Escreva as fórmulas tridimensionais de todos os estereoisômeros do 2,4-dicloro-2penteno, e dê os nomes com as designações (R-S) e (E-Z).

Passo 1

O que o enunciado pede: escrever as fórmulas tridimensionais de todos os estereoisômeros do composto e dar os nomes com as designações (R\!-\!S) e (E\!-\!Z).
Informações dadas e identificação do esqueleto:
\mathrm{2,4\text{-}dicloro\text{-}2\text{-}penteno} significa a cadeia de cinco carbonos com a dupla ligação entre \mathrm{C_2} e \mathrm{C_3}, e substituintes cloro em \mathrm{C_2} e \mathrm{C_4}.
Esqueleto e conectividade (escrita linear):
\mathrm{CH_3-\underset{C_1}{C}-\underset{C_2}{C}(Cl)=\underset{C_3}{C}-\underset{C_4}{C}(Cl)-\underset{C_5}{CH_3}}
ou de forma compacta:
\mathrm{CH_3-CH(Cl)=CH-CH(Cl)-CH_3}
Perguntas implícitas que vamos responder:
  • Quais são os centros estereogênicos (dupla e centros quirais)?
  • Quantos estereoisômeros existem?
  • Para cada estereoisômero: mostrar uma fórmula 3D (descrever a orientação tridimensional) e fornecer o nome com (E/Z) para a dupla ligação e (R/S) para o centro quiral.

Passo 2

Determinar quantos centros estereogênicos existem e a contagem de estereoisômeros.
  • A dupla ligação \mathrm{C_2=C_3} é geométrica (tem substituintes diferentes em cada carbono), então pode ser E ou Z.
    • Em \mathrm{C_2} os substituintes são \mathrm{Cl} e \mathrm{CH_3}.
    • Em \mathrm{C_3} os substituintes são \mathrm{C_4} (o resto da cadeia) e \mathrm{H}.
    • Como os substituintes são diferentes, a dupla é estereogênica \Rightarrow existe possibilidade E e Z.
  • O carbono \mathrm{C_4} é \mathrm{sp^3} e está ligado a quatro grupos diferentes:
    1. \mathrm{Cl}
    2. \mathrm{H}
    3. grupo metil \mathrm{CH_3} (ou \mathrm{C_5})
    4. grupo ligado a \mathrm{C_3} (a cadeia que leva à dupla)
      Esses quatro são diferentes, logo \mathrm{C_4} é um centro quiral → tem configuração R ou S.
Conclusão: há uma dupla estereogênica ( E/Z) e um centro quiral ( R/S). Número total de estereoisômeros = 2\times 2 = 4.

Passo 3

Explicar o método CIP para decidir E/Z na dupla \mathrm{C_2=C_3} e para decidir prioridades no quiral \mathrm{C_4}.
Breve aula CIP (passo a passo, linguagem simples):
  • Regra CIP (para prioridades): comparar os átomos diretamente ligados ao centro (ou ao carbono da dupla). Átomo com maior número atômico recebe maior prioridade.
  • Para a dupla \mathrm{C_2=C_3}:
    • Em \mathrm{C_2}: comparo \mathrm{Cl} (Z=17) com \mathrm{CH_3} (átomo ligado é C, Z=6). Logo \mathrm{Cl} tem prioridade mais alta em \mathrm{C_2}.
    • Em \mathrm{C_3}: comparo \mathrm{C_4} (átomo ligado C, Z=6) com \mathrm{H} (Z=1). Logo o grupo que leva ao \mathrm{C_4} tem prioridade mais alta em \mathrm{C_3}.
    • Se os dois substituintes de maior prioridade (o \mathrm{Cl} em \mathrm{C_2} e o grupo ligado a \mathrm{C_4} em \mathrm{C_3}) estiverem do mesmo lado da dupla → Z (do alemão “zusammen” = juntos). Se estiverem em lados opostos → E (“entgegen” = opostos).
  • Para o centro quiral \mathrm{C_4}:
    • Identificar os quatro substituintes: \mathrm{Cl} (Z=17), \mathrm{C_3} (átomo ligado C), \mathrm{CH_3} (átomo ligado C), e \mathrm{H} (Z=1).
    • Há empate entre os dois carbonos ( \mathrm{C_3} e \mathrm{CH_3}): desempata-se olhando imediatamente os átomos ligados a esses carbonos (para \mathrm{CH_3} são \mathrm{H,H,H}; para \mathrm{C_3} são \mathrm{C_2} (dupla), \mathrm{H}, e \mathrm{C_4}). No tratamento de duplas pela regra CIP, a ligação dupla \mathrm{C_3=C_2} é tratada como se \mathrm{C_3} estivesse ligado duas vezes a um átomo \mathrm{C_2}. Isso faz com que o conjunto de átomos ligados ao \mathrm{C_3} (quando comparado com o metil) seja de prioridade maior que o metil. Conclusão: prioridade em \mathrm{C_4} será
      1. \mathrm{Cl},
      2. grupo ligado a \mathrm{C_3},
      3. \mathrm{CH_3},
      4. \mathrm{H}.
Como determinar R ou S:
  • Coloque o substituinte de menor prioridade ( \mathrm{H}) apontando para trás (ou imagine olhar do lado oposto ao \mathrm{H}). Trace a sequência 1\to2\to3.
  • Se a ordem for horário → R. Se anti-horário → S.

