7- A penicilina é um importante antibiótico de amplo espectro que possui 3 centros estereogênicos. Identifique estes centros e mostre a geometria R e S de cada um. (2 pontos)
RHSSHNHOOONSHOOH

Passo 1

O enunciado pede duas coisas: identificar os três centros estereogênicos da penicilina mostrada pelo SMILES e determinar a configuração absoluta ( R ou S) de cada um. O SMILES fornecido é:
\text{C[C@H]1S[C@H](NC(=O)COc2ccccc2)C(=O)N1[C@@H]\text{(C)}C(=O)O}
Informações relevantes extraídas do SMILES (usei o SMILES para obter conectividade e para localizar quais átomos são quiralmente marcados):
  • Há três átomos quiráis indicados explicitamente pelo SMILES: o primeiro \text{[C@H]} (no início do anel), o segundo \text{[C@H]} dentro do anel que carrega o grupo \text{NC(=O)CO-} e o terceiro \text{[C@@H]\text{(C)}} ligado ao nitrogênio do anel (o carbono \alpha ao grupo carboxílico).
  • Vou chamar esses carbonos, de forma prática ao longo da resolução, de \mathrm{C_2} (carbono do anel tiazolidínico ligado ao metil), \mathrm{C_5} (carbono do anel que carrega o grupo amido lateral) e \mathrm{C_6} (carbono quiral ligado ao N do anel e ao grupo \mathrm{C(=O)O}). A resolução começará a partir dessas identificações.

Passo 2

Breve aula prática: como atribuir R/ S (regras CIP passo a passo)
  1. Prioridade por número atômico: entre os três substituintes ligados diretamente ao centro quiral, o átomo com maior número atômico tem prioridade maior (1 = maior prioridade). Ex.: \mathrm{S} (Z=16) > \mathrm{O} (Z=8) > \mathrm{N} (Z=7) > \mathrm{C} (Z=6) > \mathrm{H} (Z=1).
  2. Se houver empate (dois substituintes começam por átomos com mesmo Z), verificar os átomos ligados a esses átomos (lista de comparação sequencial — como expandir ramificação) até sair do empate.
  3. Para ligações duplas, usa-se o procedimento formal de duplicação (o átomo de ligação dupla é tratado como se estivesse ligado a uma cópia do átomo ligado por dupla ligação).
  4. Depois de ordenar 1→2→3 (sendo 4 = hidrogênio ou menor prioridade), posicionar o menor (4) para trás (ou imaginar que ele está apontando para longe de você). Se a sequência 1→2→3 for no sentido horário, o centro é R; se for anti-horário, é S.
  5. Se o menor estiver voltado para você (não para trás), inverter o resultado final (ou usar regras equivalentes de contagem).
    Vou aplicar essas regras explicitando os substituintes e comparações passo a passo para cada centro.

Passo 3

Localização e conectividade local dos três centros (peguei a conectividade diretamente do SMILES):
  • \mathrm{C_2} (o primeiro \text{[C@H]} do SMILES): é o carbono do anel tiazolidínico que tem um substituinte metil -\mathrm{CH_3}, está ligado ao enxofre \mathrm{S} do anel e ao nitrogênio do anel (fechamento do anel). Substituintes diretos: \mathrm{S}, \mathrm{N}, \mathrm{C_{(me)}}, e um \mathrm{H}.
  • \mathrm{C_5} (o segundo \text{[C@H]} do SMILES): é o carbono do anel que liga ao \mathrm{S} do anel, ao carbono carbonílico do \beta-lactama ( \mathrm{C(=O)} no anel) e ao nitrogênio que leva o grupo lateral amida. Substituintes diretos: \mathrm{S}, \mathrm{N}, \mathrm{C(=O)}, e um \mathrm{H}.
  • \mathrm{C_6} (o \text{[C@@H]\text{(C)}} ligado ao nitrogênio): é o carbono quiral fora do anel ligado ao nitrogênio do anel, a um metil e ao grupo carboxílico \mathrm{C(=O)O}. Substituintes diretos: \mathrm{N}, \mathrm{C(=O)}, \mathrm{C_{(me)}}, e um \mathrm{H}.
Agora vamos atribuir prioridades e decidir R ou S para cada centro, com todas as contas explicadas.

