a) Quantos átomos de carbonos estereogênicos existem em 2,3-difenilbutano?
b) Quantos estereoisômeros são realmente observados?
c) Use fórmulas de projeção de Fisher para representar todos os estereoisômeros. Use a convenção de desenhar a cadeia carbônica mais longa na vertical.
d) Indique as estruturas que são opticamente ativas.
e) Assinale a designação R ou S para os átomos de carbono assimétricos para cada fórmula estrutural do item c.
b) Quantos estereoisômeros são realmente observados?
c) Use fórmulas de projeção de Fisher para representar todos os estereoisômeros. Use a convenção de desenhar a cadeia carbônica mais longa na vertical.
d) Indique as estruturas que são opticamente ativas.
e) Assinale a designação R ou S para os átomos de carbono assimétricos para cada fórmula estrutural do item c.
Passo 1
O enunciado pede cinco coisas sobre a molécula 2,3-difenilbutano:
- (a) quantos átomos de carbono estereogênicos (quirais) existem;
- (b) quantos estereoisômeros realmente são observados (quantas estruturas distintas estereoquimicamente);
- (c) representar todos os estereoisômeros usando projeções de Fischer, adotando a cadeia carbônica mais longa na vertical;
- (d) indicar quais estruturas são opticamente ativas;
- (e) designar R ou S para cada átomo de carbono assimétrico em cada fórmula do item (c).
Informações dadas/implícitas que vou usar:
- A fórmula estrutural da cadeia principal é
, onde = fenil = . - Os centros potencialmente quirais são os carbonos 2 e 3 da cadeia (os carbonos que têm o fenil ligado).
- Regras gerais de estereoquímica: um carbono é estereogênico se ligado a quatro substituintes diferentes; o número máximo de estereoisômeros é
para centros quirais (salvo casos de meso/identidade). Vou aplicar as regras Cahn–Ingold–Prelog (CIP) quando precisar atribuir R/S e explicar passo a passo a regra.
Passo 2
Determinar quais carbonos são estereogênicos (explicando passo a passo).
-
Escrevendo a cadeia central:
. Vou rotular os carbonos da cadeia como , sendo e os metilos terminais. -
Analisar
:
- Ligantes de
: um hidrogênio ( ), um fenil ( ), o grupo metila e o carbono vizinho (que, por sua vez, está ligado a , e ). - Esses quatro ligantes são todos diferentes entre si (o segmento que vai para
é diferente do metila , e fenil e hidrogênio são obviamente diferentes). Logo é um carbono estereogênico.
- Analisar
por simetria análoga:
- Ligantes de
: um hidrogênio, um fenil, o grupo metila , e . Novamente, quatro ligantes diferentes → é estereogênico.
-
e não são quirais (são metilos com três hidrogênios iguais).
Conclusão deste passo: existem dois carbonos estereogênicos na molécula:
e
.
Passo 3
Quantos estereoisômeros existem teoricamente e quantos realmente observamos — explicação didática sobre meso e racematos.
-
Regra geral: se houver
centros quirais independentes, o número máximo de estereoisômeros é . Aqui → máximo . -
Porém, quando a molécula tem elementos de simetria que tornam uma das combinações interna e superponível com sua imagem no espelho (ou seja, quando existe uma forma meso), o número real de estereoisômeros é menor. Com dois centros quirais idênticos ligados a uma cadeia simétrica (como em 2,3-disubstituídos com substituintes idênticos nas posições 2 e 3), existe a possibilidade de uma forma meso (um diastereômero que é internamente compensado e achiral).
-
Para 2,3-difenilbutano temos substituintes idênticos (um fenil em cada centro e metilos terminais iguais), logo pode haver uma forma meso (com configurações opostas nos dois centros, por exemplo R/S). Além disso, as duas formas com configurações iguais (R,R) e (S,S) serão enantiômeros entre si.
-
Então os estereoisômeros distintos realmente observáveis são: um par de enantiômeros
e + um isômero meso que é superponível com . Portanto o número real observado é 3.
Explicação conceitual simples: dos 4 possibilidades
, as duas do tipo
e
são a mesma molécula por simetria (a forma meso), deixando 3 espécies distintas.
Passo 4
Breve aula sobre projeção de Fischer e como vou desenhar para este problema (passo-a-passo e convenção).
