Desenhe as estruturas na conformação mais estável em cada caso e indique a estereoquímica absoluta de cada centro estereogênico.
A
B
C
A
B
C
Passo 1
O enunciado pede duas coisas para cada uma das três moléculas (A, B e C, dadas por SMILES):
- Desenhar a conformação mais estável (ou seja, escolher a forma de cadeira do cicloxano com os substituintes na posição que minimiza energia).
- Indicar a estereoquímica absoluta (R ou S) de cada centro estereogênico.
Informações úteis extraídas dos SMILES (cada SMILES representa um ciclo de 6 carbonos com dois centros quirais):
- Em todas as três moléculas há um grupo metil ligado a um carbono quiral (vou chamar de
) e um grupo amino ligado a outro carbono quiral (vou chamar de , o outro centro). - Identificação dos carbonos quirais em cada SMILES (ordem do percurso do anel conforme SMILES):
- A: SMILES =
. Centros quirais em (o que tem o ) e em (o que tem o ). - B: SMILES =
. Centros quirais em e (a posição do é vizinha, também 1,2-). - C: SMILES =
. Centros quirais em e em (substituintes em posições 1 e 4 do anel).
- A: SMILES =
- O símbolo
ou no SMILES indica a configuração absoluta conforme a ordem dos vizinhos listada no SMILES; isso permite determinar R/S aplicando as regras CIP usando a ordem dos vizinhos do SMILES.
Passo 2
Breve aula sobre conformações de ciclohexano (o que precisa saber para a prova):
- O ciclohexano em cadeira tem carbonos alternadamente “para cima” e “para baixo”. Cada carbono tem duas posições substituintes: axial (paralela ao eixo da cadeira, alternando para cima/baixo) e equatorial (aproximadamente ao longo do “meio” do anel, apontando para fora).
- Regras práticas de estabilidade:
- Substituintes volumosos preferem posição equatorial (menos interação 1,3-diaxial).
- Para dois substituintes em posições vizinhas (1,2-), se forem trans é possível tê-los diequatoriais numa conformação; se forem cis, nunca os dois podem ser equatoriais ao mesmo tempo (um será axial, outro equatorial).
- Para posições 1,4 (opostas no anel), há conformações onde ambos podem ser equatoriais se forem trans; se forem cis, geralmente ambos ficarão um axial e outro axial na conformação preferida.
- Para decidir a conformação mais estável: tente colocar os grupos maiores em equatorial sempre que possível. A conformação de menor energia é aquela que maximiza substituintes equatoriais.
Passo 3
Como interpretar o SMILES para saber se os substituintes são cis ou trans (regra prática para 1,2- e 1,4-):
- Para um par vicinal (1,2- ou 1,6- que é equivalente), se os centros têm a mesma “orientação” no SMILES (por exemplo ambos usam
e a ordem de vizinhos é correspondente) isso tende a corresponder a um relacionamento trans que permite diequatorial; se forem e alternados, tende a corresponder a cis — mas não confie só nisso sem aplicar as regras CIP/SMILES. Vou usar uma leitura cuidadosa do SMILES e aplicação do procedimento CIP abaixo para cada caso para decidir a relação relativa e depois a conformação estável.
Passo 4
Breve aula sobre regras CIP (como decidir R/S passo a passo):
- Para um carbono quiral, liste os quatro substituintes (átomos ligados diretamente). Compare pelo número atômico do átomo diretamente ligado (maior número atômico = maior prioridade).
- Se houver empate (vários carbonos), olhe aos átomos ligados a esses carbonos (listas ordenadas) e compare sequencialmente até aparecer uma diferença.
- Depois de ter a ordem de prioridades 1
4, posicione a menor prioridade (4) apontando para trás (ou use a ordem dos vizinhos do SMILES conforme explicado abaixo) e observe a ordem 1 2 3: - Sentido horário com o menor para trás =
. - Sentido anti-horário com o menor para trás =
.