Passo 4

Configuração do centro \mathrm{C_2} (carbono do anel ligado ao metil)
  1. Substituintes ligados diretamente e seus números atômicos:
    • \mathrm{S} ( Z=16) — substituinte A.
    • \mathrm{N} ( Z=7) — substituinte B (o nitrogênio do anel).
    • \mathrm{C_{me}} ( Z=6) — substituinte C (o carbono do metil).
    • \mathrm{H} ( Z=1) — substituinte D (menor prioridade).
  2. Ordem de prioridades por Z: 1:\mathrm{S}, 2:\mathrm{N}, 3:\mathrm{C_{me}}, 4:\mathrm{H}.
  3. Para saber se a sequência 1\to2\to3 é horário ® ou anti-horário (S) quando o menor ( \mathrm{H}) aponta para trás, precisamos conhecer a orientação espacial. A molécula natural de penicilina tem o hidrogênio no \mathrm{C_2} apontando para trás do plano do anel e a ordem dos grupos ao redor dá a sequência 1 ( \mathrm{S}) → 2 ( \mathrm{N}) → 3 ( \mathrm{C_{me}}) no sentido anti-horário. Portanto a configuração é S.
  4. Conclusão: \mathrm{C_2} é \mathbf{S}.
(Comentário didático curto: se na prova você tiver um desenho 3D ou projeção de Newman/Fischer, faça exatamente a comparação de prioridades e veja a rotação com o menor apontando para trás — aqui apliquei essa regra à geometria conhecida do núcleo da penicilina.)

Passo 5

Configuração do centro \mathrm{C_5} (carbono do anel que carrega o grupo amida lateral)
  1. Substituintes ligados diretamente e seus números atômicos:
    • \mathrm{S} ( Z=16) — substituinte A.
    • \mathrm{N} ( Z=7) — substituinte B (o nitrogênio que liga à cadeia lateral).
    • \mathrm{C(=O)} ( Z=6 no átomo diretamente ligado, é um carbono, mas o grupo carbonila tem oxigênios que entram na comparação se necessário) — substituinte C.
    • \mathrm{H} ( Z=1) — substituinte D.
  2. Prioridade inicial: 1:\mathrm{S} (maior), 2:\mathrm{N}, 3:\mathrm{C(=O)}, 4:\mathrm{H}.
    • Não houve empate que exija inspecionar além do átomo diretamente ligado porque \mathrm{S} e \mathrm{N} e \mathrm{C} já diferem.
  3. Agora a rotação 1→2→3 com o menor ( \mathrm{H}) para trás: na geometria do anel penâmica natural, essa sequência é no sentido horário, o que corresponde a configuração R.
  4. Conclusão: \mathrm{C_5} é \mathbf{R}.

Passo 6

Configuração do centro \mathrm{C_6} (carbono quiral ligado ao N do anel, metil e grupo carboxílico)
  1. Substituintes ligados diretamente e seus números atômicos:
    • \mathrm{N} ( Z=7) — substituinte A.
    • \mathrm{C_{(C(=O)O)}} ( Z=6) — substituinte B (o carbono do grupo carboxílico; ao comparar com outro carbono, olhamos aos átomos ligados a esse carbono: ele está ligado a oxigênios, o que lhe dá prioridade maior em comparação com um carbono ligado só a hidrogênios).
    • \mathrm{C_{me}} ( Z=6) — substituinte C (metil); desempate entre os dois carbonos pelo próximo nível mostra que o carbono carboxílico tem oxigênios ligados, então ele tem maior prioridade que o carbono do metil.
    • \mathrm{H} ( Z=1) — substituinte D.
  2. Ordem de prioridades: 1:\mathrm{N}, 2:\mathrm{C(=O)O}, 3:\mathrm{C_{me}}, 4:\mathrm{H}.
  3. Colocando o menor ( \mathrm{H}) para trás e observando a sequência 1\to2\to3, a geometria típica do carbono \alpha da penicilina dá uma rotação no sentido horário, ou seja configuração R.
  4. Conclusão: \mathrm{C_6} é \mathbf{R}.

Passo 7

Resumo final dos raciocínios:
  • Para cada centro apresentei os substituintes diretos, comparei números atômicos e desempates por átomos ligados, e apliquei a regra de orientação (menor prioridade para trás) usando a geometria conhecida do núcleo da penicilina. Se você tiver um modelo molecular físico ou um desenho em projeção de Fischer/Wedge, repita exatamente esses passos sobre o desenho: isso evita confusões e torna a atribuição direta na prova.

Resposta

\mathrm{C_2} = S
\mathrm{C_5} = R
\mathrm{C_6} = R

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