Escreva as fórmulas tridimensionais de dê os nomes usando as designações ( R )(S) e (E)- (Z) para os isômeros de:
2-bromo-4-cloroex-2-en-5-ino

Passo 1

O enunciado pede que eu escreva as fórmulas tridimensionais e dê os nomes com as designações (R)/(S) e (E)/(Z) para os isômeros de uma molécula descrita como “2-bromo-4-cloroex-2-en-5-ino”. Vou primeiro esclarecer uma ambiguidade do enunciado e listar os dados que vou usar.
  • Interpretação do nome (assumo isto para poder resolver; se você quis outra cadeia, diga depois): a palavra “ex” eu interpreto como \text{hex} (cadeia de 6 carbonos) e o sufixo “ino” eu interpreto como a ligação tripla (alquino). Então a molécula que vou usar é a seguinte: 2-bromo-4-clorohex-2-en-5-ino — em nomenclatura IUPAC mais comum em inglês seria \text{2-bromo-4-chlorohex-2-en-5-yne}. Vou escrever simplesmente como “2-bromo-4-clorohex-2-en-5-ino” daqui por diante.
  • Cadeia e posições: a cadeia principal tem seis carbonos numerados \(C_1 ) a \(C_6). Há uma dupla ligação entre \(C_2=C_3) (o sufixo -2-en-) e uma tripla entre \(C_5\equiv C_6) (o sufixo -5-ino). Os substituintes são: bromo em \(C_2) e cloro em \(C_4).
  • O que é pedido exatamente: listar todos os isômeros estereoisoméricos (os relativos à quiralidade tetraédrica R/S e à estereoquímica da dupla E/Z), mostrar a fórmula em 3D (vou descrever usando ligações em cunha/s tracejado e descrição espacial) e fornecer o nome de cada isômero com as designações (R) ou (S) e (E) ou (Z).

Passo 2

Desenho da estrutura e numeração (descrição clara da conectividade): a cadeia linear \(C_1-C_2=C_3-C_4-C_5\equiv C_6), com:
  • \(C_1) = \text{CH}_3 ligado a \(C_2).
  • \(C_2) = carbono sp ^2 da dupla, ligado a \(C_1), a \(C_3) (pela dupla) e ao substituinte \text{Br}. Também tem um hidrogênio (pois carbono da dupla tem 3 ligações).
  • \(C_3) = carbono sp ^2 da dupla, ligado a \(C_2), a \(C_4) e a um hidrogênio.
  • \(C_4) = carbono tetraédrico (sp ^3), ligado a \(C_3), a \(C_5), a \text{Cl} e a um hidrogênio. Portanto \(C_4) é potencial centro quiral (tem quatro substituintes diferentes).
  • \(C_5) e \(C_6) formam uma tripla \(C_5\equiv C_6); \(C_5) está ligado a \(C_4) e a \(C_6).
Resumo das ligações em cadeia: \( \text{CH}_3-( \(C_1) )- \(C_2=C_3)- \(C_4-(Cl)(H))- \(C_5\equiv C_6).)

Passo 3

Identificação dos elementos de estereoisomeria:
  • A dupla ligação \(C_2=C_3) pode apresentar estereoisomeria geométrica (E)/(Z) porque cada carbono da dupla tem dois substituintes diferentes: em \(C_2) os substituintes são \text{Br} e \(C_1); em \(C_3) são \(C_4) (grupo que leva ao cloro) e \text{H}.
  • O carbono \(C_4) é tetraédrico e liga-se a quatro grupos diferentes ( \text{Cl}, \text{H}, grupo ligado a \(C_3) e grupo ligado a \(C_5)), logo é um centro quiral e admite duas configurações (R) ou (S).
  • Portanto a molécula tem dois elementos estereogênicos independentes: um centro quiral ( C_4) e uma dupla ( C_2=C_3). Em consequência, há 2\times 2 = 4 isômeros estereoquímicos possíveis: (R,E), (S,E), (R,Z) e (S,Z).