- Sentido horário com o menor para trás =
- Como estamos usando SMILES com vizinhança explícita, podemos trabalhar com a ordem dos três vizinhos listados no SMILES (b1,b2,b3) e o implicit hydrogen como quarto. Em SMILES:
-
significa que a sequência b1 b2 b3 aparece no sentido horário quando o substituinte 4 está apontando para trás. -
significa que essa sequência aparece em sentido anti-horário quando 4 está para trás.
-
- Então, feito o ranking CIP dos vizinhos (1,2,3,4), comparamos a sequência listada no SMILES com a sequência por prioridades para decidir R/S (este procedimento é o que vou aplicar abaixo caso a caso).
Passo 5
Caso A:
- Estrutura e posições: carbonos quirais em
(tem ) e (tem ). Estes são carbonos vizinhos (equivalente a 1,2-). - Escolha da conformação mais estável: para um par 1,2-trans é possível ter ambos equatoriais (diequatorial) e isso é mais estável. Vamos ver se os substituintes resultam trans (e, portanto, ambos equatoriais):
- Aplicando regras CIP em
: os três vizinhos listados no SMILES (na ordem) são: (1) , (2) o carbono seguinte do anel ( ), (3) o outro carbono quiral . Comparando as prioridades CIP dos vizinhos, o grupo que contém o nitrogênio diretamente (o vizinho que é ) tem maior prioridade, seguido pelo lado que leva a outros carbonos do anel, e por fim o . Assim a ordem de prioridades é: . - No SMILES a ordem listada é
. O descriptor é , que indica que a sequência listada é no sentido horário quando o H (prioridade 4) estiver para trás. Convertendo isso em prioridade-descendente (1 2 3) dá sentido anti-horário; portanto tem configuração . - Para
(o carbono ligado ao ): a ordem dos vizinhos no SMILES é (1) , (2) , (3) . O nitrogênio é prioridade 1, depois , depois , então as prioridades são . No SMILES os vizinhos aparecem como e o descriptor é , que dado o ordenamento de prioridades leva também a configuração .
- Aplicando regras CIP em
- Conclusões sobre conformação: como ambos os centros resultaram em configurações que correspondem ao relacionamento trans-1,2 (permitem diequatorial), a conformação mais estável é a cadeira em que ambos os substituintes (
e ) ficam em posição equatorial (minimizando interações 1,3-diaxial). Portanto desenhe a cadeira com - equatorial e - equatorial (ficando em faces opostas do anel: um “para cima” equatorial, o outro “para baixo” equatorial). - Resultado final para A (resumindo):
: ; : . Conformação mais estável: cadeira com ambos os grupos equatoriais (diequatorial).
Passo 6
Caso B:
- Estrutura: de novo dois centros quirais em posições vizinhas (
com e com ), mas agora um centro usa e o outro . - Escolha da conformação mais estável: para 1,2-substituição a possibilidade de ambos equatoriais (diequatorial) só existe se os substituintes forem trans; se forem cis, na conformação estável um será equatorial e outro axial. Então precisamos saber se, com as configurações dadas, os substituintes são cis ou trans.
- Aplicando CIP e a leitura SMILES:
- Para
(mesma análise como antes): prioridades . A ordem listada no SMILES é e o descriptor é . Usando o mesmo raciocínio do Caso A, isso dá configuração para . - Para
agora o SMILES mostra os vizinhos na ordem (1) , (2) (aparecendo entre parênteses), (3) , com descriptor . Comparando prioridades CIP em : . A ordem listada é ; como o descriptor é , isto indica que essa sequência (listada) corresponde ao sentido anti-horário com H para trás, o que, depois de mapear para a sequência por prioridade (N C1 C5), resulta em configuração também — ou seja, para este SMILES específico a aplicação das regras dá .
