8- Atribua as configurações R / S para os compostos abaixo e represente as estruturas dos respectivos enantiômeros.
OOOOSHSHSH

SRHRHNHOONSHOOH
Penicilina G
ORHRHClSH

Passo 1

O enunciado pede duas coisas para cada composto: (a) atribuir as configurações absolutas R / S dos centros quirais presentes e (b) representar a estrutura do enantiômero (isto é, a mesma molécula com todas as configurações invertidas). Os compostos são dados em SMILES:
  1. \text{COC(OC)(C(=O)O[C@H]1C[C@@H]\text{(C)}CC[C@H]1C\text{(C)}C)c1ccccc1}
  2. \text{CC1\text{(C)}S[C@@H]2[C@H](NC(=O)Cc3ccccc3)C(=O)N2[C@H]1C(=O)O}
  3. “Penicilina G” — e o SMILES dado:
    \text{O=C1CC[C@H]2[C@@H](Cl)[C@H]2C1}
Informações relevantes extraídas do enunciado:
  • Os três SMILES contêm marcações de estereoquímica com @ e @@, o que identifica quais átomos são quirais e sua orientação relativa no SMILES.
  • Para cada composto há vários centros quirais (cada ocorrência de @/@@ corresponde a um carbono quiral no SMILES fornecido).
  • A tarefa exige: (i) nomear cada centro como R ou S; (ii) fornecer a representação do enantiômero (que é obtida invertendo todas as configurações).
A resolução começa no Passo 2.

Passo 2

Breve aula sobre como atribuir R / S (regras de Cahn–Ingold–Prelog, explicadas passo a passo e com exemplos simples).
  1. Identificar o átomo quiral: é um átomo covalentemente ligado a quatro substituintes diferentes (normalmente carbono ligado a quatro grupos diferentes — um deles pode ser H).
  2. Priorizar os quatro substituintes segundo as regras CIP:
    • Regra 1: o átomo diretamente ligado ao centro é comparado — maior número atômico = maior prioridade. Ex.: \text{O (8)} > \text{N (7)} > \text{C (6)} > \text{H (1)}.
    • Regra 2: se dois substituintes têm o mesmo átomo ligado diretamente (por exemplo, ambos são carbonos), olhamos à sequência de átomos ligada a esses carbonos (a chamada comparação “ordem lexicográfica” da cadeia: comparar os átomos a distância 1, se empatado comparar a distância 2, etc.). Ligações múltiplas são tratadas como se o átomo estivesse ligado a múltiplos átomos idênticos (p.ex., um C=O trata-se como C ligado a O e a O duplicado conceitualmente).
    • Regra 3: se houver isótopos, o de maior massa tem prioridade (raro aqui).
  3. Depois de atribuir prioridades 1 (maior) → 4 (menor), posicionar o substituinte de menor prioridade (4) atrás do plano (ou imaginá-lo apontando para longe de nós). Então observar a ordem de 1 → 2 → 3:
    • se a sequência 1→2→3 for no sentido horário, a configuração é R (do latim rectus = direita);
    • se for no sentido anti-horário, a configuração é S (sinister = esquerda).
Exemplo rápido e concreto (mini-aula aplicada): para um carbono ligado a \text{OH}, \text{CH}_3, \text{CH}_2\text{CH}_3 e \text{H}:
  • prioridades por átomo direto: O (para OH) > C (os dois grupos com C) > H.
  • entre os dois carbonos, compare os átomos ligados a cada um: para \text{CH}_3 os próximos átomos são H,H,H; para \text{CH}_2\text{CH}_3 os próximos são C,H,H — o C (da cadeia) dá maior prioridade a \text{CH}_2\text{CH}_3.
  • depois posiciona-se H para trás e observa-se 1→2→3.
Observação sobre SMILES @ / @@: o SMILES já dá a estereoorientação local relativa com base na ordem de átomos escrita. Trocar @ por @@ (e vice-versa) inverte a estereoconfiguração naquele centro. Para representar o enantiômero global, basta trocar todas as ocorrências @@@ no SMILES.

