Explique cada uma das seguintes afirmativas, incluindo na explicação a definição dos termos em negrito.
Mesmo estando ligado a três grupos, apenas, o nitrogênio das aminas secundárias e terciárias é quiral se os grupos ligados forem diferentes entre si.
Mesmo estando ligado a três grupos, apenas, o nitrogênio das aminas secundárias e terciárias é quiral se os grupos ligados forem diferentes entre si.
Passo 1
O enunciado afirma que, embora o nitrogênio em aminas secundárias e terciárias esteja ligado “apenas” a três grupos, ele pode ser um centro quiral se esses três grupos forem diferentes entre si. Para explicar isso, precisamos entender o que são amina secundária, amina terciária e o que significa ser quiral.
Passo 2
Definição de amina secundária e amina terciária
Uma amina é um composto orgânico em que um átomo de nitrogênio está ligado a grupos orgânicos (radicais) e/ou a hidrogênios.
Amina secundária: o nitrogênio está ligado a dois grupos orgânicos distintos e a um átomo de hidrogênio, ou seja, tem a fórmula geral
.
Amina terciária: o nitrogênio está ligado a três grupos orgânicos, sem hidrogênio, ou seja, tem a fórmula geral
.
Uma amina é um composto orgânico em que um átomo de nitrogênio está ligado a grupos orgânicos (radicais) e/ou a hidrogênios.
Passo 3
Definição de quiral
Uma molécula (ou centro atômico) é dita quiral quando não é sobreponível à sua imagem no espelho. Na prática, isso acontece sempre que um átomo central tem quatro “grupos” diferentes ao seu redor, gerando duas configurações espaciais não coincidentes (enantiômeros).
Uma molécula (ou centro atômico) é dita quiral quando não é sobreponível à sua imagem no espelho. Na prática, isso acontece sempre que um átomo central tem quatro “grupos” diferentes ao seu redor, gerando duas configurações espaciais não coincidentes (enantiômeros).
Passo 4
Como o nitrogênio pode ser um centro quiral?
Embora o nitrogênio em aminas secundárias e terciárias esteja ligado a três substituintes orgânicos (ou dois um H), ele também possui um par de elétrons não ligante. Esse par ocupa um dos vértices de uma pirâmide tetraédrica invertida e funciona como o quarto “grupo” no sentido estereoquímico. Se os outros três vértices (os três substituintes ligados ao N) forem todos diferentes, então o nitrogênio atende à condição de ter quatro “grupos” distintos e, portanto, é um centro quiral.
Embora o nitrogênio em aminas secundárias e terciárias esteja ligado a três substituintes orgânicos (ou dois
Passo 5
Importante consideração sobre inversão piramidal
Na maioria das aminas, existe uma barreira de energia baixa para o nitrogênio “inverter” a pirâmide (o par de elétrons troca de lado), racemizando rapidamente qualquer mistura de enantiômeros. Por isso, embora o nitrogênio possa ser teoricamente quiral, quase nunca conseguimos isolar separadamente os dois enantiômeros a temperatura ambiente. Em compostos especiais (por exemplo, aminas presas em sistemas muito rígidos), essa inversão pode ser lenta o bastante para que a quiralidade do N seja observada.
Na maioria das aminas, existe uma barreira de energia baixa para o nitrogênio “inverter” a pirâmide (o par de elétrons troca de lado), racemizando rapidamente qualquer mistura de enantiômeros. Por isso, embora o nitrogênio possa ser teoricamente quiral, quase nunca conseguimos isolar separadamente os dois enantiômeros a temperatura ambiente. Em compostos especiais (por exemplo, aminas presas em sistemas muito rígidos), essa inversão pode ser lenta o bastante para que a quiralidade do N seja observada.
Resposta
O nitrogênio em aminas secundárias (
) ou terciárias (
) pode ser um centro estereogênico quiral se seus três substituintes ligados forem diferentes, pois o par de elétrons não ligante atua como o quarto “grupo”. Contudo, devido à rápida inversão piramidal, esses centros quiráis quase sempre racemizam antes de podermos isolar os enantiômeros.