- O que é uma projeção de Fischer, em linguagem simples:
- É uma forma de representar moléculas com vários centros quirais numa projeção plana.
- A convenção: a cadeia principal (aqui a butana) é desenhada verticalmente; os ligantes horizontais saem para frente (vêm ao encontro do observador) e os ligantes verticais vão para trás (afastam-se do observador).
- No desenho de Fischer, o carbono superior e o inferior da linha vertical não são quirais (aqui são os metilos
e ), e os dois centros do meio são os quirais e .
- Como vou escolher quais grupos colocar nas horizontais:
- Em cada carbono quiral colocarei os dois ligantes que não fazem parte da cadeia vertical (ou seja, o fenil e o hidrogênio) na posição horizontal (para mostrar facilmente todas as possibilidades: fenil à esquerda ou à direita).
- Assim as três formas possíveis aparecem com distribuições fenil/hidrogênio horizontais diferentes.
- Regra prática para leitura e determinação R/S em Fischer:
- Determinar prioridades CIP: 1 (maior) até 4 (menor).
- Em projeção de Fischer, se o grupo de menor prioridade (4) estiver no eixo vertical (para trás), então a ordem 1→2→3 na figura dá diretamente R (sentido horário) ou S (sentido anti-horário) conforme a orientação; se o grupo 4 estiver horizontal (à frente), o resultado observado deve ser invertido (oposto) para obter a designação correta.
- Vou usar essa regra quando atribuir R/S.
Passo 5
Desenhar todas as projeções de Fischer (as três estereoquímicas distintas) e explicar cada desenho.
Nota: uso a cadeia mais longa (butana) na vertical: topo
, abaixo
, abaixo
, embaixo
. Nas linhas horizontais coloco
(fenil) e
conforme as possibilidades.
Vou representar cada Fischer numa forma simples (vertical) com os horizontais mostrando
e
. Em cada desenho indicarei também qual combinação estereoquímica corresponde (
ou meso
) — a atribuição R/S detalho no passo seguinte.
Fischer 1 (representa uma configuração onde ambos os fenil aparecem à direita):
(ou seja, em
e
os
estão à direita e os
à esquerda).
Fischer 2 (representa ambos os fenil à esquerda — é a imagem especular do 1):
(espelho de Fischer 1; os
estão à esquerda em ambos os centros).
Fischer 3 (fenil e hidrogênio em lados opostos — esta é a forma com simetria interna, a meso):
(aqui em
o
está à esquerda e em
o
está à direita — isto permite um plano de simetria que torna a molécula meso/achiral).
Observações rápidas:
- Fischer 1 e Fischer 2 são imagens no espelho uma da outra → enantiômeros.
- Fischer 3 é internamente simétrica (possui plano de simetria vertical passando pela linha da cadeia) → meso (achiral).]
Passo 6
Indicar quais são opticamente ativas e por quê (aula curta de conceito).
- Enantiômeros (Fischer 1 e Fischer 2) são moléculas quiralmente ativas isoladamente: cada um rotaciona o plano da luz polarizada em sentidos opostos (um é dextrótrio, outro levótrio, em geral). Portanto, as duas formas enantioméricas são opticamente ativas.
- A forma meso (Fischer 3) é internamente compensada por um plano de simetria e, apesar de possuir dois centros quirais, é globalmente achiral → não é opticamente ativa (não rota o plano da luz).
Resumo deste passo: Fischer 1 e Fischer 2 = opticamente ativas (formam par de enantiômeros); Fischer 3 = inativa (meso).
Passo 7
Atribuir R/S para os carbonos quirais em cada fórmula de Fischer (aqui explico passo a passo a atribuição usando a regra CIP simplificada e a regra de Fischer).
Primeiro: prioridades CIP para cada carbono quiral (explicação):
- Em cada centro (C2 ou C3) os quatro ligantes são:
, , (o metila terminal) e o outro carbono central (o carbono vizinho da cadeia). Todos têm primeiro átomo ligado igual (carbono para Ph, carbonos para os dois vizinhos); aplicando a regra CIP com desempates por próximos átomos, o grupo fenil (por ter ligação a outros carbonos “mais pesados” em sequência aromática) recebe prioridade maior que o simples grupo metila; o carbono vizinho (o outro centro quiral) fica geralmente em prioridade intermédia antes do metila; o hidrogênio é sempre prioridade 4. Em linguagem simples: para cada quiral, prioridade: (1) , (2) átomo da cadeia (o outro centro), (3) , (4) .