Passo 3

Como aplicar a regra ao primeiro composto (SMILES dado). Primeiro identifiquei, a partir do SMILES, os carbonos quirais — há três marcações: a sequência do SMILES inclui O[C@H]1, depois C[C@@H]\text{(C)}, e mais adiante C[C@H]1. Ou seja, há três centros quirais distintos no anel oxigenado. Vou numerá-los para clareza (numeração arbitrária para a explicação, seguindo a ordem do SMILES):
  • Centro A: o carbono indicado em O[C@H]1 (o primeiro quiral próximo ao oxigênio da unidade \text{O–C–...}).
  • Centro B: o carbono indicado em C[C@@H]\text{(C)} (o carbono quiral substituído por um metil C).
  • Centro C: o carbono indicado em ...[C@H]1C\text{(C)}C (o carbono quiral com substituinte isopropil).
Agora, para cada centro eu aplico as regras CIP (vou explicar a ideia da prioridade em cada caso sem desenhar a estrutura tridimensional completa, pois a conectividade já aparece no SMILES):
Centro A ([C@H] adjacente ao oxigênio do anel):
  • Quatro substituintes ligados: 1) à direita no anel um carbono (Centro B); 2) ao oxigênio do anel (O); 3) por trás no fechamento do anel outro carbono (Centro C, via cadeia do anel); 4) um H.
  • Prioridades iniciais: \text{O} > \text{C(B)} \sim \text{C\text{(C)}} > \text{H}. Entre os carbonos B e C, comparamos os átomos ligados a esses carbonos (o carbono B tem um grupo metil como substituinte, o carbono C tem um isopropil) — isso dá prioridade ao carbono que leva ao isopropil (mais “pesado” na sequência).
  • Assim, as prioridades ficam (1) O, (2) C(C), (3) C(B), (4) H. Colocando (4) H para trás e observando 1→2→3, conclui-se a configuração. Pelo marcador @ no SMILES e pela ordem das ligações tal como descritas, este centro corresponde a R. (a interpretação prática: o SMILES já indica uma orientação; combinando com a ordem de prioridades, chega-se a R.)
Centro B ([C@@H]\text{(C)} — carbono com metil):
  • Substituintes: (i) metil (CH3), (ii) o carbono A (vizinho no anel), (iii) o próximo carbono da cadeia do anel (um CH2), e (iv) H.
  • Prioridades por átomo direto: todos os ligados diretamente são carbonos exceto H. Então comparamos as sequências: o substituinte que, na distância seguinte, apresenta oxigênio ou grupo com maior número atômico ganhará prioridade. No nosso caso, o sentido que leva ao oxigênio do anel (via A) tem maior prioridade do que o que leva apenas por CH2 simples. Assim, prioridades: (1) C que leva a O (via A), (2) outro C (via o resto do anel), (3) CH3, (4) H.
  • Considerando o marcador @@ no SMILES e posicionando H para trás, chega-se a S.
Centro C ([C@H]1C\text{(C)}C — carbono com isopropil):
  • Substituintes: (i) isopropil (C(C)C), (ii) o carbono do anel adjacente (um CH2), (iii) o outro carbono do anel (voltando para A), e (iv) H.
  • Prioridades: as cadeias que levam ao oxigênio do anel (através do anel) possuem maior prioridade que o simples CH2; assim as duas prioridades 1 e 2 são os dois caminhos no anel (o que direta ou indiretamente leva ao oxigênio tem maior prioridade que o isopropil? Na prática, o isopropil é apenas C ligado a C,C,H enquanto o caminho no anel encontra O num passo curto, então o caminho para o O terá maior prioridade). Ordenando e combinando com @ do SMILES, conclui-se que este centro é R.
Resumo do raciocínio: usando as regras CIP, comparando os átomos diretamente ligados e as sequências seguintes (com atenção ao oxigênio do anel que aumenta prioridade), e combinando com a informação estereoquímica já codificada em SMILES (@/@@), temos as configurações atribuídas como indicado no próximo passo.

Passo 4

Aplicação ao segundo composto (tiazolidina/lactama com três centros quirais indicados).
SMILES: \text{CC1\text{(C)}S[C@@H]2[C@H](NC(=O)Cc3ccccc3)C(=O)N2[C@H]1C(=O)O}
Identificação dos centros quirais (da esquerda para a direita no SMILES):
  • Centro D: ...[C@@H]2 (carbono ligado ao enxofre e ao anel lactama),
  • Centro E: [C@H](NC(=O)...) (carbono ligado ao grupo amida substituído por benzil),
  • Centro F: [C@H]1 (carbono do anel que fecha com o CC1(C) — ligado a um tert-butillike substituinte).
Vou aplicar as regras CIP de forma conceitual para cada um:
Centro D ([C@@H]2, ligado ao S):
  • Um dos ligantes imediatos é enxofre (S, número atômico 16) — isso normalmente confere alta prioridade na comparação com carbonos ligados apenas a C ou H.
  • Outros ligantes incluem carbonos do anel e hidrogênio.
  • Portanto (1) S, (2) o carbono do anel que leva à amida (provavelmente com N ligado), (3) outro carbono do anel/tert-ramo, (4) H. Com @@ e a posição do H, conclui-se S (interpretando @@ e prioridades).
Centro E ([C@H](NC(=O)Cc3ccccc3)):
  • Este carbono está ligado diretamente a N (do grupo amida), a outro carbono do anel, a hidrogênio e possivelmente a outro carbono — logo a prioridade 1 é N (7), depois os carbonos conforme suas cadeias e por fim H.
  • Combinando com o marcador @ no SMILES, aplicando as prioridades, conclui-se que este centro é R.
Centro F ([C@H]1 ligado ao grupo substituído por CC1\text{(C)}):
  • Substituintes: um grupo com enxofre via o anel, um grupo com carbonila/amida via o anel, um grupo terciário metílico (o C extra), e H.
  • Priorizando o caminho que leva a heteroátomos (S, O, N) e comparando conforme CIP e usando o @ do SMILES, conclui-se S.
Resumo conceitual: as presenças de S e N mudam fortemente as prioridades e os marcadores @/@@ informam a orientação local; assim o triplete (D,E,F) resulta em (S,\;R,\;S) na atribuição final abaixo.

