\mathbf{3}^{\boldsymbol{\circ}} Questão (Pontuação máxima - 2.0 pontos)
As substâncias abaixo são quirais? Justifique sua resposta
NHOONH

Passo 1

O enunciado pede: “As substâncias abaixo são quirais? Justifique sua resposta” e fornece a fórmula no formato SMILES:
CC12CNCC(=O)C1CC1C(=O)CNCC1(C)C2
Informações relevantes extraídas do enunciado:
  • A molécula está dada por esse SMILES (usei exatamente o SMILES fornecido).
  • A pergunta é se a substância é quiral (sim ou não) e exige justificativa.

Passo 2

O que significa “quiral” — aula rápida e prática (sem jargão estranho).
  • Uma molécula é quiral se a sua imagem no espelho não é sobreponível com a própria molécula. Na prática, o que normalmente gera quiralidade em moléculas orgânicas são centros tetraédricos assimétricos (átomos de carbono em sp^3 ligados a quatro substituintes diferentes). Também há quiralidade axial, helicoidal, etc., mas o caso mais comum na graduação é o centro tetraédrico.
  • Um átomo é candidato a centro estereogênico quando é um carbono sp^3 ligado a quatro grupos diferentes. Se dois desses grupos são idênticos ou simétricos (ou se existe um elemento de simetria que troca esses grupos), então o carbono não é estereogênico.
  • Importante: nitrogênios terciários (aminas sp^3 com uma dupla de elétrons) podem ser geometricamente assimétricos, mas na maioria das aminas terciárias livres ocorre inversão rápida do nitrogênio (inversão tipo “guarda-chuva”), tornando o centro não configuracionalmente estável — logo, não costuma dar quiralidade observável a menos que o nitrogênio esteja quaternizado (N+) ou bloqueado por uma estrutura rígida que impeça inversão. Vou aplicar isso à molécula.

Passo 3

Identificação dos “pedaços” repetidos e simetria intuitiva do SMILES (como ler o SMILES para ver simetria).
  • Observando o SMILES nota-se uma repetição de padrões: existem duas porções semelhantes contendo “C(=O)CNCC” separadas pela parte central da bicyclicidade. Em palavras: há dois ramos contendo um grupo carbonila ligado a uma cadeia com nitrogênio, e esses ramos aparecem de forma espelhada na sequência do SMILES.
  • Essa repetição sugere que a molécula é formada por duas metades structuralmente idênticas ligadas a um esqueleto central. Portanto existe um elemento de simetria que troca uma metade com a outra (um plano de simetria ou um centro de inversão/rotação que leva uma metade na outra). Quando toda estrutura tem duas metades idênticas relacionadas por espelhamento, muitos possíveis centros tetraédricos aparecem em pares equivalentes (um em cada metade), o que elimina assimetrias globais.

Passo 4

Análise dos possíveis centros tetraédricos ( sp^3) — como checar um carbono para ver se é estereogênico.
  • Regra prática: para um carbono ser estereogênico ele deve ter quatro substituintes estruturalmente diferentes. Se existe um plano de simetria que troca dois substituintes, então esses substituintes não são diferentes do ponto de vista global.
  • Na molécula em questão, cada carbono alifático interno que poderia ser sp^3 tem um análogo simétrico na outra metade. Assim, mesmo que localmente pareça ter quatro vizinhanças diferentes, ao considerar a molécula inteira cada grupo tem um correspondente idêntico na outra metade — logo não há carbono isolado com quatro substituintes inequivalentes no ambiente molecular completo.
  • Além disso, os nitrogênios presentes são aminas terciárias (há pares N–C ligações que fazem parte de cadeias). Esses nitrogênios não formam centros estereogênicos estáveis porque a inversão do nitrogênio torna qualquer configuração instável (a menos que o nitrogênio fosse quaternário ou rigidamente travado). Portanto os N não conferem estereogenicidade observável.

Passo 5

Argumento de simetria explícito e conclusão lógica.
  • Como existem duas metades estruturalmente idênticas (observei duas unidades contendo \mathrm{C(=O) \!-\! CNCC} no SMILES) ligadas ao esqueleto central, a molécula possui um elemento de simetria que troca essas metades (um plano de simetria que passa pelo esqueleto central, ou operação de rotação seguida de reflexão). Esse elemento de simetria torna a molécula globalmente sobreponível com sua imagem no espelho.
  • Além disso, não há centros tetraédricos isolados com quatro substituintes diferentes que não tenham um equivalente espelhado. E os nitrogênios não contribuem com quiralidade observável por causa da inversão rápida. Portanto não existe assimetria configuracional que torne a molécula quiral.

Passo 6

Observação final didática (o que faria a molécula ser quirais se mudasse algo).
  • Se um dos ramos simétricos fosse substituído por um grupo diferente (quebrando a simetria), ou se os nitrogênios fossem quaternizados de forma assimétrica (impedindo inversão), aí sim poderia surgir quiralidade. Mas com a estrutura dada, a simetria impede quiralidade.

Resposta

Não — a substância é aquiral.

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