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.
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:
, e -H. Explique as numerações (definidas por prioridades) em cada uma das moléculas
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:
Passo 1
O enunciado tem duas perguntas distintas:
- Descrever o que é uma mistura racêmica e explicar por que ela não desvia o plano da luz polarizada.
- 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
e , e explicar as numerações (prioridades) atribuídas.
Informações dadas (relevantes para resolver): os quatro substituintes no carbono quiral são exatamentee . Não foi dada uma disposição espacial explícita, então vou escolher uma disposição tridimensional clara (com 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 (em graus) e a do enantiômero igual a . - Numa mistura com frações molares iguais (ou concentrações iguais) de ambos, a rotação observada é
- 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:
é comercializado normalmente como mistura racêmica (uma mistura dos enantiômeros e ); no organismo uma parte pode ser convertido ao enantiômero ativo ( ). - Observação histórica: o caso de
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 como exemplo industrial.)
Passo 5
Regras CIP (Cahn–Ingold–Prelog) — explicação passo a passo e intuitiva, para você aplicar na prova:
- 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.
- 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.
- A prioridade vai de
(maior) até (menor) para um centro quiral tetracoordenado. O hidrogênio quase sempre é a menor prioridade porque seu número atômico é o menor. - Depois de numerar as prioridades, coloque mentalmente (ou por desenho) o grupo de menor prioridade (
) apontando para trás (ligação em dash). Olhe a sequência : se for horário, a configuração é ; se for anti-horário (anti-horário = contra-relógio), a configuração é . - Se o grupo
não estiver apontando para trás, existem dois procedimentos: (a) reorientar a molécula por rotações (permitidas) até colocar para trás; ou (b) usar regra prática: se o 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
o átomo ligado é (número atômico ). - Para
o átomo ligado diretamente é (número atômico ). - Para
o átomo ligado diretamente é (número atômico ). - Para
o átomo ligado diretamente é (número atômico ).
- Para
- Logo, pela regra do maior número atômico primeiro, as prioridades são:
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 =
) 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 está apontando para trás (isso facilita a leitura direta de ). A disposição é: -
: ligação tracejada (para trás). -
: em cima (na projeção), pode ser desenhado como saindo para frente (cunha) ou no plano — para facilitar, suponha como posicionado “acima” na projeção visível. -
: à direita na projeção. -
: à esquerda na projeção.
-
- Em palavras: olhando para a molécula com
apontando para trás, você vê ao redor do átomo quiral, em sentido horário ou anti-horário, os grupos . Vou traçar mentalmente a ordem com as prioridades que já atribuí.
Passo 8
Determinação da configuração (aplicando o critério visual com
para trás):
- Prioridades:
, , , (já mostrado). - Com
apontando para trás, siga a sequência . Na disposição que escolhi ( acima, à direita, à esquerda, atrás) a sequência ao redor do centro sai no sentido horário. - Regra: com
para trás, sentido horário corresponde a configuração . Portanto a configuração do centro quiral é .
Passo 9
Como proceder se na prova a menor prioridade não estiver apontando para trás (dica prática e rápida):
- Se
estiver apontando para frente, faça o inverso do que der: calcule ; se der horário, a configuração real é (porque com para frente o resultado se inverte). - Alternativa segura: faça uma rotação de
no espaço da molécula (isso não altera a configuração) até colocar para trás e reavalie . Evite trocar dois grupos (isso muda a configuração).
Resposta
Uma mistura racêmica é uma mistura
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): é normalmente comercializado como mistura racêmica.
Configuração do carbono quiral (com prioridades e com
apontando para trás):
.
Exemplo (uso industrial/farmacêutico):
Configuração do carbono quiral (com prioridades