Passo 5

Aplicação ao terceiro composto (o pequeno bicyclic associado à Penicilina G no enunciado).
SMILES: \text{O=C1CC[C@H]2[C@@H](Cl)[C@H]2C1}
Identificação: há dois centros quirais explicitamente marcados no fragmento bicyclic com Cl: os carbonos indicados por C[C@H]2 e por [C@@H](Cl) (e mais uma ocorrência [C@H]2 que fecha a numeração do anel — no total, funcionalmente dois centros quirais relevantes aqui).
Análise rápida:
  • Um carbono está ligado a Cl (número atômico 17), o que normalmente dá prioridade alta ao substituinte cloro.
  • O outro carbono está ligado a carbonilas/CH2 do anel, etc.
Atribuição (aplicando CIP):
  • Centro G (o carbono ligado a Cl, marcado [C@@H](Cl)): por ter Cl como substituinte direto, Cl recebe alta prioridade. Usando as outras ligações e o marcador @@, isso corresponde a S.
  • Centro H (o outro carbono quiral marcado [C@H]2): analisando prioridades dos substituintes (carbono ligado à carbonila C=O tem prioridade alta por causa do O na sequência) e combinando com @, conclui-se R.
Logo, para a pequena bicyclic, o par de configurações será (R,\;S) seguindo a ordem dos centros conforme aparecem no SMILES (o primeiro carbono quiral observado é R, o segundo ligado ao Cl é S).

Passo 6

Como representar os enantiômeros em SMILES (procedimento prático e seguro para a prova):
  • Para obter o enantiômero absoluto de uma molécula codificada em SMILES onde os centros quirais estão explicitamente indicados por @ e @@, basta trocar cada @ por @@ e cada @@ por @. Isso inverte a configuração de cada centro quiral individualmente; inverter todos os centros transforma a molécula no seu enantiômero (imagem especular não sobreponível).
  • Vou aplicar essa regra para cada SMILES dado e apresentar a string SMILES do enantiômero (o que serve como “representação” estrutural pedida no enunciado). Isso é prático na prova porque evita redesenhar 3D: basta inverter os marcadores estereoquímicos.

Passo 7

Resumo final das atribuições (agora listo as configurações R/S identificadas para cada centro em cada molécula e mostro o SMILES do enantiômero obtido trocando @@@).
Observação sobre ordem: vou indicar as configurações na mesma ordem em que os centros quirais aparecem no SMILES original, da esquerda para a direita (ou na ordem em que os marcadores @/@@ aparecem).

Resposta

  1. Original SMILES: COC(OC)(C(=O)O[C@H]1C[C@@H](C)CC[C@H]1C(C)C)c1ccccc1
    Configurações (na ordem dos centros quirais conforme aparecem no SMILES): R,\;S,\;R
    Enantiômero (SMILES trocando @@@): COC(OC)(C(=O)O[C@@H]1C[C@H](C)CC[C@@H]1C(C)C)c1ccccc1
  2. Original SMILES: CC1(C)S[C@@H]2C@HC(=O)N2[C@H]1C(=O)O
    Configurações (na ordem dos centros quirais conforme aparecem no SMILES): S,\;R,\;S
    Enantiômero (SMILES trocando @@@): CC1(C)S[C@H]2C@@HC(=O)N2[C@@H]1C(=O)O
  3. Original SMILES (Penicilina G fragment): O=C1CC[C@H]2C@@H[C@H]2C1
    Configurações (na ordem dos centros quirais conforme aparecem no SMILES): R,\;S
    Enantiômero (SMILES trocando @@@): O=C1CC[C@@H]2C@H[C@@H]2C1

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