- Para
- Conclusões sobre conformação: ainda que os dois centros tenham a mesma letra (
), isso não determina diretamente “cis” ou “trans” sem ver a geometria; porém a leitura direta do SMILES e o resultado das contas CIP como acima mostram que a conformação adotada pelos descritores corresponde a uma relação entre os substituintes que torna impossível que ambos fiquem equatoriais simultaneamente (isto é típico para a configuração codificada neste SMILES). Assim a conformação mais estável é aquela com o substituinte maior em equatorial e o menor em equatorial/axial conforme necessário — na prática, aqui o e o não ficam diequatoriais simultaneamente: a conformação preferida terá o maior (geralmente é mais “grosseiro” que ) em equatorial. - Resultado final para B (resumindo):
: ; : . Conformação mais estável: cadeira onde o grupo mais volumoso (normalmente ) é equatorial; o outro grupo (dependendo da orientação relativa) ficará axial ou equatorial conforme indicado acima (isto é, não é possível ter ambos equatoriais simultaneamente neste isômero).
Passo 7
Caso C:
- Estrutura: centros quirais agora em
(o com ) e em (o com ), ou seja substituição 1,4. - Escolha da conformação mais estável: para 1,4-disubstituição, é possível em muitas situações ter ambos equatoriais se as configurações forem tais que os substituintes fiquem em faces opostas (trans-1,4) — isso geralmente minimiza energia. Se forem cis-1,4, frequentemente ambos ficarão axiais numa cadeira (menos favorável) ou se rearranja para outra conformação. Então, novamente, o princípio é: colocar os grupos mais volumosos em equatorial se possível.
- Aplicando CIP e SMILES:
- Para
(como nos casos anteriores) a análise do SMILES dá um ranking dos vizinhos que leva, com o descriptor , à configuração para . - Para
(o ): aplicando as regras CIP com os vizinhos listados no SMILES (a ordem dos vizinhos listados é relevante: o vizinho listado entre parênteses é o ), obtém-se por aplicação analógica das regras que este centro tem configuração . (Resumo do raciocínio: o nitrogênio é prioridade 1; ao comparar os dois vizinhos carbonos do anel, a ordem dos vizinhos listada no SMILES e o descriptor levam, após mapear para as prioridades, ao sentido horário/anti-horário que corresponde a .)
- Para
- Conclusões sobre conformação: com
e a relação 1,4 tende a permitir que ambos substituintes fiquem equatoriais numa cadeira (isto é energeticamente favorável). Portanto a conformação mais estável é a cadeira com ambos os grupos equatoriais (diequatorial 1,4), sempre que as configurações o permitam — neste caso a combinação representada pelo SMILES permite isso. - Resultado final para C (resumindo):
: ; : . Conformação mais estável: cadeira com e em posições equatoriais (quando possível, para minimizar energia).
Passo 8
Comentários práticos para desenhar as cadeiras na prova (passo a passo rápido):
- Desenhe a cadeira do cicloxano (6 vértices alternando up/down).
- Coloque o carbono numerado
na posição que preferir; atribua axial/equatorial conforme a convenção (se estiver “para cima”, axial será para cima; se estiver “para baixo”, axial será para baixo). - Coloque o
em equatorial quando possível (isso normalmente dá o conformador preferido). - Para o outro centro, coloque também em equatorial se o relacionamento cis/trans e as configurações permitirem (casos A e C permitem diequatorial; caso B não).
- Indique as configurações R/S ao lado dos centros (use “S” ou “R” conforme os cálculos CIP mostrados acima).
Resposta
A: ambos os centros estereogênicos são
. Conformação mais estável: cadeira com
e
em posições equatoriais (diequatorial).
B: ,
. Conformação mais estável: cadeira em que o grupo mais volumoso (
) é equatorial; os dois substituintes não ficam diequatoriais simultaneamente.
C: ,
. Conformação mais estável: cadeira com
e
em posições equatoriais (diequatorial).
B:
C: