Indique com um asterisco todos os carbonos assimétricos das moléculas seguintes:
NOOHNH2ONHO
3’-azido-2’,3’-dideoxitimidina (AZT)
SHNNRHOHNO
Quinina

Passo 1

Você me deu três moléculas para indicar os carbonos assimétricos (marcar com asterisco). As entradas que aparecem no enunciado são, na ordem:
  1. A primeira molécula dada por SMILES: Cc1cn(C2CC3OC(CO)C(C2)C3N)c(=O)[nH]c1=O
  2. A segunda molécula indicada por nome: 3’-azido-2’,3’-dideoxitimidina (AZT) — sem SMILES fornecido, apenas o nome.
  3. A terceira molécula dada por SMILES (seguida do rótulo “Quinina”): C=C[C@@H]1CC2CCN(C1)N2C[C@H](O)c1ccnc2ccc(OC)cc12
O que me pediram: indicar com um asterisco todos os carbonos assimétricos de cada uma dessas moléculas.
Eu vou proceder assim: primeiro explicar de forma didática o que é um carbono assimétrico e como detectar; em seguida, aplicar o método às três estruturas uma a uma. Importante: quando o SMILES já especifica estereoquímica (marcadores @), isso indica explicitamente quais carbonos são quirais; quando o SMILES não especifica estereoquímica (nenhum @), a topologia da molécula permite identificar quais carbonos têm quatro substituintes diferentes, mas o SMILES sem marcação não diz a configuração absoluta (R/S). No caso em que só foi fornecido o nome (AZT), vou usar a numeração padrão de nucleosídeos (C1’, C2’, C3’, C4’, C5’) para localizar os carbonos quirais.

Passo 2

O que é um carbono assimétrico (quiral)?
  • Um átomo de carbono é assimétrico se é tetraédrico (liga-se a quatro substituintes) e esses quatro substituintes são todos diferentes entre si.
  • Outro jeito prático: se você pode trocar duas ligações do carbono e obter uma imagem que não é sobreponível à original, então esse carbono é quiral.
  • Substituintes “diferentes” pode incluir grupos que parecem parecidos mas que seguem caminhos distintos na molécula (por exemplo, duas metilenos numa cadeia ramificada podem ser diferentes se os caminhos além deles não são idênticos).
Como testar em uma estrutura:
  1. Localize carbonos tetracoordenados (não são duplamente ligados a outro átomo nem são carbonos com apenas três ligações: sp2 etc.).
  2. Para cada carbono tetraédrico, olhe para os quatro grupos ligados a ele. Pergunte: “esses quatro grupos são todos diferentes?” Se sim → carbono assimétrico. Se algum par de grupos é idêntico (ou equivalente por simetria), então não é assimétrico.
  3. Em anéis e ciclizações, muitas vezes é preciso “seguir” cada substituinte alguns átomos adiante para ver se os caminhos são diferentes — se os dois caminhos levam a ambientes distintos, então os substituintes são diferentes.
Vou usar esse procedimento passo a passo nas três moléculas. Vou também mostrar a marcação com asterisco numa representação simples (SMILES quando disponível) indicando o carbono identificado como assimétrico. Quando o SMILES já contém @ (esteroquímica), isso já aponta o carbono quirais — eu confirmo e marco com *.

Passo 3

Análise da molécula 1 (SMILES Cc1cn(C2CC3OC(CO)C(C2)C3N)c(=O)[nH]c1=O) — explicação passo a passo e marcação.
  1. Interpretação rápida: a parte inicial Cc1cn(... )c(=O)[nH]c1=O corresponde a uma base pirimidínica (5‑metiluracila = timina). O substituinte ligado ao nitrogênio da base é um fragmento alifático ciclado C2CC3OC(CO)C(C2)C3N, que corresponde a um anel/furanose (açúcar) com um grupo amino ligado: é um nucleosídeo (timidina-like) onde o açúcar forma anel e está substituído.
  2. Identificação dos carbonos candidatos: os carbonos do “açúcar” que são tetraédricos e ligados a quatro substituintes distintos são os potenciais quirais. Em um nucleosídeo furanosídeo típico (açúcar de 5 membros), os carbonos que costumam ser assimétricos são os chamados C1’ (anomérico ligado à base), C3’ (ligado a OH/CH2) e C4’ (ligado ao grupo CH2OH e cadeia do anel). Aqui o fragmento C2CC3OC(CO)C(C2)C3N tem vários carbonos que não são equivalentes entre si por simetria.
  3. Teste concreto (mais prático para prova): seguir cada carbono tetraédrico e comparar os quatro substituintes:
    • O carbono que liga ao anel aromático (o carbono anomérico, que no SMILES é o primeiro átomo após N( — rotulado C2 no SMILES) é ligado: (i) ao nitrogênio da base; (ii) a outro carbono do anel; (iii) a outro carbono do anel na outra direção; (iv) a um hidrogênio. Esses quatro substituintes são todos diferentes porque os dois caminhos na cadeia do anel levam a ambientes químicos diferentes (um vai para o oxigênio do anel, outro para o nitrogênio terminal N etc.). Logo esse carbono é assimétrico → marco com *. Esse é o anomérico (equivalente ao 1' do açúcar).
    • O carbono que carrega o grupo hidroximetileno -CH2OH (descrito no SMILES como C(CO) — esse carbono tem substituinte OH em um adjacente) precisa ser analisado: se é CH com ligação a OH (ou CH2), verificar se tem quatro grupos diferentes. No SMILES aparece OC(CO)C(C2) indicando que há um carbono substituído por um grupo -CH2OH (o próprio grupo CO na cadeia). Esse carbono costuma ser assimétrico quando o anel é tenso e as duas ramificações do anel são diferentes.
    • O carbono ligado ao nitrogênio terminal ...C3N também costuma ser assimétrico no contexto do anel saturado porque liga a três vizinhos diferentes e a um H.
  4. Conclusão prática (marcação): sem desenhar a estrutura 2D detalhada aqui, o teste topológico mostra que, dentro desse fragmento de açúcar ciclado, existem três carbonos tetraédricos que têm quatro substituintes diferentes: o carbono anomérico (o conectado ao nitrogênio da base), o carbono que carrega o grupo -CH2OH (o carbonil do anel terciário relativo ao oxigênio) e o carbono ligado ao nitrogênio terminal da cadeia. Portanto marco esses três carbonos como assimétricos.
  5. Marcação no SMILES (notação didática): vou reproduzir o SMILES e acrescentar um * imediatamente depois do símbolo da letra C correspondente aos carbonos que identifiquei como assimétricos (isso é uma marcação ilustrativa, não um SMILES canônico). Para ficar claro, indico quais porções foram marcadas: o carbono que aparece logo após N( (o C2 inicial do fragmento), o carbono do fragmento C(CO) que tem o substituinte hidroximetileno, e o carbono que fecha com C3N. Assim, a marcação ilustrativa fica:
Cc1cn(N(C*2)C*C*3O C(C*O)C(C*2)C3N)c(=O)[nH]c1=O
(Observação: a notação acima é somente para sinalizar, em linha, os carbonos que identifiquei como quirais. Em uma prova, preferível numerar o açúcar como 1',2',3',4',5' e colocar asterisco junto ao 1', 3' e 4' conforme o desenho.)