Passo 4

Desenho e convenção para as fórmulas 3D que vamos usar (como representar cada isômero de forma clara).
Convenção prática usada aqui (para leitura e cálculo do R/S):
  • Vamos representar a dupla \mathrm{C_2=C_3} no plano do papel.
  • Para a escolha geométrica E ou Z:
    • Se o \mathrm{Cl} ligado a \mathrm{C_2} e o grupo de maior prioridade ligado a \mathrm{C_3} estiverem em lados opostos do plano → desenho E.
    • Se estiverem no mesmo lado → desenho Z.
  • Para o centro \mathrm{C_4} usaremos notação com ligações:
    • uma linha cheia — no plano,
    • \displaystyle\bigtriangleup (escrevo como “wedge”) para ligação saindo para frente (para o observador),
    • tracejado (escrevo como “dash”) para ligação para trás (afastando do observador).
  • Em cada desenho eu vou especificar explicitamente a prioridade (1,2,3,4) em \mathrm{C_4}, mostrar onde está o \mathrm{H} (o 4º) e, olhando na direção apropriada, decidir R ou S.
  • Para cada configuração E e Z mostrarei duas versões: com \mathrm{C_4} em R e com \mathrm{C_4} em S. Para obter a enantiômera basta inverter a orientação do \mathrm{H} e de uma ligação indiscriminadamente (inversão do quiral).

Passo 5

Construção explícita do primeiro par: isômeros E.
Descrição do arranjo geométrico para (E):
  • Em \mathrm{C_2}: prioridade maior é \mathrm{Cl}. Em nosso desenho para o caso E colocamos \mathrm{Cl} em \mathrm{C_2} “acima” do plano da dupla.
  • Em \mathrm{C_3}: prioridade maior é o grupo que vai para \mathrm{C_4}. Para ser E essa porção da cadeia deve ficar do lado oposto à \mathrm{Cl} de \mathrm{C_2}; portanto a ligação \mathrm{C_3\!-\!C_4} ficará “abaixo” do plano.
Agora precisamos decidir a configuração em \mathrm{C_4}. Vou desenhar duas variantes (uma com \mathrm{C_4} \,R e outra com \mathrm{C_4} \,S). Em ambos os desenhos a ligação \mathrm{C_3\!-\!C_4} sai “para baixo” do plano (isso garante o E).
Desenho 3D (descrição) para (E,4R):
  • Plano da dupla: escrevemos horizontalmente \mathrm{C_2=C_3}.
  • Em \mathrm{C_2}: \mathrm{Cl} está acima do plano (digamos para cima).
  • Em \mathrm{C_3}: a ligação para \mathrm{C_4} vai para baixo do plano.
  • No \mathrm{C_4}: colocamos os substituintes de modo que:
    • \mathrm{Cl} no \mathrm{C_4} seja a prioridade 1 e esteja apontando para frente (wedge);
    • o grupo ligado a \mathrm{C_3} (prioridade 2) fica no plano (ligação para a esquerda e para baixo), pois a ligação \mathrm{C_3\!-\!C_4} vem “de baixo”;
    • o \mathrm{CH_3} (prioridade 3) fica no plano para a direita;
    • o \mathrm{H} (prioridade 4) apontando para trás (dash).
  • Agora, olhando do lado oposto ao \mathrm{H} (ou seja, olhando na direção que coloca \mathrm{H} para trás), a sequência 1\to2\to3 ( \mathrm{Cl}\to C_3\_group\to CH_3) é no sentido horário. Logo configuração R.
Resumo do primeiro desenho (fórmula 3D descrita):
\mathrm{(E,\\\ 4R):\quad CH_3-CH(Cl)=CH- \underset{C_4}{C^{*}(Cl)(H)-CH_3}}
com a orientação no \mathrm{C_4} conforme descrita (Cl para frente, H para trás, grupo para \mathrm{C_3} no plano para a esquerda, \mathrm{CH_3} no plano para a direita). Isto corresponde ao isômero (E,4R).
Desenho 3D para (E,4S):
  • Mantemos exatamente a geometria da dupla (para ficar E): \mathrm{Cl} em \mathrm{C_2} acima e \mathrm{C_3\!-\!C_4} abaixo.
  • No \mathrm{C_4} agora invertemos as posições relativas de \mathrm{Cl} e \mathrm{H} (ou simplesmente invertemos a orientação do quiral): por exemplo, colocamos \mathrm{Cl} para trás (dash) e \mathrm{H} para frente (wedge), deixando os grupos \mathrm{C_3} e \mathrm{CH_3} no plano.
  • Olhando do lado oposto ao \mathrm{H} (agora o \mathrm{H} está para frente, então olhamos do outro lado), a sequência 1\to2\to3 será anti-horária → S.
Assim obtemos as duas variantes (E,4R) e (E,4S).