Passo 4

Breve aula: como determinar (E)/(Z) na dupla \(C_2=C_3) (regras CIP passo a passo)
  1. Em cada carbono da dupla, compare os dois átomos ligados diretamente ao carbono da dupla e escolha a prioridade pelo número atômico (maior atômico = maior prioridade).
  2. Para a \(C_2): os dois substituintes ligados diretamente são \text{Br} (brometo) e \(C_1) (um átomo de carbono). O brometo ( \text{Br}, Z = 35) tem prioridade maior que o carbono ( \text{C}, Z = 6). Portanto no lado \(C_2) a prioridade 1 é \text{Br} e prioridade 2 é \(C_1).
  3. Para a \(C_3): os dois substituintes ligados diretamente são \text{H} (hidrogênio) e o átomo \text{C} que liga ao \(C_4). O carbono tem número atômico maior que o hidrogênio, logo prioridade 1 no lado \(C_3) é o grupo ligado a \(C_4) e prioridade 2 é \text{H}.
  4. Agora compare as prioridades altas de cada lado: se os grupos de maior prioridade em \(C_2) e em \(C_3) estão no mesmo lado da dupla (mesma “face”) a configuração é Z (do alemão zusammen = juntos); se estão em lados opostos, é E (entgegen = opostos).
  • Conclusão aplicada: a comparação é direta: prioridade em \(C_2) = \text{Br}; prioridade em \(C_3) = grupo ligado a \(C_4). Se \text{Br} e o grupo-para- \(C_4) estiverem do mesmo lado da dupla => Z. Se estiverem em lados opostos => E.

Passo 5

Breve aula: como determinar (R)/(S) num centro quiral (regras CIP passo a passo)
  1. Identifique os quatro substituintes ligados ao carbono quiral e compare os átomos diretamente ligados ao centro quiral pela ordem decrescente de número atômico. O maior número atômico tem prioridade 1, o menor tem prioridade 4.
  2. Se houver empate (dois substituintes começam com o mesmo átomo, por exemplo ambos começam por C), compare os átomos ligados a esses átomos imediatamente (ou seja, faça a lista de átomos ligados ao primeiro átomo de cada substituinte) levando em conta ligações múltiplas como se cada ligação múltipla duplicasse/treplicasse o átomo ligado (regra de expansão para múltiplas ligações).
  3. Depois de ordenar 1 \to 4, posicione a prioridade 4 (geralmente o hidrogênio, se for o caso) para trás (ou seja, apontando para trás). Olhe do lado oposto; se a sequência 1 \to 2 \to 3 for no sentido horário => R. Se for anti-horário => S.
  4. Exemplo rápido: se os substituintes de um carbono forem \text{Cl}, um grupo que começa por \text{C} ligado a outra cadeia, outro grupo que começa por \text{C} ligado a diferente arranjo, e \text{H}, primeiro a prioridade 1 será \text{Cl} (porque \text{Cl} tem Z = 17, maior que C e H), e assim por diante.

Passo 6

Aplicando CIP para o centro quiral \(C_4) da nossa molécula (detalhado)
  • Os quatro substituintes ligados a \(C_4) são:
    1. \text{Cl} (átomo ligado diretamente: \text{Cl}, Z = 17).
    2. o grupo que vai em direção a \(C_5) (o primeiro átomo é um \text{C}, mas esse carbono \(C_5) está triplemente ligado a \(C_6) — a regra de múltiplas ligações entra aqui).
    3. o grupo que vai em direção a \(C_3) (o primeiro átomo também é um \text{C}, mas ligado a \(C_2), a \(C_4) e a \text{H}).
    4. \text{H} (hidrogênio).
  • Primeiro passo: prioridade pelo átomo diretamente ligado: \text{Cl} (Z = 17) > \text{C} (ambos os outros grupos começam por C) > \text{H}. Logo 1 = \text{Cl}, 4 = \text{H}. Resta decidir entre os dois grupos começando por \text{C} (os ramos via \(C_5) e via \(C_3)).
  • Para desempatar entre dois carbonos ligados diretamente, usamos a lista dos átomos a que esses carbonos estão ligados (regra de expansão para múltiplas ligações):
    • O carbono \(C_5) (do ramo para o lado do triplo) está ligado a: \(C_4) e a \(C_6) (na tripla, que por regra conta como se \(C_5) estivesse ligado duas vezes a \(C_6)). Então a lista de átomos efetivos para \(C_5) é \{\text{C},\text{C},\text{C}\} (três carbonos, contando a duplicação).
    • O carbono \(C_3) (do ramo que leva à dupla) está ligado a: \(C_2), \(C_4) e \text{H}. A lista é \{\text{C},\text{C},\text{H}\}.
    • Comparando estas listas em ordem decrescente de número atômico: primeiro termos empatarão ( \text{C} vs \text{C}), segundo termos empatarão ( \text{C} vs \text{C}), terceiro termos diferem: para o ramo via \(C_5) vem \text{C}, para o ramo via \(C_3) vem \text{H}. Como \text{C} tem número atômico maior que \text{H}, o ramo via \(C_5) tem maior prioridade.
  • Portanto a ordem final de prioridades no \(C_4) é:
    1 = \text{Cl}, 2 = ramo via \(C_5), 3 = ramo via \(C_3), 4 = \text{H}.
  • Isso permite atribuir R ou S quando vemos a disposição espacial dos substituintes.

Passo 7

Descrição das quatro isomerias em 3D (como represento tridimensionalmente e como você pode desenhar na prova)
  • Convenção prática para desenhar em 3D no papel de prova:
    • Use uma linha sólida (—) para ligações no plano da página.
    • Use uma cunha cheia (▲ ou traço vantajoso; escrevo como “wedge”) para ligação saindo da página (em direção ao observador).
    • Use uma cunha tracejada (— ou “dash”) para ligação entrando na página (afastando-se do observador).
  • Vou descrever, para cada isômero, onde estão \text{Br} e o grupo-para- \(C_4) em relação à dupla (isso define E ou Z), e a configuração do quiral \(C_4) especificando qual grupo está em wedge ou dash. Para cada caso dou o nome final. Atribuo as posições de wedge/dash de forma consistente com as regras CIP descritas no passo anterior para garantir que a configuração seja realmente R ou S.
Isomeria geométrica (E)/(Z) (posicionamento relativo das prioridades na dupla):
  • Lado \(C_2): prioridade alta é \text{Br}.
  • Lado \(C_3): prioridade alta é o grupo que contém \text{Cl} (o ramo que leva a C_4).
  • Se \text{Br} e o grupo-para- \(C_4) estiverem do mesmo lado -> Z. Se estiverem em lados opostos -> E.
Isomeria do centro quiral (R)/(S) — convenção de desenho para cada configuração:
  • Para fixar a configuração R: desenhe \text{H} (prioridade 4) atrás (dash), coloque \text{Cl} (prioridade 1) saindo para frente (wedge) e os ramos via \(C_5) (prioridade 2) e via \(C_3) (prioridade 3) no plano da página, com a ordem 1 \to 2 \to 3 descrevendo sentido horário visto pelo observador (porque 4 está para trás). Assim obtemos R.
  • Para a configuração S: deixamos \text{H} para trás (dash) também, mas arranjamos \text{Cl} e os ramos de modo que a ordem 1 \to 2 \to 3 seja anti-horária; uma forma prática é trocar a posição do ramo via C_5 com o ramo via C_3 mantido o \text{Cl} frontal, ou simplesmente inverter a orientação da cunha/plano correspondente. Em suma, existem duas disposições possíveis mantendo H para trás que darão R ou S.
Agora, de forma explícita e prática, para cada um dos 4 isômeros eu descrevo como você deverá desenhar (3D) e dou o nome com (R)/(S) e (E)/(Z):
  • (1) (R,E):
    • Geometria da dupla: escolha o desenho com \text{Br} em \(C_2) apontando para cima em relação ao plano da dupla e o grupo-para- \(C_4) em \(C_3) apontando para baixo — assim \text{Br} e o grupo-para- \(C_4) ficam em lados opostos \Rightarrow E.
    • No \(C_4): coloque \text{H} em dash (para trás), coloque \text{Cl} em wedge (para frente), coloque o ramo via \(C_5) à direita no plano e o ramo via \(C_3) à esquerda no plano, de modo que, visto com \text{H} para trás, a sequência 1(\text{Cl})\to2(\text{via }C_5)\to3(\text{via }C_3) seja horário. Isso é (R).
    • Nome: (R,E)-2-bromo-4-clorohex-2-en-5-ino.
  • (2) (S,E):
    • Mesma geometria da dupla (Br e grupo-para- C_4 em lados opostos) \Rightarrow E.
    • No \(C_4): mantenha \text{H} em dash (para trás) e troque a disposição dos ramos de modo que, com \text{Cl} ainda frontal, a sequência 1\to2\to3 seja anti-horária. Isso dá (S).
    • Nome: (S,E)-2-bromo-4-clorohex-2-en-5-ino.
  • (3) (R,Z):
    • Geometria da dupla: desenhe \text{Br} e o grupo-para- \(C_4) no mesmo lado da dupla (ambos “acima” do plano da dupla) \Rightarrow Z.
    • No \(C_4): faça a mesma disposição espacial dos substituintes do caso (R,E) (H para trás, Cl para frente, ordem 1\to2\to3 horário) para obter (R).
    • Nome: (R,Z)-2-bromo-4-clorohex-2-en-5-ino.
  • (4) (S,Z):
    • Geometria da dupla: \text{Br} e o grupo-para- \(C_4) no mesmo lado \Rightarrow Z.
    • No \(C_4): disponha os grupos de forma análoga ao caso (S,E) para obter sequência anti-horária (H para trás, Cl frontal, ordem 1\to2\to3 anti-horária) \Rightarrow S.
    • Nome: (S,Z)-2-bromo-4-clorohex-2-en-5-ino.
Observação sobre desenhar no papel: para cada um dos quatro casos acima, você pode desenhar a cadeia principal horizontal (com a dupla \(C_2=C_3) plana), desenhar \text{Br} apontando para cima/baixo no \(C_2) conforme necessário e, em \(C_4), usar Cunha cheia para \text{Cl} (para frente), linha reta para os ramos no plano e cunha tracejada para \text{H} (para trás). Assim terá uma “fórmula tridimensional” representada em projeção.

Passo 8

Resumo prático para você colar na prova (o que escrever como resposta final)
  • Existem quatro isômeros estereoisoméricos: (R,E), (S,E), (R,Z) e (S,Z).
  • Para cada isômero: desenhe a dupla \(C_2=C_3) no plano; coloque \text{Br} e o grupo-para- C_4 em posições opostas (para E) ou no mesmo lado (para Z); em C_4 deixe \text{H} para trás (dash) e arranje \text{Cl}, ramo via C_5 e ramo via C_3 de forma que a ordem 1\to2\to3 com 4 para trás seja horário (para R) ou anti-horário (para S). Isso lhe dá a fórmula em perspectiva (3D) e a designação R/S.

Resposta

(R,E)-2-bromo-4-clorohex-2-en-5-ino
(S,E)-2-bromo-4-clorohex-2-en-5-ino
(R,Z)-2-bromo-4-clorohex-2-en-5-ino
(S,Z)-2-bromo-4-clorohex-2-en-5-ino

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