Estereoquimica_3

1

11

MOLMOLCULAS AQUIRAIS COM CENTROS QUIRAISCULAS AQUIRAIS COM CENTROS QUIRAIS

Nem todas as molNem todas as molculas com centros culas com centros quiraisquirais so so quiraisquirais!!!!!!

CH3 CH

OH

CH

OH

CH3* *

butano-2,3-diol

DoisDois centroscentrosquiraisquirais

QuantosQuantosestereoisestereoismerosmeros??????

22

CH3

HO H

H OH

CH3

CH3

H OH

HO H

CH3

R

R

S

S

Enantimeros

CH3HO H

HO H

CH3

CH3H OH

H OH

CH3

R

S

S

R

Sero enantimeros ?

O O objectoobjecto e a imagem so sobrepone a imagem so sobreponveis, logo a molveis, logo a molcula no cula no quiralquiral e, portanto, e, portanto, opticamente inactiva.opticamente inactiva.As estruturas deste tipo designamAs estruturas deste tipo designam--se por se por mesmesgirasgiras..Composto Composto mesmesgirogiro: : aquele cuja molaquele cuja molcula, no obstante possuir centros cula, no obstante possuir centros quiraisquirais, se , se pode sobrepor pode sobrepor respectiva imagem num espelho plano (sendo opticamente inactivorespectiva imagem num espelho plano (sendo opticamente inactivo).).


CH3

HO H

HO H

CH3

CH3

H OH

H OH

CH3

R

S

S

R

Sero enantimeros ?No, so sobreponveis !!!

2

33

Concluso: o butanoConcluso: o butano--2,32,3--diol tem apenas 3 diol tem apenas 3 estereoisestereoismerosmeros

A A conformaconformaoo ememeclipse doeclipse domesomeso--butanobutano--2,32,3--diol diol apresentaapresentaum um planoplano de de simetriasimetria

44


O O diasterediasteremeromero ciscis tem tem

um plano de simetria...um plano de simetria...

3

55

O

HO

O

O

OH

O OCCO

OCOCH3

NH

O

OH

C6H5

C6H5

O

C6H5O

H3C

Exemplo: TAXOL

211 = 2048 estereoismeros possveis

MOLMOLCULAS COM VCULAS COM VRIOS CENTROS QUIRAISRIOS CENTROS QUIRAIS

Uma molUma molcula com cula com nn centros centros quiraisquirais pode ter, no mpode ter, no mximo, 2ximo, 2n n estereoisestereoismerosmeros......

In the early 1960s, the In the early 1960s, the National Cancer Institute (NCI)National Cancer Institute (NCI)in the United States initiated a in the United States initiated a programmeprogrammeof biological of biological screening of extracts taken from a wide variety of natural sourcscreening of extracts taken from a wide variety of natural sources. One of these extracts was found to es. One of these extracts was found to exhibit marked exhibit marked antitumourantitumour activity against a broad range of rodent activity against a broad range of rodent tumourstumours. Although this discovery was made in 1962, it was not . Although this discovery was made in 1962, it was not until five years later that two researchers, Wall and until five years later that two researchers, Wall and WaniWani, of the , of the Research Triangle Institute, North CarolinaResearch Triangle Institute, North Carolina, isolated , isolated the active compound from the bark of the the active compound from the bark of the Pacific yew tree (Pacific yew tree (TaxusTaxusbrevifoliabrevifolia)). In 1971, Wall and . In 1971, Wall and WaniWani published the published the structure of this promising new antistructure of this promising new anti--cancer lead compound, a complex polycancer lead compound, a complex poly--oxygenated oxygenated diterpenediterpene. Renewed interest in . Renewed interest in taxoltaxol led to major problems, since many groups wished to conduct clinled to major problems, since many groups wished to conduct clinical trials, and so large quantities of this material ical trials, and so large quantities of this material were required. The natural source, the Pacific yew tree is an enwere required. The natural source, the Pacific yew tree is an environmentally protected species, which is also one of the vironmentally protected species, which is also one of the slowest growing trees in the world. Isolation of the compound, wslowest growing trees in the world. Isolation of the compound, which is contained in the bark, involves killing the tree, hich is contained in the bark, involves killing the tree, and the quantities available by this method are pitifully small.and the quantities available by this method are pitifully small.It would take six 100It would take six 100--year old trees to provide enough year old trees to provide enough taxoltaxol to treat just one patient. to treat just one patient.