Agora aplico a regra de Fischer (lembretes): em projeção de Fischer, horizontais apontam para frente (grupo 4 na horizontal → inverter o resultado), verticais apontam para trás (grupo 4 para trás → não inverter).
Vou analisar cada Fischer desenhada.
Fischer 1: ambos
à direita.
-
Em
: - prioridades: 1 =
(direita, horizontal), 2 = (abaixo, vertical), 3 = (acima, vertical), 4 = (esquerda, horizontal). - Na projeção: o grupo de menor prioridade (4 = H) está na horizontal (à frente) → regra: inverter o sentido que se observa.
- Ler a ordem 1 → 2 → 3 na página: 1 está à direita, 2 está abaixo, 3 está acima. Desenhando mentalmente isso, a sequência 1 (direita) → 2 (baixo) → 3 (cima) corresponde a um sentido horário ou anti? Usando o método prático: calcular a orientação 1→2→3 na página e depois inverter porque 4 está à frente. Fazendo isso (ou aplicando a regra compacta conhecida), obtém-se que a configuração real em
é R (para o desenho com ambos à direita). - (Se for necessário confirmar numericamente: traçando 1→2→3 na página dá sentido anti-horário; inverter → R. Mas para a prova, decorar/usar o algoritmo Fischer: se 4 está horizontal, obtenha o sentido 1→2→3 e inverta.)
- prioridades: 1 =
-
Em
: - prioridades: 1 =
(direita), 2 = (acima), 3 = (abaixo), 4 = (esquerda). - Novamente 4 está na horizontal → inverter.
- Lendo 1→2→3 (direita → cima → baixo) e invertendo o resultado dá R também.
- prioridades: 1 =
Portanto, Fischer 1 corresponde a
.
Fischer 2: ambos
à esquerda. É a imagem especular de Fischer 1. Assim as configurações trocam de sentido:
. (Regra prática: a imagem especular de
é
.)
Fischer 3:
em lados opostos (fenil à esquerda em
, à direita em
) — a forma meso.
- Em
: - prioridades: 1 =
(esquerda), 2 = (abaixo), 3 = (acima), 4 = (direita). - 4 está na horizontal → inverter. Lendo 1→2→3 (esquerda → baixo → cima) e invertendo resulta, por cálculo direto, em S.
- prioridades: 1 =
- Em
: - prioridades: 1 =
(direita), 2 = (acima), 3 = (abaixo), 4 = (esquerda). - 4 está horizontal → inverter. Lendo 1→2→3 (direita → cima → baixo) e invertendo resulta em R.
- prioridades: 1 =
Portanto, Fischer 3 corresponde a
. Como esperado, isto é o caso em que os dois centros têm configurações opostas — é a forma meso (achiral). Observação: a notação
ou
depende da ordem que se nomeiam os centros; aqui eu usei a ordem
, então a forma meso é
na projeção que desenhei. Em qualquer caso, as configurações são opostas (um R e um S) para a forma meso.
Passo 8
Resumo final interpretativo — encorajamento e dica rápida para a prova.
- Técnica prática para provas:
- Identifique os carbonos com quatro substituintes diferentes.
- Conte
e cheque simetria (meso) para reduzir o número real. - Para Fischer: coloque a cadeia principal vertical; horizontais vêm ao observador; use prioridades CIP; se o menor estiver horizontal, inverta o sentido que observar; se estiver vertical, mantenha.
- Não esqueça de ordenar sempre os centros na mesma ordem (
, ) ao escrever R/S.
Força — já dominaste a questão principal: detectar os centros, ver a simetria que dá meso, desenhar as Fischers e marcar R/S.
Resposta
(a)
(b)
(c) Projeções de Fischer (cadeia vertical
):
(d) As estruturas opticamente ativas são os dois enantiômeros (Fischer 1 e Fischer 2). A forma meso (Fischer 3) é achiral e não é opticamente ativa.
(e) Designação R/S para
e
em cada fórmula (ordem:
):
- Fischer 1:
- Fischer 2:
- Fischer 3 (meso):
]