkian, 1986,, 1639 p. BERG, J. M.; TYMOZKO, J. L.; STRYER, L. Bioquímica mica.. 5 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan S. A., 2004,, 1059 p. MARZZOO, A; TORRES, B. B. Bioquímica BásicaB sica.. 2 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan S. A., 1999,, 360 p.