Descreva o que é uma mistura racêmica e explique por que ela não desvia o plano da luz polarizada. Cite um exemplo onde a mistura racêmica ocorre naturalmente ou é usada na indústria farmacêutica.
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4. Usando o sistema de prioridade Cahn-Ingold-Prelog (CIP), desenhe e determine a configuração ( R ou S ) de um carbono quiral em uma molécula fictícia com substituintes: -\mathrm{OH},-\mathrm{CH}_{3},-\mathrm{Cl}, e -H. Explique as numerações (definidas por prioridades) em cada uma das moléculas

Passo 1

O enunciado tem duas perguntas distintas:
  1. Descrever o que é uma mistura racêmica e explicar por que ela não desvia o plano da luz polarizada.
  2. Usando o sistema de prioridades Cahn–Ingold–Prelog (CIP), desenhar e determinar a configuração (R ou S) de um carbono quiral que tem como quatro substituintes -\mathrm{OH},\; -\mathrm{CH}_3,\; -\mathrm{Cl} e -\mathrm{H}, e explicar as numerações (prioridades) atribuídas.
    Informações dadas (relevantes para resolver): os quatro substituintes no carbono quiral são exatamente -\mathrm{OH},\; -\mathrm{CH}_3,\; -\mathrm{Cl} e -\mathrm{H}. Não foi dada uma disposição espacial explícita, então vou escolher uma disposição tridimensional clara (com -\mathrm{H} apontando para trás) para desenhar e determinar a configuração; explicarei também como proceder se a menor prioridade não estiver apontando para trás.

Passo 2

O que é uma mistura racêmica (definição e ideia física) — explicação didática e simples:
  • Uma mistura racêmica é uma mistura contendo quantidades iguais (50:50) de duas formas moleculares que são imagens especulares não sobreponíveis entre si; essas formas chamam-se enantiômeros.
  • Cada enantiômero é quiral e é capaz, isoladamente, de desviar o plano da luz polarizada: um enantiômero gira o plano para a direita (designado “ +”) e o outro gira o mesmo ângulo para a esquerda (designado “ -”).
  • Como a mistura racêmica contém quantidades iguais de ambos, os desvios de cada enantiômero têm o mesmo módulo e sinais opostos, e por isso se cancelam mutuamente, resultando em desvio líquido zero da luz polarizada.

Passo 3

Explicação com um mini-cálculo (matemática simples para entender o cancelamento):
  • Seja a rotação específica de um enantiômero + igual a +\alpha (em graus) e a do enantiômero - igual a -\alpha.
  • Numa mistura com frações molares iguais (ou concentrações iguais) de ambos, a rotação observada é
\text{rotação total} = (+\alpha) + (-\alpha) = 0.çã
  • Portanto a mistura racêmica não desvia o plano da luz polarizada (é opticamente inativa). Isso é a razão física do porquê não há desvio.

Passo 4

Exemplos práticos (um natural/industrial) e observações úteis:
  • Exemplo industrial/farmacêutico clássico: \mathrm{ibuprofen} é comercializado normalmente como mistura racêmica (uma mistura dos enantiômeros R e S); no organismo uma parte pode ser convertido ao enantiômero ativo ( S).
  • Observação histórica: o caso de \mathrm{thalidomide} mostra que racemização (conversão entre enantiômeros) in vivo é perigosa — mesmo que só se administre um enantiômero, pode racemizar no corpo. (Use essas menções como contexto; para a prova, basta citar \mathrm{ibuprofen} como exemplo industrial.)

Passo 5

Regras CIP (Cahn–Ingold–Prelog) — explicação passo a passo e intuitiva, para você aplicar na prova:
  1. Para cada substituinte ligado ao centro quiral, olhe primeiro para o átomo diretamente ligado ao carbono quiral. A prioridade maior vai para o átomo com maior número atômico.
  2. Se dois substituintes têm o mesmo átomo ligado diretamente (empate), compare os átomos ligados a esses átomos (olhe para a “próxima camada”) como se cada ligação múltipla fosse tratada como se o átomo estivesse ligado a átomos duplicados (regra de duplicação para ligações duplas/triplas). Continue camada por camada até desempatar.
  3. A prioridade vai de 1 (maior) até 4 (menor) para um centro quiral tetracoordenado. O hidrogênio quase sempre é a menor prioridade porque seu número atômico é o menor.
  4. Depois de numerar as prioridades, coloque mentalmente (ou por desenho) o grupo de menor prioridade ( 4) apontando para trás (ligação em dash). Olhe a sequência 1 \to 2 \to 3: se for horário, a configuração é R; se for anti-horário (anti-horário = contra-relógio), a configuração é S.
  5. Se o grupo 4 não estiver apontando para trás, existem dois procedimentos: (a) reorientar a molécula por rotações (permitidas) até colocar 4 para trás; ou (b) usar regra prática: se o 4 estiver na frente, a ordem obtida deve ser invertida (trocar R por S ou vice-versa).