66

HOHO OHOH

HH

HH

HOHO

HH33CC

HH

HHCHCH22CHCH22COCO22HH

CHCH33

HH

CHCH33

Exemplo: Exemplo: cido cido cclicolico

11 centros 11 centros quiraisquirais: 2048 : 2048 estereoisestereoismerosmerosAlAlm do m do cido cido cclicolico e do seu e do seu enantienantimeromero, existem mais, existem mais2046 2046 diasterediasteremerosmerosdestes dois!!!destes dois!!!


4

77

CHO

OHH

OHH

OHH

OHH

CH2OH

CHO

HHO

OHH

OHH

OHH

CH2OH

CHO

OHH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

CHO

HHO

HHO

OHH

OHH

CH2OH

CHO

OHH

OHH

HHO

OHH

CH2OH

CHO

HHO

OHH

HHO

OHH

CH2OH

CHO

OHH

HHO

HHO

OHH

CH2OH

CHO

HHO

HHO

HHO

OHH

CH2OH

Qual a diferenQual a diferena entre as seguintes estruturas?a entre as seguintes estruturas?

DD--AloseAlose DD--AltroseAltrose DD--glucoseglucose DD--ManoseManose DD--GuloseGulose DD--IdoseIdose DD--GalactoseGalactose DD--TaloseTalose

CH2 CH

OH

CH

OH

CH

OHOH

CH

OH

C

O

H

* * * * uma hexose(hidrato de carbono)

24 = 16 estereoismeros possveis


E aqui ainda faltam os outros 8 E aqui ainda faltam os outros 8 estereoisestereoismerosmeros, todos com configura, todos com configurao L!!!o L!!!

88

MOLMOLCULAS COM CENTROS QUIRAIS E COM LIGACULAS COM CENTROS QUIRAIS E COM LIGAES DUPLASES DUPLAS

O nO n mmximo de ximo de estereoisestereoismerosmerospode tambpode tambm envolver o isomerismo m envolver o isomerismo ciscis//transtransou E/Z em ou E/Z em duplas ligaduplas ligaes. Neste caso consideraes. Neste caso considera--se a dupla ligase a dupla ligao como um centro assimo como um centro assimtrico.trico.

5

99

Nos compostos biologicamente activos, os Nos compostos biologicamente activos, os enantienantimerosmerospodem apresentar podem apresentar

propriedades biolpropriedades biolgicas completamente diferentes!gicas completamente diferentes!

N

O

O

N

O

O

H

H

N

O

O

N

O

O

HH

(R)-Talidomida (S)-Talidomida

O caso da O caso da TalidomidaTalidomida um exemplo tragicamente cum exemplo tragicamente clebre!!!lebre!!!

A A talidomidatalidomida um medicamento (um sedativo) comercializado por uma empresa aleum medicamento (um sedativo) comercializado por uma empresa alem, m,

principalmente na Europa, Japo e Amprincipalmente na Europa, Japo e Amrica do Sul, entre 1958 e 1962.rica do Sul, entre 1958 e 1962.

A A talidomidatalidomida era receitada a grera receitada a grvidas para diminuir os sintomas de enjoo.vidas para diminuir os sintomas de enjoo.

Em pouco tempo verificouEm pouco tempo verificou--se que este medicamento provocava defeitos horrse que este medicamento provocava defeitos horrveis nas veis nas

criancrianas em gestaas em gestao.o.