Passo 6

Construção explícita do segundo par: isômeros Z.
Descrição do arranjo geométrico para (Z):
  • Em \mathrm{C_2}: prioridade maior é \mathrm{Cl}. Para o caso Z colocamos \mathrm{Cl} em \mathrm{C_2} e o grupo de maior prioridade em \mathrm{C_3} (o grupo que leva a \mathrm{C_4}) no mesmo lado da dupla; por exemplo ambos “acima” do plano.
  • Assim a ligação \mathrm{C_3\!-\!C_4} ficará para cima do plano.
Agora montamos as duas configurações de \mathrm{C_4} (4R e 4S) mantendo a geometria da dupla que garante Z.
Desenho 3D para (Z,4R):
  • Plano da dupla: \mathrm{C_2=C_3}.
  • Em \mathrm{C_2}: \mathrm{Cl} acima.
  • Em \mathrm{C_3}: ligação para \mathrm{C_4} também para cima (para dar Z).
  • No \mathrm{C_4}: escolhemos posições de modo que
    • \mathrm{Cl} em \mathrm{C_4} → prioridade 1 — colocamos para frente (wedge),
    • grupo ligado a \mathrm{C_3} (prioridade 2) fica no plano (ligação para a esquerda e para cima),
    • \mathrm{CH_3} (prioridade 3) no plano para a direita,
    • \mathrm{H} (prioridade 4) para trás (dash).
  • Olhando na direção que deixa \mathrm{H} para trás, a sequência 1\to2\to3 é horário → configuração R.
Desenho 3D para (Z,4S):
  • Mantemos a geometria da dupla para Z (ambos substituintes prioritários acima).
  • No \mathrm{C_4} invertemos a orientação do quiral (por exemplo, \mathrm{Cl} para trás e \mathrm{H} para frente), o que inverte a sequência 1\to2\to3 para anti-horária → S.

Passo 7

Observações finais sobre relação entre os estereoisômeros:
  • Os pares (E,4R) e (E,4S) são enantiômeros entre si (imagens especulares não sobreponíveis), porque só diferem na configuração do centro quiral.
  • Os pares (Z,4R) e (Z,4S) são enantiômeros entre si.
  • Um isômero E e um isômero Z com o mesmo sentido em \mathrm{C_4} ( R por exemplo) são diastereômeros (não enantiômeros e não superponíveis).
  • Resumindo: existem exatamente quatro estereoisômeros: (E,4R), (E,4S), (Z,4R) e (Z,4S).

Resposta

\text{(E,4R)-2,4-dicloro-2-penteno}
\text{(E,4S)-2,4-dicloro-2-penteno}
\text{(Z,4R)-2,4-dicloro-2-penteno}
\text{(Z,4S)-2,4-dicloro-2-penteno}

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