PROBLEMA 5.17
Quais das seguintes substâncias apresentam a forma meso? (Lembre-se de que o sufixo -ol refere-se a um álcool, ROH ).
2,3-butanodiol
Quais das seguintes substâncias apresentam a forma meso? (Lembre-se de que o sufixo -ol refere-se a um álcool, ROH ).
2,3-butanodiol
Passo 1
O enunciado pergunta quais das substâncias listadas apresentam a forma meso e dá um exemplo:
. Informações relevantes fornecidas pelo enunciado e que eu preciso usar:
A molécula é
, cuja fórmula de esqueleto é
.
O sufixo «-ol» indica grupos
(álcool) nos carbonos
e
.
A tarefa é decidir se essa substância possui uma forma meso (ou seja, se existe entre seus isômeros um que é internamente simétrico e, portanto, aquiral apesar de ter centros estereogênicos).
Observação: nesta etapa eu apenas listei o que o problema pede e os dados que temos; ainda não resolvi nada.
Observação: nesta etapa eu apenas listei o que o problema pede e os dados que temos; ainda não resolvi nada.
Passo 2
O que é um centro estereogênico e como identificar em
.
Definição curta e prática: um átomo de carbono é um centro estereogênico (ou centro quiral) se estiver ligado a quatro substituintes diferentes. Para decidir isso usamos a fórmula da molécula.
Escrevendo a molécula de forma explícita:
Definição curta e prática: um átomo de carbono é um centro estereogênico (ou centro quiral) se estiver ligado a quatro substituintes diferentes. Para decidir isso usamos a fórmula da molécula.
Escrevendo a molécula de forma explícita:
- O carbono do meio à esquerda (vou chamar de
) está ligado a: , , e ao grupo . Esses quatro substituintes são diferentes, logo é centro estereogênico.
- O carbono do meio à direita (vou chamar de
) tem análoga situação: ligado a , , e ao grupo . Logo também é centro estereogênico.
Conclusão deste passo:tem exatamente dois centros estereogênicos ( e ).
Passo 3
O que significa “forma meso” (explicação didática).
Definição: uma molécula é meso quando possui centros estereogênicos (ou seja, potencial para isômeros ópticos) mas é internamente simétrica de modo que a própria molécula é superponível à sua imagem no espelho. Resultado: é aquiral e não desvia a luz polarizada.
Requisitos práticos para haver isômero meso:
A molécula deve ter pelo menos dois centros estereogênicos.
Deve haver uma simetria interna (normalmente um plano de simetria) que torna a imagem no espelho superponível com a própria molécula.
Uma consequência útil: quando há dois centros estereogênicos equivalentes ligados simetricamente, o isômero onde as configurações desses centros são opostas (por exemplo ) frequentemente é meso, porque o arranjo oposto permite um plano de simetria que troca os dois centros.
Definição: uma molécula é meso quando possui centros estereogênicos (ou seja, potencial para isômeros ópticos) mas é internamente simétrica de modo que a própria molécula é superponível à sua imagem no espelho. Resultado: é aquiral e não desvia a luz polarizada.
Requisitos práticos para haver isômero meso:
Uma consequência útil: quando há dois centros estereogênicos equivalentes ligados simetricamente, o isômero onde as configurações desses centros são opostas (por exemplo
Passo 4
Contagem simples de estereoisômeros esperados e o que isso sugere.
Regra rápida: com centros estereogênicos independentes, o número máximo de estereoisômeros é
. Aqui
, então máximo seria
.
Porém, quando existe simetria interna, dois desses podem colapsar em um único isômero meso. Para muitos compostos com dois centros equivalentes e simétricos (como é o caso típico de 2,3-disubstituídos do butano) o número real de estereoisômeros é : um par de enantiômeros
e
mais um isômero achiral meso
(que é igual a
por simetria).
Isto já dá uma pista forte: é do tipo que costuma ter um isômero meso.
Regra rápida: com
Porém, quando existe simetria interna, dois desses podem colapsar em um único isômero meso. Para muitos compostos com dois centros equivalentes e simétricos (como é o caso típico de 2,3-disubstituídos do butano) o número real de estereoisômeros é
Isto já dá uma pista forte:
Passo 5
Mostrando a simetria com uma projeção de Fischer (método prático e visual).
Uma forma útil de visualizar cadeias com dois centros adjacentes é usar a projeção de Fischer. Para podemos desenhar a cadeia vertical
e colocar os substituintes horizontais (que saem para frente) e verticais (que vão para trás). Uma configuração que evidencia a simetria é:
Uma forma útil de visualizar cadeias com dois centros adjacentes é usar a projeção de Fischer. Para
Neste esquema:
- No
o grupo à esquerda é e à direita é .
- No
o grupo à esquerda é e à direita é .
Se você imaginar um espelho vertical que corta a molécula no meio (passando entree ), a metade esquerda reflete na metade direita: a de reflete na de , e o de reflete no de . Os superior e inferior também são imagens um do outro. Logo existe um plano de simetria vertical.
Portanto essa conformação é internamente simétrica — característica típica do isômero meso.
Passo 6
Ligando a simetria à notação
e explicando por que o isômero é aquiral.
Conseqüência estereoquímica: se os dois centros têm configurações opostas (um e o outro
), a reflexão em um espelho troca
e a molécula reflete em si mesma devido ao plano de simetria. Assim o isômero
(que é equivalente a
por essa troca) é o isômero meso.
Os outros dois isômeros possíveis, e
, são imagem um do outro no espelho (formam um par de enantiômeros) e portanto são quirais (cada um gira a luz polarizada em sentidos opostos).
Resumo da ideia: a presença do plano de simetria transforma o em sua própria imagem espelhada, por isso ele é achiral — é exatamente isso que chamamos de isômero meso.
Conseqüência estereoquímica: se os dois centros têm configurações opostas (um
Os outros dois isômeros possíveis,
Resumo da ideia: a presença do plano de simetria transforma o
Passo 7
Exemplificação rápida e reforço (para você aplicar na prova).
- Passo prático para identificar meso em provas: identifique centros estereogênicos; desenhe uma projeção (Fischer ou uma projeção simples 3D); verifique se há um plano de simetria que troca os dois centros. Se sim, o caso com configurações opostas é meso.
- Exemplo rápido além deste: o ácido tartárico 2,3-diidroxibutanodioico também tem isômero meso por motivo análogo (dois centros e simetria interna).
Dica de prova: muitas vezes basta desenhar a versão onde os grupos idênticos (aqui os) ficam nas extremidades opostas e os em lados opostos — se isso gerar um plano de simetria, então existe isômero meso.