Pesquisar e indicar se as moléculas (a) \mathrm{CF}_{2} \mathrm{Br}_{2}, (b) SiHFBrCl (onde o primeiro átomo listado é o átomo central), podem exibir isomeria óptica.

Passo 1

O enunciado pede que verifiquemos se as moléculas (a) \mathrm{CF}_2\mathrm{Br}_2 e (b) \mathrm{SiHFBrCl} (onde o primeiro átomo listado, \mathrm{Si}, é o átomo central) podem exibir isomeria óptica.
Informações dadas: as fórmulas das duas moléculas e, para (b), que \mathrm{Si} é o centro tetraédrico com substituintes \mathrm{H},\mathrm{F},\mathrm{Br},\mathrm{Cl}.
Pergunta a responder: cada uma dessas moléculas pode ser quiral (ter enantiômeros) e, portanto, ser opticamente ativa?

Passo 2

O que significa “isomeria óptica” de forma prática (aula rápida): uma molécula é opticamente ativa quando existe um par de moléculas que são imagens especulares uma da outra e que não são sobreponíveis — essas imagens especulares são chamadas de enantiômeros. Uma maneira muito direta de detectar isso numa prova rápida é procurar por centros estereogênicos ou por ausência de elementos de simetria que tornem a molécula sobreponível com sua imagem especular.

Passo 3

Critério simples e útil para o exame (passo-a-passo para decidir):
  1. Se um átomo tetraédrico central (por exemplo, \mathrm{C} ou \mathrm{Si}) está ligado a quatro grupos diferentes, então esse átomo é um centro estereogênico e a molécula será quiral (a menos que haja outra simetria global que anule a quiralidade). Em notação genérica, se tivermos um átomo ligado aos grupos \mathrm{A},\mathrm{B},\mathrm{C},\mathrm{D} e todos são diferentes, então o centro é estereogênico.
  2. Se o átomo central tem dois ou mais substituintes idênticos (por exemplo, \mathrm{A},\mathrm{A},\mathrm{B},\mathrm{B} ou \mathrm{A},\mathrm{A},\mathrm{B},\mathrm{C}), normalmente não é um centro estereogênico. Nesses casos devemos procurar se a molécula tem um plano de simetria \sigma ou um centro de inversão i — presença desses elementos implica achiralidade.
  3. Observação prática: átomos como \mathrm{Si} em geometria tetraédrica comportam-se tal como \mathrm{C} tetraédrico no que diz respeito a estereogenicidade; já átomos como \mathrm{N} podem inverter facilmente (inversão de amina), o que às vezes impede isolação de enantiômeros, mas isso não é o caso de \mathrm{Si} tetraédrico comum.

Passo 4

Aplicando o critério à molécula (a) \mathrm{CF}_2\mathrm{Br}_2: o átomo central é \mathrm{C} ligado a dois átomos \mathrm{F} idênticos e a dois átomos \mathrm{Br} idênticos. Em termos do critério, os substituintes do carbono são \mathrm{F},\mathrm{F},\mathrm{Br},\mathrm{Br} — claramente não são quatro grupos diferentes, logo o carbono não é um centro estereogênico simples. Portanto, à primeira vista, a molécula não tem um centro tetraédrico com quatro ligantes distintos.
Explicação geométrica adicional para (a), para você poder justificar numa prova: com dois pares idênticos ( \mathrm{F},\mathrm{F} e \mathrm{Br},\mathrm{Br}), sempre existe uma operação de simetria que transforma a molécula em sua imagem especular (por exemplo, uma rotação de 180^\circ em torno de um eixo apropriado ou um plano de simetria que troca os membros de cada par). Um exemplo análogo mais simples é \mathrm{CH}_2\mathrm{Cl}_2 (diclorometano), que não é ópticamente ativo. Assim, \mathrm{CF}_2\mathrm{Br}_2 é achiral e não exibirá isomeria óptica.

Passo 5

Aplicando o critério à molécula (b) \mathrm{SiHFBrCl}: o átomo central indicado é \mathrm{Si}, e os quatro grupos ligados a ele são \mathrm{H},\mathrm{F},\mathrm{Br},\mathrm{Cl} — todos diferentes entre si. Isso satisfaz diretamente o critério de um centro estereogênico tetraédrico: \mathrm{Si} é ligado a quatro substituintes distintos, logo é um centro que gera quiralidade.
Sobre estabilidade prática (uma dúvida frequente): um centro tetraédrico em \mathrm{Si} não sofre a rápida inversão espacial que algumas aminas (átomos de \mathrm{N}) apresentam; portanto, os enantiômeros de uma silila tetraédrica como \mathrm{SiHFBrCl} podem, em princípio, ser isolados e mostrar atividade óptica, salvo que ocorram reações químicas que racemizem a amostra. Para a prova, basta dizer que \mathrm{Si} tetraédrico com quatro substituintes diferentes é um centro estereogênico válido.

Passo 6

Dica prática para provas: passo a passo rápido no enunciado — (1) identifique o átomo central, (2) liste os quatro substituintes, (3) se os quatro forem distintos, responda “sim” (chirality provável), se houver pares idênticos, procure plano de simetria e responda “não” se achar um. Sempre justifique com “quatro grupos diferentes” ou “existem substituintes idênticos / plano de simetria”.

Resposta

(a) Não — \mathrm{CF}_2\mathrm{Br}_2 é achiral (dois pares de substituintes idênticos).
(b) Sim — \mathrm{SiHFBrCl} pode exibir isomeria óptica (o \mathrm{Si} é tetraédrico com quatro substituintes diferentes).

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