1010

CalculaCalcula--se que mais de 12 mil crianse que mais de 12 mil crianas tenham nascido com graves deformaas tenham nascido com graves deformaes es

ffsicas, principalmente com sicas, principalmente com focomeliafocomelia (caracterizada pela aproxima(caracterizada pela aproximao ou o ou

encurtamento dos membros junto ao tronco do feto tornandoencurtamento dos membros junto ao tronco do feto tornando--os semelhantes aos os semelhantes aos

de uma foca).de uma foca).



6

1111

N

O

O

N

O

O

H

H

N

O

O

N

O

O

HH

(R)-Talidomida (S)-Talidomida

calmantecalmante teratogteratogniconico

A talidomida uma substncia quiral

Apesar do enantimero R-(+) ter uma actividade sedat iva muito mais

elevada que o enantimero S-(-), a talidomida, como e ra tpico na poca, era

comercializada na forma de mistura racmica.

Sabe-se que os problemas causados pela talidomida se devem ao

enantimero S.



1212

Porque Porque que sque s um dos um dos estereoisestereois merosmeros activo?activo?

Sendo o receptor (enzima ou outro) Sendo o receptor (enzima ou outro) quiralquiral , s, s um dos um dos

enantienanti merosmeros tem a forma adequadatem a forma adequada

EnantiEnantimeros: A importncia biolmeros: A importncia biolgica da gica da quiralidadequiralidade

7

1313

a) a reaco ocorre fora do centro quiral

REACREACES COM MOLES COM MOLCULAS QUIRAIS CULAS QUIRAIS

CH3C

H Cl

CH2 CH CH2

CH3C

H Cl

CH2 CH2 CH3

CH3C

H Cl

CH2 CHO

H2, Pt

1) O32) H2O, Zn

R

R

R

1414

b) a reaco ocorre no centro quiral

CH3C

H OH

CH2CH3

CH3C

H O

CH2CH3+

CH3C

H Cl

CH2CH3+ C

H3C

Cl H

CH2CH3(1 : 1)

CH3C CH2CH3

O

CR OH C

O

RO

R

H2O

R S

HCl

H+

KMnO4

R

REACREACES COM MOLES COM MOLCULAS QUIRAIS CULAS QUIRAIS

8

1515

EstereoquEstereoqumicamica das Reacdas Reaces Ques Qumicasmicas

ExemploExemplo: a : a epoxidaepoxidaoo do do propenopropeno

HH22CC CCHCHHCH33

OO

HH22CC CCHCHHCH33RCORCO33HH

Um dos carbonos do produto da reacUm dos carbonos do produto da reaco o quiralquiral..

A reacA reaco no o no enantiosselectivaenantiosselectiva::o ataque do o ataque do peroxiperoxicidocido pode ocorrer por pode ocorrer por qualquer uma das faces da molqualquer uma das faces da molcula!!!cula!!!

No entanto, o produto de reacNo entanto, o produto de reaco o uma mistura uma mistura racracmicamica, ou seja, , ou seja, os enantios enantimeros R e S formammeros R e S formam--se se em igual quantidadeem igual quantidade

1616

ExemploExemplo: Adi: Adio de o de HBrHBr ao 2ao 2--butenobuteno

A reacA reaco o no no enantiosselectivaenantiosselectiva: o ataque do : o ataque do BrBr-- ao ao carbocatiocarbocatiointermediintermedirio pode ocorrer por qualquer uma das facesrio pode ocorrer por qualquer uma das faces


9

1717

Importante:Importante:

Se todos os reagentes de partida (e catalisadores) forem Se todos os reagentes de partida (e catalisadores) forem aquiraisaquirais, o , o

produto formado serproduto formado ser sempre uma mistura sempre uma mistura racracmicamica..

Ou seja, para de uma determinada reacOu seja, para de uma determinada reaco resultar um dos enantio resultar um dos enantimeros meros

em maior quantidade, tem de existir no sistema de partida em maior quantidade, tem de existir no sistema de partida algoalgo quiralquiral , ,

que muitas vezes que muitas vezes o catalisador: o catalisador: assim nos sistemas biolassim nos sistemas biolgicosgicos

O desenvolvimento de catalisadores O desenvolvimento de catalisadores quiraisquirais uma uma rea importantrea importantssima ssima

em sem sntese orgnica (ntese orgnica (Nobel da QuNobel da Qumica em 2001mica em 2001).).


