Química A MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA DO AMBIENTE. 1º Semestre /2013. Doutor João Paulo Noronha.

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1 Química A MESTRADO INTEGRADO EM ENGENARIA DO AMBIENTE 1º Semestre /2013 Doutor João Paulo Noronha jpnoronha@fct.unl.pt (XIV-XV) UNIVERSIDADE NOVA DE LISBOA Faculdade de Ciências e Tecnologia

2 Projecção de Fischer: C C 3 C 2 C 3 Olhos no plano do quadro C 3 C 2 C 3 Dependendo da nossa estrutura traço-cunha inicial, são possíveis várias projecções de Fischer para a mesma molécula. Química A 2

3 Química A 3

4 Projecção de Fischer Química A 4

5 Problema: Estas duas moléculas são enantiómeros iguais ou opostos? R ou S? F F C 3 I I C 3 Química A 5

6 C 3 C 3 Projecção de Fischer O C C O Fórmulas tridimensionais C 2 5 C 2 5 (R) (S) O C 3 C 3 O Projecção de Fischer C 2 5 C 2 5 (R) (S) C 3 Cl C 3 Cl 3 C Cl C 3 Cl I I I I C 3 C 3 C 3 C 3 Química A 6 (2S) - cloro - (3R) - iodobutano

7 Projecções de Fischer O 2 C O C 3 O C 3 CO 2 O C 3 CO 2 orizontal bonds approach you (wedge bonds) Ligações horizontais para a frente (ligações em cunha) Vertical bonds move away (dashed bonds) Ligações verticais para trás (ligações a tracejado) Química A 7

8 Atribuir a Configuração Absoluta em Projecções de Fischer O 2 C O O O CO 2 CO 2 C 3 C 3 C 3 rotate (S) (S) (S) (S) Rodar (S) (S) Química A 8

9 A Rotação de 90º da Projecção Reverte a Configuração Absoluta O CO 2 o 90 C 3 O 90 o O 2 C C 3 C 3 CO 2 O (S) (R) (S) (R) 90 o O CO 2 C 3 Química A 9

10 Compostos com mais de um carbono dissimétrico A B C A B C C B A C B A A C B B A C 2,3 - dibromobutano (MESO) * * B C A B C A * * C B A C B A C B A C B A Plano de Simetria rotação = 0 C 3 C 3 Química A 10

11 Com dois estereocentros: A monocloração do 2-omobutano * Cl 2, hν -Cl Cl * * Origina: RR, RS SR, SS Quatro estereoisómeros RR SS e RS SR são pares de enantiómeros Diastereómeros Diastereómeros são estereoisómeros que não têm uma relação imagem-objecto. Química A 11

12 ácido tartárico COO COO COO O O O O O O COO COO COO forma meso par de enantiómeros diasterómeros 2,3,4-trihidroxibutanal O C * C C * C 2 -O O O CO CO O O O O C 2 O C 2 O eritrose treose Química A 12

13 R S R S R S R S QOG Química A 13

14 R R S S But this: R S S R QOG Química A 14 14

15 Conclusão: Dois estereocentros levam a quatro estereoisómeros Enantiómeros S Cl S Cl S S Cl C 3 S S C 3 C 3 R R C 3 Cl Diastereómeros nº de estereoisómeros 2 n (n = C*) C 3 C 3 Química A 15 S R Cl Cl C 3 R S C 3

16 Diastereómeros Estereoisómeros que Não São Imagens no Espelho O O CO 2 2 CO 2 (2S,3S) (2S,3R) same stereochemistry at C 2 (S) opposite Estereoquímica stereochemistry oposta no C 3 at C 3 A mesma estereoquímica no C 2 (S) Química A 16

17 Projecções de Fischer com 2 Centros Quirais CO 2 CO 2 2 O 2 O 3 3 C 3 C 3 Química A (2S,3S ) (2S,3R) 17

18 Compostos Idênticos, Enantiómeros ou Diastereómeros? C 2 C 3 a) C 3 & C 3 C 2 C 3 b) O C C 3 C C 3 C 3 & N 2 N 2 O Química A C 3 18

19 Química A 19

20 Ácidos Tartáricos R,R CO 2 S,S CO 2 O O O O CO 2 R,S CO 2 CO 2 S,R CO 2 O O O O São iguais Química A CO 2 CO 2 20

21 Mistura Racémica R,R CO 2 S,S CO 2 O O O O CO 2 CO 2 Mistura Racemic Racémica Mixture (Racemato): (Racemate): mistura 50/50 mixture 50/50 of de enantiomers enantiómeros o (R,R) Tartaric acid (S,S) Tartaric Acid (+/-) Tartaric acid Ácido (R,R)Tartárico Ácido (S,S)Tartárico Ácido (+/-)Tartárico m.p. C p.f. ºC [ ] (degrees) [ ] (graus) (g/ml) (g/ml) Química A

22 Atribuir a configuração absoluta (R,S) a diastereómeros Química A 22

23 Química A 23

24 Atribuir a configuração absoluta (R,S) a análogos cíclicos Química A 24

25 Dois estereocentros com os mesmos substituintes * 2, hv - * * Diastereómeros Mesmo procedimento: SS SR RS RR C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 Meso Este diastereómero é especial: A imagem é sobreponível com a imagem no espelho!!! A molécula possui um plano interno. 25

26 O plano interno num diastereómero meso Química A 26

27 Compostos Meso Plano Interno de Simetria Opticamente Inativo R,S CO 2 S,R CO 2 Química A mirror plane Plano espelho O O O O CO 2 CO 2 rotate 180 superimposible sobreponível o rotação 180º 27

28 A analogia cíclica: meso é cis Química A 30

29 Mais exemplos: C 3 * * C 3 * * C 3 mas C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 Sem estereocentros! Todos os cicloalcanos cis-disubstituídos (com substituintes iguais) são meso (ou não possuem estereocentros; ex., qualquer ciclo-hexano 1,4-disubstituído). Química A 31

30 2,3,4-tricloro-hexano Quantos estereoisómeros? Cl * * * Cl Cl 3 asymmetric 3 centros assimétricos centers 2 n, n= 2 n,# n = asymmetric # centros assimétricos centers (3) (3) 8 estereoisómeros 8 stereoisomers Química A 32

31 n = 3; 2 n = 8 S S R C 3 C 3 C 3 C 3 Cl Cl R Cl Cl Cl Cl R Cl Cl Cl Cl S Cl Cl C 2 C 3 C 2 C 3 C 2 C 3 C 2 C 3 C 3 C 3 Cl Cl Cl Cl Cl Cl C 3 C 3 Cl Cl Cl Cl Cl Cl C 2 C 3 C 2 C 3 C 2 C 3 C 2 C 3 Química A 33

32 Três estereocentros RRR RRS RSR SRR SSS SSR SRS RSS Diastereómeros 8 Estereoisómeros (máximo): 4 Pares Diastereoméricos de enantiómeros. Enantiómeros Menos se presente meso, ex., meso-2,3,4 tribromopentano: C 3 C 3 C 3 C 3 Química A 34

33 Geralmente: n estereocentros originam um máximo de 2 n estereoisómeros, ex. 2, 4, 8, 16, 32 Nota: Os estereocentros não necessitam ser adjacentes: * * * Química A 35

34 2 Centros Quirais 4 Estereoisómeros Estereoisómeros do 3-Cloro-2-butanol (2S,3R) (2R,3S) (2R,3R) (2S,3S) Química A 36

35 Carbohidrato - Açúcar O CO O O R S R Química A O C 2 O (+)-D-Glucose R 37

36 Planos Internos de Simetria Ambos Both são are Meso C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 C 3 Química A 38

37 Centros Assimétricos em Anéis A B (1R,2S)-cis-1,2-dibromociclo-hexano 1(R),2(S) 1,2-dibromocyclohexane Não sobreponível nonsuperimposible mas A converte-se but A flips em into B B Meso Química A 39