Passo 6

Aplicando CIP aos substituintes dados — atribuição direta das prioridades:
  • Compare o átomo ligado diretamente ao centro quiral em cada substituinte:
    • Para -\mathrm{Cl} o átomo ligado é \mathrm{Cl} (número atômico 17).
    • Para -\mathrm{OH} o átomo ligado diretamente é \mathrm{O} (número atômico 8).
    • Para -\mathrm{CH}_3 o átomo ligado diretamente é \mathrm{C} (número atômico 6).
    • Para -\mathrm{H} o átomo ligado diretamente é \mathrm{H} (número atômico 1).
  • Logo, pela regra do maior número atômico primeiro, as prioridades são: 1:\; -\mathrm{Cl},\quad 2:\; -\mathrm{OH},\quad 3:\; -\mathrm{CH}_3,\quad 4:\; -\mathrm{H}.

Passo 7

Desenho (descrição de uma disposição 3D clara que vou usar) e como visualizar para a prova:
  • Vou usar a convenção comum de desenho tetraédrico com ligações em cunha (wedge = \triangle) para frente (saindo do plano, vindo em direção ao observador) e em tracejado (dash = —) para trás (indo para longe do observador). Para este exercício escolho a disposição em que o grupo de menor prioridade -\mathrm{H} está apontando para trás (isso facilita a leitura direta de 1\to2\to3). A disposição é:
    • -\mathrm{H}: ligação tracejada (para trás).
    • -\mathrm{Cl}: em cima (na projeção), pode ser desenhado como saindo para frente (cunha) ou no plano — para facilitar, suponha -\mathrm{Cl} como posicionado “acima” na projeção visível.
    • -\mathrm{OH}: à direita na projeção.
    • -\mathrm{CH}_3: à esquerda na projeção.
  • Em palavras: olhando para a molécula com -\mathrm{H} apontando para trás, você vê ao redor do átomo quiral, em sentido horário ou anti-horário, os grupos -\mathrm{Cl},\; -\mathrm{OH},\; -\mathrm{CH}_3. Vou traçar mentalmente a ordem 1\to2\to3 com as prioridades que já atribuí.

Passo 8

Determinação da configuração (aplicando o critério visual com -\mathrm{H} para trás):
  • Prioridades: 1:\, -\mathrm{Cl}, 2:\, -\mathrm{OH}, 3:\, -\mathrm{CH}_3, 4:\, -\mathrm{H} (já mostrado).
  • Com -\mathrm{H} apontando para trás, siga a sequência 1 \to 2 \to 3. Na disposição que escolhi ( -\mathrm{Cl} acima, -\mathrm{OH} à direita, -\mathrm{CH}_3 à esquerda, -\mathrm{H} atrás) a sequência \mathrm{Cl} \to \mathrm{OH} \to \mathrm{CH}_3 ao redor do centro sai no sentido horário.
  • Regra: com 4 para trás, sentido horário corresponde a configuração R. Portanto a configuração do centro quiral é R.

Passo 9

Como proceder se na prova a menor prioridade não estiver apontando para trás (dica prática e rápida):
  • Se 4 estiver apontando para frente, faça o inverso do que der: calcule 1\to2\to3; se der horário, a configuração real é S (porque com 4 para frente o resultado se inverte).
  • Alternativa segura: faça uma rotação de 180^\circ no espaço da molécula (isso não altera a configuração) até colocar 4 para trás e reavalie 1\to2\to3. Evite trocar dois grupos (isso muda a configuração).

Resposta

Uma mistura racêmica é uma mistura 50{:}50 de enantiômeros (formas imagens especulares não sobreponíveis) e não desvia o plano da luz polarizada porque os desvios ópticos dos dois enantiômeros são de mesma intensidade e sinais opostos, cancelando-se mutuamente.
Exemplo (uso industrial/farmacêutico): \mathrm{ibuprofen} é normalmente comercializado como mistura racêmica.
Configuração do carbono quiral (com prioridades 1:\,-\mathrm{Cl},\;2:\,-\mathrm{OH},\;3:\,-\mathrm{CH}_3,\;4:\,-\mathrm{H} e com -\mathrm{H} apontando para trás): R.

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