Passo 4

Análise da molécula 2 — 3’-azido-2’,3’-dideoxitimidina (AZT). Explicação didática e marcação.
  1. Primeiro, vamos lembrar a numeração padrão do açúcar (desoxirribose) em nucleosídeos: os carbonos do anel são numerados 1',2',3',4',5' (o apóstrofo distingue do anel heterocíclico da base). Em timidina/fluorescência e derivados, o carbon 1' é o anomérico (ligado à base); 2' e 3' são os que normalmente têm OH em ribose; 4' e 5' continuam a cadeia.
  2. AZT é 3’-azido-2’,3’-dideoxitimidina — isto significa que há um grupo azida -N_3 no carbono 3' e que os hidroxis em 2' e 3' foram removidos (dideoxi). A forma exata do esqueleto sugar em AZT é derivada do açúcar 2’,3’-dideoxibutânico com substituições que tornam muitos carbonos assimétricos.
  3. Quais carbonos são assimétricos em AZT (ponto prático que cai em provas):
    • O carbono anomérico 1' é tipicamente assimétrico (é ligado à base, a um oxigênio do anel, a outro carbono do anel e a um hidrogênio) → assimétrico.
    • O carbono 3' em AZT carrega o grupo azida -N_3 e está ligado a dois carbonos do anel em direções diferentes e a um hidrogênio, e portanto seus quatro substituintes são diferentes → assimétrico.
    • O carbono 4' normalmente também é assimétrico porque liga a 3', 5', o átomo de oxigênio do anel e a um hidrogênio — esses caminhos são distintos → assimétrico.
    • O carbono 2' em 2’,3’-dideoxides pode ser um metileno simétrico ( -CH_2-) dependendo da substituição; em AZT, por ser dideoxi, 2' costuma ser um carbono CH2 (não assimétrico). 5' é um grupo CH2 (não assimétrico).
  4. Portanto, a contagem prática e que aparece em muitos enunciados: os carbonos assimétricos de AZT são 1', 3' e 4'. Em notação com asterisco junto ao número: 1'^{*}, 3'^{*}, 4'^{*}.

Passo 5

Análise da molécula 3 — Quinina (SMILES C=C[C@@H]1CC2CCN(C1)N2C[C@H](O)c1ccnc2ccc(OC)cc12) — passo a passo.
  1. Observação importante: o SMILES fornecido já contém marcação estereoquímica explícita: há dois marcadores C@@H e C@H. Esses marcadores informam que esses dois carbonos são quirais e que a molécula foi especificada com configurações estereocentrais definidas. Portanto, os carbonos indicados por esses marcadores são certamente assimétricos.
  2. Localizando os marcadores no SMILES:
    • O primeiro marcador aparece em C=C[C@@H]1... — ou seja, o carbono indicado por [C@@H] (o carbono que conecta a porção vinílica C=C ao anel ciclado) é um centro quiral. Vou marcar esse carbono com * na posição correspondente.
    • O segundo marcador aparece em C[C@H](O)... — esse é o carbono que tem um substituinte hidroxila -OH e que na cadeia ligada ao sistema aromático/heteroaromático é quiral. Também marco esse carbono com *.
  3. Marcação direta no SMILES (ilustrativa): eu marco com * logo após os carbonos indicados:
C=C[C@@H]*1CC2CCN(C1)N2C[C@H]*(O)c1ccnc2ccc(OC)cc12
(De novo: essa anotação com * é ilustrativa, para indicar os carbonos quirais. No SMILES original eles já aparecem como [C@@H] e [C@H].)
  1. Em termos de nomeação tradicional da estrutura da quinina (cinchona alkaloide), esses dois carbonos correspondem aos dois centros estereogênicos presentes no esqueleto quinuclidínico/aniônico regional da molécula. Em muitas fontes estruturais da quinina encontra-se que a molécula possui exatamente dois centros quirais (os indicados acima).

Resposta

  1. Para Cc1cn(C2CC3OC(CO)C(C2)C3N)c(=O)[nH]c1=O: carbonos assimétricos (na parte do açúcar) — o carbono anomérico ligado à base (equivalente a 1'), o carbono que carrega o grupo hidroximetileno (equivalente a 3' na topologia do anel aqui) e o carbono ligado ao nitrogênio terminal do anel (equivalente a 4') — ou seja, marquei três carbonos no anel açúcar (marcação ilustrativa no SMILES acima).
  2. 3’-azido-2’,3’-dideoxitimidina (AZT): 1'^{*}, 3'^{*}, 4'^{*}.
  3. Quinina (C=C[C@@H]1CC2CCN(C1)N2C[C@H](O)c1ccnc2ccc(OC)cc12): os dois carbonos indicados no SMILES por [C@@H] e [C@H] são os carbonos assimétricos (marcados acima com *).

Exercícios relacionados