1818

cido cido fumfumricorico cido (cido (SS))--(())--mmlicolico

AquiralAquiral Um sUm s enantienantimeromero

fumarasefumarase

HH22OO

CC CC

HOHO22CC HH

COCO22HHHH

CC OHOH

HHHOHO22CC

HOHO22CCHCCH22

TransformaTransformaes em sistemas bioles em sistemas biolgicosgicos

A transformaA transformao o estereosselectivaestereosselectiva.. a enzima (o catalisador) que induz a enzima (o catalisador) que induz quiralidadequiralidadeno sistemano sistema


10

1919

ResoluResoluo o enantiomenantiomricarica

Como jComo j foi referido, dois enantifoi referido, dois enantimeros podem ter propriedades meros podem ter propriedades biolbiolgicas totalmente diferentes.gicas totalmente diferentes.Assim, Assim, frequentemente importante separar as misturas de frequentemente importante separar as misturas de enantienantimerosmeros: misturas : misturas racracmicasmicas

A primeira separaA primeira separao de uma mistura o de uma mistura racracmicamica foi realizada por Pasteur foi realizada por Pasteur em 1848: o em 1848: o cido tartcido tartrico (formado durante a produrico (formado durante a produo do vinho).o do vinho).

HO2CCO2H

H

H OH

OHH

CO2H

OH

CO2H

HO H

cido (2R, 3R)cido (2R, 3R)--tarttart ricorico

ou ou cido (2R, 3R)cido (2R, 3R)--2,32,3--didi--hidroxibutanodihidroxibutanodi icoico

2020

Por vezes eram obtidas soluPor vezes eram obtidas solues opticamente inactivas do es opticamente inactivas do cido tartcido tartrico.rico.Pasteur verificou que o sal de sPasteur verificou que o sal de sdio e amdio e amnio obtido a partir destas nio obtido a partir destas solusolues era constitues era constitudo por duas formas cristalinas, imagem uma da do por duas formas cristalinas, imagem uma da outra e que, uma vez separadas e de novo dissolvidas separadamenoutra e que, uma vez separadas e de novo dissolvidas separadamente, te, rodavam o plano de polarizarodavam o plano de polarizao da luz em sentidos diferentes:o da luz em sentidos diferentes:

-- uma uma dextrodextro--rotatrotatriaria-- outra outra levolevo--rotatrotatriaria

Pasteur props que as formas cristalinas Pasteur props que as formas cristalinas enantiomenantiomricasricas deviam ser deviam ser consequncia de molconsequncia de molculas enantiomculas enantiomricas.ricas.

A inactividade A inactividade ptica das soluptica das solues referidas deviaes referidas devia--se se presenpresena dos dois a dos dois enantienantimeros (+) e (meros (+) e (--) em quantidades iguais:) em quantidades iguais:

-- a estas solua estas solues era dado o nome de es era dado o nome de cido cido racracmicomico


11

2121

A separaA separao de o de misturas misturas racracmicasmicas raramente raramente to fto fcilcil

EstratEstratgiagia: se dois enanti: se dois enantimeros apresentam propriedades fmeros apresentam propriedades fsicosico--ququmicas muito semelhantes, uma forma de os separar micas muito semelhantes, uma forma de os separar convertconvert--los los temporariamentetemporariamente em formas com comportamentos diferentes: em em formas com comportamentos diferentes: em diasterediasteremerosmeros

Dado que os Dado que os diasterediasteremerosmerosapresentam diferenapresentam diferenas mais significativas de as mais significativas de comportamento fcomportamento fsicosico--ququmico, tornamico, torna--se mais fse mais fcil separcil separ--loslos

Separados os Separados os diasterediasteremerosmeros criados temporariamentecriados temporariamente , , posspossvel vel recuperar os enantirecuperar os enantimeros puros.meros puros.


