Desenhe todos os estereoisômeros possíveis para cada um dos compostos abaixo. Classifique os estereoisômeros em enantiômeros, diastereoisômeros e meso:
3,4-Dimetilhexano
3,4-Dimetilhexano
Passo 1
O enunciado pede: “Desenhe todos os estereoisômeros possíveis para 3,4-dimetilhexano e classifique-os em enantiômeros, diastereoisômeros e meso.”
Informações dadas e o que temos no problema:
Informações dadas e o que temos no problema:
- A fórmula estrutural da cadeia principal é
. - Há substituintes metila nas posições
e (contando a partir de uma extremidade da hexano). - Precisamos listar (desenhar/representar) todos os estereoisômeros possíveis e, para cada um, dizer se formam pares de enantiômeros, se existem diastereoisômeros entre eles e se há algum isômero meso.
Passo 2
Determinar quantos centros quirais existem (identificação dos estereocentros).
- Olhe para
: ele está ligado a quatro substituintes diferentes? Os ligantes são: , (metil), o grupo em direção a (isto é ) e o grupo em direção a (isto é ). Esses últimos dois são diferentes, logo é um centro quiral. - Olhe para
: analogamente tem , , o grupo em direção a (isto é ) e o grupo em direção a (isto é ), que são diferentes; portanto também é um centro quiral.
Conclusão: hácentros quirais ( e ).
Passo 3
Contagem máxima de estereoisômeros e possibilidade de redução por simetria.
- Número máximo de estereoisômeros para
centros quirais é . Aqui , então o máximo é configurações possíveis: , , e . - Contudo, se alguma dessas configurações for superponível com sua imagem especular (isto é, for internamente simétrica), teremos um isômero meso e o número distinto de isômeros cairá. Precisamos verificar se
e são imagens uma da outra ou idênticas (meso) e como ficam as demais combinações.
Passo 4
Determinar prioridades CIP em cada centro (relembrando a regra). (Aqui eu explico a regra do jeito fácil e passo a passo.)
- Regra CIP curta: compare os átomos ligados diretamente ao centro quiral pelo número atômico; se empate, compare os átomos ligados a esses átomos (listas ordenadas) até desempatar. O maior número atômico tem maior prioridade (1 = maior). O hidrogênio será sempre prioridade mais baixa (4) aqui.
- Em
: os quatro grupos ligados são (ótimo, prioridade 4), (átomo ligado: C), o grupo em direção a (primeiro átomo também C) e o grupo em direção a (primeiro átomo também C). Assim precisamos comparar os conjuntos de átomos ligados ao primeiro carbono de cada grupo: - Para o grupo em direção a
(isto é, ): o carbono adjacente (o ) está ligado a (um carbono) e dois hidrogênios, portanto seu conjunto comparável é . - Para o grupo em direção a
(isto é, ): o carbono adjacente ( ) está ligado a dois carbonos (o e o metil adicional ligado a ) e a um hidrogênio, então o conjunto é . - Comparando lexicograficamente,
> , então o grupo em direção a tem prioridade maior que o grupo em direção a . A ordem final em é: (1) grupo para , (2) grupo para , (3) , (4) .
- Para o grupo em direção a
- Em
a situação é simétrica: (1) grupo para , (2) grupo para , (3) , (4) .
Resumo: em cada centro, hidrogênio é prioridade; o grupo que leva ao outro centro quiral é prioridade ; a extremidade da cadeia (etil) é ; o metil ligado diretamente é .
Passo 5
Listar as quatro combinações possíveis de configurações absolutas e o que cada combinação representa (sem ainda decidir se são distintas):
,
,
,
.
Agora precisamos ver quais dessas quatro são quimicamente distintas e como se relacionam (enantiomeria / meso / diastereomeria).
Agora precisamos ver quais dessas quatro são quimicamente distintas e como se relacionam (enantiomeria / meso / diastereomeria).
Passo 6
Verificação de existência de isômero meso (checar se
é idêntico à sua imagem especular). Intuição e argumento de simetria (explicado passo a passo):
- A molécula é constitucionalmente simétrica: se eu espelho a cadeia trocando a extremidade esquerda (
) com a direita ( ), troco e . Como as substituições em e são idênticas (cada uma tem um metil), existe a possibilidade de uma configuração em que a metade esquerda é imagem especular da metade direita. - Se
e têm configurações opostas (isto é, uma é e a outra é ), então existe uma operação de reflexão que troca os dois centros e deixa a molécula idêntica (troca também , etc.). Em consequência, o isômero é superponível à sua imagem especular (que seria ), ou dito de outro jeito: e representam o mesmo composto em faces opostas; portanto esse composto é internamente achiral — é um isômero meso. - Conclusão:
e não são dois compostos diferentes; eles são a mesma estrutura meso (ou seja, existe um único isômero meso com centros opostos). Isso reduz o número total de isômeros distintos de 4 para 3.
Comentário da intuição: você pode imaginar dobrar a molécula ao meio e ver que a metade esquerda se torna a metade direita; quando os centros têm configurações opostas, há um plano de simetria que faz isso. Em provas, esse argumento de troca das metades costuma ser suficiente.
Passo 7
Identificação dos enantiômeros e diastereômeros restantes:
- As duas combinações
e são imagens especulares entre si e não são sobreponíveis → elas formam um par de enantiômeros. - O isômero meso é
(igual a por simetria interna). Ele é achiral. - Relações de diastereomeria: cada um dos membros do par de enantiômeros
e é diastereômero do meso . Ou seja, e são diastereômeros; e também são diastereômeros. Diastereômeros entre si não são imagens especulares.
Passo 8
Como “desenhar” (representar) os três estereoisômeros principais de forma prática (texto + indicação de configuração) — explicando um jeito simples de desenhar na folha da prova:
Método rápido para desenhar na prova (sem software): escolha a cadeia numa linha e desenhe
e
como centros estereogênicos com metil e hidrogênio em posições (wedge/dash). Você pode desenhar assim (cada linha abaixo é uma representação simples em fórmula de linha com indicação de configuração):
Método rápido para desenhar na prova (sem software): escolha a cadeia
- Isômero 1 —
: desenhe e ambos com o metil saindo para a frente (wedge) e o hidrogênio para trás (dash) de forma consistente com a ordem de prioridades dada no Passo 4; indique e . Representação textual: . - Isômero 2 —
: imagem especular do anterior; desenhe os metils ambos para trás e hidrogênios para frente (ou simplesmente indique as configurações): . - Isômero 3 — meso
: desenhe com metil para frente e com metil para trás (ou vice-versa), resultando numa molécula que tem um plano de simetria. Representação textual: . Note que é a mesma molécula (meso).
Observação: em provas é comum desenhar Fischer ou projeções de Newman para mostrar visualmente a simetria do meso; o importante é indicar claramente as configurações absolutas
ou
em
e
e justificar que quando são opostas há um plano de simetria que torna o composto meso.
Passo 9
Resumo conceitual final (para fixar na prova):
- Centros quirais:
e . - Possibilidades formais:
, , , . - Por simetria
e são a mesma molécula meso (achiral). - Portanto há 3 estereoisômeros distintos: um par de enantiômeros e um meso.
- Classificações:
e são enantiômeros entre si; (meso) é diastereômero de cada um dos e .