38 Química A 40

39 Estereoquímica em Reações Químicas Regra básica: Não se consegue obter excesso de um enantiómero a partir de um material de partida aquiral ou a partir de um racemato. I.e., não podemos gerar atividade óptica (a menos que se use um arranque quiral ). aquiral 2, hv - meio aquiral * Quiral, mas racémico 50:50 mistura de R e S Química A 41

40 Resultados estereoquímicos de reação simples C 3 C 2 C 2 C h C 2 C 2 C 2 C 3 aquiral Modificação racémica radical aquiral Química A 42

41 Quando o material de partida é enantiomericamente puro ou enriquecido (e portanto opticamente ativo) e ocorre a abstração de num estereocentro: Os produtos são racémicos e não opticamente ativos. C 3 C 3 Cl Cl Cl C 3 C 3 S S R - C 3 C C Cl 2 C 3 Mesmo ambiente Cl C 3 C 3 Nota: Se se partir de um racemato, formar-se-á um racemato. Racemato Opticamente inativo Formado em quantidades iguais Química A 43

42 Quando o material de partida é enantiomericamente puro ou enriquecido (e portanto opticamente ativo) e a reação não racemiza o estereocentro: Os produtos enantiomericamente puros ou enriquecidos e opticamente ativos. S C 3 C 3 - Cl Cl C C 3 C S Cl 2 C 3 Ambiente diferente S R C 3 C 3 Cl Cl S S C 3 C 3 Nota: Se se partir de um racemato, Diastereómeros formar-se-ão diastereómeros, mas eles são racémicos (não opticamente activos). Ambos opticalmente ativos Formados em quantidades diferentes: Estereoseletividade Química A 44

43 Química A 45

44 Resolução: A Separação Química de Enantiómeros Química A 46 46

45 Enantiómeros e Atividade Fisiológica Química A 47

46 Drogas: Enantiómeros Atuam Diferentemente O O 2 N O 2 N S O O R N 2 O N 2 Amargo Asparagina Doce O 3 C S O Cl Cl O R C 3 O O Cl Cl O Activo Dichlorprop (erbicida) Inactivo N S O C 2 O O 2 C O R N O O Antagonista Albuterol oncodilatador Química A 48

47 Atividade Biológica (R)-(+)-Talidomida (R)(+) Thalidomide (S)(-) (S)-(-)-Talidomida Thalidomide O N O N O O N O N O O a sedative and hypnotic hipnótico-sedativo O a teratogen teratogénico Química A 49

48 Química A 50

49 Química A 51

50 Química A 52

51 Química A 53

52 Química A 54

53 Neurotransmissor SNC (estimulante cardíaco) ormona SNS/stress Noradrenalina Química A 55

54 Reconhecimento Enantiomérico Química A 56

55 Reconhecimento Enantiomérico Química A 57

56 Relevância da Estereoquímica EFEDRA da Ma uang EPEDRA from Ma uong O d-pseudoefedrina e l-efedrina NC d-p seudoephedrine and l-ep hedrine * 3 * (R,S) (S,S) (R,S) (S,S) C useful decongenstants 3 Descongestionantes 2 asy centros mmetric assimétricos centers 44 estereoisómeros stereoisomers Química A 68

57 Síntese em Um-Passo Pseudoefedrina Pseudophed * C 3 NC 3 "desoxyephedrine" (methamphetamine) l-(r) - Vicks d-(s)- "Meth" Química A 69

58 Ácido -(p-isobutilfenil)propiónico C 3 CO 2 O 2 C C 3 Química A (S)(+) ibuprofen anti-inflammatory (S)-(+)-Ibuprofeno (R)(-) ibuprofen 80-90% (R)-(-)-Ibuprofeno metabolized to (S)(+) Antiinflamatório 80-90% metabolizado a (S)-(+) 70

59 Modelo da Talidomida Química A 71

60 Quão doce é! O O C 2 O O O O C 2 O O O C 2 O O Cl C 2 O O O O C 2 Cl O O C 2 Cl O O Sucrose Sacarose Sucralose or Splenda Sucralose ou Splenda Química A Sucralose A Sucralose is 600 é 600x times mais sweeter doce and does e não not é get metabolizada metabolized. 72