2222

misturamisturade de enantienantimerosmeros

C(+)C(+)C(+) C(-)C(C(--))

C(+)P(+)C(+)C(+)P(+)

C(-)P(+)C(C(--))P(+)

P(+)P(+)

C(+)C(+)C(+)

P(+)P(+)

C(-)C(C(--))

A separaA separao de o de misturas misturas racracmicasmicas


2P(+)2P(+)

C(+)P(+)C(+)C(+)P(+) C(-)P(+)C(C(--))P(+)

misturamisturade de diasterediasteremerosmeros

agenteagenteresolventeresolvente

12

2323

A reacA reaco quo qumica envolvida deve ser simples e facilmente reversmica envolvida deve ser simples e facilmente reversvel. vel. Por exemplo, reacPor exemplo, reaces es cido/base: o cido/base: o cido (2R,3R)cido (2R,3R)--tarttartrico usado como rico usado como agente resolvente.agente resolvente.

O O agente resolventeagente resolventetem de ser opticamente puro. Caso contrtem de ser opticamente puro. Caso contrrio rio ocorrerocorrer a formaa formao de misturas complexas de o de misturas complexas de diasterediasteremerosmeros..

Os Os diasterediasteremerosmeros formados tm de diferir substancialmente numa formados tm de diferir substancialmente numa determinada propriedade para serem facilmente separdeterminada propriedade para serem facilmente separveis.veis.



2424



13

2525

JJ vimos que a presenvimos que a presena de carbonos a de carbonos quiraisquirais no no condicondio suficiente o suficiente para termos um composto para termos um composto quiralquiral (o exemplo das estruturas (o exemplo das estruturas mesomeso))

Mas existem compostos Mas existem compostos quiraisquirais que no possuem carbonos que no possuem carbonos quiraisquirais..

Por vezes tm outro Por vezes tm outro tomo como centro tomo como centro quiralquiral, como P, S ou N., como P, S ou N.

QuiralidadeQuiralidadeem molem molculas sem centros culas sem centros quiraisquirais

Ou a molOu a molcula tem certas caractercula tem certas caractersticas que a tornam sticas que a tornam quiralquiral

2626

AtropisAtropismerosmeros:: estereoisestereoismerosmerosresultantes de rotaresultantes de rotao limitada em o limitada em torno de ligatorno de ligaes simples, de tal modo que a barreira rotacional es simples, de tal modo que a barreira rotacional suficientemente elevada para permitir a observasuficientemente elevada para permitir a observao das espo das espciesciesIsomIsomricas (ricas (confconfrmerosrmeros).).


BrBr

I I

I

Br

I

BrBifenilosBifenilos

Enantiomerismo conformacional

14

2727

C C C

H

Cl Cl

H

Formas enantiomricas do 1,3-dicloroaleno

I

Br

I

BrBifenilosBifenilos

I

Br

I

Br

=/

Enantiomerismo conformacional

AlenosAlenos

C C C

H

Cl Cl

H

Os Os alenosalenosno apresentam no apresentam isomeriaisomeriaciscis//transtrans; no possuem um ; no possuem um tomo tetratomo tetradricodricocom quatro grupos diferentes; mas as duas molcom quatro grupos diferentes; mas as duas molculas so imagem uma da outraculas so imagem uma da outra

num espelho plano, imagens no sobreponnum espelho plano, imagens no sobreponveis, por isso so veis, por isso so quiraisquirais..


2828


Uma determinada estrutura pode ser Uma determinada estrutura pode ser quiralquiral sem que a sem que a quiralidadequiralidadedependa da presendependa da presena de carbonos a de carbonos quiraisquirais

Para que tal acontePara que tal acontea apenas a apenas necessnecessrio que o composto no seja rio que o composto no seja sobreponsobreponvel vel sua imagem: os sua imagem: os helicenoshelicenos..

15

2929

Para relembrarPara relembrar

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Estereoquimica_3