Desenhe a estrutura dos compostos abaixo representando o anel na forma planar. Quais são quirais? Quais são meso? Indique a localização do plano de simetria em cada composto meso.
cis-1,2-Diclorocicloexano e seu isômero trans
cis-1,2-Diclorocicloexano e seu isômero trans
Passo 1
O enunciado pede três coisas para cada isômero de 1,2-diclorocicloexano (representando o anel como um hexágono plano):
- desenhar/representar a posição dos cloros relativa ao anel (cis = mesmos lados; trans = lados opostos);
- dizer quais compostos são quirais;
- dizer quais são meso e, para estes, indicar onde fica o plano de simetria.
Dados relevantes (explicitados para não haver dúvida): os substituintes estão em posições adjacentes do anel (carbonos 1 e 2). Em cada carbono substituído há um átomo de cloro () e um hidrogênio ( ), além das duas ligações ao anel — logo cada um desses carbonos é um centro estereogênico (são carbonos ligados a quatro “grupos” diferenciáveis pelo caminho através do anel).
Passo 2
Noções fundamentais (didática rápida e simples):
- Um carbono é centro estereogênico (possível centro quiral) quando é
e está ligado a quatro substituintes que, tomados dois a dois, não são indistinguíveis pela simetria do resto da molécula. Nos carbonos 1 e 2 do ciclohexano substituído isso ocorre. - Uma molécula é quiral se não for sobreponível com a sua imagem no espelho; quiralidade frequentemente aparece quando há centros estereogênicos sem um elemento de simetria que anule a quiralidade (como um plano de simetria ou centro de inversão).
- Uma molécula é meso quando tem centros estereogênicos (isto é, quiralidades locais) mas, globalmente, é achiral porque possui um plano de simetria interno (ou outro elemento de simetria que torne a molécula sobreponível à sua imagem).
- Teste prático de simetria: ao desenhar a estrutura na conformação (aqui usamos representação planar do anel), procure um plano de simetria (um “espelho”) que troque as metades da molécula e deixe tudo igual. Se existir esse plano, a molécula é achiral (pode ser meso se houver centros estereogênicos).
Passo 3
Como representar na prática (instruções para desenhar o anel plano):
- Desenhe um hexágono plano e numerar dois vértices adjacentes como
e . - Para indicar substituintes “para cima” ou “para baixo” do anel (faces da coroa do ciclohexano), simplesmente desenhe no vértice um substituinte apontando para cima (um traço para cima, ou um triângulo cheio para cima) para designar “face superior” e um traço para baixo (ou triângulo invertido) para designar “face inferior”. O enunciado pediu o anel na forma planar, então usamos essa convenção face/para cima-para baixo.
- Cis-1,2:
em e em DO MESMO LADO do anel (ambos “para cima” ou ambos “para baixo”). - Trans-1,2:
em e em EM LADOS OPOSTOS (um “para cima” e outro “para baixo”).
Passo 4
Análise do isômero cis-1,2-diclorociclohexano (representação planar:
em
cima;
em
também cima):
- Cada um dos carbonos 1 e 2 é estereogênico.
- Procure plano de simetria: se tentar um plano que esteja no plano do anel (o próprio hexágono), esse plano não troca “cima” com “cima” de forma a mapear todo o substituinte; se tentar um plano perpendicular que tente trocar os carbonos, a configuração dos substituintes (ambos no mesmo lado) impede que haja um espelho que envie a molécula sobre si mesma sem trocar quiralidade. Resumindo: não existe um plano de simetria que faça a molécula coincidir com sua imagem especular.
- Consequência prática: o isômero cis não tem plano de simetria interno e é quiral. Na linguagem de estereoquímica, os dois centros estereogênicos têm a mesma configuração absoluta em um enantiômero (
) e a configuração oposta no outro ( ); portanto o cis existe como um par de enantiômeros. - Observação empática: isto é pouco intuitivo à primeira vista — o fato de os dois substituintes estarem no mesmo lado “rompe” a possibilidade de um espelho que torne a molécula achiral.
Passo 5
Análise do isômero trans-1,2-diclorociclohexano (representação planar:
em
cima;
em
baixo):
- Novamente,
e são centros estereogênicos. - Procure plano de simetria: existe um plano que é perpendicular ao plano do anel e que passa pela ligação
e pelo centro do anel (imagine um “corte vertical” que passa pela ligação entre e e divide o hexágono em duas metades espelhadas). Esse plano reflete o cloro que está para cima em para o cloro que está para baixo em e, como os dois substituintes são idênticos ( ), a reflexão leva a molécula exatamente sobre si mesma. - Consequência prática: existe um plano de simetria interno; portanto a molécula é achiral apesar de ter dois centros estereogênicos — isto é precisamente a definição de um composto meso. Em termos de configuração absoluta, os centros são opostos (
) e a molécula é internamente compensada. - Observação de conforto: esse caso é “mais fácil” de visualizar: ter substituintes opostos em carbonos adjacentes permite um espelho que intercambia as metades e faz com que a molécula seja superponível à sua imagem.
Passo 6
Resumo prático para desenhar e rotular:
- Ao desenhar o hexágono plano e colocar
em e ambos “para cima” — marque que este desenho representa um dos enantiômeros do cis (o outro enantiômero é a imagem especular, com configurações se o primeiro for ). Concluir que é quiral. - Ao desenhar o hexágono plano com
em para cima e em para baixo — desenhe uma linha ou uma folha indicando o plano de simetria perpendicular ao plano do anel que passa pela ligação e pelo centro do anel; conclua que é meso (achiral).
Resposta
cis-1,2-diclorociclohexano: quiral (existe par de enantiômeros, configurações
e
).
trans-1,2-diclorociclohexano: meso (achiral). Plano de simetria: plano perpendicular ao plano do anel que contém a ligação e passa pelo centro do anel (divide a molécula em duas metades espelhadas).
trans-1,2-diclorociclohexano: meso (achiral). Plano de simetria: plano perpendicular ao plano do anel que contém a ligação